利用“弗勞德數”(Froude Number)作為鑄造充填過程中質量評估的判斷依據
利用“弗勞德數”(Froude Number)作為鑄造充填過程中質量評估的判斷依據

 

利用“弗勞德數”(Froude Number)作為鑄造充填過程中質量評估的判斷依據

作者:Carl Reilly

Supervisor: Dr. Mark Jolly

Co Supervisor: Prof Nick Green

The University of Birmingham

仿真軟件:FLOW-3D

澆鑄模型如圖所示:

Definitions

 

從以往的研究中,已經得知在澆鑄系統控制較好條件下,鑄件的質量可以進行控制。

                                                                       Fig1. 不良的澆鑄過程(X-Ray)

                                                                    Fig2. 良好的澆鑄過程(X-Ray)

 

氧化膜的形成原因

氧化膜缺陷

 
   

 

氧化膜形成機理

 

何謂弗勞德數(Froude Number)?

弗勞德數是流體質點加速度產生的作用力與重力形成的作用力的比值。

 

Froude Number弗勞德數可以用來判斷流體的卷入氣體程度。當 Froude Number > 1.7 時,流體就會卷氣,當 Froude Number 在 4~12 之間時,流體會產生大量卷氣。

 

利用 FLOW-3D 的客制化功能,研究采用自行開發的子程序套入計算。

 

FLOW-3D 網格設定

 

分析后結果判定的重點

 

FLOW-3D 分析的相關設定條件

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
   

Response Surface Chart

 

 

結果

運用統計分析的方式

 

ANOVA (Analysis of Variance) 

  •  Both in-gate and sump height shown to be significant :
    •  In-gate P-Value : 0.0001
    •  Sump height P-Value : 0.0033

Interactions

  •  Low level identified

Best Result

  •  Lowest sump and highest in-gate

Worst Result

  •  Biggest sump and shortest in-gate

 

 

                                                Fig3. 最佳設計 - 125mm Sump (Smallest Sump) and 100mm In-Gate (Largest)

                                               Fig4. 最差設計 - 500mm Sump (Largest) and 25mm In-Gate (Smallest)

 

結論:

  • The design of a castings in-gate is of up most importance
    •  Short in-gates increase the persistence of the return wave
  • The design of a sump is critical to its effectiveness
    •  Incorrect designs can be extremely detrimental to casting integrity
  • Interaction is present between the sump and in-gate
    •  system must be designed as a whole

 

注:自 FLOW-3D V9.3 版之后,Froude Number 可在輸出選項中選擇輸出(不需要再自行撰寫客制化程序)

 

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