應用 FLOW-3D 于重力鑄造之進料區域卷氣及氣孔位置仿真
應用 FLOW-3D 于重力鑄造之進料區域卷氣及氣孔位置仿真

 

應用 FLOW-3D 于重力鑄造之進料區域卷氣及氣孔位置仿真

作者:Andreas Buchhol

創立于 1903 年的 Hydro Aluminum, 是全世界最大的高純鋁生產公司,也是全世界第三大的綜合鋁制品生產公司,公司總人數達三萬六千人,在全世界四十個國家均設有據點。本文應用 FLOW-3D ,討論在重力鑄造過程中,進料區域的卷氣形成原因。

 

重力鑄造工藝是一種常用的鑄造工藝。

                               典型的重力鑄造模具

 

                                   進料系統設計

 

進料系統有兩種常見的設計,設計 A 以及設計 B。

             設計A                                                                                  設計B

 

現有問題描述:無論是設計 A or 設計 B,在澆口位置都會發生氣孔

 

鑄件發生縮孔的原因:

  n 凝固過程中,因為體積收縮造成的縮孔

  n 材料發生氣體析出,造成的縮孔

  n 砂芯冒出的氣體造成的縮孔

  n 充型過程中卷入的氣體造成的縮孔

 

上述四種縮孔的解決方法檢討

  n 收縮縮孔

    n 凝固過程中考慮補縮的設計

  n 析出氣體縮孔

    n 澆鑄前讓金屬流體先完成氣體析出

  n 砂芯冒氣縮孔

    n 主要來自于黏接劑產生的氣體

    n 大部分的縮孔以均勻的方式分布

  n 卷氣縮孔

    n 鑄造過程中發生低壓區,氣體從分模線位置被吸入

n 流道區域

n 澆口區域

    n 澆鑄過程中,氣泡會不停的產生

    n 發生的位置不見得是在剛開始流體進入的位置

 

問題檢討

影響卷入氣體的原因探討-1

1.     如果流道以及內澆口的位置壓力比大氣壓力大 à 不可能從分模線吸入氣體

2.     如果內澆口位置的流速相同 à 在每個內澆口位置應該會均勻的產生氣泡

                                                                               Fig1. 澆口區域的流動速度分布

 

                                                                               Fig2. 流道系統的壓力變化

 

 

影響卷入氣體的原因探討-2

  n 在豎澆道區域存在的氣體

    n 這些氣體會被沖下至流道區嗎?

    n 如果這些氣體被沖下至流道區域,并且進入澆口,這些氣體會集中于某些區域?或者是均勻分布?

    n 氣泡的尺寸大小會影響集中狀況嗎?

  n 分析模擬設定

    n 氣泡于澆杯位置以均勻的速度產生

    n 密度: 空氣密度的 10

    n 尺寸設計: 0.3 mm, 0.5 mm, 0.8 mm

    n 部分耦合(流體運動不會受到氣泡影響) / 完全耦合(流體運動會受到氣泡運動的影響

 

分析結果

                                                                      Fig3. 澆口設計A , 氣泡尺寸 0.5mm, 完全耦合

 

                                                                  Fig4. 澆口設計A, 氣泡尺寸 0.8mm, 完全耦合

 

                                                                    Fig5. 澆口設計B, 氣泡尺寸 0.3mm, 完全耦合

 

                                                                    Fig6. 澆口設計B, 氣泡尺寸 0.3mm, 部分耦合

 

                                                                    Fig7. 澆口設計B, 氣泡尺寸 0.5mm, 完全耦合

 

                                                                    Fig8. 澆口設計B, 氣泡尺寸 0.8mm, 完全耦合

幸运彩官网