在澆鑄以及熱裂問題判斷的成功應用
在澆鑄以及熱裂問題判斷的成功應用

 

【CANMET-MTL】在澆鑄以及熱裂問題判斷的成功應用

加拿大能源技術中心材料科技實驗室(CANMET-MTL),是加拿大自然資源部下屬的一個部門,同時也是安大略渥太華市一個重要的研究機構。CANMET-MTL有在氫能源儲藏和有毒氣體感應方面的納米技術研究項目。坐落于安大略省漢密爾頓的麥克馬斯特大學的麥克馬斯特創新園區,投資600萬加元,用于協助多倫多和滑鐵盧等地方大學的合作研究項目。
Simulations則是加拿大著名之工程技術服務廠商,與加拿大能源技術中心材料科技實驗室于2004年開始參與共同合作,主要研究重點在于新澆注技術之開發與應用。

 

利用 FLOW-3D 進行工藝評估以及確認鑄件熱裂問題的產生

案例一、四圓柱棒鋼模

FLOW-3D 案例一設定
1. 非牛頓流體
2. 紊流模型(RNG k-epsilon model)
3. 隱式熱傳解(Implicit)
4. 從充型開始至固化結束
5. 充型時間約35秒

 

解決無法填滿模穴的方法 – 離心鑄造
旋轉速度設定:200 RPM
FLOW-3D 進行仿真

FLOW-3D 物理模型選擇:非慣性參考坐標軸模型(Non-inertial  reference model)將旋轉角速度的影響施加于澆鑄過程中。

 

 

二、六圓柱棒澆鑄(熱裂問題評估)

 

問題描述:鑄件在固化過程中發生斷裂

 

固化過程中發生鑄件斷裂的問題檢討:

鑄造過程中造成的應力集中以及鑄件變形原因可能來自于:

  • 固化過程中,模具限制了鑄件的收縮,而造成該區域斷裂
  • 鑄件固化過程中鑄件各區域的溫度差異過大,造成熱應力集中斷裂
  • 固液相轉換時發生嚴重的體積收縮,鑄件各個區域的收縮量不同造成鑄件斷裂

 

熱應力發生的原因:

  • 鑄件中各個區域因為收縮量不同造成溫度差異
  • 由于溫度的平衡影響,在這些區域開始造成應力集中
  • 如果固化過程中應力超過鑄件材料固化時的拉伸應力,就會發生永久性的變形甚至是斷裂

 

FLOW-3D 案例二設定:零速度場(僅做固化分析)、熱傳采用顯式解計算(Explicit)

 

結果顯示:(固化過程中之固化率分布,紅色代表固化率 = 100% 的區域)

 

結果:溫度差異最大的區域顯示

結論: FLOW-3D 能夠精確的預測重力鑄造件充型的效果以及熱裂問題的預測。

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