В настоящее время, с развитием компьютерного программного обеспечения, искусственного интеллекта, точности и достоверности программного обеспечения для анализа моделирования, применение программного обеспечения для анализа потока формы в литейной промышленности становится все более распространенным. технология моделирования cae широко используется при разработке литейных форм и производстве продукции. Теория численных вычислений и параллельные технологии GPU совершили прорыв, современный процесс литья вступил в эпоху цифрового моделирования и физического эксперимента с двойным приводом. Данная статья основана на работе автора в области высокого давления/низкого давления/ гравитационное литьё Благодаря 23-летнему инженерному опыту в этой области, в сочетании с типичными технологическими примерами, в книге представлен глубокий анализ ключевых моментов применения CAE-технологии обтекания форм в реальном производстве.

Принципы технологии моделирования литья и инженерные граничные условия

Процесс литья по существу представляет собой нестационарный процесс тепло- и массообмена расплавленного металла в сложных условиях, и его численное моделирование требует создания трехмерной связанной модели, содержащей уравнения Навье-Стокса, уравнение сохранения энергии и уравнение фазового перехода затвердевания. В частности, в инженерной практике необходимо обратить внимание на следующие ключевые параметры:
Коэффициент теплопередачи интерфейса: измеренные данные и программное обеспечение по умолчанию отклоняются до 40%, необходимо использовать зонд теплового потока для калибровки на месте
Реологические свойства расплава: литье под давлением алюминий Значительно неньютоновские характеристики жидкости на этапе высокоскоростного заполнения.
Компенсация усадки при затвердевании: необходимы динамические итерационные расчеты в сочетании с базами данных теплофизических свойств сплавов

Моделирование литья Программное обеспечение CAE

Технология CAE для литейных форм - это метод моделирования жидкостей, основанный на компьютерных технологиях, который использует математические модели и алгоритмы для моделирования и анализа потоков жидкостей. В области литья CAE-технология позволяет моделировать процесс загрузки и затвердевания металлических жидкостей в формах, включая расход, распределение давления, изменения температурного поля и т. д., чтобы помочь инженерам лучше понять и контролировать процесс литья.

Магмасофт

Программное обеспечение MAGMASOFT - это программное обеспечение для симуляции Cae, созданное немецкой компанией, специализирующейся на литейной промышленности. Это программное обеспечение может быть правильным литье Комплексное моделирование и анализ заполнения формы, затвердевания, охлаждения, термообработки, напряжений и деформаций. Технология моделирования программного обеспечения делает сложный процесс литья цифровым и визуализированным, что легче для наблюдения и понимания литейщиками. В то же время скорость расчетов выше, почти рабочий день. С тонкостенными деталями проблем нет (FLOW3D на тонкостенных изделиях головная боль), результаты термоусадки в ПО точные, но поток ПО не так хорош, как flow3d и procast.

Типичные области применения: автомобильные поворотные кулаки литье под низким давлением Оптимизация процесса
Преимущество: Уникальная технология "двойной сетки" позволяет эффективно сбалансировать эффективность вычислений (3 миллиона сеток за 8 часов).
Ограничения: отклонения в прогнозе расхода для сложных систем литья необходимо корректировать вручную.

Flow3d

FLOW3D был разработан в США и широко используется. Это программное обеспечение общего назначения, широко используемое в аэрокосмической промышленности, литье металлов, нанесении покрытий, производстве потребительских товаров, микроструйных головок, судоходстве, МЭМС, гидравлике и т.д. FLOW3D используется в литье под давлением с очень высокой точностью, с разумными настройками параметров, и точность потока может достигать более 90%. FLOW3D использует очень важные методы гидродинамики, такие как улучшенная стабильность и уникальная технология Технология отслеживания свободной поверхности (VOF), что делает результаты более реалистичными и более похожими на процесс литья под давлением. FLOW3D прост в эксплуатации, имеет мало интерфейсов и процедур, что является хорошей особенностью. Единственный недостаток - более длительное время расчета, обычно от одного дня до трех дней. Если изделие очень большое (500 мм*400 мм*300 мм), расчет займет почти четыре дня. И требования к обработке сетки также выше. По сравнению с корейским программным обеспечением Anycasting, все чувствуют, что воплощение потока более похоже. Но точность деталей гораздо выше, чем у Anycasting.

Проверка на практике: точность прогнозирования воздушных дефектов при литье титанового сплава для космических аппаратов 93%
Преимущество алгоритма VOF: погрешность отслеживания свободной поверхности <0,2 мм для тонкостенных деталей
Расчетная стоимость: корпус двигателя нового энергетического транспортного средства (620 × 480 × 320 мм), время моделирования полного процесса 98 часов

Procast

Программа для моделирования процесса литья, разработанная американской компанией Procast Software UES (UNIVERSALENERGY SYSTEM). В ней много модулей, она быстрая, но зацепление немного антигуманное, параметры более обширные, и для их ввода требуется много людей. По сравнению с другими программами CAE для моделирования и анализа литья, управление механической коробкой передач более автоматическое. С точки зрения потока и термоусадки, результаты моделирования в программе относительно точны, настройки параметров в соответствии с реальностью могут быть достигнуты при точности 90% или более. Даже выше.

Anycasting

Anycasting - это новое поколение передовых программных систем моделирования литья на базе операционной платформы Windows, специально разработанное для моделирования различных процессов литья. После многолетней итеративной модернизации, программное обеспечение имеет мощный решатель Real Flow и технологию трехмерной обработки, может моделировать различные процессы литья, включая литье под давлением, литье под низким давлением, литье в песок и т.д., чтобы предоставить пользователям эффективные, точные и реалистичные результаты анализа моделирования литья.

Хуаджи CAE

Huacasting CAE - это интегрированная система программного обеспечения, созданная в Хуачжунском университете науки и технологии, после более чем 30 лет исследований и разработок, постоянно улучшаемая и совершенствуемая в ходе длительной производственной практики. Взяв за основу технологию численного моделирования процесса загрузки и затвердевания отливки, она выполняет анализ процесса и прогнозирование качества процесса формовки отливки, а также помогает мастерам завершить оптимизацию процесса литья. Программа моделирует процесс загрузки и затвердевания отливок на компьютере и прогнозирует дефекты, которые могут возникнуть в процессе литья, такие как воздушный вал, захват шлака, промывка песка, недоливка, холодная сегрегация, усадка, усушка и ослабление.

Преимущество локализации: Комплект для процесса литья в песчаные формы, обеспечивающий потребности отечественного литейного производства 90%
Измеренные данные: корреляция между прогнозом усадки и результатами промышленной компьютерной томографии R2=0,87
Обновление: модуль ускорения GPU повышает эффективность вычислений на 400%

Типичные сценарии инженерного применения и количественная оценка стоимости

Оптимизация системы литья

В проекте по литью блока двигателя под высоким давлением с помощью моделирования Flow3D было обнаружено, что при традиционном вентиляторном затворе существует проблема столкновения металла с жидкостью. После оптимизации была выбрана система ступенчатой заливки:
Снижение количества дефектов валкового газа с 121 TP3T до 2,31 TP3T
Продление срока службы пресс-формы 30%

Контроль процесса затвердевания

Моделирование затвердевания железнодорожных отливок с помощью Magmasoft путем настройки схемы холодного чугуна:
Производительность процесса увеличилась с 68% до 82%
Процент сдачи рентгенографического контроля увеличился на 18 процентных пунктов

Микроорганизационное прогнозирование

Успешное прогнозирование гранулометрического состава колеса из алюминиевого сплава на основе модуля вторичной разработки Procast:
Ошибка между измеренными и предсказанными значениями < 1,5 уровня
Оптимизация процесса термообработки экономит энергию 22%

Границы развития технологий и инженерные рекомендации

Мультифизическая связь полей: настоятельная необходимость в создании алгоритма связи поля течения-напряжения-микроструктуры в реальном времени
Применение цифрового двойника: компаниям рекомендуется создать замкнутую систему проверки параметров процесса - результатов моделирования - данных контроля
Прорыв в отечественном программном обеспечении: китайский литейный CAE в области литья в песчаные формы достиг международного передового уровня, рекомендуется уделять приоритетное внимание рассмотрению