鑄造過(guò)程數(shù)值模擬及應(yīng)用實(shí)例演示文稿

鑄造過(guò)程數(shù)值模擬及應(yīng)用實(shí)例演示文稿目前一頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)優(yōu)選鑄造過(guò)程數(shù)值模擬及應(yīng)用實(shí)例目前二頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)內(nèi)容簡(jiǎn)要1.高力科公司概要2.關(guān)于鑄造CAE3.JSCAST的概要4.JSCAST的適用材質(zhì)及鑄造工藝5.實(shí)際案例解析目前三頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)高力科公司概要?dú)v史1982年由小松公司全額出資設(shè)立（當(dāng)時(shí)：小松軟件開(kāi)發(fā)）1986年鑄造方案CAE系統(tǒng)[SOLIDIA(即現(xiàn)在：JSCAST銷售開(kāi)始)]1992年公司更名為小松軟件株式會(huì)社2000年股東構(gòu)成變更，成為T(mén)ISGROUP的一員（ITS80％、小松20％）2003年2月公司名變更為高力科株式會(huì)社（英文名：QUALICAInc）目前四頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)鑄造CAE運(yùn)用背景鑄造領(lǐng)域面臨以下現(xiàn)狀：產(chǎn)業(yè)的全球化導(dǎo)致了鑄造產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈。即：低成本化，短生產(chǎn)周期化，高品質(zhì)化。擺脫[憑傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)和反復(fù)試作來(lái)解決鑄造缺陷問(wèn)題]的舊方法。熟練技術(shù)工人的高齡化，年輕技術(shù)人員的制造業(yè)脫離等社會(huì)現(xiàn)象導(dǎo)致了鑄造技術(shù)傳授的日趨苦難。

由于上述原因，鑄造工藝設(shè)計(jì)員渴望簡(jiǎn)單而又實(shí)用的鑄造模擬技術(shù)的出現(xiàn)。業(yè)務(wù)流程目前五頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)JSCAST的介紹適用于各種鑄造工藝（重力鑄造、壓鑄、半固態(tài)鑄造、傾斜鑄造、低壓鑄造、精密鑄造等），對(duì)熔融金屬在鑄型內(nèi)的流動(dòng)，充填，冷卻，凝固等過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。在計(jì)算機(jī)屏幕上可實(shí)現(xiàn)對(duì)鑄造工藝的科學(xué)評(píng)價(jià)，讓用戶在一下方面獲益：預(yù)測(cè)缺陷；節(jié)約能源；減少試生產(chǎn)的次數(shù)，降低模具的制作費(fèi)用；便于鑄造工藝知識(shí)的積累，傳授等。目前六頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)JSCAST在鑄造行業(yè)中的應(yīng)用目前七頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)JSCAST系統(tǒng)各功能模塊目前八頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)JSCAST:按用戶的鑄造工藝分類目前九頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)JSCAST:按用戶類別分類目前十頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)JSCAST的概要三維CAD：STL實(shí)體模型的導(dǎo)入，重量計(jì)算，網(wǎng)格劃分等流動(dòng)與凝固過(guò)程的模擬解析開(kāi)發(fā)：I.E.Solutions,Multi-Flow計(jì)算結(jié)果的顯示功能工程管理模塊CADI/O前處理器主計(jì)算器后計(jì)算器－要在鑄造技術(shù)人員的日常工作中得到廣泛的應(yīng)用：能夠在短時(shí)間內(nèi)，容易地輸入及編輯任何復(fù)雜鑄件的三維立體形狀可獲得用戶需要的實(shí)用預(yù)測(cè)精度便于鑄造工藝設(shè)計(jì)人員使用的「用戶友好」系統(tǒng)導(dǎo)入成本低擁有能及時(shí)回答用戶疑難問(wèn)題的體制擁有采納用戶要求，及時(shí)進(jìn)行版本更新的體制。目前十一頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)STL輸入界面的概要（筆記本電腦外殼）提供鑄件的STL模型目前十二頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)JSCAST在壓力鑄造中的應(yīng)用－縮孔缺陷的預(yù)測(cè)－金屬型溫度控制設(shè)計(jì)－充型流動(dòng)的可視化－考慮背壓流動(dòng)解析－AL縮孔縮松缺陷預(yù)測(cè)－套筒內(nèi)的流動(dòng)狀況－套筒的壽命預(yù)測(cè)（熱變形）目前十三頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)各種鑄造缺陷及適用的判據(jù)目前十四頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)金屬型溫度控制設(shè)計(jì)實(shí)例（1/2）舊方案（14條冷卻水管）使用脫模劑時(shí)的無(wú)脫模劑時(shí)溫度解析結(jié)果模具溫度解析結(jié)果根據(jù)溫度解析的結(jié)果、舊方案：

溫度過(guò)高→脫模劑附著性能下降→模具表面溫度必須降低70℃以上實(shí)際溫度測(cè)量結(jié)果目前十五頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)金屬型溫度控制設(shè)計(jì)實(shí)例（2/2）新方案（14條冷卻水管）溫度解析結(jié)果實(shí)際鑄造溫度測(cè)量結(jié)果模具內(nèi)冷卻水管：14→23金屬型表面溫度成功地控制在規(guī)定范圍內(nèi)提高了脫模劑的附著性能資料提供：東芝機(jī)械目前十六頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)規(guī)則－不規(guī)則混合網(wǎng)格解析提高薄壁鑄件、曲面形狀的解析精度在保持操作簡(jiǎn)單以及解析精度的同時(shí)，減少對(duì)使用者負(fù)擔(dān)的一種手法。在前處理器中和正交網(wǎng)格分割有相同的操作性；在制品內(nèi)部仍以正交網(wǎng)格分割、僅在曲面部分以及薄壁部分以不規(guī)則網(wǎng)格分割；流動(dòng)的數(shù)值解析方法，仍以直接差分法(DFDM)計(jì)算4面體網(wǎng)格5面體網(wǎng)格7面體網(wǎng)格目前十七頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)Mg合金壓力鑄造（筆記本電腦殼體）目前十八頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)筆記本電腦殼體充型動(dòng)畫(huà)目前十九頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)實(shí)際鑄件的驗(yàn)證實(shí)例（1/2）目前二十頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)實(shí)際鑄件的驗(yàn)證實(shí)例（2/2）目前二十一頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓的流動(dòng)解析考慮到型腔未充填部分的氣體壓力（背壓）以及排氣孔或出氣通道的排氣度，以實(shí)現(xiàn)接近于實(shí)際的流動(dòng)模擬解析。隨著金屬液的充填、鑄型內(nèi)未充滿部分的空氣被壓縮導(dǎo)致壓力上升，金屬液界面受到壓力的作用，此壓力被稱為背壓。如果背壓很大，將會(huì)造成充填不良、氣體卷入等鑄造缺陷。防止此類鑄造缺陷的方法：增大鑄造壓力在鑄型上加孔道（排氣孔或出氣通道）目前二十二頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓和卷氣的充型解析伴隨著熔液的流入，型腔內(nèi)的壓力上升熔液排氣孔熔液流入氣體加壓氣體由排氣孔等處流出流出量少氣體壓力增加將熔液推回目前二十三頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓的流動(dòng)解析的特征1)考慮由排氣孔和出氣通道的氣體排出2)甚至考慮到微量氣體的卷入3)預(yù)測(cè)由于鑄造壓力不足產(chǎn)生的充填不良4)氣體向著砂型的逃逸（正在開(kāi)發(fā)，release時(shí)期未定）目前二十四頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓的流動(dòng)解析中各事項(xiàng)的假定及定義1)型腔未充滿部分的氣體交匯形成GasGroup（氣體團(tuán)）2)氣體為理想氣體，各GasGroup的氣體壓力、體積、密度、溫度相等3)氣體經(jīng)由排氣孔和出氣通道網(wǎng)格中定義的鑄件網(wǎng)格向外排氣4)排氣孔和出氣通道網(wǎng)格中定義的鑄件網(wǎng)格如果被熔液充滿，則不進(jìn)行排氣的計(jì)算。目前二十五頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)5)GasGroup內(nèi)不包含排氣孔和出氣通道的話→氣體缺陷6)在氣體缺陷團(tuán)內(nèi)，如果缺陷在網(wǎng)格尺寸以下的情況下，就在網(wǎng)格內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)Marker（標(biāo)記）進(jìn)行追蹤。如果Marker再次包含到GasGroup中則Marker消失7)Marker（微小氣體缺陷）的速度由周圍熔液的速度來(lái)推定，不考慮浮力。不考慮Marker之間的相互沖撞以及和內(nèi)壁表面接觸后的吸附。假定以及背壓的造型目前二十六頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓的充型解析（實(shí)例1）僅在左側(cè)上部開(kāi)設(shè)排氣孔在兩側(cè)上部同時(shí)開(kāi)設(shè)排氣孔資料提供：大阪大學(xué)目前二十七頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓的充型解析（實(shí)例2）－機(jī)動(dòng)車引擎蓋氣體卷入：缺陷和解析結(jié)果(a)實(shí)際生產(chǎn)結(jié)果(b)模擬解析結(jié)果資料提供：大阪大學(xué)目前二十八頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型資料提供：東芝機(jī)械㈱目前二十九頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓的充型解析（事例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時(shí)間：40ms目前三十頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時(shí)間：40ms＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：400cm/s切換時(shí)間：40ms目前三十一頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時(shí)間：40ms目前三十二頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：400cm/s切換時(shí)間：40ms考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型目前三十三頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時(shí)間：40ms目前三十四頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)考慮背壓的充型解析（實(shí)例3）－箱型＜射出條件＞低速射出速度：30cm/s高速射出速度：100cm/s切換時(shí)間：40ms目前三十五頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)實(shí)際案例解析－滑枕武漢武重鑄鍛有限公司產(chǎn)品型號(hào)：TK6920零件號(hào)：20033零件名稱：滑枕技術(shù)要求：1、鑄件不允許有氣眼，夾砂，縮孔，裂紋等缺陷。2、鑄件進(jìn)行時(shí)效處理。3、未注鑄造圓角：R5~R10。4、法蘭盤(pán)T6916-20027，T6916-20028，8n6×20J44-1裝上后與導(dǎo)軌一起配磨。5、模型參考T6916-20076的模型。目前三十六頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)鑄造工藝鑄件毛重（Kg）：3800澆冒系統(tǒng)（Kg）：600澆注鐵水重（Kg）：4400爐料號(hào)：QT600-3出爐溫度℃：≥1400澆注溫度℃：1320~1340澆注時(shí)間（s）：60鑄件冷卻時(shí)間（h）：24∑F直=113cm2∑F橫=130.5cm2∑F內(nèi)=106cm2雨淋內(nèi)澆口：HZTJ1-35，L=300（共11個(gè)，芯盒刻定位）直澆口：HZTJ1-120，L=300（共1個(gè)，芯盒內(nèi)刻定位）冒口：30×100/80×150，l=150（共4個(gè)）目前三十七頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)滑枕3D模型橫澆道直澆道內(nèi)澆道冷鐵鑄件冒口型芯目前三十八頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)網(wǎng)格的剖分<網(wǎng)格形狀> 立方體網(wǎng)格<總網(wǎng)格數(shù)> 2505510<鑄件網(wǎng)格數(shù)> 304631<重力方向> Z軸負(fù)方向<終止條件> 流動(dòng)

充填率99.0[％]

凝固

凝固率100.0[％]目前三十九頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)物理參數(shù)鑄件（FCD600）

澆口部位：1320℃

型腔內(nèi)部空氣：10℃

液相線溫度：1180（℃）

固相線溫度：1140（℃）比熱 ：0.2(cal/g?℃）導(dǎo)熱系數(shù)：0.07（cal/cm?sec?℃）

凝固潛熱：50（cal/g）動(dòng)粘度系數(shù)：0.01（cm2/s）

密度：與溫度依存目前四十頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)物理參數(shù)砂型（SAND）

初期溫度：10（℃）

密度：1.5（g/cm3）

比熱：0.2（cal/g?℃）導(dǎo)熱系數(shù)：0.002（cal/cm?sec?℃冷鐵

初期溫度：10（℃）

密度：7.5（g/cm3）

比熱：0.16（cal/g?℃）導(dǎo)熱系數(shù)：0.08（cal/cm?sec?℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)[cal/cm2?sec?℃]FCD600SAND冷鐵空氣FCD600—0.010.20.0005SAND0.01—0.20.0005冷鐵0.20.2—0.2空氣0.20.2—0.2目前四十一頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)計(jì)算條件（流動(dòng)）澆注速度：澆注溫度：目前四十二頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)流動(dòng)解析結(jié)果－充填動(dòng)畫(huà)目前四十三頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)凝固解析結(jié)果－凝固過(guò)程動(dòng)畫(huà)目前四十四頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)凝固解析結(jié)果－凝固過(guò)程溫度分布目前四十五頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)縮松缺陷可能發(fā)生的位置（區(qū)域1）判據(jù)：新山判據(jù)Niyama于1982年提出的法(G一溫度梯度；R一凝固速度；K為常數(shù))，即新山判據(jù)。該判據(jù)認(rèn)為在忽略了氣體擴(kuò)散析出對(duì)縮孔、縮松的影響情況下，存在一個(gè)臨界值；當(dāng)時(shí)，該區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生縮松。

目前四十六頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編于八點(diǎn)縮松缺陷可能發(fā)生的位置（區(qū)域2）目前四十七頁(yè)\總數(shù)四十九頁(yè)\編