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應用領域 

金屬製造

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永久模鑄造

永久模具和砂模之間的區別在於永久模具可以重複使用。重複使用模具的鑄造製程包括重力,傾斜澆注,低壓壓鑄和高壓壓鑄。永久模具可選用金屬或石墨材質。模具類型的使用取決於鑄造金屬。用於金屬模具的鑄造金屬包括鋁,銅合金,鋅和鎂。石墨模具則多半應用於鋼和鐵。另外也有半永久性模具的應用,它使用砂芯來形成內腔。FLOW-3D CAST 能夠追蹤模具中的填充,凝固和熱應力相關的鑄造缺陷,以協助正確設計,進而節省時間和金錢。

模擬低壓壓鑄件,顯示輪胎輪輞的填充溫度

客戶實例

Courtesy Peugeot PSA

Courtesy Littler Diecast

Courtesy SANDEN Manufacturing

低壓壓鑄製程的原理,是先將陶瓷管連接到上面的鋼模並延伸到下面的熔融金屬爐中,然後通過加壓迫使流體通過澆口向上加壓以填充模具。一旦鑄件凝固,空氣壓力就會降低,使得管中仍然呈液態的其餘金屬退回到金屬爐中。低壓鑄造產量高,可應用於較厚的鑄件(厚度可達 2.5mm)。低壓鑄造可獲得更好的表面品質,並且可利用高溫熱處理以提高鑄件強度。

藉由模具熱循環,填充和凝固(包括熱致應力和變形計算)模擬過程,FLOW-3D CAST 可應用於設計低壓鑄造。並且在生產前協助使用者找出更佳的設計,有助於通過數值模擬減少試驗及避免錯誤,讓設計能夠更快的進行生產。這兩者都有助於節省時間和降低成本。

低壓壓鑄的案例,預測不正確的填充模式。Courtesy Form Stampi, SRL.

低壓鑄造模擬

低壓鑄造

 

離心鑄造

 

離心鑄造時,模具以高速旋轉,同時將熔融金屬倒入其中。熔融金屬以徑向方向由中心往外充填模具內部,並且在冷卻時凝固。因為離心力造成的壓力差會將缺陷區域推往旋轉軸心位置。 FLOW-3D CAST的非慣性座標軸模型可以設定旋轉,必且調整速度以確認缺陷集中位置,提供高精度的模擬結果。

離心鑄造實例

鋼葉輪離心鑄造工藝的局部充型模擬。旋轉設定為250rpm。FLOW-3D  CAST  用於模擬和顯示鑄造葉輪葉片中的早期冷凍問題。由Simulated Engineering Incorporated提供。

離心鑄造模擬

傾斜鑄造

傾斜鑄造時,模具會先處於水平位置,此時將金屬倒入。然後在預設的成形時間內,鑄造機會旋轉模具,讓金屬以緩慢且連續的傾倒速率進入模具。傾斜鑄造是一種傳統鑄造的替代方式,因為其進料/澆口的彈性設計允許各種的鑄造形狀。

傾斜鑄造充填過程中的溫度變化設定

在這個例子中,傾斜澆注應用在一個在連接到電纜分接頭的鋁耦合器上,以確保鑄件的完整性與表面品質。完成傾斜旋轉所需的時間非常重要。在 FLOW-3D CAST 中可以很容易地修改旋轉速度,允許用戶進行最佳化的速度調整及設定:旋轉速度過快會造成空氣夾帶至流動中,太慢則會有更多的表面缺陷產生。模擬完成後,將鑄造過程中的溫度最大及最小值分別設置為液相線和固相線。從模擬結果可以得知在充填過程中,成形金屬溫度高於固相線溫度,因此不會出現早期凝固。

傾斜鑄造模擬

用於水上運動漂流設備的輕質鋁製品需要高品質的表面處理,並且鑄件表面必須完美,不能有氧化膜等表面缺陷。傾斜鑄造模擬顯示了填充過程中表面氧化膜及卷氣等缺陷的可能區域。了解這些缺陷的移動方式有助於設計人員調整更好的澆口,滑塊和冒口等位置,以消除鑄件內的缺陷。FLOW-3D CAST 可用於通過其專有的6 個自由度運動模擬以重現模具運動時可能承受的的角加速度等現象。

預測金屬鑄造缺陷

傾斜鑄造鑄件中的表面氧化膜和卷氣缺陷

可視化非慣性參考系運動

傾斜鑄造鑄件,左側是非慣性參考框架運動,右側是靜止運動