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射芯模拟-动态过程可视化,让你知道究竟发生了什么

发布时间:2017-08-10

模拟铸造工艺是其中的重要组成部分,亚世科化学一直致力于这方面的精研。其中包括对各种知名软件的应用,如Magma、Flow-3D、Arena-Flow?和Novacast。多年来,公司在铸造和凝固模拟以及射芯模拟领域积累了大量经验。下文将对射芯模拟的前景作一个简单介绍。
 

国际市场的激烈竞争不但要求铸件供应商的质量不断提高、开发和生产时间更短、成本更低;而且,当今市场对产品持续多样化发展的追求也给铸件供应商带来了同样严峻的挑战。在这种情况下,计算机程序,比如模拟软件将有助于降低成本、缩短开发时间并设计优化稳定的工艺。这并不是新的见解,因为这个方法已经在铸造和凝固领域掌握并应用多年。

在过去,从铸件概念到生产的开发过程包括从绘图开始,经过模型制作,铸件试制并进行各种调整,直到最后成品;而今天的方法则是使用计算机辅助设计(CAD)、模拟、计算机辅助制造(CAM)和样件生产。简言之即计算机辅助工程(CAE)。这种方法在模型构建和铸造系统的开发与设计中已经应用多年,我们对模拟方法在这方面的优点和可能性也已十分熟悉。

但是,砂芯制造模拟依旧是比较新的概念。我们需要这种模拟吗?当然,没人比经验丰富的铸造工程师更了解他们的砂芯业务,即制芯了。然而,扪心自问——真的吗?我们真的知道发生了什么吗,我们的设计是最优方案吗?可以说,砂芯制造模拟照亮了铸造工艺中最后的未知区域之一,并能帮助我们更好地掌握”砂芯业务“。

射芯模拟包括两个与众不同的关键模拟步骤。一个是芯盒填砂过程模拟,即实际的射芯模拟。另一个是可能或必要的吹气模拟,即对气流通过芯盒型腔的模拟,针对各种情况的填砂。

填砂动态过程的可视化(见图1)让我们能对紧实度差异大(见图2)的区域做出精确预测。

也可以判断出模具容易磨损的区域,或预测哪个区域更有可能发生树脂粘模(见图3)。

图1 填砂动态过程的可视化

图2 紧实度差异大的区域

图3 模具磨损——动能X冲击角

模拟软件Arena-Flow?是市场上唯一能够以真实的方式表现微粒(砂粒为微粒)与流动介质(空气)之间实际相互作用的软件。它可以非常清楚地显示出紧实度不足的问题区域(见图4)。

图4中显示的紧实度问题是由排气状况不理想造成的。

图4 曲轴箱水套,汽缸2和汽缸3之间的区域紧实度较差


本例也清楚地表明,填砂动态过程或填砂结果的好坏主要取决于芯盒内空气的流动情况。空气流动情况可以通过流动矢量表示,它还能清楚地显示出何处紧实度不足,或可能存在吹气问题。

在图5中,气流不足的区域显示为深蓝色。在砂芯吹气固化方面,这种通过模拟进行评估的方法能让我们初步了解吹气工艺是否均匀。如果下芯盒区域已经显示出气流不畅的情况,可以肯定会发生吹气问题。在这种情况下,就意味着在实际的大批量生产过程中需要耗费更长的吹气时间和增加不必要的胺耗量。由此我们必须注意胺使用效率低的问题。

图5 芯盒内的气流
下例(见图6)显示系统应用和适当优化设置能帮助显著提升砂芯的质量,同时将周期时间缩短约28%。在本例中,仅对排气设置进行了优化。
图6 吹气效果——优化前(左)和优化后(右)

众所周知,家族芯盒往往基于现有射芯机进行设计。而在生产过程中经常遇到某些砂芯或砂芯某些区域紧实度不足的问题,导致清理工作量增加,甚至铸件大量返工。在大多数情况下,这是由射头(安装后视作已固定,不再考虑变动)的几何结构、芯盒的实际设置以及射嘴的排列间的相互作用造成的。


图7清楚地表明,现有几何结构阻碍了砂芯左后区域完全填砂,因为在给定时间内流出储砂斗的砂量不足。

图7 射头和芯盒间的相互作用分析

这种情况必然会显著增加额外成本,而这完全可以通过事先进行相应的模拟来避免。更改射头的设计当然是比较合算的补救措施。但是在最坏的情况下,这样做可能危及现有项目进度时间表,影响准时完成项目节点。


另一个以奥迪汽车公司设计的油道砂芯为基础的实例展示了射芯模拟在节约成本和资源方面的潜力。


作为客户项目的一部分,这个任务就是在构建新芯盒前检查现有设置,并按需优化。本项目不仅获得了铸造厂、还获得了客户即奥迪汽车公司的支持和推广。从此以后,作为一家并不自己运营使用砂芯的铸造厂的OEM厂商,奥迪汽车公司无论是在铸造厂还是采购公司内,一直依靠模拟作为实现稳定工艺的方法。

总结


与其他类型的模拟一样,砂芯制造模拟(又称作射芯模拟)在开发和生产方面拥有巨大潜力——在模具开发方面,它能在生产昂贵的模具前,确保模具将会以最优的方式工作,达到用户要求;此外,它还能作为检测故障原因和节约成本的一种辅助手段。


模拟能帮助设计、实施和执行稳定工艺。此外,它还能通过优化吹气工艺,缩短吹气周期并减少胺消耗量。从而实现生产率的提高,并能减少资源消耗。


这就意味着,它可以为用户在竞争激烈的国际铸造市场上保持和提高竞争力做出显著贡献。


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