更多電子報

 

應用 FLOW-3D 於重力鑄造之進料區域卷氣及氣孔位置模擬

 

作者: Andreas Buchholz

創立於 1903 年的 Hydro Aluminum, 是全世界最大的高純鋁生產公司,也是全世界第三大的綜合鋁製品生產公司,公司總人數達三萬六千人,在全世界四十個國家均設有據點。本文應用 FLOW-3D ,討論在重力鑄造過程中,進料區域的卷氣形成原因。

 

重力鑄造製程是一種常用的鑄造製程

 

典型的重力鑄造模具

 

進料系統設計

 

進料系統有兩種常見的設計,設計 A 以及設計 B
設計 A
設計 B

※現有問題描述:無論是設計 A 或 設計 B ,在澆口位置都會發生氣孔

 

鑄件發生縮孔的原因:

凝固過程中,因為體積收縮造成的縮孔

材料發生氣體析出,造成的縮孔

砂芯冒出的氣體造成的縮孔

充型過程中捲入的氣體造成的縮孔

 

上述四種縮孔的解決方法檢討

收縮縮孔

凝固過程中考慮補縮的設計

析出氣體縮孔

澆鑄前讓金屬流體先完成氣體析出

砂芯冒氣縮孔

主要來自於黏接劑產生的氣體

大部分的縮孔以均勻的方式分布

卷氣縮孔

鑄造過程中發生低壓區,氣體從分模線位置被吸入

流道區域

澆口區域

澆鑄過程中,氣泡會不停的產生

發生的位置不見得是在剛開始流體進入的位置


※問題檢討

影響卷入氣體的原因探討(一)

•  如果流道以及內澆口的位置壓力比大氣壓力大 → 不可能從分模線吸入氣體

•  如果內澆口位置的流速相同 → 在每個內澆口位置應該會均勻的產生氣泡

澆口區域的流動速度分布

 

流道系統的壓力變化

 

影響卷入氣體的原因探討(二)

•  在豎澆道區域存在的氣體

•  這些氣體會被沖下至流道區嗎 ?

•  如果這些氣體被沖下至流道區域,並且進入澆口,這些氣體會集中於某些區域?或者是均勻分布?

•  氣泡的尺寸大小會影響集中狀況嗎?

•  分析模擬設定

•  氣泡於澆杯位置以均勻的速度產生

•  密度 : 空氣密度的 10 倍

•  尺寸設計 : 0.3 mm, 0.5 mm, 0.8 mm

•  部分耦合(流體運動不會受到氣泡影響) / 完全耦合(流體運動會受到氣泡運動的影響)

 

分析結果

澆口設計 A , 氣泡尺寸 0.5mm , 完全耦合

 

澆口設計 A, 氣泡尺寸 0.8mm , 完全耦合

 

澆口設計 B, 氣泡尺寸 0.3mm , 完全耦合

 

澆口設計 B, 氣泡尺寸 0.3mm , 部分耦合

 

澆口設計 B, 氣泡尺寸 0.5mm , 完全耦合

 

 

澆口設計 B, 氣泡尺寸 0.8mm , 完全耦合