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應用福祿數(Froude Number)判斷依據於鑄造充型過程中的質量評估

 
作 者 : Carl Reilly
 

Supervisor: Dr. Mark Jolly

  Co Supervisor: Prof Nick Green
The University of Birmingham

 

使用軟體: FLOW-3D

研究採用的澆鑄模型

 

從以往的研究中,已經得知在澆鑄系統控制良好下,鑄件的品質可以進行控制。

動畫1.不良的澆鑄過程(X-Ray)

 

動畫2.良好的澆鑄過程(X-Ray)

 

氧化膜的形成原因

氧化膜缺陷

 

形成原因

 

 

什麼是福祿數(Froude Number)?

福祿數是流體質點加速度產生的作用力,以及重力形成的作用力比值的指標。

 

Froude Number 可以用來判斷流體卷氣的程度。當 Froude Number > 1.7 時,流體就會卷氣,當 Froude Number 在 4~12 之間時,流體會呈現高度卷氣。

 

 

利用 FLOW-3D 的客製化功能,研究採用自行開發的副程式套入計算。

 

 

FLOW-3D 網格設定

 

 

分析後結果判定的重點

 

 

FLOW-3D 分析的相關設定條件

 

 

結果

運用統計分析的方式

ANOVA (Analysis of Variance)

 •  Both in-gate and sump height shown to be significant :

  •  In-gate P-Value : 0.0001

  •  Sump height P-Value : 0.0033

Interactions

 •  Low level identified

Best Result

 •  Lowest sump and highest in-gate

Worst Result

 •  Biggest sump and shortest in-gate

 

動畫3.最佳設計 - 125mm Sump (Smallest Sump)and100mm In-Gate (Largest)

 

動畫4.最差設計 - 500mm Sump (Largest) and 25mm In-Gate (Smallest)

 

結論:

The design of a castings in-gate is of up most importance

  •Short in-gates increase the persistence of the return wave

The design of a sump is critical to its effectiveness

  •Incorrect designs can be extremely detrimental to casting integrity

Interaction is present between the sump and in-gate

  •system must be designed as a whole

 

註:自 FLOW-3D V9.3 版之後, Froude Number 可在輸出選項中選擇輸出(不需要再自行撰寫客製化程式)