充型凝固分析ppt课件

1、FLOW-3D v11高压铸造-充型分析训练课程,如何选择高速压射起点,压铸特点是快速填充，在整个高速压射阶段，融熔金属以3060 m/sec的速度通过内浇口进入型腔。此时融熔金属会包卷气体，在这种情况下可考虑让气孔分布在何处不影响关键位置。 由于型腔的截面积远大于内浇口，当冲头速度不大于0.8m/sec时，融熔金属在型腔内是以近似于层流的方式运动，这一阶段不会产生卷气。 从快速点直到充型结束，融熔金属以紊流的方式运动，这一阶段是包卷气体的过程，也是铸件产生气孔的部分,选择1：卷气量大 选择2 3：一般压铸件选择融熔金属进入内浇口，或者是进入型腔内某一位置后再切换高速 选择3 4：多半用于大型

2、铸件,融熔金属进入型腔的充填速度高时，可以得到轮廓清晰，表面质量良好的铸件，但是容易造成排气不良，对于模具的冲蚀较大，会让模具的寿命减短,高速压射起点,高速压射的起点选择,曲轴箱,一般铸件容易产生气孔以及对致密度的要求不同时，高速压射的起点可以选择在不允许有气孔的部位之后。 以右图的曲轴箱为例，A部分因为有润滑油通道，所以要求必须致密度高，不能渗油。因此高速压射的起点设置在位置2，而非一般铸件的位置1。这样的成形方式可以确保铸件内部的质量要求,充填模式,FLOW-3D可提供下列四种充型模拟方式， 模具+高速段 模具+高低速切换 模具+初始流体+高低速切换 模具+料管+初始流体+高低速切换 可提

3、供下列四种模具温度建议 充型时，模具温度采用恒定温度 充型时，模具采用非均一恒定温度 充型时，模具采用热循环达到稳态的温度,模具+高速段充填,对模具设计人员而言，模具设计时必须着重于如何顺利充型金属，同时将充型过程中造成的卷气及氧化膜等缺陷排出至渣包。 由于无法预测成形条件，因此进行数值模拟时可直接选用机台高速充型速度作为边界条件。虽然与真实成形状况不会完全相同，但是如果模具设计可在此最恶劣条件下达到上述充型要求，则该组模具设计在调机时必定可减少试模次数与时间,模具+高低速切换,高速,由于高低速切换位置会影响流动状态，因此如果时间允许，可以将前述采用一段高速的边界条件，更改成先以低速充型至内浇

4、口处，再以高速充型完毕。 加上高低速切换，需要额外执行一次分析以决定高低速切换的时刻。 由于这仍然属于猜测的成形条件，因此在模拟上虽然比直接采用高速段来得合理，但是与真实的机台打样仍然有差距,模具+初始流体+高低速切换,高速,初始金属液+高低速切换的位置，对于充填的影响相当大。由于初始金属液具有一定的质量，加上切换点位置的快慢，会让高速段的充填受到极大的影响。 同样的，初始流体的体积多寡，模具设计人员仅能大略预测，这种模拟方法仍然与真实制作有所差距。但是这种方式，已经是在不采用冲头耦合计算中最接近真实的模拟方法,模具+料管+初始流体+高低速切换,最完整的仿真方式（切换位置及速度必须接近真实条件

5、,成型金属： ADC 12 成形金属温度：670 模具材料：H-13 初始模具温度均一：220 模具+初始流体+高低速切换 低速：0.3 m/sec 高速：2 m/sec 切换时刻：0.12 sec,案例一 （充型分析,图档准备必须分为三个部分： 铸件和渣包和浇道图，转出STL格式,分析流程,1.项目建立,点击“add new simulation”增加新案例分析 给定模拟名称和放置路径，建议路径要与STL图放在一个文件夹内 建好项目后，就可以建模参数设置,项目建立后，点选ModelSetup，进行项目设定,2.模型建立,建模菜单共有六个子菜单,模型建立步骤如下,导入几何 网格划分 全局设置

6、选取物理模型 导入金属材质 导入固体材质，设置固体属性 水路设置 流体初始化 数据输出 数值选项,2.1 几何导入,点击快捷图标，同时导入“铸件/渣包/浇道/排气道” 图档,图格式与比例,原始图档为mm单位，转为CGS时必须采用0.1,表示模具为固体,正确的图档载入会如同上图，图档的外侧会以半透明的外框标示，表示加载的对象为complement,修改图的类型1,正确的图档载入会如同上图，图档选择”Hole”表示去除材料,修改图的类型2,Solid / hole / complement,2.2 建立网格块,建立网格块，然后给定的网格数量或网格尺寸 在Mesh Cartesian处点选鼠标右键，

7、选取Add a mesh block。或点击”+”增加网格块,调整网格区块大小-1,1,2,3,网格块选择fit to geometry包裹几何 点击默认的数量即可 将Mesh plane的小数去除,复合网格（Linked Mesh Block,单一网格块,复合网格目的是为了减少网格数量，以加快模拟计算时间 本例采用三个Mesh Block进行设定 利用Split分割网格块，建议不要超过五个块。网格块越多，在边界上迭代时间会越长。 分割的位置不许放在流动混乱的地方（切在铸件较厚的地方最佳。,复合网格块,调整网格区块大小-2,1,2,3,唯一的重点，网格块间的相连的边界必须在同一个面上（网格区块

8、不得重迭,调整网格区块大小-3,Favor后几何可顺利完成,检查Favor后的图档是否合理,为了让网格区块间的迭代计算能够缩短时间，在完成Mesh Block建立后，建议在Mesh Block相接的地方以Add plane做网格线切割，如下图所示,作法相当简单，只是将Mesh Block 1t time,at free surface in the bulk,HPDC(Mg alloys,氧化渣模型,重力模型,案例采用 CGS （cm g s）单位，重力加速度数值由SI（m kg s） 9.8的放大100倍,热传递模型,由于充型时间较短，与模具接触时间很短，模具传热层很小，因此可以忽略模具内的

9、热传导，你可以使用 Uniform component temperatures 若不想简化处理，考虑模具的热传导，那么需打开Full energy equation计算+Maximum Thermal penetration depth。 Implicit隐式解可以加快求解时间,基于半无穷域的一维热穿透解(1-D heat penetration solution,Maximum Thermal penetration depth计算公式1,其中 为固体热扩散系数 =/( Cp) 为固体的导热率 Cp为固体密度*固体的比热 t 为接触时间 为热穿透深度,Maximum Thermal pen

10、etration depth计算公式2,输入模具材料属性和充型时间，即可算出最大热穿透深度=0.0056 m,比较有无设定热传影响层的热传方程计算,考虑整个模具 -400万激活网格 -CPU: 26 小时,热影响深度为 5 mm -652,000 激活网格 -CPU: 10 小时, 效率提升 60,凝固模型,此时打开凝固模型，考虑充型过程是否有缺料和局部过早凝固。 考虑液态和固态的金属与模具具有不同的对流换热系数,粘度模型,充填过程模具内的金属流动通常雷诺数较高 ( 20,000) ，因此一般视为紊流流场 在五种模式中，推荐使用RNG紊流模型,2.5. 导入金属材质,选择相应的材料，并点击加载

11、即可,流体可压缩性，可缩短时间，但是会有风险（如果充型时间过短，压力过大时，流体会无法填入型腔）。 如果不想承受风险，Compressibility维持“0”就可以了,2.6. 导入模具材质,选择相应的材料，并点击加载即可,设定模具温度及热传递系数,液态金属与模具之间的热传递系数,固态金属与模具之间的热传递系数,模具初始温度,2.7. 边界条件,每个Mesh Block下方都有边界条件。 从上图中可确认速度从Z Max平面进入，沿着负方向进料，更改为速度边界条件，并设置时间与速度关系,1,2,3,选择速度边界条件后，填入速度向量大小以及料温温度,2.8. 流体初始条件,激活初始条件菜单,定义初

12、始金属液 利用Fluid region定义初始化金属液，利用limiter 限制 设置初始金属液温度,以Favor检查型腔及金属液,若看到蓝色的金属液，请调整左上角的Transparency透明度,2.9.加排气点,注意：点的坐标必须在型腔内部。 Valve loss coefficient 损失系数可以通过计算公式算出 若含有多个排气道，那么就要设置多个排气valves,1,2,3,空气的密度 A：排气道截面积 C：通常等于0.5 Y ：通常等于1.0 其中损失系数的单位为 L3.5/M0.5,损失系数计算公式,2.10.数据输出,若需输出流场更多细节，如以每填充率1%输出资料。 常需要输出

13、的数据有金属温度/速度/空气压力/固相率/氧化渣/卷气/模具温度等,2.11.数值选项,给定初始时间步和最小时间步。 软件会根据收敛情况自动调节步长大小,3.1 执行分析,完成设定后，回到Navigator下。 点选分析项目，按下鼠标右键后，最上方两个执行项就是执行FLOW-3D。 PreprocessSimulation：检查各项参数是否正确 RunSimulation：先检查各项参数是否正确，正确无误后开始执行分析。 通常会先执行PreprocessSimulation，确定参数无误后，再执行RunSimulation（除非设计人员确认自己设定的参数完全没有问题,Warning & Err

14、ors：记录在分析过程中的警告讯息与错误讯息（警告讯息不需理会；程序万一不正常停止，才需要检查错误讯息） Restarts times：程序在迭代计算时，如果需要重新以较短的时间间距计算时，会在Restart times内记录重新计算的时间点。 Status / Restart data / History data：程序执行过程中，如果需要实时取出相关信息，可点选这三个icon，FLOW-3D会实时记录这三个时间点的相关数据,Runtime option,FLOW-3D执行过程中，操作人员仍然可以更改prepin档内部的numerics选项以调整计算方式。 FLOW-3D V10以前的版本，

15、在执行Runtime option前必须先将程序暂停（Pause），等设定完成后按下继续执行（Resume），程序才会根据新的设定计算。 FLOW-3D V10以后（包含V10），Runtime option内的数值一旦修改，程序会实时根据修改后的数值计算，不需要再暂停,Pause：暂停计算 Resume：接续计算 Terminate：强迫终止计算,End of calculation at t = XXXX cycle =XXXX：程序计算完成 No accessible emptycells：没有空的网格可供填入（充型分析，程序于fill fraction = 1.0时停止计算） Elap

16、sed time (seconds) = XXX：程序运行时间（秒数） CPU = XXX：CPU运行时间（如果是双核，数值则是上方秒数X 2,4. 载入结果和分析结果,软件提供两种后处理功能 软件自带的后处理 Flowsight 后处理,4.1 软件自带后处理,选择结果，并输出所需数据 软件可以输出文本/曲线/二维/三维,显示3D结果,选择输出金属或气体,选择输出变量,选择输出时间秒数,STL型腔载入,标准输出金属液体+卷气结果,1,2,3,4,5,6,7,8,颜色标尺和时间帧显示,点击Tools菜单中“Option” 复选color scale，将Min /Max的数值填入固定最大/最小值

17、,修改颜色标尺的上下限,型腔透明度,动画输出(Fullscreen Capture,1,2,FLOW-3D可以将结果制作成avi动画。先点选第一个时间点，如左图所示。 接着选择 Tools / Animation / Fullscreen CaptureFullScreen：代表右下角整个图片的区域全部抓取Rubberband：用户指定抓取的区域大小,输出路径及文件名修改,文件名以及路径可以根据用户的需要进行修改（文件名采用英文及数字的组合）。 Frame rate的数值改小一些（预设为10）。Frame rate数值越小，动画播放的速度越慢。一般而言填入数值67对于问题判断的效果就非常好,M

18、icrosoft video format,完成档案输出,当avi文件完成后，程序会询问是否要对该avi档进行压缩，建议选择Microsoft video格式，这种格式的avi文件不大,选择结果文件 复选 selected 数据 选择isosurface 和color by,4.2 Flow sight 后处理,4.2.1 型腔内空气压力分布,4.2.2 铸件温度分布,4.2.3 速度分布,4.2.4 卷气分布,4.2.5 氧化渣分布,高压铸造-凝固分析,1.1 接续分析Restart Simulation,先完成一组充填分析，然后将充填分析的结果转至Restart Simulation，执行接续分析,变更档名后，选取下方的 Check all，将所有的图档从充填分析的项目中复制到凝固分析的项目内,此处可填入凝固分析的项目名称,1.2. 调整Finish time & Solidification,Finish time设定为50 Finish condition设定为Solidification / Solid fluid fraction = 1,1.3.Physics,取消Air Entrainment & Surface Defact Tracking,由于这个prepin档是从原本充型分析的档案复制过来的，因此大部分设定不需要调整。只