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Flow 3D:支持宝马铸造行业创新工艺开发的全流程模拟(二)

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用于重力铸造的创新型浇口系统

  • 砂模铸造
  • 低压压铸
  • 重力压铸
  • 高压压铸
  • 消失模铸造

为每种情况选择最合适的铸造工艺取决于:

  • 发动机概念/产量
  • 技术要求

由于特定的产品要求,重力压铸专门用于柴油发动机的气缸盖和曲轴箱

铸造专家尝试改进标准重力压铸工艺:

  • 减少铸造缺陷
  • 更高的铸造质量/更好的机械性能

顶部浇注系统:

  • 充满热料的冒口(喂料良好)
  • 底板可冷却整个灌装过程
  • 由于较高的速度和湍流而夹带的空气
  • 氧化物夹杂物的高风险

底部浇注系统:

  • 内浇口系统内的最小湍流
  • 没有夹带空气和氧化物的风险
  • 填有较冷材料的立管
  • 灌装过程中底板不能冷却

倾斜铸造(Rotacast®):

  • 填充过程中的低湍流
  • 良好的凝固温度曲线
  • 氧化物夹杂物的风险
  • 旋转过程中夹带气泡的风险
  • 更高的工具和机器成本

  • 填充过程中的最小湍流
  • 无需浇注盆(减少填充过程中的湍流)
  • 无需流道系统(减少开发工作)
  • 夹带空气风险低
  • 氧化物残留在钢包内
  • 任何氧化物夹杂物的风险低
  • 充满热材料的立管(良好的喂养)
  • 底板可以在整个过程中冷却
  • 填充工艺(更好的机械性能)
  • 不适用于每个铸件
  • 填充过程开始时出现一些湍流
  • 填充行为(湍流,速度,…)
  • 喷油器中的流体流动
  • 温度分布(钢包、型腔、注射器……)
  • 可能的铸造缺陷(氧化物、气泡……)
  • 工艺参数(温度、时间……)
  • 塞子的移动方式
  • 钢包移动方式
  • 塞子和钢包的设计
  • 喷油器设计
  • 实验工作量大大减少

使用无机粘合剂系统的砂芯吹芯和干燥

宝马工厂的轻金属铸造厂于 2010 年推出了一种新的重力压铸砂芯生产方法——传统的有机粘合剂被高度环保的无机粘合剂取代

环境方面:

  • 几乎没有污染物排放(燃烧残留物的排放量减少了 98%)
  • 工作条件显着改善
  • 经济和人体工程学优势:
  • 由于减少了芯气,提高了铸造质量
  • 生产和降低工具温度
  • 所得轻合金部件的强度提高(由于更快的凝固)
“宝马的兰茨胡特工厂是世界上第一家完全无排放砂芯生产的铸造厂。”

工艺步骤:

将型砂(含粘合剂)射入加热的模具中(使用射芯机)
芯子用热加压空气干燥(核心首先在靠近墙壁的薄层中干燥和硬化)
核心内部的水被热空气蒸发(水会在较冷的地区凝结)
空气-蒸汽混合物通过排气喷嘴离开堆芯
水的去除导致芯部硬化(粘合剂的化学反应)

新工艺的引入需要大量的实验

沙子特性的测量(粘度、孔隙率、粒度……)
吹制工艺(填充行为、工艺参数……)
干燥过程调查(方法、设备、工艺参数……)

新型芯干燥模型(软件)的开发

  • 模拟有助于理解过程
  • 不同干燥方式的比较
  • 工艺参数研究
  • 工具(加热系统、喷嘴、通风口等)和设备的优化
  • 大量减少实验

盐芯在高压压铸中的应用

  • 汽车行业呼吁:
    降低成本
    整体设计(减少部件数量)
    更高的生产力
  • HPDC 中的底切
    仅适用于复杂的滑块(高维护)
    技术在经济上不适用
  •  重力铸造砂芯不适合应用于 HPDC:
  • HPDC工艺的高压和高速度强度不足
  • 失核技术:
    开发完整的新组件的可能性
    生产中空零件和复杂的内部设计(底切)
    功能集成度高
    减少加工、密封和组装工作

未知的新技术

  • 材料特性
    合理的工艺参数(生产和使用)
    盐芯的生产
    工艺类型(重力铸造、HPDC……)
  • 工艺参数
    盐芯质量/缺陷(表面、缩孔……)
    盐的固化(密度变化非常大)
  •  盐芯的使用
    铸造过程中的高动态力
    由于高内浇口速度导致的核心故障
    应力导致的核心裂缝(由于温度梯度)

支持开发盐芯用途的模拟

工艺研究(收缩行为,……)
工艺参数的确定
大量减少实验

模拟盐芯生产

填充行为
– 可能的缺陷
– 浇注和通风系统的设计

凝固收缩过程
– 表层快速凝固
– 密度变化大
– 收缩系数取决于零件几何形状
– 表面是绝缘体
– 中心区凝固时间长
– 收缩孔
– 应力(可能的裂缝)

铸造过程中盐芯使用模拟

  • 充填固化工艺
  • 由于高内浇口速度导致的核心故障
  • 允许模拟熔体和盐芯的相互作用
  • 填充过程中芯部受力的调查(由于应力导致芯部破裂)
  • 热致残余应力

总结

  • 复杂结构件的高压压铸:完整的 HPDC 过程的详细模拟分析
  • 高压压铸嵌件:FLOW-3D 用于分析插入物对填充模式及其渗透的影响
  • 创新的重力铸造内浇口系统:宝马新开发的Injector Casting工艺,集传统工艺之长,扬长避短
  • 砂芯吹芯和干燥:模拟支持采用环保无机粘合剂引入新的砂芯生产工艺
  • 盐芯在高压压铸中的应用:FLOW-3D 中的流固耦合选项允许计算盐芯上的应力

关于马路科技

马路科技成立于1996年,从逆向工程与快速原型应用整合,今日为华人市场上最专业的3D列印与3D扫描专家于各种产业。

马路科技陆续引进了工业设计(ID)、工业辅助检测(CAV)、雷射加工机设备、公仔设计服务、工程服务等的关键知识与技术。

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