Forskere kopierer hældningsadfærd for smeltet metal med nyudviklet simuleringsteknologi

Fujitsu Limited og Daido University Professor Yasuhiro Maeda har i fællesskab udviklet ny simuleringsteknologi, der nøjagtigt kan replikere stænk og bølgeadfærd i overfladen af ​​smeltede metaller, når de hældes. I støbningsprocessen, som bruges til komponentfremstilling på en række forskellige områder, såsom biler og it -enheder, smeltet metal hældes i en form for at blive støbt i en form. Den måde, hvorpå smeltet metal strømmer gennem det indre af en form, påvirker støbekvaliteten betydeligt, men fordi interiøret er umuligt at se, der har været et krav om en simulering, der kan tydeliggøre, hvordan smeltet metal flyder inden i formen. Imidlertid, simulering af denne strøm har været vanskelig at opnå, da den smeltede metalstrømning kan ændre sig meget afhængigt af oxidfilmen, der dannes, når metal kommer i kontakt med luften.

Nu, baseret på en simuleringsteknologi kendt som partikelmetoden, Fujitsu og Daido University har udviklet en ny måde at beregne strømningsvariationer med fysiske egenskaber (viskositet) nær grænsen mellem det og luften. Denne teknologi blev derefter verificeret, at sammenligne det med et faktisk eksperiment, der modellerer en proces, hvor aluminiumslegering smeltet ved høje temperaturer hældes i støbeudstyr, hvilket bekræftede, at sprøjtedæmpningsmåden på linje med oxidfilmen på det hældte flydende metal nøjagtigt kunne simuleres. Denne teknologi skaber en simulering for at tydeliggøre, hvordan smeltet metal strømmer inde i støbeudstyr og forme, en proces, der ikke kan observeres udefra. Dette vil gøre det muligt at ændre metalhældningsprocedurer for hurtigere at fremstille produkter af høj kvalitet, som forventes at bidrage til at forbedre støbeproduktiviteten. Detaljer om denne teknologi vil blive annonceret på det 169. JFS -møde (Japan Foundry Engineering Society), som afholdes på Setagaya campus ved Tokyo City University den 26.-29. maj.

Baggrund

Støbning, som bruges til fremstilling af komponenter til en række forskellige områder, herunder biler, apparater og it -enheder, er en proces, hvor metal, der er smeltet ved høje temperaturer, injiceres i forme, og den måde, hvorpå metallet injiceres, vides at have en betydelig indvirkning på komponentens kvalitet. I en støbemetode kendt som trykstøbning, for eksempel, hvis det flydende metal inde i skudmufferne, der injicerer det smeltede metal i matricen ved højt tryk, sprøjter voldsomt, oxider eller andre urenheder, der dannes på overfladen, hvor den møder luften, kan blandes ind, fører til støbefejl i den formede komponent, der gør dem tilbøjelige til at gå i stykker. Af denne grund, for at forhindre alvorlig sprøjt af den flydende metaloverflade inden i skudhylsen, tidspunktet for indsprøjtningen i formen justeres baseret på estimater af sprøjt af væskeoverfladen i de dele af muffen, der ikke kan ses, skabe et behov for teknologi til nøjagtigt at simulere, hvordan det flydende metal flyder.

Problemer

Metal, der er smeltet ved høje temperaturer, reagerer med ilt i det øjeblik det kommer i kontakt med luft, frembringer en ekstremt tynd oxidfilm mindre end 0,1 mm på overfladen, hvilket i høj grad reducerer fluiditet. Af denne grund, det var ikke muligt at få nøjagtige resultater med tidligere almindeligt anvendt teknologi, som simulerede det som strømmen af ​​en ensartet væske. For at beregne virkningen af ​​den tynde oxidfilm, der dannes, når væskeoverfladen sprøjter, det var nødvendigt at adskille den tynde film til beregninger ved hjælp af en teknologi, der kan simulere sprøjt. For at beregne med den ekstremt høje præcision, der gør det muligt at skelne mellem den tynde film, imidlertid, beregninger på mere end tusinde gange større end ensartede væskesimuleringer ville være nødvendige, hvilket betyder, at rettidige simuleringer ikke var realistiske.

Oversigt over den nye simuleringsteknologi

Fujitsu og Daido University har udviklet simuleringsteknologi, der kan beregne virkningen af ​​nedsat fluiditet i flydende metaller på grund af den tynde oxidfilm uden at øge beregningsomkostningerne markant. Denne teknologi kombinerer en metode kendt som partikelmetoden, hvor væsker er repræsenteret som samlinger af partikler i beregninger, med en ny beregningsmodel, der dynamisk ændrer de fysiske egenskabsværdier for partikler på overfladen af ​​væsken. Med denne beregningsmodel, de fysiske egenskabsværdier relateret til fluiditet (viskositet) for partiklerne på væskeoverfladen indstilles baseret på forholdet mellem størrelsen af ​​partiklerne, der repræsenterer det flydende metal og filmens tykkelse. Fordi virkningen af ​​sænkede strømningsegenskaber på grund af dannelsen af ​​den tynde oxidfilm kan beregnes med denne metode uden at ændre partikelstørrelsen, som er beregningens grundenhed, den beregningstid, der kræves til simuleringen, kan holdes på omtrent samme niveau som en simulering af en strøm af en ensartet væske. I et teknologiforsøg, hvor simuleringen blev sammenlignet med et eksperiment, der modellerede hældning af aluminiumslegering smeltet ved høje temperaturer i et Die Casting shot -muffe, det blev bekræftet, at en simulering, der korrekt gengav måden, hvorpå smeltet metal flyder, som er væsentligt forskellig fra vand, kunne opnås på omkring otte timers beregningstid (se figur).