Fujitsu Limited och Daido University Professor Yasuhiro Maeda har tillsammans utvecklat ny simuleringsteknik som exakt kan replikera stänk- och vågbeteende i ytan av smälta metaller när de hälls. I gjutningsprocessen, som används vid komponenttillverkning inom en mängd olika områden, såsom bilar och IT-enheter, smält metall hälls i en form för att gjutas till en form. Sättet smält metall strömmar genom det inre av en form påverkar gjutkvaliteten avsevärt, men eftersom interiören är omöjlig att se, det har funnits en efterfrågan på en simulering som kan klargöra hur smält metall flyter i formen. Dock, simulering av detta flöde har varit svårt att uppnå eftersom hur smält metallflöden kan förändras mycket beroende på vilken oxidfilm som bildas när metall kommer i kontakt med luften.

Nu, baserad på en simuleringsteknik känd som partikelmetoden, Fujitsu och Daido University har utvecklat ett nytt sätt att beräkna flödesvariationer med fysikaliska egenskaper (viskositet) nära gränsen mellan det och luften. Denna teknik verifierades sedan, jämför det med ett verkligt experiment som modellerar en process där aluminiumlegering smält vid höga temperaturer hälls i gjututrustning, vilket bekräftade att sättet för stänkdämpning i linje med oxidfilmen på den gjutna flytande metallen kunde simuleras exakt. Denna teknik skapar en simulering för att klargöra hur smält metall flyter inuti gjututrustning och formar, en process som inte kan observeras utifrån. Detta kommer att göra det möjligt att ändra metallgjutningsprocedurer för att snabbare tillverka högkvalitativa produkter, vilket förväntas bidra till att förbättra gjutningsproduktiviteten. Detaljer om denna teknik kommer att tillkännages vid det 169:e JFS-mötet (Japan Foundry Engineering Society), som kommer att hållas på Setagaya campus vid Tokyo City University den 26-29 maj.

Bakgrund

Gjutning, som används vid tillverkning av komponenter för en mängd olika områden, inklusive bilar, apparater och IT-enheter, är en process där metall som har smälts vid höga temperaturer sprutas in i formar, och hur metallen injiceras är känt för att ha en betydande inverkan på komponentens kvalitet. I en gjutmetod känd som pressgjutning, till exempel, om den flytande metallen inuti skotthylsorna som injicerar den smälta metallen i formen vid högt tryck stänker våldsamt, oxider eller andra föroreningar som bildas på ytan där den möter luften kan blandas in, leder till gjutdefekter i den formade komponenten som gör dem benägna att gå sönder. Av denna anledning, för att förhindra allvarliga stänk av den flytande metallytan inuti skotthylsan, tidpunkten för injektionen i formen justeras baserat på uppskattningar av stänk av vätskeytan i de delar av hylsan som inte kan ses, skapar ett behov av teknik för att exakt simulera hur den flytande metallen flyter.

frågor

Metall som har smälts vid höga temperaturer reagerar med syre i det ögonblick den kommer i kontakt med luft, genererar en extremt tunn oxidfilm mindre än 0,1 mm på ytan, vilket kraftigt minskar flödet. Av denna anledning, det var inte möjligt att få exakta resultat med tidigare vanlig teknik, som simulerade det som flödet av en enhetlig vätska. För att beräkna effekten av den tunna oxidfilmen som bildas när vätskeytan stänker, det var nödvändigt att separera den tunna filmen för beräkningar med en teknik som kan simulera stänket. För att beräkna med den extremt höga precisionshastigheten som gör det möjligt att särskilja den tunna filmen, dock, beräkningar som är över tusen gånger större än en enhetlig vätskesimulering skulle behövas, vilket innebär att simuleringar i rätt tid inte var realistiska.

Översikt över den nya simuleringstekniken

Fujitsu och Daido University har utvecklat simuleringsteknik som kan beräkna effekten av sänkt fluiditet i flytande metaller på grund av den tunna oxidfilmen utan att väsentligt öka beräkningskostnaden. Denna teknik kombinerar en metod som kallas partikelmetoden, där vätskor representeras som samlingar av partiklar i beräkningar, med en ny beräkningsmodell som dynamiskt ändrar de fysiska egenskapsvärdena för partiklar som ligger på vätskans yta. Med denna beräkningsmodell, de fysikaliska egenskapsvärdena relaterade till fluiditet (viskositet) för partiklarna belägna på vätskeytan är inställda baserat på förhållandet mellan storleken på partiklarna som representerar den flytande metallen och filmens tjocklek. Eftersom effekten av sänkta flödesegenskaper på grund av bildandet av den tunna oxidfilmen kan beräknas med denna metod utan att ändra partikelstorleken, som är basenheten för beräkning, beräkningstiden som krävs för simuleringen kan hållas på ungefär samma nivå som en simulering av ett flöde av en likformig vätska. I ett teknikförsök där simuleringen jämfördes med ett experiment som modellerade gjutning av aluminiumlegering smält vid höga temperaturer i en pressgjutningshylsa, det bekräftades att en simulering som korrekt återgav hur smält metall strömmar, som skiljer sig väsentligt från vatten, kunde åstadkommas på cirka åtta timmars beräkningstid (se figur).