تطبيقات الصب باستخدام تقنية محاكاة تدفق القالب CAE (تقنية محاكاة السوائل)

في الوقت الحاضر، مع تطور برامج الكمبيوتر، والذكاء الاصطناعي، ودقة ومصداقية برامج تحليل المحاكاة، أصبح تطبيق برنامج تحليل تدفق القوالب في صناعة المسابك أكثر شيوعًا. تُستخدم تقنية محاكاة cae على نطاق واسع في تطوير قوالب الصب وإنتاج المنتجات. لقد دخلت نظرية الحوسبة العددية والاختراقات التكنولوجية الموازية لوحدة معالجة الرسومات (GPU)، ودخلت عملية الصب الحديثة عصر المحاكاة الرقمية والتجريب المادي المزدوج العجلات. تستند هذه الورقة إلى عمل المؤلف في الضغط العالي/الضغط المنخفض/ضغط منخفض/ صب الجاذبية من خلال 23 عامًا من الخبرة الهندسية في هذا المجال، بالإضافة إلى حالات العمليات النموذجية، يقدم الكتاب تحليلاً متعمقًا للنقاط الرئيسية لتطبيق تقنية CAE لتدفق القوالب في الإنتاج الفعلي.

مبادئ تقنية محاكاة الصب وشروط الحدود الهندسية

عملية الصب هي في الأساس عملية انتقال غير ثابت للحرارة والكتلة للمعدن المنصهر تحت قيود معقدة، وتتطلب محاكاتها العددية إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد مقترن يحتوي على معادلات نافيير-ستوكس ومعادلة حفظ الطاقة ومعادلة انتقال مرحلة التصلب. وعلى وجه الخصوص، يجب التأكيد على المعلمات الرئيسية التالية في الممارسة الهندسية:
معامل انتقال الحرارة للواجهة: البيانات المقاسة وانحراف القيمة الافتراضية للبرنامج حتى 40%، تحتاج إلى استخدام مسبار تدفق الحرارة للمعايرة في الموقع
الخواص الانسيابية للذوبان: الصب بالقالب الألومنيوم خصائص السوائل غير النيوتونية بشكل ملحوظ في مرحلة الملء عالي السرعة
التعويض عن انكماش التصلب: يلزم إجراء حسابات ديناميكية تكرارية بالاقتران مع قواعد بيانات الخصائص الفيزيائية الحرارية للسبائك

محاكاة الصب برنامج محاكاة الصب CAE السائد

تكنولوجيا محاكاة تدفق القوالب CAE هي تقنية محاكاة للسوائل تعتمد على تكنولوجيا الكمبيوتر، والتي تستخدم نماذج وخوارزميات رياضية لمحاكاة وتحليل تدفق السوائل. في مجال الصب، يمكن لتقنية محاكاة تدفق القوالب CAE محاكاة عملية الشحن والتصلب للسوائل المعدنية في القوالب، بما في ذلك معدل التدفق وتوزيع الضغط وتغيرات مجال درجة الحرارة وما إلى ذلك، لمساعدة المهندسين على فهم عملية الصب والتحكم فيها بشكل أفضل.

ماغماسوفت

برنامج MAGMASOFT هو برنامج محاكاة للمحاكاة cae تم افتتاحه من قبل شركة ألمانية متخصصة في صناعة المسابك. يمكن أن يكون البرنامج الصب محاكاة شاملة وتحليل شامل لملء القالب والتصلب والتبريد والمعالجة الحرارية والإجهاد والإجهاد. تجعل تقنية المحاكاة الخاصة بالبرنامج عملية الصب المعقدة رقمية ومرئية، مما يسهل ملاحظتها وفهمها من قبل المؤسسين. وفي الوقت نفسه، تكون سرعة الحساب أسرع، تقريبًا يوم عمل. لا توجد مشكلة في مواجهة الأجزاء رقيقة الجدران (FLOW3D على المنتجات رقيقة الجدران صداع)، نتائج الانكماش الحراري للبرنامج دقيقة، ولكن تدفق البرنامج ليس جيدًا مثل تدفق3d وبروكاست.

الاستخدامات النموذجية: مفاصل توجيه السيارات الصب بالضغط المنخفض تحسين العملية
الميزة: تقنية "الشبكة المزدوجة" الفريدة من نوعها التي توازن بفعالية بين الكفاءة الحسابية (3 ملايين شبكة في 8 ساعات).
القيود: يجب تصحيح الانحرافات في التنبؤ بالتدفق لأنظمة الصب المعقدة يدويًا.

فلو3د

تم تطوير FLOW3D في الولايات المتحدة ويستخدم على نطاق واسع. إنه برنامج للأغراض العامة يستخدم على نطاق واسع في صناعة الطيران، وصب المعادن، والطلاء، والمنتجات الاستهلاكية، ورؤوس نفث الحبر الدقيقة، والشحن، وMEMS، والهيدروليكا، وما إلى ذلك. يستخدم FLOW3D في صب القوالب بدقة عالية جدًا، مع إعدادات معلمات معقولة، ويمكن أن تصل دقة التدفق إلى أكثر من 90%. تكنولوجيا تتبع السطح الحر (VOF) الفريدة، مما يجعل النتائج أكثر واقعية وأكثر شبهاً بعملية الصب بالقالب. FLOW3D سهل التشغيل، مع عدد قليل من الواجهات والإجراءات، وهي ميزة جيدة. العيب الوحيد هو أن وقت الحساب سيكون أطول، وعادةً ما يستغرق من يوم إلى ثلاثة أيام. إذا كان المنتج كبيرًا جدًا (500 مم*400 مم*300 مم)، سيستغرق الحساب أربعة أيام تقريبًا. كما أن متطلبات معالجة الشبكة أعلى أيضًا. بالمقارنة مع برنامج Anycasting الكوري، يشعر الجميع أن تجسيد التدفق أكثر تشابهًا. ولكن دقة التفاصيل أعلى بكثير من برنامج Anycasting.

التحقق من صحة الحالة: دقة التنبؤ بدقة التنبؤ بعيوب الهواء المدرفلة من سبائك التيتانيوم المسبوكة في المركبة الفضائية 93%
ميزة خوارزمية VOF: خطأ تتبع السطح الحر <0.2 مم للأجزاء رقيقة الجدران
التكلفة المحسوبة: غلاف محرك سيارة طاقة جديد (620 × 480 × 320 مم) وقت محاكاة العملية الكاملة 98 ساعة

برو كاست

برنامج محاكاة عملية الصب الذي طورته الشركة الأمريكية Procast Software UES (نظام UNIVERSALENERGY SYSTEM). يوجد الكثير من الوحدات وهو سريع، ولكن التشبيك معادٍ للبشر بعض الشيء، والمعلمات أكثر شمولاً، ويتطلب الكثير من الأشخاص لإدخالها. بالمقارنة مع برامج محاكاة وتحليل الصب CAE الأخرى، فإن قيادة ناقل الحركة اليدوي أكثر تلقائية. فيما يتعلق بالتدفق والانكماش الحراري، فإن نتائج محاكاة البرنامج دقيقة نسبيًا، ويمكن تحقيق إعدادات المعلمات بما يتماشى مع الواقع عندما تكون دقة 90% أو أكثر. أعلى من ذلك.

أي بث

Anycasting هو جيل جديد من نظام برمجيات محاكاة الصب المتقدم القائم على منصة تشغيل Windows، تم تطويره خصيصًا لمختلف أنظمة محاكاة عمليات الصب. بعد سنوات من الترقية التكرارية، يحتوي البرنامج على محلل تدفق حقيقي قوي وتكنولوجيا معالجة ثلاثية الأبعاد يمكنها محاكاة مجموعة متنوعة من عمليات الصب، بما في ذلك الصب بالقالب، والصب بالضغط المنخفض، والصب بالرمل، وما إلى ذلك، لتزويد المستخدمين بنتائج تحليل محاكاة الصب الفعالة والدقيقة والواقعية.

هواجي CAE

هواكاستينغ CAE هو نظام برمجيات متكامل، يقع في جامعة هواتشونغ للعلوم والتكنولوجيا، بعد أكثر من 30 عامًا من البحث والتطوير، ويتم تحسينه وإتقانه باستمرار في ممارسة الإنتاج على المدى الطويل. وباعتبار تقنية المحاكاة العددية لعملية شحن الصب والتصلب هي الأساس، فإنه يقوم بتحليل العملية والتنبؤ بجودة عملية الصب والتشكيل، ويساعد الحرفيين على إكمال عملية تحسين عملية الصب. يحاكي البرنامج عملية الشحن والتصلب للمسبوكات على الكمبيوتر، ويتنبأ بالعيوب التي قد تحدث في عملية الصب، مثل لف الهواء، وانحباس الخبث، وتدفق الرمال، والسكب السفلي، والفصل البارد، والانكماش، والانكماش، والانكماش، والتحلل.

ميزة التوطين: طقم عملية الصب بالرمل يغطي احتياجات المسبك المحلي 90%
البيانات المقيسة: العلاقة بين التنبؤ بالانكماش ونتائج التصوير المقطعي المحوسب الصناعي R²=0.87
تحديث: تزيد وحدة تسريع وحدة معالجة الرسومات من كفاءة الحوسبة بمقدار 400%

سيناريوهات التطبيق الهندسي النموذجي وتقدير القيمة

تحسين نظام الصب

في مشروع صب عالي الضغط لكتلة محرك، تبين من خلال محاكاة Flow3D وجود مشكلة تصادم المعدن والسائل في بوابة المروحة التقليدية. بعد التحسين إلى نظام صب متدرج:
انخفاض معدل عيب غاز اللف من 121 TP3T إلى 2.31 TP3T
تمديد العمر الافتراضي للعفن 30%

التحكم في عملية التصلب

محاكاة التصلب لمسبوكات السكك الحديدية باستخدام Magmasoft عن طريق ضبط تخطيط الحديد البارد:
زيادة إنتاجية العملية من 68% إلى 82%
ارتفع معدل النجاح في الفحص بالأشعة بنسبة 18 نقطة مئوية

التنبؤ التنظيمي الجزئي

التنبؤ الناجح بتوزيع حجم الحبيبات لعجلة من سبائك الألومنيوم استنادًا إلى وحدة التطوير الثانوية في Procast:
خطأ بين القيم المقاسة والمتوقعة < 1.5 مستوى
تحسين عملية المعالجة الحرارية يوفر الطاقة 22%

حدود تطوير التكنولوجيا والتوصيات الهندسية

اقتران الحقل الفيزيائي المتعدد: الحاجة الملحة لاختراق خوارزمية الاقتران في الوقت الحقيقي لحقل التدفق-حقل الإجهاد-المجال-البنية الدقيقة
تطبيق التوأم الرقمي: يُنصح الشركات بإنشاء نظام التحقق من صحة الحلقة المغلقة لمعلمات العملية - نتائج المحاكاة - بيانات الفحص
اختراق البرمجيات المحلية: وصلت الصين الصب الصين CAE في مجال صب الرمل إلى المستوى المتقدم الدولي، فمن المستحسن إعطاء الأولوية للنظر في