sand core making

FLOW-3D CAST SCM
dedykowany interfejs do symulacji strzelania rdzeni piaskowych

Rosnące wymagania dotyczące jakości odlewów i tendencja do budowania cienkościennych elementów o wysokiej wydajności doprowadziły do zaostrzenia wymagań dotyczących jakości, a jednocześnie większej złożoności geometrycznej rdzeni piaskowych. Symulacja pomaga zoptymalizować konstrukcję skrzynek rdzeniowych i pomaga określić warunki procesowe dla strzelania, gazowania i utwardzania organicznych i nieorganicznych rdzeni piaskowych.

Strzelanie rdzenia

W procesie strzelania głowica rozdmuchowa wypełniona piaskiem jest sprężana powietrzem, co prowadzi do fluidyzacji piasku, co powoduje powstanie „płynu” składającego się z mieszaniny powietrze / piasek / spoiwo. Ten płyn przepływa z głowicy rozdmuchowej przez dysze strzelające do skrzynki rdzeniowej, odpychając powietrze ze skrzynki przez dysze odpowietrzające. Celem strzelania jest osiągnięcie rozkładu gęstości piasku w skrzynce rdzenia tak wysoko, jak to możliwe, a jednocześnie możliwie jak najbardziej równomierny. Parametry procesu, które można zmieniać, to ciśnienie strzelania oraz liczba i położenie dysz strzelających i odpowietrzających. Aby zaoszczędzić czas i pieniądze, pożądane jest stosowanie możliwie jak najmniejszej liczby dysz bez utraty jakości rdzenia.

Rozkład gęstości piasku po strzale

Różne konfiguracje dysz strzelających i odpowietrzających oraz ich wpływ na rozkład gęstości piasku można analizować za pomocą symulacji. Przewidywane prędkości i naprężeń ścinających pozwala inżynierom wyciągać wnioski na temat zużycia, a co za tym idzie żywotności rdzenia.

Gazowanie

W organicznych systemach wiążących piasek jest powlekany żywicą organiczną. Utwardzanie tej żywicy osiąga się za pomocą czynnika gazowego, zwykle aminy, który zwykle wstrzykuje się przez dysze użyte do strzelania. Gazowanie musi być wystarczająco długie, aby gaz docierał do każdej części rdzenia, aby zapewnić, że rdzeń jest utwardzony wszędzie. Z drugiej strony, gazowanie nie powinno być dłuższe niż to konieczne, aby ograniczać emisję trującego gazu.

Stężenie aminy w rdzeniu

Symulacja pozwala analizować zmianę rozkładu stężenia aminy w czasie. Pozwala to inżynierom decydować o przedziale czasowym procesu gazowania.

suszenie

Proces suszenia jest etapem występującym przy produkcji rdzeni nieorganicznych, gdzie zamiast trujących układów organicznych  stosuje się nieorganiczne, wodne, systemy wiążące. Poza zaletą bez emisyjnego procesu produkcji rdzenia, systemy te zmniejszają produkcję gazów rdzeniowych podczas procesu odlewania, poprawiając jakość części odlewanej.

W celu utwardzenia rdzenia piaskowego należy usunąć z niego wodę, co zwykle osiąga się przez nadmuch gorącym powietrzem. W przypadku tych systemów wiążących wilgotność resztkowa w rdzeniu jest miarą twardości. Symulacja musi modelować nie tylko przepływ powietrza przez rdzeń, ale także parowanie i kondensację wody lub pary oraz transport pary gorącym powietrzem.

Poniższy obraz pokazuje korelację przewidywanej wilgotności resztkowej w odniesieniu do modelu rzeczywistego.

Porównanie przewidywanej wilgoci resztkowej i defektów prawdziwego rdzenia

Stabilizacja temperaturowa skrzynek formierskich

W niektórych procesach wytwarzania rdzenia, takich jak HOT-BOX, utwardzanie rdzenia odbywa się poprzez reakcję termiczną spoiwa w ogrzewanej skrzynce rdzeniowej. Ogrzewanie odbywa się za pomocą kanałów grzejnych i elektrycznych elementów grzejnych. Dla uzyskania dobrej jakości rdzenia pożądany jest równomierny rozkład temperatury w skrzynce rdzeniowej. Symulacja przewiduje zmianę temperatury w czasie dla wybranej konfiguracji elementów grzejnych i analizuje jednorodność ogrzewania i czasu potrzebnego do osiągnięcia pożądanej temperatury. Pomaga ustalić, czy należy dodać lub zmodyfikować chłodzenie lub linie chłodzące oraz czy należy zmienić początkową temperaturę metalu. 

Rozkład temperatury w skrzyni formierskiej

Walidacja

Porównanie wyników symulacji i eksperymentu

Eksperymenty przeprowadzono w Instytucie Odlewnictwa TU w Monachium. Parametry procesu, takie jak czas i ciśnienie strzelania, liczba wlotów i otworów wentylacyjnych były zróżnicowane, a ich wpływ na jakość rdzenia analizowany. Występowanie defektów w rdzeniach rzeczywistych dobrze korelowało z obszarami o niskiej gęstości piasku w symulacji (patrz rysunek poniżej).

Porównanie defektów prawdziwego rdzenia i symulowanej gęstości rdzenia.

dane Kontaktowe

Adres

ul. Nulla 20 
51-677 Wrocław

Biuro czynne

Poniedziałek – piątek 09:00 – 17:00

Info

tel : + 48 664 003 404

email : info@flowdynamic.pl