Realistische Simulation von exothermen Speisern
Flow Science hat in Kooperation mit GTP Schäfer ein neuartiges Modell zur realistischen Simulation des Abbrennens von exothermen Speisern entwickelt und validiert. Dieses ermöglicht eine wesentlich höhere Genauigkeit bei der Auslegung der Gießtechnik sowie der Auswahl der notwendigen Speisertypen und -größen.
Zusätzlich wurde die Speiserdatenbank von GTP Schäfer in der Oberfläche der Software FLOW-3D CAST 5.1 integriert, wodurch der Anwender nun direkten Zugriff auf die Stoff- und Geometriedaten der jeweiligen exothermen oder isolierenden Speiser hat. Die Auslegung der Gießtechnik läßt sich somit durch eine Simulation noch einfacher, genauer und prozessicherer überprüfen. Der Entwicklungsprozess neuer Gussteile wird damit noch effizienter.
Anwendungsbeispiel: Auslegung der Gießtechnik
Zu Beginn einer Bauteilauslegung wird zunächst mit FLOW-3D CAST eine Erstarrungssimulation mit zugehöriger Modulberechnung (thermisches Modul) durchgeführt. Zugleich erlauben die Simulationsergebnisse die Hotspots (Bereiche letzter Erstarrung) exakt zu bestimmen. Aus diesen Berechnungen lassen sich direkt die Platzierung und Dimensionierung der notwendigen Speiser ableiten. Basierend auf den Simulationsergebnissen können in der graphischen Oberfläche von FLOW-3D CAST die passenden Speiser direkt aus der Datenbank ausgewählt und in die Simulationsgeometrie eingebaut werden.
Im hier dargestellten Beispiel lassen sich Hotspots im oberen und im unteren Bereich des Planetenträgers erkennen. Zur Fehlervermeidung im oberen Bereich können später die entsprechenden Speiser aus der Datenbank ausgewählt und an die entsprechenden Stellen auf das Bauteil platziert werden. Im unteren Bereich kommen zur Gewährleistung einer gerichteten Erstarrung Kühleisen zum Einsatz. Gleichzeitig werden die Erstarrungszeiten reduziert um mögliche Lunker zu vermeiden und die gewünschte Bauteilqualität zu gewährleisten.
Durch die zusätzliche Verwendung von Kühlelementen im unteren Bereich des Gussteils wird das thermische Modul beeinflusst. Deshalb ist es sinnvoll, eine weitere Modulberechnung mit FLOW-3D CAST unter Einbeziehung der ausgewählten Kühleisen durchzuführen. Damit wird erreicht, dass auch mit dem gleichzeitigen Einsatz der Kühlelemente die benötigten Speisergrößen exakt ermittet werden können.
Im hier dargestellten Beispiel konnten die Restflüssigkeitsgebiete auf jeweils einen Hotspot in den mittleren Stegen verringert werden. Diese befinden sich im Wirkbereich der ausgewählten Speiser und können deshalb während der gesamten Erstarrung mit flüssigem Metall versorgt werden. Die Gefahr der Entstehung von unerwünschten Lunkern wird damit deutlich reduziert.
Abschließend können die ausgewählten Speiser von GTP Schäfer interaktiv aus der in FLOW-3D CAST implementierten Datenbank geladen und positioniert werden.
Auf dem hier dargestellten Bauteil wurden drei Speiserkappen PX2339 ME 30N mit einem Modul von jeweils M = 3,2 cm platziert. Durch eine abschließende Formfüll- und Erstarrungssimulation mit FLOW-3D CAST können die gewählten Speiser in Kombination mit den gewählten Kühleisen auf ihre Wirksamkeit überprüft werden.
FLOW-3D CAST deckt die gesamte Prozesskette für die Herstellung von Gussbauteilen ab und ist somit eine umfassende Komplettlösung für eine wirtschaftliche Entwicklung, Fertigung und Qualitätssicherung von Gussprodukten. Beginnend im Konzeptstadium bis hin zum endgültigen Bauteildesign, in der Werkzeugkonstruktion sowie in der Prototypenphase bis hin zur Serienfertigung können mit dem Softwaretool effektiv umfassende Untersuchungen, Analysen und Optimierungen durchgeführt werden.
Aufgrund der sehr hohen Genauigkeit, der zahlreichen Vohersagemöglichkeiten, der einfachen und intuitiven Bedienung sowie der besonderen Modellierungsmöglichkeiten ist FLOW-3D CAST das Softwaretool für die Gießereitechnik.
Aufgrund der speziellen TruVOF-Technik ist FLOW-3D CAST die ideale Software für die realistische Simulation von Strömungen von Metallschmelzen. Die zahlreich implementierten physikalischen Modelle bieten darüber hinaus vielfältige Vorhersagemöglichkeiten (Oxidfehler, Lufteinschüsse, Kaltlauf, Restflüssigkeitsgebiete, Lunker, Porositäten, ...).
Weitere Besonderheiten sind das Erstarrungsmodell mit Prognose von Gefügeparametern und mechanischen Eigenschaften sowie das FEM-basierende Modell zur Berechnung von Eigenspannungen und Verzug von Gussteil und Form.
Zusätzlich erlaubt die FAVOR-Methode eine exakte Beschreibung komplexester Geometrien sowie die einzigartige Möglichkeit der Simulation mit bewegten Körpern (Gießpfanne, Stopfen, Kolben, ...).
Weiterhin ermöglicht FLOW-3D CAST die Simulation des Kernschießens, des Begasens und Kerntrocknens sowie der Entstehung und des Transports von Kerngasen während des Gießprozesses.
Dank des leistungsstarken Post-Prozessors FlowSight ergeben sich zudem unzählige Möglichkeiten der Auswertung und Präsentation der Simulationsergebnisse. Mit einem kostenlosen Viewer können die verschiedenen Ergebnisse zusätzlich interaktiv und stereoskopisch vom Endkunden betrachten und analysieren werden.
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