三维工艺系统（Flow3D支持宝马铸造行业创新工艺开发的全流程模拟）

三维工艺系统（Flow3D支持宝马铸造行业创新工艺开发的全流程模拟）重力铸造砂芯不适合应用于 HPDC：HPDC中的底切：仅适用于复杂的滑块（高维护）技术在经济上不适用 将型砂（含粘合剂）射入加热的模具中（使用射芯机）芯子用热加压空气干燥（核心首先在靠近墙壁的薄层中干燥和硬化）核心内部的水被热空气蒸发（水会在较冷的地区凝结）空气-蒸汽混合物通过排气喷嘴离开堆芯水的去除导致芯部硬化（粘合剂的化学反应）模拟有助于理解过程不同干燥方式的比较工艺参数研究工具（加热系统、喷嘴、通风口等）和设备的优化大量减少实验汽车行业需求：

用于重力铸造的创新型浇口系统

BMW Landshut 轻金属铸造厂能够运行五种不同的铸造工艺进行批量生产：

• 砂模铸造
• 低压压铸
• 重力压铸
• 高压压铸
• 消失模铸造

为每种情况选择最合适的铸造工艺取决于：

• 发动机概念/产量
• 技术要求

由于特定的产品要求，重力压铸专门用于柴油发动机的气缸盖和曲轴箱。

铸造专家尝试改进标准重力压铸工艺：

• 减少铸造缺陷
• 更高的铸造质量/更好的机械性能

顶部浇注系统：

• 充满热料的冒口（喂料良好）
• 底板可冷却整个灌装过程
• 由于较高的速度和湍流而夹带的空气
• 氧化物夹杂物的高风险

底部浇注系统：

• 内浇口系统内的最小湍流
• 没有夹带空气和氧化物的风险
• 填有较冷材料的立管
• 灌装过程中底板不能冷却

倾斜铸造（Rotacast®）：

• 填充过程中的低湍流
• 良好的凝固温度曲线
• 氧化物夹杂物的风险
• 旋转过程中夹带气泡的风险
• 更高的工具和机器成本

宝马新开发的喷射铸造工艺结合了传统工艺的优点，并通过应用移动内浇口系统避免了它们的缺点：

• 填充过程中的最小湍流
• 无需浇注盆（减少填充过程中的湍流）
• 无需流道系统（减少开发工作）
• 夹带空气风险低
• 氧化物残留在钢包内
• 任何氧化物夹杂物的风险低
• 充满热材料的立管（良好的喂养）
• 底板可以在整个过程中冷却填充工艺（更好的机械性能）
• 不适用于每个铸件
• 填充过程开始时出现一些湍流

FLOW-3D 模拟用于开发和研究新的灌装工艺：

• 填充行为（湍流，速度，…）
• 喷油器中的流体流动温度分布（钢包、型腔、注射器……）
• 可能的铸造缺陷（氧化物、气泡……）
• 工艺参数（温度、时间……）
• 塞子的移动方式钢包移动方式
• 塞子和钢包的设计
• 喷油器设计
• 实验工作量大大减少

使用无机粘合剂系统的砂芯吹芯和干燥

宝马工厂的轻金属铸造厂于 2010 年推出了一种新的重力压铸砂芯生产方法——传统的有机粘合剂被高度环保的无机粘合剂取代

环境方面：

• 几乎没有污染物排放（燃烧残留物的排放量减少了 98%）
• 工作条件显着改善
• 经济和人体工程学优势：
• 由于减少了芯气，提高了铸造质量
• 生产和降低工具温度
• 所得轻合金部件的强度提高（由于更快的凝固）

“宝马的兰茨胡特工厂是世界上第一家完全无排放砂芯生产的铸造厂。”

工艺步骤：

将型砂（含粘合剂）射入加热的模具中（使用射芯机）
芯子用热加压空气干燥（核心首先在靠近墙壁的薄层中干燥和硬化）
核心内部的水被热空气蒸发（水会在较冷的地区凝结）
空气-蒸汽混合物通过排气喷嘴离开堆芯
水的去除导致芯部硬化（粘合剂的化学反应）

新工艺的引入需要大量的实验

• 沙子特性的测量（粘度、孔隙率、粒度……）
• 吹制工艺（填充行为、工艺参数……）
• 干燥过程调查（方法、设备、工艺参数……）

新型芯干燥模型（软件）的开发

模拟有助于理解过程不同干燥方式的比较工艺参数研究工具（加热系统、喷嘴、通风口等）和设备的优化大量减少实验

盐芯在高压压铸中的应用

汽车行业需求：

• 降低成本
• 整体设计（减少部件数量）
• 更高的生产力

HPDC中的底切：
仅适用于复杂的滑块（高维护）
技术在经济上不适用

重力铸造砂芯不适合应用于 HPDC：

HPDC工艺的高压和高速度强度不足

失核技术：

• 开发完整的新组件的可能性
• 生产中空零件和复杂的内部设计（底切）
• 功能集成度高
• 减少加工、密封和组装工作

未知的新技术

• 材料特性
  合理的工艺参数（生产和使用）
  盐芯的生产
  工艺类型（重力铸造、HPDC……）
• 工艺参数
  盐芯质量/缺陷（表面、缩孔……）
  盐的固化（密度变化非常大）
• 盐芯的使用
  铸造过程中的高动态力
  由于高内浇口速度导致的核心故障
  应力导致的核心裂缝（由于温度梯度）

支持开发盐芯用途的模拟

工艺研究（收缩行为，……）
工艺参数的确定
大量减少实验

模拟盐芯生产

填充行为

– 可能的缺陷
– 浇注和通风系统的设计

凝固收缩过程

– 表层快速凝固
– 密度变化大
– 收缩系数取决于零件几何形状
– 表面是绝缘体
– 中心区凝固时间长
– 收缩孔
– 应力（可能的裂缝）

铸造过程中盐芯使用模拟

• 充填固化工艺
• 由于高内浇口速度导致的核心故障

FLOW-3D 中的流体-结构-相互作用选项：

• 允许模拟熔体和盐芯的相互作用
• 填充过程中芯部受力的调查（由于应力导致芯部破裂）
• 热致残余应力

总结

• 复杂结构件的高压压铸：完整的 HPDC 过程的详细模拟分析
• 高压压铸嵌件：FLOW-3D 用于分析插入物对填充模式及其渗透的影响
• 创新的重力铸造内浇口系统：宝马新开发的Injector Casting工艺，集传统工艺之长，扬长避短
• 砂芯吹芯和干燥：模拟支持采用环保无机粘合剂引入新的砂芯生产工艺
• 盐芯在高压压铸中的应用：FLOW-3D 中的流固耦合选项允许计算盐芯上的应力

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马路科技作为FLOW-3D中国公司授权经销商，我们会提供了各种学习途径，比如定期的培训计划、线上/线下的研讨会和相关的铸造展览会，为用户以及想了解和学习的人们提供专业的持续教育。