Otimização de um produto de fundição em molde de areia com FLOW-3D CAST

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O objetivo de uma simulação de fundição é prever defeitos de fundição e encontrar medidas corretivas para evitar tais defeitos. Para alcançar isso, a simulação de fundição deve prever com precisão os resultados físicos. Neste artigo, ilustramos uma validação do FLOW-3D CAST comparando os resultados da simulação com descobertas experimentais. Para esta validação, selecionamos uma fundição de alumínio com defeitos significativos de porosidade. A extensão das porosidades significava que a fundição não atenderia à especificação funcional e seria rejeitada.

Otimização do design de fundição e do sistema de canais de alimentação e massalotes apoiados por simulação. Para verificar se o FLOW-3D CAST pode prever de forma confiável defeitos de fundição, a fundição existente foi simulada e os resultados comparados com os defeitos reais da fundição. Este vídeo mostra que a análise de defeitos do FLOW-3D CAST reproduziu corretamente os defeitos e suas posições.

Os resultados da simulação sugeriram que inverter a direção de vazamento poderia ser benéfico, então a peça fundida foi girada em 180° no molde. Em seguida, o sistema de canais de alimentação e alimentadores foi modificado para que a maioria dos alimentadores fosse integrada ao canal de alimentação ("alimentadores quentes").

Além disso, foram introduzidas alterações de projeto na fundição, que serão discutidas posteriormente no artigo, com o objetivo de alcançar uma solidificação direcionada para os alimentadores e evitar porosidades na fundição.

Por fim, resfriadores foram aplicados em áreas de grandes acumulações de massa para reduzir defeitos de contração.

Uma simulação de enchimento e solidificação mostrou que essas medidas reduziram significativamente os defeitos na fundição. Esses resultados de simulação foram novamente validados por raios-X. Próximo aos "alimentadores frios", aqueles não integrados ao sistema de canais de alimentação, nem todos os defeitos puderam ser evitados devido ao tamanho insuficiente dos alimentadores.

Na última versão, os dois alimentadores frios foram ampliados. Pequenas alterações no design da fundição foram introduzidas para melhorar a solidificação direcionada para os alimentadores.

Em comparação com o projeto original, a qualidade da fundição foi substancialmente melhorada e a quantidade de sucata retrabalhada reduzida. O uso de resfriadores melhorou a qualidade em áreas críticas dentro da fundição. No geral, o processo de fundição agora é mais eficiente e econômico para a fundição.

Material Total Vazado	3,73 kg	(-3,3 kg)
Peso de Vazamento Total	8,93 kg	(-3,19 kg)
Taxa de Rendimento	58%	(+24%)
Resfriadores	1,53 kg	(+1,26 kg)

Alterações no design da fundição

Em muitos casos, não é suficiente otimizar o sistema de canais de alimentação e alimentadores para alcançar uma qualidade de fundição suficiente. Em vez disso, o design da própria fundição precisa ser alterado para garantir a qualidade da fundição.

O design funcional de uma fundição frequentemente inclui acumulações de massa que se mostram problemáticas no processo de fundição. Para alcançar uma microestrutura de alta qualidade, a espessura da parede deve sempre aumentar em direção aos alimentadores de acordo com o método do módulo térmico.

Para ilustrar o efeito das modificações no design da fundição, duas versões de geometria com sistemas de canais de alimentação e alimentadores idênticos são comparadas. Os ajustes são mostrados na figura abaixo. Várias espessuras de parede e nervuras entre as acumulações de material foram aumentadas.

Para fins de demonstração, as duas nervuras marcadas serão examinadas. Em ambos os casos, ocorrem porosidades nas junções, o que não é aceitável.

Ao aumentar as espessuras das paredes das nervuras, as junções são conectadas aos alimentadores adjacentes à borda da fundição e uma solidificação direcionada em direção aos alimentadores é alcançada.

O vídeo mostra porosidades grandes na versão inicial no lado esquerdo devido a grandes pontos quentes dentro da fundição, onde a contração induzida pela solidificação cria um déficit.

Na versão otimizada à direita, o metal fundido solidifica na direção dos alimentadores. Isso significa que o déficit pode ser compensado pelo alimentador e nenhuma porosidade é criada na fundição.

Esta validação mostra uma boa correlação entre a realidade e a simulação no FLOW-3D CAST. O software é uma ferramenta eficaz para o desenvolvimento de fundições, sistemas de fundição, dimensões/formatos de alimentadores e processos de fundição para garantir qualidade e eficiência ótimas.

Este estudo foi contribuído por Malte Leonhard, da Flow Science Deutschland.