案例 | 重力铸造浇注系统的气泡追踪
重力铸造浇注系统的气泡追踪 Bubble tracking in a gravity die casting ingate system
应用软件：FLOW-3D CAST
公司：HYDRO Aluminum，作者：Andreas Buchholz
创立于 1903 年的 Hydro Aluminum, 是全世界最大的高纯铝生产公司，也是全世界第三大的综合铝制品生产公司，公司总人数达三万六千人，在全世界四十个国家均设有办事处。本文应用 FLOW-3D CAST，讨论在重力铸造过程中，进料区域的卷气形成原因。
模具本体说明
浇注系统
浇口设计
浇口由流道底部与铸件相连，每个浇口的中间位置设计气泡聚集区。
模具本体的连接位置说明
问题描述
1. 铸件凝固后在gate1与 gate2之间的区域发生缩孔缺陷
2. 希望以FLOW-3D CAST 了解缩孔发生的原因
检讨
铸件缩孔发生的原因
1. 凝固过程中铸件收缩造成缩孔
➡ FLOW-3D CAST 凝固分析确认了该位置的孔洞并非凝固形成的缩孔。
2. 氢气析出造成气孔
➡ 成型前对材料进行了前处理，排除这个因素。
3. 砂芯产生气体造成气孔
➡ 如果是砂芯产生气体，气体的置应该是均匀分布，而非聚集一处。
4. 浇注过程中卷入气体
➡
可能原因1. 浇注过程中在浇道区域造成气体被『吸入』金属液内。
可能原因2. 金属液在浇道流动过程中将气体『带入』铸件。
上述四种缩孔的解决方法检讨
1. 收缩缩孔
2. 凝固过程中考虑补缩的设计
3. 析出气体缩孔
4. 浇注前让金属液先完成气体析出
5. 砂芯冒气缩孔
6. 主要来自于黏接剂产生的气体
7. 大部分的缩孔以均匀的方式分布
8. 卷气缩孔
9. 铸造过程中发生低压区，气体从分型面位置被吸入
10. 浇道区域
11. 浇口区域
12. 浇注过程中，气泡会不停的产生
原因确认
分析一、假设浇注过程中金属液体压力变化将气体带入铸件
1. 如果浇道以及内浇口的位置压力比大气压力大 ，不可能从分型面吸入气体。
2. 如果内浇口位置的流速相同，在每个内浇口位置应该会均匀的产生气泡。
浇口区域的流动速度分布
浇道系统的压力变化
结果显示压差应该不至于带入气体。
分析二、假设浇注过程中金属液在浇道内将气体带入铸件
1. 在直浇道区域存在的气体
2. 这些气体会被冲下至浇道区吗 ?
3. 如果这些气体被冲下至浇道区域，并且进入浇口，这些气体会集中于某些区域？或者是均匀分布？
4. 气泡的尺寸大小会影响集中状况吗？
5. 分析模拟设定
6. 气泡于浇杯位置以均匀的速度产生
7. 密度 : 空气密度的 10 倍
8. 尺寸设计 : 0.3 mm, 0.5 mm, 0.8 mm
9. 部分耦合（流体运动不会受到气泡影响）/完全耦合（流体运动会受到气泡运动的影响）
打开 Bubble 模拟
Bubbles generated below inlet with constant rate
Density: 10 x density of air (oxide skin)
Size (diameter): 0.3 mm, 0.5 mm, 0.8 mm
Partial interaction/full interaction
浇口设计 A , 气泡尺寸 0.5mm, 完全耦合。
浇口设计 A, 气泡尺寸 0.8mm, 完全耦合。
浇口设计 B, 气泡尺寸 0.3mm, 完全耦合。
浇口设计 B, 气泡尺寸 0.3mm, 部分耦合。
浇口设计 B, 气泡尺寸 0.5mm, 完全耦合。
浇口设计 B, 气泡尺寸 0.8mm, 完全耦合。
结论
1. 原本预测气泡是在铸造凝固过程中产生的缺陷。
2. 根据数值模拟，确认了气泡真正发生的原因。
3. 可针对浇注系统进行优化设计，以减少气泡产生的问题。
