POLIGONSOFT有限元FEM铸造工艺模拟软件--真空铸造工艺解决方案
POLIGONSOFT真空铸造
在真空铸造中,需要准确考虑能量被物体反射和吸收的效应。”辐射”模块可以求解复杂的辐射换热问题,考虑再辐射和遮蔽的影响。
POLIGONSOFT可以模拟与真空铸造相关的所有过程,获得能够预测和防止缺陷发生的结果。
■宏观和微观孔隙
■残余应力
■变形和翘曲
■裂纹(热裂纹和冷裂纹)
■定向凝固
■辐射
●降低成本和时间
除了缩短产品开发时间外,还可以显著节省材料和人工成本。
●提高质量和精度
预防和纠正铸造缺陷,如孔隙、气孔或凝固问题。
●工艺和设计优化
尝试铸造过程的不同变量,以找到最有效的配置。
涡轮叶片铸造
优化燃气轮机发动机复杂和关键部件的铸造工艺。
■镍合金 – CHS70
■真空铸造设备 – UPPF-3M
■模具 – 带隔热层的陶瓷模具
■模具预热 – 1050°C
■浇注温度 – 1500°C
■真空保持时间 – 180秒
■空冷
最初的铸件经过荧光和射线检测,发现存在宏观和微观孔隙,单个孔隙尺寸超过0.2 mm。
叶片的几何形状使得在叶片与平台过渡点几乎总是形成热节点。此外,收缩缺陷形成的区域还包括叶片的中心部分。
几何模型的准备
PoligonSoft使用有限元方法(FEM)求解结晶铸件中的热量和质量传递微分方程。
为了实现这一点,需要构建计算区域的网格模型。在这种情况下,计算区域由金属、陶瓷外壳和隔热层组成。
外壳生成器允许根据零件的3D模型自动创建具有指定厚度的陶瓷型和绝缘层的网格模型,无需事先构建。
技术过程模型（计算顺序）
制定了一个技术过程模型，计算顺序如下：
■从模具预热炉取出到金属浇注的瞬间开始，计算空模的冷却。
■从模具填充的瞬间到允许空气进入的瞬间，模拟结晶过程。
■从空气进入的瞬间到在车间开放空气中完全凝固的瞬间，模拟结晶过程。
铸造过程模拟
结果
为了消除缺陷，POLIGONSOFT对具有不同进料部分尺寸的铸件凝固过程进行了模拟。
采纳的标准是，如果根据建模结果，铸件中的孔隙率在问题部分不存在，则认为铸件是合格的。
基于计算，得出的结论是，通过增加进料部分的质量或改变铸件块的绝缘方案，无法消除叶片中的孔隙率。
因此，决定修改设计，以允许在问题区域安装额外的进料器。
定向结晶
通过使用液态金属冷却剂在耐热镍合金样品块中模拟定向结晶过程，展示了PoligonSoft系统的功能。
■镍合金 – Inconel 625
■液态金属冷却剂 – 铝
■初始模具温度 – 20°C
■浇注温度 – 1510°C
■上加热器温度 – 1560°C
■下加热器温度 – 1640°C
■冷却剂温度 – 840°C
熔融金属从炉子的热区移至含液态金属冷却剂的冷区。
通过改变冷却速率，可以实现所需的宏观结构。
模具加热
热量通过加热器和含液态铝的熔池的辐射传递给模具。
当模具表面温度上升时，铝开始起到冷却剂的作用。
由于这个因素，模具将不会达到均匀的温度；因此，在浇注前需要获得温度分布。
模具填充
模具填充非常快，大约在3秒内完成。
尽管浇注所需时间很短，但熔融金属在与较冷的晶种接触时温度显著下降，差异约为200度。
该计算可以获得填充结束时熔融金属的温度场。
模具冷却计算
热计算最复杂的阶段是将填充好的模具拖入含液态铝的熔池中，因为整个计算过程中条件持续变化。
移动模具、加热器、液态金属冷却剂和炉墙之间的辐射热交换条件发生变化。
PoligonSoft自动解决这一任务，无需用户进行额外操作。
最终宏观结构的计算
在最后阶段，我们使用宏观结构模块根据获得的温度场和合金的物理特性来计算铸件的最终宏观结构。
可以考虑更改铸件块的设计，因为它未能在浇注前为模具提供均匀的加热，也未能在样品截面中均匀分布两相区，这反过来影响其结构。
高精度铸造工艺模拟仿真软件POLIGONSOFT简介：
POLIGONSOFT 是一款专业的铸造模拟分析软件,这款软件具有丰富的材料库参数以及专业技术团队支持,帮助用户解决从研发到制造过程中的成本,质量,以及交付时间问题。提高铸件厂商的竞争力。
软件介绍
POLIGONSOFT采用优良的有限元FEM算法技术，实现了高精度的铸件分析模拟。除了对流动、凝固等一系列铸造工艺进行评价外，还可以对产品的内部质量评价，如气孔率、凝固后编织预测、热应力分析等进行连续模拟。
POLIGONSOFT的好处
· 初始设计阶段结构缺陷的预测、分析、测量和量化（例如断层扫描等测量孔隙率的体积）
· 模拟从浇铸到最终铸件的整个过程，以处理所有物理现象
· 考虑熔模铸造过程中阴影效应的视角因子辐射计算
· 计算模具内凝固和模具外冷却过程中的应力，预测应变并通过 3D 扫描仪测量进行评估
· 预测晶体结构，包括等轴/单晶、微观结构和机械性能
· 对热处理工艺进行合理建模、仿真分析，可进行正火、退火、淬火、回火等工艺曲线的全方位模拟
POLIGONSOFT铸造仿真软件其它优势：
POLIGONSOFT铸造工艺模拟、定向凝固、各种铸造等仿真
★重力、砂型、高低压、真空铸造，消失模；
★加冷铁、保温冒口；
★熔模铸造、匀速抽拉、变抽拉速率；
★模拟各类实心‖空心‖动叶、单联、多联导叶等复杂结构叶片的工艺仿真；
★模型拆分、网格超细节划分、修复；
★差压铸造、倾斜浇注；
★钢锭底注式、顶注式浇注工艺模拟；
★非均匀模壳、对称面、无壳面模拟；
★充型、凝固、冷却、HRS；
★宏观组织、晶粒生长，单晶、定向凝固等叶片、叶轮工艺模拟；
★换热系数反算；
★计算收缩率；
★完整铸造数值模拟范例；
★温度场、应力场和缩松缩孔缺陷等；
★反变形。
