Dpto. de Ingeniería Mecánica

SIMULACIÓN NUMÉRICA DE PROCESOS DE FUNDICIÓN

E.T.S.I. de BilbaoCurso 2012-2013

Técnicas Avanzadas de Moldeo y Conformado

Dpto. de Ingeniería Mecánica

MODELIZACIÓN

ETAPAS

PREPROCESADO PROCESADO POSTPROCESADO

GEOMETRIA

DISCRETIZACIÓN

TIPO FUNDICION

Temperaturas

Presiones

Velocidades

COMP. FUNDICION

OPERACIONES

Sol. de las ecuaciones

Dpto. de Ingeniería Mecánica

DEFINICIÓN DE GEOMETRÍA

geometría

Pieza/casting Molde/mould

Layer 0 Layer 1 Layer 0

Bebedero/mazarotas/canales

CAD VULCANIGES

PuntosLíneasSuperficies

Incluir todos los elementos del sistema de fundido

Chequear la integridad de la geometría previo al mallado

Pieza contiene superficies y volúmenes que componen la cavidad junto con el sistema de llenado

Molde contiene las superficies internas y externas del molde y el volumendel molde

Dpto. de Ingeniería Mecánica

Elementos volumétricos

tetraedros

hexaedros

nodos

Densidad de mallado

fino

grosero

más precisión, tcalc superior

menos precisión, tcalc inferior

Consiste en crear la malla por elementos finitos

DISCRETIZACIÓN

Dpto. de Ingeniería Mecánica

FUNDICIÓN

GRAVEDAD ALTA PRESIÓN BAJA PRESIÓN

TIPO DE FUNDICIÓN

Dpto. de Ingeniería Mecánica

Cada layer debe estar asignado al componente correspondiente

COMPONENTES

PIEZA

MOLDE

MACHO

ENFRIADORES

en uno o varios layers según complejidad

en uno o varios layers según complejidad

en uno o varios layers según complejidad y nº

en uno o varios layers según complejidad y nº

Material de los componentes y propiedades

Pieza → acero, aleación de Al, aleación de Zn, fundición, etc.Molde → arena, metálicoMacho → arena, metálicoEnfriadores → metálicos, etc.

COMPONENTES FUNDICIÓN (I)

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Aleación:Tª liquidus y

Tª solidus

Molde:propiedades

térmicas

Coeftes.transferenciacalor: molde-

aleación

Propiedadesmateriales

Condiciones iniciales

Condiciones de contorno

Temperaturas iniciales (molde, colada), etc.

Coeficiente de transferencia de calor (intercaramolde-pieza, molde-ambiente)

Tª fundición

Tamañofundido

Fluidez metalfundido

Configuración molde

Cond. Cont..y Cond. Inici.

COMPONENTES FUNDICIÓN (II)

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Algunas propiedades de distintos materiales:Arena Acero X40CrMoV5 AlSi7Mg

Densidad:1550 Kg/m3 a 300ºC1390 Kg/m3 a 600ºC

Variación conductividad con Tª:Tª (ºC) Conduct (W/m.K)100 0.69450 0.585650 0.625850 0.73

1050 0.811150 0.85

Variación calor específico con Tª:Tª (ºC) C. espec. (J/kg.K)150 790450 960650 1085850 1085

Composición:C 0.4%, Si 1%, Cr 5.3%, Mo 1.4%, V 1%

Densidad:7830 Kg/m3 a 1ºC7644 Kg/m3 a 600ºC

Tª de solidus:1375ºC

Variación conductividad con Tª:Tª (ºC) Conduct (W/m.K)100 26500 26.8700 26.2900 26.8

1100 28.9

Variación calor específico con Tª:Tª (ºC) C. espec. (J/kg.K)100 485.624400 604.85600 768.707800 890.604

Composición:Si 6-7.5%, Mg 0.2-0.45%

Densidad:2670 Kg/m3 a 1ºC 2400 Kg/m3 a 700ºC

Tª de liquidus Tª de solidus Calor latente613ºC 542ºC 430518 W

Variación conductividad con Tª:Tª (ºC) Conduct (W/m.K)100 152300 153542 166613 68

7000 69

Variación calor específico con Tª:Tª (ºC) C. espec. (J/kg.K)100 898200 942400 1058613 1168

Variación fracción sólida con Tª:Tª (ºC) Fracción sólida542 1563 0.65613 0

COMPONENTES FUNDICIÓN (III)

Dpto. de Ingeniería Mecánica

OPERACIONES

LLENADO SOLIDIFICACIÓN ENFRIAMIENTO

OPERACIONES

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Llenado

Estrategia Contactos Salidas

Solidificación

Estrategia Contactos Salidas

Se ajustan parámetros de llenado propios del proceso

HTC entre pieza y moldemolde y mediocond/conv.

Tª fracción sólidaMódulo de

solidificación (V/S)Tiempo de

solidificación

Se ajustan parámetros de llenado propios del proceso

HTC entre pieza y moldemolde y mediocond/conv.

OPERACIONES

Se escribe el nº de resultados a escribir durante el análisis y la frecuencia

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ec. Navier-Stokes

ec. Fourier

Leyes de la Termodinámica,..

ec. Conservación del Momento

Llenado

Solidificación y enfriamiento

Transformaciones de estado sólido

Tensiones y deformaciones pieza

Resolución de las ecuaciones que gobiernan el proceso definido

PROCESADO

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Gráficos de la evolución tiempo/velocidadpor nodo seleccionado

Velocidad de llenado del fluido

Evolución de la temperatura

Evolución del llenado

POSTPROCESADO

LLENADO

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Gráficos de la evolución tiempo/temperaturapor nodo seleccionado de molde y de pieza

Evolución de la temperatura

Evolución de la fracción sólida

Módulo de solidificación

Evolución de la temperatura en sección

POSTPROCESADO

SOLIDIFICACIÓN

Dpto. de Ingeniería Mecánica

Dinámica de fluidos Defectos asociados a un mal llenado del molde

Parámetros de solidificación Características microestructurales y contenido de microporosidades de la pieza fundida

Tiempo de solidificación

Velocidad de enfriamiento

Para discriminar “puntos calientes”

Indicador de la velocidad de solidificación y tamaño final degranos

DEFECTOS EN LA FUNDICIÓN