SIMULACIÓN NUMÉRICA DE PROCESOS DE FUNDICIÓN
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Dpto. de Ingeniería Mecánica SIMULACIÓN NUMÉRICA DE PROCESOS DE FUNDICIÓN E.T.S.I. de Bilbao Curso 2012-2013 Técnicas Avanzadas de Moldeo y Conformado MODELIZACIÓN Dpto. de Ingeniería Mecánica ETAPAS PREPROCESADO GEOMETRIA PROCESADO Sol. de las ecuaciones POSTPROCESADO Temperaturas DISCRETIZACIÓN Presiones TIPO FUNDICION Velocidades COMP. FUNDICION OPERACIONES DEFINICIÓN DE GEOMETRÍA Dpto. de Ingeniería Mecánica IGES CAD VULCAN Puntos Líneas Superficies geometría Pieza/casting Molde/mould Bebedero/mazarotas/canales Layer 0 Layer 1 Layer 0 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 volumen del molde Incluir todos los elementos del sistema de fundido Chequear la integridad de la geometría previo al mallado DISCRETIZACIÓN Dpto. de Ingeniería Mecánica ¾ Consiste en crear la malla por elementos finitos tetraedros nodos Elementos volumétricos hexaedros fino más precisión, tcalc superior Densidad de mallado grosero menos precisión, tcalc inferior TIPO DE FUNDICIÓN Dpto. de Ingeniería Mecánica FUNDICIÓN GRAVEDAD ALTA PRESIÓN BAJA PRESIÓN COMPONENTES FUNDICIÓN (I) Dpto. de Ingeniería Mecánica ¾ Cada layer debe estar asignado al componente correspondiente COMPONENTES PIEZA en uno o varios layers según complejidad MOLDE en uno o varios layers según complejidad MACHO en uno o varios layers según complejidad y nº ENFRIADORES en uno o varios layers según complejidad y nº ¾ Material de los componentes y propiedades Pieza → acero, aleación de Al, aleación de Zn, fundición, etc. Molde → arena, metálico Macho → arena, metálico Enfriadores → metálicos, etc. COMPONENTES FUNDICIÓN (II) Dpto. de Ingeniería Mecánica Temperaturas iniciales (molde, colada), etc. Condiciones iniciales Coeficiente de transferencia de calor (intercara molde-pieza, molde-ambiente) Condiciones de contorno Coeftes. transferencia calor: moldealeación Tª fundición Configuración molde Propiedades materiales Aleación: Tª liquidus y Tª solidus Cond. Cont.. y Cond. Inici. Molde: propiedades térmicas Fluidez metal fundido Tamaño fundido COMPONENTES FUNDICIÓN (III) Dpto. de Ingeniería Mecánica ¾Algunas propiedades de distintos materiales: Arena Densidad: 1550 Kg/m3 a 300ºC 1390 Kg/m3 a 600ºC Variación conductividad con Tª: Tª (ºC) Conduct (W/m.K) 100 0.69 450 0.585 650 0.625 850 0.73 1050 0.81 1150 0.85 Variación calor específico con Tª: Tª (ºC) C. espec. (J/kg.K) 150 790 450 960 650 1085 850 1085 Acero X40CrMoV5 AlSi7Mg Composición: C 0.4%, Si 1%, Cr 5.3%, Mo 1.4%, V 1% Composición: Si 6-7.5%, Mg 0.2-0.45% Densidad: 7830 Kg/m3 a 1ºC 7644 Kg/m3 a 600ºC Densidad: 2670 Kg/m3 a 1ºC Tª de solidus: 1375ºC Variación conductividad con Tª: Tª (ºC) Conduct (W/m.K) 100 26 500 26.8 700 26.2 900 26.8 1100 28.9 Variación calor específico con Tª: Tª (ºC) C. espec. (J/kg.K) 100 485.624 400 604.85 600 768.707 800 890.604 2400 Kg/m3 a 700ºC Tª de liquidus Tª de solidus Calor latente 613ºC 542ºC 430518 W Variación conductividad con Tª: Tª (ºC) Conduct (W/m.K) 100 152 300 153 542 166 613 68 7000 69 Variación calor específico con Tª: Tª (ºC) C. espec. (J/kg.K) 100 898 200 942 400 1058 613 1168 Variación fracción sólida con Tª: Tª (ºC) Fracción sólida 542 1 563 0.65 613 0 OPERACIONES Dpto. de Ingeniería Mecánica OPERACIONES LLENADO SOLIDIFICACIÓN ENFRIAMIENTO OPERACIONES Dpto. de Ingeniería Mecánica Llenado Estrategia Se ajustan parámetros de llenado propios del proceso Contactos HTC entre pieza y molde molde y medio cond/conv. Solidificación Salidas Se escribe el nº de resultados a escribir durante el análisis y la frecuencia Estrategia Se ajustan parámetros de llenado propios del proceso Contactos HTC entre pieza y molde molde y medio cond/conv. Salidas Tª fracción sólida Módulo de solidificación (V/S) Tiempo de solidificación PROCESADO Dpto. de Ingeniería Mecánica ¾ Resolución de las ecuaciones que gobiernan el proceso definido 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 POSTPROCESADO Dpto. de Ingeniería Mecánica ¾ LLENADO ¾ Evolución del llenado ¾ Evolución de la temperatura ¾Velocidad de llenado del fluido ¾ Gráficos de la evolución tiempo/velocidad por nodo seleccionado POSTPROCESADO Dpto. de Ingeniería Mecánica ¾ SOLIDIFICACIÓN ¾ Evolución de la temperatura ¾Evolución de la fracción sólida ¾Evolución de la temperatura en sección ¾Módulo de solidificación ¾ Gráficos de la evolución tiempo/temperatura por nodo seleccionado de molde y de pieza DEFECTOS EN LA FUNDICIÓN Dpto. de Ingeniería Mecánica Dinámica de fluidos Parámetros de solidificación Defectos asociados a un mal llenado del molde 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 de granos
