Simulation of the cavities formation in solidifying castings

• Autorzy: Dyja R.

Warianty tytułu

PL

Symulacja powstawania jam skurczowych w krzepnących odlewach

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An important aspect of foundry technology is to design a proper gating system that takes into account the appropriate arrangement and shape of the risers. On the one hand, such a system should guarantee to get casting free of defects, on the other hand it should be economical. This conflict can be especially seen in the design of risers. Simulations of solidification can be helpful in designing a suitable gating system. Unfortunately, it is inadequate to rely only on the simulation of temperature distribution in solidifying body. It is required to take properly into account the behavior of the liquid metal. The presented work refers to computer simulations of formation of cavities in solidifying castings. The proposed solution is based on the results of calculations of temperature distribution in the solidifying casting obtained by finite element method. Based on these results and the fact that domain of casting is discretized, it was possible to create a method that allows the user to find the location and size of the shrinkage cavity, taking into account the basic physical laws of liquid metal behavior. Robustness of the proposed solution is shown by examples of simulation for various shapes of castings. Results presented in the article are obtained from simulations, which take into account differences in the gating system. Impact of these differences on the predicted location of cavities is discussed in the text.

PL

Istotnym aspektem technologii odlewniczej jest zaprojektowanie prawidłowego układu wlewowego, uwzględniającego odpowiednie rozmieszczenie i kształt nadlewów. Z jednej strony układ taki powinien gwarantować uzyskanie odlewu pozbawionego wad, a z drugiej powinien charakteryzować się odpowiednią ekonomicznością. Tę sprzeczność widać zwłaszcza w projektowaniu nadlewów. Pomocą w zaprojektowaniu odpowiedniego układu mogą być symulacje krzepnięcia. Niestety, opieranie się tylko na wynikach dotyczących rozkładu temperatur jest niewystarczające. Wymagane jest odpowiednie uwzględnienie zachowania się ciekłego metalu. Prezentowana praca dotyczy symulacji komputerowych, na podstawie których można prognozować miejsca powstawania jam skurczowych w krzepnących odlewach. Proponowane rozwiązanie bazuje na wynikach obliczeń rozkładu temperatury w krzepnącym odlewie uzyskanych metodą elementów skończonych. Bazując na tych wynikach, a także na dokonanej dyskretyzacji obszaru zadania, udało się stworzyć metodę, która pozwala określić miejsce wystąpienia jamy skurczowej przy uwzględnieniu podstawowych praw fizycznych zachowania ciekłego metalu. Jakość działania proponowanego rozwiązania zaprezentowana została na przykładzie symulacji dla różnych kształtów odlewów. Wyniki zamieszczone w artykule uwzględniają warianty symulacji, w których w obszarze zadania występują różnice dotyczące umiejscowienia nadlewów. Wpływ tych różnic na prognozowane położenie jam skurczowych został omówiony w treści pracy.

Słowa kluczowe

EN

casting; solidification; continuity defects; computer simulations; FEM

PL

odlewnictwo; krzepnięcie; wady ciągłości; symulacje komputerowe; MES (metoda elementów skończonych)

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Hutnik, Wiadomości Hutnicze
• Rocznik: 2012
• Tom: Vol. 79, nr 2
• Strony: 85--88
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Dyja R.

• Politechnika Częstochowska, Instytut Informatyki Teoretycznej i Stosowanej, 42-201 Częstochowa, ul. J.H. Dąbrowskiego 73

Bibliografia

• 1. Stefanescu D. M., Science and Engineering of Casting Solidification, Springer Science+Business Media, New York, 2009
• 2. Skrzypczak T., Węgrzyn-Skrzypczak E., Simulation of shrinkage cavity formation during solidification of binary alloy, Archives of Foundry Engineering, vol. 10, 2010, no. 1, pp. 147÷152
• 3. Zienkiewicz O. C., Taylor R.L., The finite element method, Volume 1 – The Basis, Butterrworth-Heinemann, Oxford, 2000
• 4. Sczygiol N., Szwarc G., Approaches to enthalpy approximation in numerical simulation of two-component alloy solidification, Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences, no. 7, 2000, pp. 717÷734
• 5. Jankowski M., Elementy grafiki komputerowej, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa, 2002
• 6. Dyja R., Sczygiol N., Method for determining the formation of shrinkage defects in the castings , Archives of Foundry Engineering, vol. 11, 2011, no. 4, pp. 35÷40
• 7. Sczygiol N., Szwarc G., Olas T., Nagórka A., Object- -oriented analysis of solidification modeled by finite elements, Solidification of Metals and Alloys, 1997, no. 30, pp. 233÷242