The objective of this work is to gain a deeper understanding of the separation effects and particle movement during filtration of non-metallic inclusions in aluminum casting on a macroscopic level. To understand particle movement, complex simulations are performed using Flow 3D. One focus is the influence of the filter position in the casting system with regard to filtration efficiency. For this purpose, a real filter geometry is scanned with computed tomography (CT) and integrated into the simulation as an STL file. This allows the filtration processes of particles to be represented as realistically as possible. The models provide a look inside the casting system and the flow conditions before, in, and after the filter, which cannot be mapped in real casting tests. In the second part of this work, the casting models used in the simulation are replicated and cast in real casting trials. In order to gain further knowledge about filtration and particle movement, non-metallic particles are added to the melt and then separated by a filter. These particles are then detected in the filter by metallographic analysis. The numerical simulations of particle movement in an aluminum melt during filtration, give predictions in reasonable agreement with experimental measurements.
The aim of this work is to develop a numerical model capable of predicting the grain density in the Mg-based matrix phase of an AZ91/SiC composite, as a function of the total mass fraction of the embedded SiC particles. Based on earlier work in a range of alloy systems, we assume an exponential relationship between the grain density and the maximum supercooling during solidification. Analysis of data from cast samples with different thicknesses, and mass fractions of added SiCp, permits conclusions to be drawn on the role of SiCp in increasing grain density. By fitting the data, an empirical nucleation law is derived that can be used in a micro model. Numerical simulation based on the model can predict the grain density of magnesium alloys containing SiC particles, using the mass fraction of the particles as inputs. These predictions are compared with measured data.
Artykuł przedstawia strukturę organizacyjną, perspektywy badawcze w zakresie teorii procesów odlewniczych oraz działalność dydaktyczną Wydziału Odlewnictwa Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie.
During excavation of the cremation cemetery of urnfield culture in Legnica at Spokojna Street (Lower Silesia, Poland), dated to 1100-700 BC, the largest - so far in Poland – a collection of casting moulds from the Bronze Age was discovered: three moulds for axes casting made out of stone and five moulds for casting sickles, razors, spearhead and chisels, made out of clay. This archaeological find constituted fittings of foundrymen’s graves. In order to perform the complete analysis of moulds in respect of their application in the Bronze Age casting technology analytical methods, as well as, computer aided methods of technological processes were used. Macroscopic investigations were performed and the X-ray fluorescence spectrometry method was used to analyse the chemical composition and metal elements content in mould cavities. Moulds were subjected to three-dimensional scanning and due to the reverse engineering the geometry of castings produced in these moulds were obtained. The gathered data was used to perform design and research works by means of the MAGMA5 software. Various variants of the pouring process and alloys solidification in these archaeological moulds were simulated. The obtained results were utilised in the interpretation of the Bronze Age casting production in stone and clay moulds, with regard to their quality and possibility of casting defects occurrence being the result of these moulds construction. The reverse engineering, modelling and computer simulation allowed the analysis of moulds and castings. Investigations of casting moulds together with their digitalisation and reconstruction of casting technology, confirm the high advancement degree of production processes in the Bronze Age.
Rozwój komputeryzacji spowodował duży postęp w numerycznym modelowaniu krystalizacji stopów odlewniczych. Możliwe staje się prognozowanie mikrostruktury odlewów. W tym celu konieczna jest znajomość równań opisujących rozkłady wielkości podłoża do zarodkowania heterogenicznego ziaren bądź funkcji gęstości ziaren w zależności od przechłodzenia. W pracy zamieszczono obliczenia dla modelu wykładniczego i eksponencjalnego gęstości ziaren w funkcji przechłodzenia maksymalnego. Dodatkowo przeprowadzono również obliczenia dla logarytmiczno-normalnego rozkładu wielkości podłoża do zarodkowania heterogenicznego. Zasadniczym celem tej pracy jest wyznaczenie w powyższych równaniach, parametrów dopasowania krzepnącego stopu Al-Cu na podstawie badań doświadczalnych zamieszczonych w literaturze [7]. W przypadku logarytmiczno-normalnego rozkładu wielkości podłoża do zarodkowania heterogenicznego, parametry występujące w tym równaniu zostały wyznaczone za pomocą algorytmu numerycznego. Tak wyznaczone rozkłady zostały następnie zestawione na wykresie z danymi eksperymentalnymi w celu ich porównania.
EN
The development of computerization caused a lot of progress in numerical modeling of alloys crystallization. It becomes possible to predict casting microstructure. For this purpose, it is necessary to know the equations describing the size distribution of the substrate to the heterogeneous nucleation of grains or grains density function dependence on supercooling. The paper presents calculations for Oldfield and exponential model of grain density as a function of the maximum supercooling. In addition, calculations were also performed for the log-normal distribution of the substrate size to heterogeneous nucleation of primary phase. The main aim of this work is to determine the fitting parameters of Al-Cu alloy solidifying based on experimental studies published in the literature [7] for above equations. In the case of log-normal size distribution of substrate for heterogeneous nucleation, the parameters present in the equation were determined using a numerical algorithm. Thanks to these schedules were then summarized in the graph of experimental data for comparison.
Niniejsza praca zawiera analizę przepływów dwufazowych (ciekły metal - gaz) w wybranym fragmencie układów wlewowych, stosowanych przy produkcji wielkogabarytowych odlewów ze stopów żelaza, w oparciu o symulacje komputerowe wykonane w programie FLOW-3D. W ramach publikacji dobrano układy modelowe oraz parametry symulacji numerycznych. Na podstawie uzyskanych wyników badań szczegółowo przestudiowano rozkład prędkości i ciśnienia w tych układach oraz wskazano obszary narażone na erozję materiału ceramicznego i miejsca kumulowania się gazów.
EN
Current work includes an analysis of the two-phase flows (liquid metal - gas) in a selected parts of the gating systems, used in large-size iron castings production. The studies were carried out with the use of FLOW-3D software. Within the paper a model system and the parameters of numerical simulations were selected. Based on the obtained results, the velocity and pressure profile in the model systems were analyzed as well as the areas susceptible to erosion of the ceramic material and gas entrainment were indicated.
7
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
This study presents a fragment of research aimed at determining the thermal stability of a cellulose-based composite material used for building gating systems for large iron castings. The behavior of the material itself at elevated temperatures is of major significance for the mould filling process. In this research, thermal analysis methods (DTG, TG, DSC) were used to explain the course of the thermal degradation of the analysed material by establishing thermal effects of transformations occurring during its heating as well as its structural and mass changes. The research was conducted at the temperature range of 40—1000 °C. The degradation process was found to start at the temperature of approx. 300 °C, and the total mass loss at the range of 300—750 °C amounted to 48.8 %. The mass loss observed is accompanied by very strong exothermal effects. The remaining part of the sample mass which had not decomposed up to the temperature of 1000 °C (approx. 51.2 %) probably represents the carbon fibres and ceramic clay present in the material, because these decompose at a temperature higher than the range of the performed thermal analysis and higher than the temperature of the liquid metal fed into the gating system (about 1300— 1400 °C). In addition, volatile products of degradation were analysed using IR spectrum and the thermogravimetry (TG) method coupled online with mass spectrometry (MS). In the temperature range 300—750 °C signals for small molecular masses were noticed, which indicates that the degradation process and fragmentation of polymer chains in the cellulose occur as well as formation of small particle compounds, primarily H2O and CO2. No signals given off by aromatic compounds were detected.
PL
Przedstawiono wycinek badań dotyczących termicznej stabilności wieloskładnikowego tworzywa na bazie celulozy, stosowanego do budowy układów wlewowych przeznaczonych do wielkogabarytowych odlewów żeliwnych. Zachowanie się samego materiału w podwyższonej temperaturze ma istotne znaczenie dla procesu zalewania formy odlewniczej ciekłym metalem. Metodami analizy termicznej (DTG, TG, DSC) badano przebieg degradacji termicznej stosowanego tworzywa, ustalając efekty cieplne przemian zachodzących podczas jego ogrzewania, zmiany strukturalne oraz masę. Analizę prowadzono w temperaturze z zakresu 40—1000 °C. Ustalono, że proces degradacji rozpoczyna się w temp. ok. 300 °C, a całkowity ubytek masy w temperaturze z zakresu 300—750 °C wynosi 48,8 %. Zaobserwowanym ubytkom masy towarzyszą bardzo silne efekty egzotermiczne. Pozostała część masy próbki nie uległa rozkładowi do temp. 1000 °C (ok. 51,2 %), co prawdopodobnie jest związane z obecnością w składzie włókien węglowych oraz materiałów ceramicznych, rozkładających się w temperaturze o wartości powyżej zakresu przeprowadzanej analizy termicznej, a zarazem powyżej temperatury ciekłego metalu wprowadzanego do układu wlewowego (ok. 1300—1400 °C). Przeprowadzono ponadto analizę lotnych produktów rozkładu, stosując metodę spektroskopii IR oraz termograwimetrii (TG), sprzężonej „on-line” ze spektrometrią masową (MS). W temperaturze z zakresu 300—750 °C stwierdzono sygnały odpowiadające małym ciężarom cząsteczkowym, świadczące o zachodzeniu procesu degradacji, fragmentaryzacji łańcuchów polimerowych w celulozie i tworzeniu się małocząsteczkowych związków, w tym przede wszystkim H2O i CO2. Nie stwierdzono obecności sygnałów pochodzących od związków aromatycznych.
Celem pracy była ocena możliwości zastąpienia czasochłonnej technologii kucia głowicy Pollaxe poprzez odlanie przedmiotu przy użyciu staliwa. W ramach przeprowadzonych badań wykonano szereg symulacji komputerowych mających na celu optymalizację technologii. Uzyskane wyniki ukazały nam możliwość poprawnego wykonania odlewu. Odlewanie umożliwia przyśpieszenie procesu produkcji i zmniejszenie kosztów wytwarzania głowicy, co jest odpowiedzią na rosnące zapotrzebowanie na tego typu repliki broni białej przez muzea oraz grupy rekonstrukcji historycznej.
EN
Aim of this study was to evaluate the possibility of making steel Pollaxe head by replacing the time-consuming forging witch casting technology. As part of research, a series of computer simulations aimed at optimizing and reducing the manufacturing costs of the head were made. Current work constitute a response to the growing demand for this type of replica edged weapons by museums and historical reenactment groups.
The aim of the study was to determine the influence of the solid particles density and size on their distribution in the solidified cast. As part of the work, a series of numerical simulations of filling and solidification process were made with the use of FLOW-3D software. The analysis was performed on pure aluminum and six chosen types of particles with different size and density. Obtained results may help to understand the behavior of solid particles in liquid metals.
The aim in this work is to develop a log-normal distribution of heterogeneous nucleation substrates for the composite based on AZ91 alloy reinforced by SiC particles. The computational algorithm allowing the restore of the nucleation substrates distribution was used. The experiment was performed for the AZ91 alloy containing 4%wt. of SiC particles. Obtained from experiment, the grains density of magnesium primary phase and supercooling were used to algorithm as input data.
The aim of this study is the adaptation of the voxelization algorithm for the generation of regular computational meshes used in numerical models. The authors concentrate on solutions, which can be applied in a computer modeling of phenomena occurring in the foundry industry. The presented mesh generation process is the STL files based. This file format is generally used in the commercial simulation software. The basic voxelization algorithm extended with such functions as: the input data correctness control (virtual geometry), the formation of meshes consisting of several subdomains corresponding to individual elements of the foundry technology (mould, casting, core, feeder etc.) and the possibility of the mesh local refinement (adaptive grids), is presented in the hereby paper. The described solution is characterized by high efficiency and when combined with the proper numerical model can be successfully implemented in problems related to computer simulation of foundry processes.
PL
Celem artykułu jest adaptacja algorytmu voxelizacji do generowania regularnych siatek obliczeniowych dla modeli numerycznych. Autorzy koncentrują się na rozwiązaniach mogących mieć zastosowanie w komputerowym modelowaniu zjawisk występujących w przemyśle odlewniczym. Przedstawiony proces generowania siatki odbywa się z wykorzystaniem plików STL, które są powszechnie stosowane w komercyjnych programach symulacyjnych. W publikacji zaprezentowano bazowy algorytm wokselizacji uzupełniony o zagadnienia takie jak kontrola poprawności danych wejściowych (wirtualnej geometrii), tworzenie siatek składających się z wielu podobszarów odpowiadających poszczególnym elementom technologii odlewniczej (forma, odlew, rdzeń, nadlewy itp.) oraz możliwość lokalnego zróżnicowania kroku siatki (adaptive grids). Przedstawione w artykule rozwiązanie charakteryzuje się dużą efektywnością i w połączeniu z odpowiednim modelem numerycznym może być z powodzeniem zastosowane w komputerowej symulacji procesów odlewniczych.
The aim of this work is to develop a numerical model, based on the lattice Boltzmann method, which allows for stable stimulation of incompressible fluid flows, including local changes in kinematic viscosity. The authors' interest lies in processes which take place during mould filling. In this publication, general information on the lattice Boltzmann method for two-dimensional single-phase flows were presented. A solution, based on the so called Fractional Step algorithm, which allows for defining kinematic viscosity in each mesh cell individually, was shown. The authors also described in detail a validation procedure for a presented model with the use of commercial simulation environment COMSOL Multiphysics. The results confirmed the correctness of the proposed solution. The presented method can be successfully used for the effective numerical modeling of liquid metal flows inside a casting mould.
PL
Celem artykułu jest opracowanie numerycznego modelu, opartego na metodzie siatkowej Boltzmanna, pozwalającego na stabilną symulację ruchu płynów nieściśliwych z uwzględnieniem lokalnych zmian lepkości kinematycznej. Przedmiotem zainteresowania autorów są procesy, które występują podczas zalewania formy odlewniczej. W publikacji zaprezentowano ogólne informacje na temat metody siatkowej Boltzmanna dla jednofazowych przepływów w układzie dwuwymiarowym. Zaproponowano rozwiązanie bazujące na tzw. algorytmie Fractional Step, pozwalające na zdefiniowanie lepkości kinematycznej dla każdej z komórek siatki obliczeniowej z osobna. Szczegółowo opisano również procedurę walidacji przedstawionego modelu na podstawie danych pochodzących z komercyjnego środowiska symulacyjnego COMSOL Multiphysics. Otrzymane wyniki wskazują na słuszność przyjętych rozwiązań. Zaprezentowana w pracy metoda może być z powodzeniem wykorzystana do efektywnego modelowania ruchu ciekłego metalu wewnątrz formy odlewniczej.
The aim of this research was to compare influence of different SiC mass fraction and different SiC particle size on the nucleation process of magnesium primary phase in AZ91/SiC composite. This paper presents experimental results using SiC particles as a reinforcement for AZ91 alloy and their influence on both the grain size of α-Mg primary phase and dimensional homogeneity of grains of this phase. This study provides a good basis for optimizing the process of preparing the AZ91/SiC composite.
PL
W artykule przedstawiono analizę statystyczną wyników badań dotyczących wpływu wielkości cząstek SiC oraz ich udziału, na wielkość ziaren fazy pierwotnej magnezu. Praca przedstawia, na przykładzie kompozytu AZ91/SiC, wpływ modyfikacji zarówno na rozmiar ziarna fazy pierwotnej, jak i jej jednorodność pod względem wielkości ziaren, dając tym samym podstawy do optymalizacji procesu przygotowywania kompozytu
The aim of this study was to develop a model of dendrite growth. The model should emphasis on solute depletion around dendrite tip and its influence on dendrite growth rate. Prepared model can be used to predict dendrite growth rate in metallic alloy. It was assumed that dendrite while growing occupy a spherical envelope with radius R that consists of solid dendrite and interdendritic melt enclosed by dendrite arms. Set of differential equations that built the model can be solved with numerical methods. The solution allows determination of dendrite growth rate and alloy component distribution in the liquid adjected to the dendrite and inside the solid dendrite.
PL
Artykuł przedstawia wyniki pracy, której celem było opracowanie modelu wzrostu dendrytu ze szczególnym uwzględnieniem wpływu rozkładu stężeń pierwiastka stopowego wokół czoła dendrytu oraz jego wpływu na szybkość wzrostu dendrytu. Przygotowany model może zostać zastosowany do przewidywania szybkości wzrostu dendrytu w wieloskładnikowym stopie. Założone zostało, że dendryt wzrastając, ogranicza pewną objętość sferyczną o promieniu R, która składa się z jego ramion oraz cieczy zamkniętej między nimi. Przygotowany układ równań różniczkowych jest gotowy do rozwiązania przy pomocy metod numerycznych. Rozwiązanie umożliwia określenie szybkości wzrostu dendrytu oraz rozkładu składnika stopowego w otaczającej go cieczy oraz w dendrycie, na kierunku wyznaczonym przez jego środek oraz wierzchołek.
The aim of this work was to extend numerical model of mould filling phenomena previously presented in [3]. Authors described some techniques for modeling single phase and free surface flows. Method, called "piston model", for modeling influence of liquid flow on gas behavior inside the mould and also, effect of local gas pressure on movement of metal free surface, was shown. In last part of this work, results from presented model were compared with data from the commercial simulation environment FLOW-3D.
PL
Celem pracy było rozbudowanie numerycznego modelu procesu zalewania formy odlewniczej o możliwość określenia pola prędkości i lokalnego ciśnienia w podobszarze formy wypełnionym przez fazę gazową. Autorzy przedstawili pokrótce techniki, oparte na metodzie siatkowej Boltzmanna, pozwalające na modelowanie przepływów jednofazowych i przepływów z powierzchnią swobodną. Zaproponowano również rozwiązanie, nazwane w niniejszej pracy "modelem tłoka", umożliwiające zarówno modelowanie wpływu ruchu fazy ciekłej na charakter i kinetykę przepływów w fazie gazowej, jak i uwzględnienie oddziaływania lokalnego ciśnienia gazu na przemieszczanie się powierzchni swobodnej metalu. W końcowej części pracy skonfrontowano wyniki uzyskane przy wykorzystaniu zaproponowanego modelu z danymi otrzymanymi w komercyjnym programie symulacyjnym FLOW-3D.
16
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
The paper presents a number of issues associated with applying modern digital techniques in relicts visualisation and conservation. Archaeological research performed in 2005–2008 in the Market Square, Krakow, resulted in discovering of many metal objects, all of great historical value. Relicts are in need of conservation; some also require reconstructing. The key aim of these activities is exhibiting artistic and aesthetic value of relicts; this entails supplementing or reconstructing missing parts. Proper restoration should bring back real qualities of objects, yet not falsify their original appearance, all supplements being discreet and reversible. This task can be fully achieved with the use of computer supported monument reconstruction. The authors of the paper touch upon the most significant discoveries made in the Krakow’s Market Square, all of them associated with production and trade of metal objects. There has been presented a variety of digital techniques used in museum collection documenting, preparing, conservating and popularising. Based on the example of an unusual relict, a lead ingot, the object virtual reconstruction with the help of multimedia 3D graphic programmes has been described.
PL
W pracy przedstawiono zagadnienia związane z wykorzystaniem współczesnych technik cyfrowych dla wizualizacji i rekonstrukcji zabytków. Badania archeologiczne na Rynku Głównym w Krakowie, prowadzone w latach 2005–2008, pozwoliły na odkrycie wielu obiektów metalowych o dużym znaczeniu historycznym. Zabytki te wymagają konserwacji, a niekiedy również rekonstrukcji. Głównym celem tych działań jest wyeksponowanie wartości artystycznych i estetycznych zabytków, obejmujące także uzupełnienie lub odtworzenie ich brakujących części. Prawidłowa restauracja winna przywracać rzeczywiste walory obiektów, nie fałszując ich prawdziwego obrazu, a wszelkie uzupełnienia powinny być dyskretne i odwracalne. Zadanie to w pełni realizuje wspomagana komputerowo wirtualna rekonstrukcja zabytków. Autorzy skrótowo omówili najważniejsze odkrycia z krakowskiego rynku, związane z produkcja i handlem wyrobów metalowych. Zaprezentowano także różnorodne techniki cyfrowe, które moga być wykorzystane w zagadnieniach towarzyszących dokumentowaniu, opracowywaniu, konserwacji i popularyzacji zbiorów muzealnych. Na przykładzie osobliwego zabytku - tzw. bochna ołowiu - szczegółowo omówiono wirtualna rekonstrukcje obiektów z wykorzystaniem multimedialnych programów graficznych 3D.
W publikacji zamieszczono różne aspekty wykonywania luf armatnich, w dawnych wiekach i dzisiaj Z upływem czasu ulegała ewolucji technologia odlewania dział, co wynikało z dążenia do otrzymania produktu finalnego pozbawionego wad. Zmieniały się przede wszystkim stosowane masy formierskie, zmieniał się także charakter form. Wciąż miały miejsce dyskusje, czy lepiej jest odlewać do form z rdzeniem, czy bez, a jeśli już, to jak go stabilnie umocować. Pojawia się też pytanie, jak dziś wyglądałaby taka technologia.
EN
The publication includes different aspects of producing cannon barrels. On the turn of ages the technology of casting the cannons evolved, which was caused by the eagerness to achieve a defectless product. First of all the applied moulding sands and the character of moulds were changed. Countless discussions were held whether it is better to cast with or without cores, and if with - how to fix it stable. The question is, what this technology would look like today.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.