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Aplicación: FUNDICIÓN METÁLICA
Julio de 2017
Indice de contenidos
• SyP (Distribuidor) // FSI (Desarrollador)
• Productos: FLOW-3D ® // FLOW-3D Cast ® // FlowSight ®
• Procesos simulados
• Ventajas competitivas: Operativas // Técnicas
• Validaciones experimentales
• Capacidades de modelado adicionales para fundición
Simulaciones y Proyectos, SL
Empresa distribuidora del software
• Actividad y crecimiento desde el año 2006
• Especialización en simulación numérica (CFD general, Fundición, FEA)
• Distribución y soporte técnico de software CAD/CAE de primer nivel (FLOW-
3D ®, SpaceClaim).
• Personal altamente cualificado para asistencia y formación.
• Alto nivel de implicación con los Clientes (asistencia técnica,
customizaciones, formación,…)
• Importante cartera de Clientes
Flow Science Inc
Empresa desarrolladora del software
• Multinacional fundada en 1980. Originada en el
Laboratorio Nacional de Los Alamos (EEUU)
• Primera licencia comercial de FLOW-3D lanzada
en 1985
• Desarrolla y comercializa FLOW-3D así como los
productos asociados: FLOW-3D Cast / FLOW-3D
MP
• Ofrece servicios de HPC (High Performance
Computing) a distancia.
Vista de Los Alamos National Labs
Headquarters en Santa Fe, NM, USA
Flow Science Inc
Distribución mundial
Productos comercializados
 Líder mundial en simulación fluidos en Superficie Libre
 Incluye en su interfaz GUI todas las opciones necesarias
para simular Procesos de Fundición de forma completa.
 Interfaz específico para fundición
 Varios módulos en función del proceso a simular
 Fácil e intuitivo manejo para usuarios de fundición
FlowSight ®
 Postoprocesador de altas prestacionesGratuito (para 2
procesos por licencia)
EXTENDED
BASIC
ADVANCED
Fundición por Gravedad
Fundición centrífuga
Fundición por vertido
Viscosidad turbulenta
Fundición HPDC
Gases atrapados, venteos
Ciclado térmico molde
Movimiento del pistón y
Cucharas.
Estrés térmico
Soplado / Secado de arena
Viscosidad tixotrópica
= FLOW-3D
• Fundición por gravedad
• Fundido a alta presión (HPDC)
• Fundido a baja presión
• Vertido por inclinación
• Fundición a presión (squeeze casting)
• Fundición en continuo
• Fundición por centrifugado
• Fundición a la cera perdida
• Semisolid casting (Thixocasting – Rheocasting)
Vertido por gravedad Cera perdidaVertido por inclinacion
Centrifugado Semi-solido
Alta Presión HPDC
Procesos simulados
Ventajas competitivas
Operativas
• Funcionamiento en red (sin coste adicional)
• Con 1 licencia de solver se dispone de 999 licencias de pre y post.
• Opción de realizar cálculos en remoto (sin coste adicional)
• Opción de leer la licencia en remoto (sin coste adicional)
• Versión SMP Shared Memory Protocol (32 cores versión de partida)
• Fácilmente customizable por el usuario en FORTRAN
• Postprocesador FlowSight ® (sin coste adicional)
• Opciones de Alquiler-Hasta-Compra
Ventajas competitivas
Técnicas
• FLOW-3D ® es líder mundial en cálculo de fluidos en superficie libre.
• Además de fundición, es empleado en muchas otras aplicaciones donde es
referente:
• Emplea el método de Diferencias Finitas- Staggered Finite Difference
Method para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes 3D
• Tiene en cuenta fenómenos de turbulencia (varios modelos k-e, k-w, LES,
etc) así como un completo compendio de capacidades multifísicas
Ventajas competitivas
Técnicas
• FLOW-3D Cast ® aprovecha sus prestaciones como software CFD multifísico
y las aplica 100% al proceso de fundición.
• ¿Por qué FLOW-3D Cast ® está siendo una herramienta fundamental para la
industria de fundición en los últimos años (HPDC especialmente)?
Ventajas competitivas
Técnicas
• FLOW-3D Cast ® aprovecha sus prestaciones como software CFD multifísico
y las aplica 100% al proceso de fundición.
• ¿Por qué FLOW-3D Cast ® está siendo una herramienta fundamental para la
industria de fundición en los últimos años (HPDC especialmente)?
SOLIDIFICACIÓN
LLENADO
DEFECTOLOGIA
Rechupes
Microporosidad
Estress térmico
• En los orígenes de la simulación para fundición:
– Solo se simulaba la solidificación. No se simulaba el llenado
– Los resultados eran aceptables para algunos procesos
Ventajas competitivas
Técnicas
• FLOW-3D Cast ® aprovecha sus prestaciones como software CFD multifísico
y las aplica 100% al proceso de fundición.
• ¿Por qué FLOW-3D Cast ® está siendo una herramienta fundamental para la
industria de fundición en los últimos años (HPDC especialmente)?
SOLIDIFICACIÓN
LLENADO
DEFECTOLOGIA
Rechupes
Microporosidad
Estress térmico
• Con la aparición de nuevos procesos (HPDC, etc):
– El llenado provoca defectos. Se hace necesario simular dicho proceso
– Los software tradicionales no disponen de un modelo de simulación de fluidos o está
basado en modelos no precisos. El llenado no es correcto en procesos exigentes.
LLENADO
DEFECTOLOGIA
Atrapamiento de aire
Falta de llenado / burbujas
Defectos superficiales
Ventajas competitivas
Técnicas
• FLOW-3D Cast ® aprovecha sus prestaciones como software CFD multifísico
y las aplica 100% al proceso de fundición.
• ¿Por qué FLOW-3D Cast ® está siendo una herramienta fundamental para la
industria de fundición en los últimos años (HPDC especialmente)?
SOLIDIFICACIÓN
LLENADO
DEFECTOLOGIA
Rechupes
Microporosidad
Estress térmico
• FLOW-3D Cast ® dispone de modelos precisos de llenado y solidificación
– Se predicen correctamente los defectos de llenado
– Se mejora la predicción de los defectos en solidificación (influenciados por el llenado)
LLENADO
DEFECTOLOGIA
Atrapamiento de aire
Falta de llenado / burbujas
Defectos superficiales
Ventajas competitivas
Técnicas
• FLOW-3D Cast ® aprovecha sus prestaciones como software CFD multifísico
y las aplica 100% al proceso de fundición.
• ¿Por qué FLOW-3D Cast ® está siendo una herramienta fundamental para la
industria de fundición en los últimos años (HPDC especialmente)?
SOLIDIFICACIÓN
LLENADO
DEFECTOLOGIA
Rechupes
Microporosidad
Estress térmico
• FLOW-3D Cast ® dispone de modelos adicionales específicos de los procesos
– Análisis de la carrera de inyección
– Ciclado térmico del molde
LLENADO
DEFECTOLOGIA
Atrapamiento de aire
Falta de llenado / burbujas
Defectos superficiales
CARRERA DE
INYECCIÓN
CICLADO TÉRMICO
DEL MOLDE
Ventajas competitivas
Técnicas
FLOW-3D Cast ® se convierte en la herramienta de diseño más eficaz del
mercado en el proceso productivo de fundición.
• Calcula eficazmente la física en fundición:
• Llenado (dinámica del fluido)
• Solidificación (Cambio de fase, Estrés térmico)
• Defectología (captura de aire, oxidación, presiones, cavitación)
• Incorpora todos los elementos técnicos de los procesos
• Es rápido en el setup del problema
• Es rápido en el cálculo
• Muestra los resultados de forma completa, útil y vistosa
FLOW-3D Cast ® es hoy por hoy el mejor software para simulación de
procesos de fundición (especialmente Alta Presión HPDC) . Se distingue
por disponer de:
1. Herramientas adecuadas para establecer condiciones previas a la
inyección (contorno)
• Ciclado térmico avanzado del molde
• Modelo spray-cooling (nuevo en la versión 4.2)
Ventajas competitivas
Técnicas
FLOW-3D ® es hoy por hoy el mejor software para simulación de
procesos de Alta Presión. Se distingue por disponer de:
2. Excelente precisión en el llenado
• Correcta dinámica del fluido
• Visualizado y optimización de la carrera de inyección
• Simulación de efectos “Back Pressure”
• Modelos precisos para Atrapamiento De aire en el llenado
• Seguimiento de burbujas al final del llenado
• Predicción de erosión en el molde (varios modelos)
• Predicción de defectos superficiales
Ventajas competitivas
Técnicas
FLOW-3D ® es hoy por hoy el mejor software para simulación de
procesos de Alta Presión. Se distingue por disponer de:
3. Herramientas adecuadas para predecir defectos en solidificación
• Configuración avanzada de canales de refrigeración
• Simulación de Squeeze pins
• Stress térmico y deformaciones
• Die Soldering
• Porosidad – Microporosidad y Macroporosidad
4. Excelente y sencillo Interfaz gráfico de entrada de datos (GUI)
• Sencillo manejo
• Diferentes formatos de mallado
• Postprocesador de última generación
• Generador de eventos
Ventajas competitivas
Técnicas
1. Herramientas de pre-llenado
Ciclado térmico del molde
Permite realizar ciclos térmicos teóricos
de producción considerando las
diferentes fases:
• Calentamiento
• Apertura del molde
• Spray
• Soplado de aire
Prepara el mapa del temperaturas del
molde para la simulación
Importante tenerlo en cuenta de cara a
la fase de solidificación posterior
1. Herramientas de pre-llenado
Spray de enfriamiento
• Nuevo en versión 4.2 (Junio 2016)
• Único software en el mercado que
permite dicha capacidad
• Permite ajustar aun más el mapa de
temperaturas del molde de cara a la
inyección  Mayor precisión
• Permite optimizar dicho mapa para
mejorar solidificación y durabilidad
del molde.
Cortesía AUDI AG.
2. Excelente precision en el llenado
Correcta dinámica del fluido – ¿La clave?
• FLOW-3D ® es líder mundial en cálculo de fluidos en superficie libre
empleándose en muchas otras aplicaciones donde es referente: Hidráulica,
inyección de tinta, microfluidos, etc.
• Tiene en cuenta fenómenos de turbulencia (varios modelos k-e, k-w, LES,
etc) así como un completo compendio de capacidades multifísicas
• Validado experimentalmente en Universidades, Centros de investigación,
Centos de I+D en corporaciones, etc.
2. Excelente precision en el llenado
Ejemplos
2. Excelente precision en el llenado
Ejemplos
2. Excelente precision en el llenado
Ejemplos
FLOW-3D ® tiene la capacidad de modelización de sólidos en movimiento con
hasta 6 grados de libertad.
• Total acomplamiento Fluido-Estructura
• Simulación de cucharas, pistones, etc
Simulaciones cortesía de NEMAK
2. Excelente precision en el llenado
Simulación y optimización de la Carrera de inyección
• El metal durante el proceso de llenado se mezcla con aire por efectos
de la dinámica del fluido. Causas posibles:
• Mala ubicación de ataques o velocidades excesivas
• Mala carrera de inyección (generación de olas rompientes)
• ¿En qué ayudará predecir correctamente el atrapamiento de aire?
 Diseño de los ataques, carrera de inyección
 Posicionamiento de venteos
• Para predecir bien el atrapamiento de aire se necesita:
 Correcta dinámica del fluido
 Simulación de turbulencia
 Modelos matemáticos probados
2. Excelente precision en el llenado
Modelo preciso de atrapamiento de aire
2. Excelente precision en el llenado
Modelo preciso de atrapamiento de aire
FLOW-3D ® Cast indicará las zonas donde queda el aire al final del llenado.
FLOW-3D ® Cast permite hacer un seguimiento a una burbuja que va menguando
cuando se completa el llenado.
2. Excelente precision en el llenado
Predicción de erosion en el molde (cavitación)
Los efectos de cavitación en el
molde hacen que éste tenga una
durabilidad menor
Se forman burbujas de vapor
debido a que la presión en el metal
está por debajo de la presión de
vapor a esta Tª
FLOW-3D dispone de 3 modelos
para predecir la cavitación:
• Potencial de cavitación
• Modelo pasivo de cavitación
• Modelo activo de cavitación Cortesía FORM Stampi
2. Excelente precision en el llenado
Predicción de erosion en el molde (cavitación)
Ejemplo:
2. Excelente precision en el llenado
Predicción de erosion en el molde (cavitación)
Modelo de potencial de cavitación
• Señala dónde se generan las burbujas pero esas burbujas pueden moverse e
implosionar más lejos.
• Exige poco tiempo de cálculo
Cortesía FORM Stampi
2. Excelente precision en el llenado
Predicción de erosion en el molde (cavitación)
Modelo pasivo de cavitación
• La burbuja es transportado por el fluido
• Calcula la generación de burbuja
Cortesía FORM Stampi
2. Excelente precision en el llenado
Defectos superficiales
FLOW-3D ® captura los defectos en
forma de defectos superficiales debido a
la oxidación, residuo de espuma y
entrada de aire.
Una correcta predicción del llenado,
permite un perfecto seguimiento de la
posición final de estos defectos.
3. Herramientas adecuadas para solidificación
Canales de refrigeración
En FLOW-3D ® podemos introducir gráficamente los
canales de refrigeración y tener en cuenta este efecto en
el ciclado térmico del molde y solidificación.
• Puede introducirse sistemas de control de los mismo.
Por ejemplo pueden ser controlados por energía total
eliminada o añadida, activándolos o desactivándolos.
• Pueden ser visualizados en el visor 3D
• Pueden ser objetos en movimiento GMO (apertura
del molde)
Durante la solidificación del metal fundido, se
generan tensiones debidas a contracciones no
satisfechas e irregularidades de forma. Este modelo
permite predecir dichos fenómenos.
Los ejemplos mostrados son relativos a una simulación de
un motor V-6. La primera imagen colorea la magnitud del
desplazamiento. La segunda imagen es un corte de la misma
pieza mostrando estreses de Von Misses.
Se pueden importar mallas de malladores externos
para un óptimo análisis. Los resultados también
pueden exportarse.
No se requieren ´módulos adicionales
en FLOW-3D para realizar un análisis de
stress térmicos y deformaciones
• En zonas solidificadas (pieza y/o molde)
• Durante y/o posterior a la solidificación
• Acoplamiento entre pieza y molde (total o
parcial (desliamiento).
3. Herramientas adecuadas para solidificación
Stress térmico y deformaciones
FLOW-3D ® modela el rechupe causado
por cambios volumétricos en la
solidificación que hace que el metal líquido
reemplace el volumen contraído y la
microporosidad.
Albany-Chicago Co. empleó el modelo de microporosidad
exitosamente para reducir los problemas de microporosidad.
Las simulaciones mostradas fueron realizadas para la misma
pieza con diferentes moldes. FLOW-3D predijo de forma precisa
tanto la localización y la cantidad de microporosidad en ambas
piezas.
3. Herramientas adecuadas para solidificación
Micro y Macroporosidad
4. Interfaz de usuario
Introducción de la Geometría
• La pieza / molde y demás elementos de la fundición se importan en formato
STL (Stereolithografía)
• El software puede reparar o descartar fallos posibles el STL sin fallar.
FLOW-3D Cast®CAD 3D (SpaceClaim…)
4. Interfaz de usuario
Mallado (1 de 3)
• El mallado es estructurado (celdas cúbicas o paralelepipédidas) - Facilidad
• Tipos de mallado
Bloques enlazados
Se malla unicamente las zonas de
interés
4. Interfaz de usuario
Mallado (2 de 3)
Bloques anidados
Bloques de malla más finos, dentro de
bloques más gruesos.
Mejora la resolución de flujo en zonas
críticas
• Tipos de mallado
4. Interfaz de usuario
Mallado (3 de 3)
• Tipos de mallado
Malla conformada
Malla conformada al sólido para
refinado local.
Se reduce en gran medida el número
de celdas total – Rapidez de cálculo
Se realiza automáticamente - Sencillez
4. Interfaz de usuario
Interpretación de la geometría - Ayudas
• Se interpreta la geometría dentro de la malla establecida – Free Meshing
• Auto-Checking de la calidad de la malla
FLOW-3D chequea de forma
automática la calidad de la malla
FAVOR TM
4. Interfaz de usuario
Postprocesador de última generación - FlowSight ®
FlowSight® = EnSight® + FLOW-3D ®
4. Interfaz de usuario
Generación de eventos condicionados
Validaciones experimentales
FLOW-3D ® es un software
extensamente validado por diferentes
entidades. No en vano es empleado
para multitud de aplicaciones (al
margen de la fundición metálica) en
exigentes campos de la Industria.
• Universidades
• Centros de Investigación
• Benchmarkings en empresas
Stage 1
Stage 2
Validaciones experimentales
Cortesía de FORM-Stampi (moldistas IT)
Validaciones experimentales
Cortesía de Littler Diecast
Media colada de pieza en HPDC
Capacidades de modelado en fundición
Simulación de machos de arena
Los machos de arene se realizan mediante disparo de
arena en un molde. Debe evacuarse el aire y la arena
debe alcanzar una densidad de compactación requerida
El modelo de soplado de arena de FLOW-3D ® describe
la mezcla de aire-arena con la aproximación de 1 fluido,
2 fases. El modelo incluye:
 Variaciones de la densidad de la mezcla debido a
gradientes de presión.
 Viscosidad no-Newtoniana como función del esfuerzo
cortante
 Grado de compactación de la arena
 Burbuja adiabática y venteos para regiones con
aire puro
 sand settling, jamming and packing
2D test with asymmetric vent placement,
color is air/sand mixture density
Data from Lefebvre et al, 2004
Core Filling
Color – velocity magnitude
Air vents
Capacidades de modelado en fundición
Simulación de machos de arena (core gas)
El modelo de secado de arena de
FLOW-3D ® permite conocer la
evolución de la humedad remanente
en la arena del molde.
Ejemplo cortesía de BMW
Capacidades de modelado en fundición
Simulación de machos de arena (secado)
Los machos de arena, durante el
vertido del metal y posterior
solidificación pueden degradar los
aglutinantes de la arena, generar gas
y migrar a la pieza.
FLOW-3D permite a los fundidores
monitorizar la degradación de los
aglutinantes en los machos y
optimizar las estrategias de venteo de
los mismos. El modelo Core Gas
predice las presiones del gas dentro
del macho, localizaciones de la
superficie del gas migrado al metal y
campos de flujo del gas.
Evolution of the binder
degradation zone. A
small 2 x 1.12 inches in
diameter PUCB bound
core is held in an
insulated steel holder
and immersed in iron.
Calibration data for PUCB
binder and fit with the
FLOW-3D core gas model.
The real data can be
captured to allow
simulations of PUCB
degradation in more
complex geometries and
under different
immersion/flow conditions.
Capacidades de modelado
Solidificación en fundición
Modela la reacción eutectica en la que se
forman las 3 fases:
• Austenitica (o fase Gamma)
• Carbide (o Cementita, Fe3C)
• Grafito, (C)
Factores que afectan el enfriamiento:
• Contenido de Carbono inicial (C) y Silicio (Si)
• Velocidad de enfriamiento.
• Coeficiente empírico: 0 ≤ Xeut ≤ 1
“Chill”, or carbidic, zone of white iron forms
in the region with a high freezing rate
12 mm
ASTM chill-wedge test
Un-inoculated iron, Ceut=0.4
Inoculated iron, Ceut=0.24
3+Fe C
Capacidades de modelado
Solidificación en fundición
Red – carbide
Blue - graphite
Phase distribution Influence of superheat on total volume change
Capacidades de modelado
Simulación de filtros
Simulación de Filtros
Empleados para eliminar inclusiones
en el metal y también para reducir la
velocidad de entrada.
Modelo Porous Media
El modelo Porous Media de FLOW-3D
incluye pérdidas de carga lineales y
cuadráticas, transferencia de calor al
filtro, porosidad direccional y efectos
de capilaridad. FLOW-3D dispone de
una librería de filtros preparados para
su uso directo en simulación.
Simulación de un filtro de fundición. FLOW-
3D puede predecir los flujos de
microporosidad dentro del filtro.
Image courtesy Simtech Systems.
Capacidades de modelado en fundición
Generales (1 de 2)
Materiales y Setup
• Materiales dependientes de T
• Materiales en estado semi-sólido
• Enfriadores, calentadores.
• Canales de refrigeración
Simulación de elementos móviles
• Acoplamiento completo fluido-estructura
• Cucharas, pistón, etc…
Estrés térmico y deformaciones
• Mallador y Solver interno FEA
• Exportar resultados a paquetes externos
• Posibilidad de importar mallas externas
Simulación de machos de arena
• Formación de machos por soplado
• Simulación del secado de los machos
• Generación de gas en los machos por
descomposición de los aglomerantes.
Capacidades de modelado en fundición
Generales (2 de 2)
Llenado
– Ciclado térmico previo del molde
– Duración del llenado
– Aire atrapado
– Defectos superficiales: óxidos, restos de cera.
– Potencial de cavitación (Erosión del molde)
– Últimos puntos de llenado para posicionado
de venteos (“back pressure”)
– Solidificación durante el llenado
Solidificación
– Rechupes superficiales
– Rechupes internos
– Microporosidad
– Estrés térmico y deformaciones
– Segregación durante la solidificación
– Convección natural (movimiento del
metal durante la solidificación por
diferencia de densidades)
Capacidades de modelado en fundición
Específicas HPDC
FLOW-3D ® tiene un excelente portfolio en empresas de fundición
BUHLER AUDI AG
Optimización de la inyección
BMW PSA Group
…y muchas otras más
Más información:
www.flow3d.es

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Presentacion FLOW3DCast_2017

  • 2. Indice de contenidos • SyP (Distribuidor) // FSI (Desarrollador) • Productos: FLOW-3D ® // FLOW-3D Cast ® // FlowSight ® • Procesos simulados • Ventajas competitivas: Operativas // Técnicas • Validaciones experimentales • Capacidades de modelado adicionales para fundición
  • 3. Simulaciones y Proyectos, SL Empresa distribuidora del software • Actividad y crecimiento desde el año 2006 • Especialización en simulación numérica (CFD general, Fundición, FEA) • Distribución y soporte técnico de software CAD/CAE de primer nivel (FLOW- 3D ®, SpaceClaim). • Personal altamente cualificado para asistencia y formación. • Alto nivel de implicación con los Clientes (asistencia técnica, customizaciones, formación,…) • Importante cartera de Clientes
  • 4. Flow Science Inc Empresa desarrolladora del software • Multinacional fundada en 1980. Originada en el Laboratorio Nacional de Los Alamos (EEUU) • Primera licencia comercial de FLOW-3D lanzada en 1985 • Desarrolla y comercializa FLOW-3D así como los productos asociados: FLOW-3D Cast / FLOW-3D MP • Ofrece servicios de HPC (High Performance Computing) a distancia. Vista de Los Alamos National Labs Headquarters en Santa Fe, NM, USA
  • 6. Productos comercializados  Líder mundial en simulación fluidos en Superficie Libre  Incluye en su interfaz GUI todas las opciones necesarias para simular Procesos de Fundición de forma completa.  Interfaz específico para fundición  Varios módulos en función del proceso a simular  Fácil e intuitivo manejo para usuarios de fundición FlowSight ®  Postoprocesador de altas prestacionesGratuito (para 2 procesos por licencia) EXTENDED BASIC ADVANCED Fundición por Gravedad Fundición centrífuga Fundición por vertido Viscosidad turbulenta Fundición HPDC Gases atrapados, venteos Ciclado térmico molde Movimiento del pistón y Cucharas. Estrés térmico Soplado / Secado de arena Viscosidad tixotrópica = FLOW-3D
  • 7. • Fundición por gravedad • Fundido a alta presión (HPDC) • Fundido a baja presión • Vertido por inclinación • Fundición a presión (squeeze casting) • Fundición en continuo • Fundición por centrifugado • Fundición a la cera perdida • Semisolid casting (Thixocasting – Rheocasting) Vertido por gravedad Cera perdidaVertido por inclinacion Centrifugado Semi-solido Alta Presión HPDC Procesos simulados
  • 8. Ventajas competitivas Operativas • Funcionamiento en red (sin coste adicional) • Con 1 licencia de solver se dispone de 999 licencias de pre y post. • Opción de realizar cálculos en remoto (sin coste adicional) • Opción de leer la licencia en remoto (sin coste adicional) • Versión SMP Shared Memory Protocol (32 cores versión de partida) • Fácilmente customizable por el usuario en FORTRAN • Postprocesador FlowSight ® (sin coste adicional) • Opciones de Alquiler-Hasta-Compra
  • 9. Ventajas competitivas Técnicas • FLOW-3D ® es líder mundial en cálculo de fluidos en superficie libre. • Además de fundición, es empleado en muchas otras aplicaciones donde es referente: • Emplea el método de Diferencias Finitas- Staggered Finite Difference Method para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes 3D • Tiene en cuenta fenómenos de turbulencia (varios modelos k-e, k-w, LES, etc) así como un completo compendio de capacidades multifísicas
  • 10. Ventajas competitivas Técnicas • FLOW-3D Cast ® aprovecha sus prestaciones como software CFD multifísico y las aplica 100% al proceso de fundición. • ¿Por qué FLOW-3D Cast ® está siendo una herramienta fundamental para la industria de fundición en los últimos años (HPDC especialmente)?
  • 11. Ventajas competitivas Técnicas • FLOW-3D Cast ® aprovecha sus prestaciones como software CFD multifísico y las aplica 100% al proceso de fundición. • ¿Por qué FLOW-3D Cast ® está siendo una herramienta fundamental para la industria de fundición en los últimos años (HPDC especialmente)? SOLIDIFICACIÓN LLENADO DEFECTOLOGIA Rechupes Microporosidad Estress térmico • En los orígenes de la simulación para fundición: – Solo se simulaba la solidificación. No se simulaba el llenado – Los resultados eran aceptables para algunos procesos
  • 12. Ventajas competitivas Técnicas • FLOW-3D Cast ® aprovecha sus prestaciones como software CFD multifísico y las aplica 100% al proceso de fundición. • ¿Por qué FLOW-3D Cast ® está siendo una herramienta fundamental para la industria de fundición en los últimos años (HPDC especialmente)? SOLIDIFICACIÓN LLENADO DEFECTOLOGIA Rechupes Microporosidad Estress térmico • Con la aparición de nuevos procesos (HPDC, etc): – El llenado provoca defectos. Se hace necesario simular dicho proceso – Los software tradicionales no disponen de un modelo de simulación de fluidos o está basado en modelos no precisos. El llenado no es correcto en procesos exigentes. LLENADO DEFECTOLOGIA Atrapamiento de aire Falta de llenado / burbujas Defectos superficiales
  • 13. Ventajas competitivas Técnicas • FLOW-3D Cast ® aprovecha sus prestaciones como software CFD multifísico y las aplica 100% al proceso de fundición. • ¿Por qué FLOW-3D Cast ® está siendo una herramienta fundamental para la industria de fundición en los últimos años (HPDC especialmente)? SOLIDIFICACIÓN LLENADO DEFECTOLOGIA Rechupes Microporosidad Estress térmico • FLOW-3D Cast ® dispone de modelos precisos de llenado y solidificación – Se predicen correctamente los defectos de llenado – Se mejora la predicción de los defectos en solidificación (influenciados por el llenado) LLENADO DEFECTOLOGIA Atrapamiento de aire Falta de llenado / burbujas Defectos superficiales
  • 14. Ventajas competitivas Técnicas • FLOW-3D Cast ® aprovecha sus prestaciones como software CFD multifísico y las aplica 100% al proceso de fundición. • ¿Por qué FLOW-3D Cast ® está siendo una herramienta fundamental para la industria de fundición en los últimos años (HPDC especialmente)? SOLIDIFICACIÓN LLENADO DEFECTOLOGIA Rechupes Microporosidad Estress térmico • FLOW-3D Cast ® dispone de modelos adicionales específicos de los procesos – Análisis de la carrera de inyección – Ciclado térmico del molde LLENADO DEFECTOLOGIA Atrapamiento de aire Falta de llenado / burbujas Defectos superficiales CARRERA DE INYECCIÓN CICLADO TÉRMICO DEL MOLDE
  • 15. Ventajas competitivas Técnicas FLOW-3D Cast ® se convierte en la herramienta de diseño más eficaz del mercado en el proceso productivo de fundición. • Calcula eficazmente la física en fundición: • Llenado (dinámica del fluido) • Solidificación (Cambio de fase, Estrés térmico) • Defectología (captura de aire, oxidación, presiones, cavitación) • Incorpora todos los elementos técnicos de los procesos • Es rápido en el setup del problema • Es rápido en el cálculo • Muestra los resultados de forma completa, útil y vistosa
  • 16. FLOW-3D Cast ® es hoy por hoy el mejor software para simulación de procesos de fundición (especialmente Alta Presión HPDC) . Se distingue por disponer de: 1. Herramientas adecuadas para establecer condiciones previas a la inyección (contorno) • Ciclado térmico avanzado del molde • Modelo spray-cooling (nuevo en la versión 4.2) Ventajas competitivas Técnicas
  • 17. FLOW-3D ® es hoy por hoy el mejor software para simulación de procesos de Alta Presión. Se distingue por disponer de: 2. Excelente precisión en el llenado • Correcta dinámica del fluido • Visualizado y optimización de la carrera de inyección • Simulación de efectos “Back Pressure” • Modelos precisos para Atrapamiento De aire en el llenado • Seguimiento de burbujas al final del llenado • Predicción de erosión en el molde (varios modelos) • Predicción de defectos superficiales Ventajas competitivas Técnicas
  • 18. FLOW-3D ® es hoy por hoy el mejor software para simulación de procesos de Alta Presión. Se distingue por disponer de: 3. Herramientas adecuadas para predecir defectos en solidificación • Configuración avanzada de canales de refrigeración • Simulación de Squeeze pins • Stress térmico y deformaciones • Die Soldering • Porosidad – Microporosidad y Macroporosidad 4. Excelente y sencillo Interfaz gráfico de entrada de datos (GUI) • Sencillo manejo • Diferentes formatos de mallado • Postprocesador de última generación • Generador de eventos Ventajas competitivas Técnicas
  • 19. 1. Herramientas de pre-llenado Ciclado térmico del molde Permite realizar ciclos térmicos teóricos de producción considerando las diferentes fases: • Calentamiento • Apertura del molde • Spray • Soplado de aire Prepara el mapa del temperaturas del molde para la simulación Importante tenerlo en cuenta de cara a la fase de solidificación posterior
  • 20. 1. Herramientas de pre-llenado Spray de enfriamiento • Nuevo en versión 4.2 (Junio 2016) • Único software en el mercado que permite dicha capacidad • Permite ajustar aun más el mapa de temperaturas del molde de cara a la inyección  Mayor precisión • Permite optimizar dicho mapa para mejorar solidificación y durabilidad del molde. Cortesía AUDI AG.
  • 21. 2. Excelente precision en el llenado Correcta dinámica del fluido – ¿La clave? • FLOW-3D ® es líder mundial en cálculo de fluidos en superficie libre empleándose en muchas otras aplicaciones donde es referente: Hidráulica, inyección de tinta, microfluidos, etc. • Tiene en cuenta fenómenos de turbulencia (varios modelos k-e, k-w, LES, etc) así como un completo compendio de capacidades multifísicas • Validado experimentalmente en Universidades, Centros de investigación, Centos de I+D en corporaciones, etc.
  • 22. 2. Excelente precision en el llenado Ejemplos
  • 23. 2. Excelente precision en el llenado Ejemplos
  • 24. 2. Excelente precision en el llenado Ejemplos
  • 25. FLOW-3D ® tiene la capacidad de modelización de sólidos en movimiento con hasta 6 grados de libertad. • Total acomplamiento Fluido-Estructura • Simulación de cucharas, pistones, etc Simulaciones cortesía de NEMAK 2. Excelente precision en el llenado Simulación y optimización de la Carrera de inyección
  • 26. • El metal durante el proceso de llenado se mezcla con aire por efectos de la dinámica del fluido. Causas posibles: • Mala ubicación de ataques o velocidades excesivas • Mala carrera de inyección (generación de olas rompientes) • ¿En qué ayudará predecir correctamente el atrapamiento de aire?  Diseño de los ataques, carrera de inyección  Posicionamiento de venteos • Para predecir bien el atrapamiento de aire se necesita:  Correcta dinámica del fluido  Simulación de turbulencia  Modelos matemáticos probados 2. Excelente precision en el llenado Modelo preciso de atrapamiento de aire
  • 27. 2. Excelente precision en el llenado Modelo preciso de atrapamiento de aire FLOW-3D ® Cast indicará las zonas donde queda el aire al final del llenado. FLOW-3D ® Cast permite hacer un seguimiento a una burbuja que va menguando cuando se completa el llenado.
  • 28. 2. Excelente precision en el llenado Predicción de erosion en el molde (cavitación) Los efectos de cavitación en el molde hacen que éste tenga una durabilidad menor Se forman burbujas de vapor debido a que la presión en el metal está por debajo de la presión de vapor a esta Tª FLOW-3D dispone de 3 modelos para predecir la cavitación: • Potencial de cavitación • Modelo pasivo de cavitación • Modelo activo de cavitación Cortesía FORM Stampi
  • 29. 2. Excelente precision en el llenado Predicción de erosion en el molde (cavitación) Ejemplo:
  • 30. 2. Excelente precision en el llenado Predicción de erosion en el molde (cavitación) Modelo de potencial de cavitación • Señala dónde se generan las burbujas pero esas burbujas pueden moverse e implosionar más lejos. • Exige poco tiempo de cálculo Cortesía FORM Stampi
  • 31. 2. Excelente precision en el llenado Predicción de erosion en el molde (cavitación) Modelo pasivo de cavitación • La burbuja es transportado por el fluido • Calcula la generación de burbuja Cortesía FORM Stampi
  • 32. 2. Excelente precision en el llenado Defectos superficiales FLOW-3D ® captura los defectos en forma de defectos superficiales debido a la oxidación, residuo de espuma y entrada de aire. Una correcta predicción del llenado, permite un perfecto seguimiento de la posición final de estos defectos.
  • 33. 3. Herramientas adecuadas para solidificación Canales de refrigeración En FLOW-3D ® podemos introducir gráficamente los canales de refrigeración y tener en cuenta este efecto en el ciclado térmico del molde y solidificación. • Puede introducirse sistemas de control de los mismo. Por ejemplo pueden ser controlados por energía total eliminada o añadida, activándolos o desactivándolos. • Pueden ser visualizados en el visor 3D • Pueden ser objetos en movimiento GMO (apertura del molde)
  • 34. Durante la solidificación del metal fundido, se generan tensiones debidas a contracciones no satisfechas e irregularidades de forma. Este modelo permite predecir dichos fenómenos. Los ejemplos mostrados son relativos a una simulación de un motor V-6. La primera imagen colorea la magnitud del desplazamiento. La segunda imagen es un corte de la misma pieza mostrando estreses de Von Misses. Se pueden importar mallas de malladores externos para un óptimo análisis. Los resultados también pueden exportarse. No se requieren ´módulos adicionales en FLOW-3D para realizar un análisis de stress térmicos y deformaciones • En zonas solidificadas (pieza y/o molde) • Durante y/o posterior a la solidificación • Acoplamiento entre pieza y molde (total o parcial (desliamiento). 3. Herramientas adecuadas para solidificación Stress térmico y deformaciones
  • 35. FLOW-3D ® modela el rechupe causado por cambios volumétricos en la solidificación que hace que el metal líquido reemplace el volumen contraído y la microporosidad. Albany-Chicago Co. empleó el modelo de microporosidad exitosamente para reducir los problemas de microporosidad. Las simulaciones mostradas fueron realizadas para la misma pieza con diferentes moldes. FLOW-3D predijo de forma precisa tanto la localización y la cantidad de microporosidad en ambas piezas. 3. Herramientas adecuadas para solidificación Micro y Macroporosidad
  • 36. 4. Interfaz de usuario Introducción de la Geometría • La pieza / molde y demás elementos de la fundición se importan en formato STL (Stereolithografía) • El software puede reparar o descartar fallos posibles el STL sin fallar. FLOW-3D Cast®CAD 3D (SpaceClaim…)
  • 37. 4. Interfaz de usuario Mallado (1 de 3) • El mallado es estructurado (celdas cúbicas o paralelepipédidas) - Facilidad • Tipos de mallado Bloques enlazados Se malla unicamente las zonas de interés
  • 38. 4. Interfaz de usuario Mallado (2 de 3) Bloques anidados Bloques de malla más finos, dentro de bloques más gruesos. Mejora la resolución de flujo en zonas críticas • Tipos de mallado
  • 39. 4. Interfaz de usuario Mallado (3 de 3) • Tipos de mallado Malla conformada Malla conformada al sólido para refinado local. Se reduce en gran medida el número de celdas total – Rapidez de cálculo Se realiza automáticamente - Sencillez
  • 40. 4. Interfaz de usuario Interpretación de la geometría - Ayudas • Se interpreta la geometría dentro de la malla establecida – Free Meshing • Auto-Checking de la calidad de la malla FLOW-3D chequea de forma automática la calidad de la malla FAVOR TM
  • 41. 4. Interfaz de usuario Postprocesador de última generación - FlowSight ® FlowSight® = EnSight® + FLOW-3D ®
  • 42. 4. Interfaz de usuario Generación de eventos condicionados
  • 43. Validaciones experimentales FLOW-3D ® es un software extensamente validado por diferentes entidades. No en vano es empleado para multitud de aplicaciones (al margen de la fundición metálica) en exigentes campos de la Industria. • Universidades • Centros de Investigación • Benchmarkings en empresas Stage 1 Stage 2
  • 44. Validaciones experimentales Cortesía de FORM-Stampi (moldistas IT)
  • 45. Validaciones experimentales Cortesía de Littler Diecast Media colada de pieza en HPDC
  • 46. Capacidades de modelado en fundición Simulación de machos de arena Los machos de arene se realizan mediante disparo de arena en un molde. Debe evacuarse el aire y la arena debe alcanzar una densidad de compactación requerida El modelo de soplado de arena de FLOW-3D ® describe la mezcla de aire-arena con la aproximación de 1 fluido, 2 fases. El modelo incluye:  Variaciones de la densidad de la mezcla debido a gradientes de presión.  Viscosidad no-Newtoniana como función del esfuerzo cortante  Grado de compactación de la arena  Burbuja adiabática y venteos para regiones con aire puro  sand settling, jamming and packing 2D test with asymmetric vent placement, color is air/sand mixture density Data from Lefebvre et al, 2004 Core Filling Color – velocity magnitude Air vents
  • 47. Capacidades de modelado en fundición Simulación de machos de arena (core gas) El modelo de secado de arena de FLOW-3D ® permite conocer la evolución de la humedad remanente en la arena del molde. Ejemplo cortesía de BMW
  • 48. Capacidades de modelado en fundición Simulación de machos de arena (secado) Los machos de arena, durante el vertido del metal y posterior solidificación pueden degradar los aglutinantes de la arena, generar gas y migrar a la pieza. FLOW-3D permite a los fundidores monitorizar la degradación de los aglutinantes en los machos y optimizar las estrategias de venteo de los mismos. El modelo Core Gas predice las presiones del gas dentro del macho, localizaciones de la superficie del gas migrado al metal y campos de flujo del gas. Evolution of the binder degradation zone. A small 2 x 1.12 inches in diameter PUCB bound core is held in an insulated steel holder and immersed in iron. Calibration data for PUCB binder and fit with the FLOW-3D core gas model. The real data can be captured to allow simulations of PUCB degradation in more complex geometries and under different immersion/flow conditions.
  • 49. Capacidades de modelado Solidificación en fundición Modela la reacción eutectica en la que se forman las 3 fases: • Austenitica (o fase Gamma) • Carbide (o Cementita, Fe3C) • Grafito, (C) Factores que afectan el enfriamiento: • Contenido de Carbono inicial (C) y Silicio (Si) • Velocidad de enfriamiento. • Coeficiente empírico: 0 ≤ Xeut ≤ 1 “Chill”, or carbidic, zone of white iron forms in the region with a high freezing rate 12 mm ASTM chill-wedge test Un-inoculated iron, Ceut=0.4 Inoculated iron, Ceut=0.24 3+Fe C
  • 50. Capacidades de modelado Solidificación en fundición Red – carbide Blue - graphite Phase distribution Influence of superheat on total volume change
  • 51. Capacidades de modelado Simulación de filtros Simulación de Filtros Empleados para eliminar inclusiones en el metal y también para reducir la velocidad de entrada. Modelo Porous Media El modelo Porous Media de FLOW-3D incluye pérdidas de carga lineales y cuadráticas, transferencia de calor al filtro, porosidad direccional y efectos de capilaridad. FLOW-3D dispone de una librería de filtros preparados para su uso directo en simulación. Simulación de un filtro de fundición. FLOW- 3D puede predecir los flujos de microporosidad dentro del filtro. Image courtesy Simtech Systems.
  • 52. Capacidades de modelado en fundición Generales (1 de 2) Materiales y Setup • Materiales dependientes de T • Materiales en estado semi-sólido • Enfriadores, calentadores. • Canales de refrigeración Simulación de elementos móviles • Acoplamiento completo fluido-estructura • Cucharas, pistón, etc… Estrés térmico y deformaciones • Mallador y Solver interno FEA • Exportar resultados a paquetes externos • Posibilidad de importar mallas externas Simulación de machos de arena • Formación de machos por soplado • Simulación del secado de los machos • Generación de gas en los machos por descomposición de los aglomerantes.
  • 53. Capacidades de modelado en fundición Generales (2 de 2) Llenado – Ciclado térmico previo del molde – Duración del llenado – Aire atrapado – Defectos superficiales: óxidos, restos de cera. – Potencial de cavitación (Erosión del molde) – Últimos puntos de llenado para posicionado de venteos (“back pressure”) – Solidificación durante el llenado Solidificación – Rechupes superficiales – Rechupes internos – Microporosidad – Estrés térmico y deformaciones – Segregación durante la solidificación – Convección natural (movimiento del metal durante la solidificación por diferencia de densidades)
  • 54. Capacidades de modelado en fundición Específicas HPDC FLOW-3D ® tiene un excelente portfolio en empresas de fundición BUHLER AUDI AG Optimización de la inyección BMW PSA Group …y muchas otras más