运用弗劳德数作为铸造充型过程中的质量评估依据

作者：Carl Reilly

Supervisor: Dr. Mark Jolly

Co Supervisor: Prof Nick Green

The University of Birmingham

使用软件：FLOW-3D CAST

研究采用的浇注系统模型

从以往的研究中，已经得知在浇注系统控制良好下，铸件的质量可以进行控制。

Fig1. 不良的浇注过程（X-Ray）

Fig2. 良好的浇注过程（X-Ray）

氧化膜的形成原因

氧化膜缺陷

氧化膜的形成原因

什么是弗劳德数（Froude Number）？

弗劳德数是流体质点加速度产生的作用力，以及重力形成的作用力比值的指标。

Froude Number 可以用来判断流体卷气的程度。当 Froude Number > 1.7 时，流体就会卷气，当 Froude Number 在 4~12 之间时，流体会呈现高度卷气。

利用 FLOW-3D CAST 的定制化功能，研究采用自行开发的子程序嵌入计算。

FLOW-3D CAST 网格设定

分析后结果判定的重点

FLOW-3D CAST 分析的相关设定条件

Response Surface Chart

结果

运用统计分析的方式

ANOVA (Analysis of Variance)

• Both in-gate and sump height shown to be significant :

• In-gate P-Value : 0.0001

• Sump height P-Value :0.0033

Interactions

• Low level identified

Best Result

• Lowest sump and highest in-gate

Worst Result

• Biggest sump and shortest in-gate

Fig3. 最佳设计 - 125mm Sump (Smallest Sump) and 100mm In-Gate (Largest)

Fig4. 最差设计 - 500mm Sump (Largest) and 25mm In-Gate (Smallest)

结论

1. The design of a castings in-gate is of up most importance.

• Short in-gates increase the persistence of the return wave.

2. The design of a sump is critical to its effectiveness.

• Incorrect designs can be extremely detrimental to casting integrity.

3. Interaction is present between the sump and in-gate

• system must be designed as a whole.

注：自 FLOW-3D V9.3 版之后，Froude Number 可在输出选项中选择输出（不再需要开发子程序）