Simple Solutions That Work! Issue 18

DAVID C. SCHMIDT Vice Presidente Finite Solutions, Inc. PUNTOS SOBRESALIENTES DEL ARTÍCULO • La Simulación de la pieza sin alimentación conduce al diseño de los canales y montantes • La simulación del flujo de metal líquido predice / previene defectos relacionados al llenado • El cálculo Fluidodinámico (CFD) mejora la precisión de la simulación de la solidificación INTRODUCCIÓN Una simulación es el proceso de predecir, en una computadora, lo que sucede cuando el metal se vierte en un molde y se enfría y solidifica. Al simular este proceso, esperamos predecir potenciales defectos en la pieza fundida y rediseñar el proceso para eliminar estos defectos, ANTES de fabricar las piezas realmente. Uso de Simulación para Alimentar Piezas Fundidas y Prevenir Defectos EL PROCESO DE DISEÑO Típicamente, el proceso de diseño comienza al recibir las especificaciones de la pieza de nuestro cliente. Tradicionalmente esto involucraba un plano en papel, sin embargo, hoy día la mayor parte de la geometría se encuentra en un archivo CAD 3D lo que facilita la utilización de simulación computacional. La primer tarea del ingeniero de diseño de la fundición es decidir el proceso básico con qué se fabricará la pieza, por ejemplo, en qué orientación se la va a colar, cómo se la va a alimentar y si llevará montantes y cuántas piezas se van a colocar en un mismo molde o racimo. La simulación puede ayudar inmediatamente incluso en esta etapa temprana del diseño. Creamos un proceso de diseño que comienza con una corrida de una simulación de la pieza “desnuda” tal cual se la recibió del cliente, completamente rodeada por el material del molde y sin canales ni pulmones ni montantes. Esta simulación generalmente se lleva a cabo en unos minutos y nos permite observar la pieza desde el punto de vista térmico, mostrando la progresión de una solidificación “natural” y la ubicación de los centros calientes en la pieza. Figura 1. En muchos casos este análisis determinará la orientación de la pieza en el molde; los puntos de contacto para colocar los montantes se vuelven evidentes y la mejor orientación de la pieza para acomodar esos puntos de contacto puede decidirse inmediatamente. Dentro del software se encuentran los “wizards” o asistentes para el diseño de canales y montantes, de modo que se puede calcular la ubicación, cantidad y se sugiere tamaño y forma de los componentes del sistema de alimentación que se calculan de manera más o menos automática para establecer un diseño inicial de alimentación de la pieza, Figura 2. Una vez desarrollado el modelo inicial, se necesita probarlo y hacerle los ajustes finos corriendo una simulación completa de análisis del llenado y la solidificación. Esto sucede porque las reglas de diseño son genéricas por naturaleza y no pueden tomar en cuenta todas las dinámicas que ocurrirán en un sistema complejo de pieza/alimentación. Usualmente precisamos construir un modelo 3D de la pieza con el sistema completo de canales y montantes para su simulación. El proceso de simulación transcurre en dos fases: flujo del metal líquido mientras entra y llena la cavidad del molde y el subsiguiente enfriado y solidificación del metal junto con la formación de defectos de macro- y micro- porosidad. MODELADO DEL FLUJO El modelado del llenado es una parte integral del proceso de simulación de fundición. El modelado fluidodinámico nos permite predecir los defectos como llenados incompletos, formación de óxidos (escoria) debido a velocidades excesivas, los cuales pueden eliminarse con cambios en el diseño, previo a la producción de la pieza. Para asegurarnos una entrega de metal líquido adecuada dentro de la cavidad del molde 104