Metallivaluteollisuus on aina pyrkinyt tasapainottamaan sekä tekniset että kaupalliset tarpeet, ylläpitämällä teknistä osaamista, varmistamalla tehokkaan toiminnan ja turvaamalla liiketoiminnan kannattavuuden. Kaupan perusta ei ole muuttunut. Se, mikä on muuttumassa, on tapa, jolla kaupankäyntiä harjoitetaan. Meneillään on valtava hajauttaminen. Casting-asiakkaat ulkoistavat vastuita ja globalisoituvat yhä enemmän. Sellaisenaan metallipyörille asetetut tekniset vaatimukset ja vastuun laajuus ovat tulleet entistä vaativammiksi. Tämä asettaa lisävaatimuksia suunnitteluresursseillemme ja haastaa meidät pohtimaan uusia tapoja lyhentää läpimenoaikoja, pienentää kokonaiskustannuksia ja olla tehokkaasti teknisesti vuorovaikutuksessa asiakkaiden kanssa.
Muutosvauhti nykypäivän markkinoilla on niin nopea, että{0}}markkinoilletulon-ajan on oltava ensisijainen tavoite. Aivan liian usein metallipyörät kokevat olevansa pakotettuja tekemään kompromisseja innovatiivisten ideoiden tai lähestymistapojen suhteen, koska uskotaan, että aikaa ei yksinkertaisesti ole tarpeeksi. Nopeasti kehittyvien CAE-tekniikoiden avulla, mukaan lukien kattava valuprosessin simulointi, automaattinen valuprosessin optimointi ja uudet tietokonepohjaiset komponenttien suunnittelutyökalut, metallipyörät ja suunnittelijat voivat työskennellä yhdessä samanaikaisesti komponenttien suunnittelun ja valuprosessin parametrien optimoimiseksi. Näiden suunnittelutoimien avulla metallipyörät voivat varmistaa liiketoimintansa kestävyyden ja kasvun säilyttäen samalla huomattavan teknisen etumatkan kilpailuun verrattuna.
Optimoidut komponenttien suunnittelut ja valuprosessit uusilla suunnittelutyökaluilla saavutetaan yhdessä valuinsinöörien ja suunnittelijoiden vahvan vuorovaikutuksen kanssa. Tämä integrointi ja ihmisten välinen yhteistyö ovat ratkaisevan tärkeitä suunnitteluprosessin-nopeutumisen onnistumisen kannalta. Suunnittelijat tarvitsevat vahvaa valuasiantuntijoiden tukea voidakseen hyödyntää valun suorituskyvyn täysimääräisesti sen suunnittelun ja ominaisuuksien osalta. Valuprosessisimuloinnin tuottamat kvantitatiiviset tulokset valusuorituskyvystä auttavat suunnittelijoita ymmärtämään prosessin vaikutusta valujen käytön suorituskykyyn.
Tasaisesti kasvava tietokoneen suorituskyky on toinen liikkeellepaneva voima CAE-työkalujen soveltamiselle valukehityksessä. Kun katsomme lähitulevaisuudessa, laskennallisen prosessin optimoinnin mahdollisuudet näkyvät. Aikaa vievän yrityksen ja erehdyksen sijasta valimomiehet käyttävät tietokonetyökaluja valuasetelmien-tai prosessiolosuhteiden automaattiseen optimointiin.
Prosessien ja materiaalien korvaamisesta auto- ja konepajateollisuudessa on tullut normaali rutiini uusien komponenttien suunnittelussa. Tämä on kasvava haaste klassisen rakennusmateriaalin valuraudalle. Valimot ovat vastanneet tähän uhkaan alkuperäisillä markkinoillaan käyttämällä metalliseoksia, joiden materiaalien suorituskyky on parantunut, ja uusilla prosesseilla, jotka mahdollistavat luotettavien osien valamisen, mikä ei ollut mahdollista 10 vuotta sitten.
Valuraudan, pallografiittiraudan, tiivistetyn grafiittiraudan tai jopa austemped pallografiittiraudan valmistaminen vastaamaan nykypäivän vaatimuksia vaatii syvällistä ymmärrystä materiaalista ja prosessin kestävyydestä. Tässä valuprosessin simulointi on ollut erittäin instrumentaalista. Viime vuosikymmenen aikana valuprosessin simulointiteknologiasta ja tuloksena olevien materiaaliominaisuuksien ennustamisesta on ollut apua kahdella tavalla: Ensinnäkin muotin tekeminen mustaksi laatikoksi läpinäkyväksi valimoasiantuntijalle auttaa häntä ymmärtämään mahdollisten ongelmien syitä ennen ensimmäistä valua. Toiseksi valuprosessin virtuaalisten simulaatiotyökalujen kehittäminen edellyttää syvällistä ja kvantitatiivista ymmärrystä fysiikan, metallurgian ja kemian vaikutuksista sinänsä. Tämä on muuttanut empiirisesti ohjatun prosessin olennaisesti ensimmäiseen periaatteeseen perustuvaksi ja luotettavaksi valmistusprosessiksi.
Monissa valurautavalimoissa valuprosessin simuloinnista on tullut päivittäinen vakiotyökalu portituksen ja nousun arvioinnissa ja syötteen ennustamisessa. Siitä on tullut väline laatujärjestelmissä ja prosessien optimoinnissa. Huippuluokan-simulaatiotyökalut-
Valuprosessin suurin hyöty on sen kyky suorittaa useita tehtäviä samanaikaisesti. Se on kuitenkin myös sen suurin haittapuoli, koska monet prosessiparametrit ovat yhteydessä toisiinsa ja niitä on tarkasteltava samanaikaisesti.
Nykyiset kehitystyöt menevät paljon pidemmälle kuin valun ja jähmettymisen arviointi. Yksi painopiste liittyy metallurgian ja prosessin vuorovaikutuksesta johtuvien monimutkaisten vikojen ennustamiseen. Toinen kehitysnäkökohta keskittyy koko valmistusreitin mallintamiseen ja ennustamiseen. Kaikki mitä tarvitaan valuprosessisimuloinnin perimmäiseen tavoitteeseen pääsemiseksi: paikallisten valuominaisuuksien ennustaminen komponentin suunnittelun, koko teknologian ja sen taloudellisen vaikutuksen arvioimiseksi valurautavalujen kannattavuuteen.
Edellytykset valuraudan valuprosessisimuloinnin onnistuneelle käytölle
Sovelletulla sulatus- ja metallurgisella käytännöllä on ratkaiseva vaikutus valun eheyteen. Tämä koskee erityisesti valurautakomponentteja, joissa metallurginen käsittely on ratkaiseva lopullisten valurakenteiden ja -ominaisuuksien kannalta. Vain jos valuprosessisimulaatiossa pystytään huomioimaan seostuksen ja metallurgian vaikutukset, valurakenteet voidaan ennustaa paikallisesti.
Valun syöttöön liittyvän layoutin tukeminen on edelleen yksi tärkeimmistä tehtävistä valuprosessin simuloinnissa. Riippuen kaadetusta seoksesta, erilainen syöttökäyttäytyminen ja itse{1}}syöttökyky on otettava huomioon, jotta saadaan aikaan virheetön valu. Siksi ei riitä, että kutistumisvikojen ennuste perustuu pelkästään lämpötilakentistä johdettujen kuumien pisteiden perusteella, vaan myös kyetään ennustamaan ne kvantitatiivisesti. Kiinteytyssimulaatio oli yhdistettävä tiheys- ja massasiirtolaskelmiin, jotta voidaan arvioida jähmettymismorfologian vaikutusta ruokintakäyttäytymiseen sekä ottaa huomioon seoksesta riippuvat syöttöalueet. Tämä saavutetaan kuvaamalla lämpötilasta riippuvia lämpö{5}}fysikaalisia ominaisuuksia.
Valuraudan erityinen syöttökäyttäytyminen ja sen jähmettymiskäyttäytymisen voimakas riippuvuus metallurgiasta tarkoittavat, että makroskooppinen hot spot -ennuste ei riitä arvioimaan rautavalujen menetelmää. Palloraudassa suuret kuumat kohdat johtavat enimmäkseen täydelliseen grafiitin saostumiseen ja siten äänivaluon. Toisaalta pienet kuumat pisteet, joita esiintyy varhain jähmettymisen aikana, voivat johtaa voimakkaaseen kutistumiseen austeniitin supistumisen ja grafiitin vaimenemisen vuoksi.
Voidakseen ennustaa valuraudan lujuutta valun todellisen paikallisen kutistumisen ja laajenemisen perusteella, ohjelman on kyettävä huomioimaan muodostuvien faasien kinetiikka koko jähmettymispolun aikana yksitellen. Valuraudan osalta tämä tarkoittaa kaikkien seostettavien komponenttien vaikutusten huomioon ottamista ja lisäksi sovelletun siirrostus- ja sulatuskäytännön ja metallurgian huomioon ottamista.
Jokainen valimoasiantuntija käyttää inokulaatiota ja seoskoostumusta välttääkseen kylmävaikutuksia tai eutektista sementiittiä. Nämä vaikutukset ovat päällekkäisiä paikallisten jäähdytysolosuhteiden vuoksi. Puhdas makroskooppisen lämpövirran simulaatio ei voi ottaa huomioon tätä kytkettyä vuorovaikutusta. Siksi käytetään niin kutsuttuja mikrorakennemalleja, jotka ennustavat uusien faasien määrän edellä kuvattujen vuorovaikutusten perusteella missä tahansa kohdassa valukappaleessa milloin tahansa.
Molempien mallien erilaisia ominaisuuksia voidaan parhaiten arvioida käyttämällä "simuloituja" jäähdytyskäyriä. Kun makroskooppisissa lämpömalleissa materiaalin (termo-fysikaaliset) ominaisuudet ovat kiinteät käytetylle seokselle, mikromallissa nämä ominaisuudet määritetään jokaisessa aikavaiheessa ja jokaisessa pisteessä virran faasimuodostuksen funktiona. Tämä vaikuttaa piilevän lämmön vapautumiseen ja lopuksi paikallisten jäähdytyskäyrien muotoon.
