Gießprozess-Simulation

Numerische Simulation erlaubt die virtuelle Untersuchung von sämtlichen bekannten Gießverfahren mit verlorener Form (verlorene Modelle oder Dauermodelle), wie z.B. Sandformverfahren zum Erzeugen von Eisenkokillen, sowie mit Dauerformen, wie z.B. Blockguss in Kokillen. Auch weitere Verfahren wie (Nieder-)Druckguss, Strangguss, Schwerkraftguss, Schleuderguss, Kernblasen etc. und bei diversen Sondergussverfahren kann die Simulation Anwendung finden.
Die Simulationsprojekte werden in Zusammenarbeit mit unseren Partnern auf verschiedenen Plattformen durchgeführt.

Materialdatenbank
Vernetzung Pre-Processing Thermal Solver Flow Solver Stress Solver Microstructure Solver Post-Processing

Komplexe Modelle gestatten die genaue Vorhersage wichtiger Gussteileigenschaften, um Gussdefekte vorherzusagen. Z.B. in den Bereichen

  • Erstarrung (Makro- und Mikroporositäten (inkl. Berücksichtigung der interdendritische Porositäten und Schrumpfungen unter Berücksichtigung gelöster Gase; Piping; Hot Spots (Isolierte Erstarrung)…)
  • Eigenspannungen (Heissrissentwicklung; Oberflächenrisse; Kaltrisse; Eigenspannungsentwicklung; Verzug; Materialermüdung und Lebensdauer der Form…)
  • Gießen (Fehlgüsse; Lufteinschlüsse; Oxide; Oberflächenfehler; Einschlüsse; Kerngase; Turbulenzen; Kaltschweißen)
  • Metallurgie (Gestreute Körnung; Segregation/Diffusion; Phasentransformationen…)
  • Materialspezifikationen (Mechanische Eigenschaften; Abmessungstoleranzen…)

Unsere Kernkompetenz liegt dabei in der Optimierung des Blockgussverfahrens, einerseits zur Verbesserung der Blockqualität, andererseits zur Standzeitenerhöhung der Kokillen. In diesem Bereich sind unsere Ingenieure seit über 10 Jahren erfolgreich tätig.
Die richtige Einstellung der Prozessparameter (Pre-Processing) durch inverse Modellierung genießt dabei außerordentliche Priorität. Nur auf dieser Grundlage lassen sich verlässliche, der Realität entsprechende Ergebnisse erzielen. Wir unterstützen Sie gerne bei der Gewinnung der erfolgreichen Daten; wenn gewünscht direkt bei Ihnen vor Ort.

Datenübergabe

Ihre CAD-Daten können Sie uns in folgenden Formaten übergeben:

Materialdatenbanken

  • Unsere Standarddatenbank umfasst die meisten nach DIN EN ISO oder ASTM genormten Legierungen auf Fe-Basis. (Stähle und Gusseisen)
  • Weiterhin umfassen unsere Datenbanken sämtliche Hilfsstoffe wie Sand, Gießpulver, Isolationen, Steine etc. Auch exotherm reagierende Stoffe können hinterlegt werden.
  • Optional bieten wir Ihnen die Bestimmung der Materialeigenschaften Ihrer Speziallegierungen anhand der chemischen Analyse durch Berechnungsverfahren und/oder Laborversuche an. Durch das Inversmodul ist eine Berechnung von Material- und Prozessparametern basierend auf gemessenen Temperaturen an bestimmen Messpunkten über die Zeit möglich. Primär- und Sekundärabkühlung können somit sehr präzise bestimmt werden. In diesem Zusammenhang erstellen wir Ihnen für Ihre Legierung notwendige ZTU-Diagramme für die Mikrostrukturanalyse.
  • Optional sind Datenbanken für Al- Mg- Ni- Ti- Cu- Basislegierungen verfügbar

Vernetzung

  • Nach der Vernetzung der Oberflächen (Surface Mesh) wird ein Volumennetz auf Thetraederbasis (Volume Mesh) generiert. Die Netzdichte kann dabei lokal angepasst werden, um einen optimalen Ausgleich zwischen Rechenzeit und Detailierungsgrad zu erreichen.
  • Für die Analyse von Gussvorgängen ist ein CAD-Modell des Gussteils ausreichend. Für Feingussverfahren können automatisch Gehäuse (auch schichtweise) erstellt werden.
  • Durch die Schichtgitteroption wird die Genauigkeit des Simulation verbessert. Je nach Anwendung können koinzidente oder nicht-koinzidente Volumennetze generiert werden.
  • Oberflächenvernetzungen und Boolsche Operationen sind möglich.

Pre-Processing

  • Ein sorgfältiges Pre-Processing ist Grundlage für verwertbare Simulationen. Durch Ihre Daten und die Messdatenaufnahme vor Ort – wenn notwendig – kann eine sichere Parametrierung erfolgen.
  • Materialien, Rand- und Wechselbeziehungen werden definiert, sowie die komplexe Parametrierung der zugrundeliegenden numerischen Modelle angepasst.
  • Optional unterstützen wir Sie bei Ihnen vor Ort bei der Gewinnung der notwendigen Daten.

Thermal Solver

  • Der thermische Löser ermöglicht die Berechnung des Wärmeflusses durch Berücksichtigung von Wärmeleitung, Konvektion und Strahlung. Die mit Phasenänderungen wie Erstarrung und Festphasentransformationen verbundene Wärmeabgabe wird durch thermodynamische Modelle (Enthalpie) beschrieben. Die thermischen Berechnungsverfahren liefern unter anderem Ergebnisse zu folgenden Bereichen:
  • Hot Spots (isolierte Erstarrung), Thermalmodul
  • Optimierung der Kühl- und Heizbedingungen der Form bzw. des Werkzeugs
  • Niyama Kriterium
  • Makro- und Mikroschrumpfungen
  • Volumenveränderungen beim Erstarren von Gusseisen (GJL, GJS, GJV)
  • Angusssystem und Steiger
  • Engpässe
  • Makro- und Mikroporositäten

Flow Solver

  • Durch die exakte Geometriedarstellung im vernetzten Volumenmodell kann der Materialfluss innerhalb der Form vorhergesagt werden. Dies liefert Erkenntnisse über:
  • Sanderosion und Turbulenzen
  • Fehlgüsse und Kaltschweißen
  • Überlaufpositionierung
  • Oxide, Lufteinschlüsse
  • Flusslänge, Luftdruck, Kerngase, Farbige Pfade
  • Optional können für verschiedene Spezialanwendungen spezifische Modelle angewendet werden (Guss mit verlorener Form, turbulente Strömungen, Thixogießen, halbfeste Materialien, Schleuderguß, Kernblasen)

Stress Solver

  • Der Stress Solver ermöglicht vollständig gekoppelte Thermal-, Fluid- und Spannungs-Simulationen mit elasto-plastischen oder elasto-viskoplastischen (zähen) Materialeigenschaften. Einfachere Modelle wie elastische, freie oder starre Materialien können ebenso kombiniert werden. Dies ermöglicht die Analyse von:
  • Thermischem und mechanischem Kontakt
  • Heissrissbildung, Rissfortschritt, Durchriss
  • Distorsion, Verzug
  • Materialermüdung (Fatigue)
  • Initiale und Residuale Eigenspannungen 1. Art (Thermische Eigenspannungen), 2. Art (Gefügebedingte Eigenspannungen) und 3. Art (Molekulare Ebene) in Gussteil und Form

Microstructure Solver

  • Auch die Gefügebildung verbunden mit Phasentransformationen während der Erstarrung/Kühlung von Gussteil und Form kann präzise simuliert werden. Das Modell basiert auf isothermen (TTT) und kontinuierlichen (CCT) ZTU-Diagrammen (Zeit-Temperatur-Umwandlung).
  • Ebenso können Wärmebehandlungsvorgänge und deren Auswirkungen auf die Mikrostruktur simuliert werden.

Post-Processing

  • Im leistungsstarken Post-Processing Modul werden die Simulationsergebnisse auf Plausibilität geprüft und visualisiert. Alle berechneten Werte können im Zeitverlauf und an jeder beliebigen Stelle des Modells visuell dargestellt oder als Wertereihen/Graphen ausgegeben werden.
  • Spezielle Indikatoren zeigen erwartete Fehlerstellen und Inhomogenitäten im Gussteil
  • Aufgrund der gewonnenen Ergebnisse können Form und Gussteil optimiert werden, um die gesetzten Ziele zu erreichen.
  • Optional legen wir für weitere Untersuchungen benutzerdefinierte Vorlagen nach Ihren Bedürfnissen und Vorgaben an