Optimization of filling systems for low pressure by Flow 3D

Abstract

As part of the dissertation and bearing in mind the parameters in which the possibility of a choice of tutor and the subject to be addressed is established, the subject for development ’Optimization of filling systems for low pressure by Flow 3D ®’ was chosen. For this it was necessary to define the objectives to achieve and the methods to attain them. Despite the wide range of software able to simulate and validate filling systems, Flow 3D® has been shown as one of the best tools in the market, demonstrating its ability to simulate with distinctive accuracy with respect to the entire process of filling and the behavioral representation of the fluid obtained. To this end, it is important to explore this tool for a better understanding of the processes involved and to serve as an exploratory basis for the simulation of filling systems, simulation being one of the great strengths of the current industry due to the need to reduce costs and time waste, in practical terms, that lead to the perfecting of the dimensioning of filling devices, which are reflected in delays and wasted material. In this way it is intended to validate the methodology to design a filling system in lowpressure casting process, exploring their physical models and thus allowing for its characterization. For this, consider the following main phases: The exploration of the simulation software Flow 3D®; modeling of filling systems; simulation, validation and optimization of systems modeled by exploring the parameters of the models. Therefore, it is intended to validate the pressure curves under study and the eventual mining of the most relevant information in a casting analysis. The pressure curves that were used were obtained through the gathered literature and the practical work previously performed. Through the results it was possible to conclude that the pressure curve with 3 levels meets the intended purpose of a laminar filling regime and associated speeds never exceeding 0.5 𝑚/𝑠. The pressure curve with 2 filling levels has a more turbulent system, having filling areas with velocities above 0.5 𝑚/𝑠. The heat transfer parameter was studied due to the values previously obtained didn’t corroborate the behavior of dissipation regarding to the casting. In this way, new values, more in tune with the casting process, were obtained. The achieved results were compared with those generated by NovaFlow & Solid®, which were shown to be similar, validating the parameters established in the simulations. Flow 3D® was proven a powerful tool for the simulation of casting parts.

Como parte da dissertação tendo em mente os parâmetros onde está estabelecida e tendo em conta os moldes estipulados, permitiram a escolha do orientador bem como do tema a abordar. Optou-se pelo desenvolvimento do tema 'Otimização de sistema de enchimento para baixa pressão no software Flow 3D®'. Para isso foi necessário definir os objectivos a atingir e os métodos para alcançá-los. Apesar da ampla gama de software capazes de simular e validar sistemas de gitagem, o Flow 3D® tem-se revelado como uma das melhores ferramentas do mercado, evidenciando a capacidade de simular com maior rigor no que respeita a todo o processo de enchimento de cavidades. Para tal, torna-se importante a exploração desta ferramenta para uma melhor compreensão das metodologias envolvidas e como base exploratória para a simulação de sistemas de enchimento, sendo a simulação um dos grandes trunfos da indústria atual, face à necessidade de diminuição de custos e de desperdício de tempo no aperfeiçoamento prático do dimensionamento dos sistemas de enchimento, que se refletem em atrasos e em desperdício de material. Desta forma pretende-se validar uma metodologia de projeto dum sistema de enchimento através do processo de fundição de baixa pressão, explorando as capacidades e modelos matemáticos do Flow 3D®. Para isso, consideraram-se as seguintes fases principais: modelação, discretização do modelo; simulação, validação e otimização de sistemas modelados explorando os parâmetros dos mesmos. De forma a simular o enchimento da cavidade moldante, utilizaram-se curvas de pressão obtidas através da bibliografia e de trabalhos práticos previamente realizados. Pelos resultados obtidos foi possível concluir que uma curva de pressão com 3 patamares se encontra em regime de enchimento laminar, com velocidades associadas nunca superiores a 0.5𝑚⁄𝑠 .Na curva de pressão com 2 patamares o regime de enchimento é mais turbulento, havendo zonas de enchimento com velocidades acima dos 0.5𝑚⁄𝑠. O parâmetro de transferência de calor, full energy, foi estudado devido aos valores obtidos inicialmente não corroborarem com comportamento da dissipação face à fundição. Assim, foram obtidos valores consensuais com a prática de fundição. Compararamse os resultados obtidos com resultados gerados pelo NovaFlow & Solid®, que se mostraram idênticos, validando deste modo os parâmetros relativos às simulações. O Flow 3D® revelouse uma ferramenta poderosa face à simulação de elementos de fundição.