De metaalgietindustrie heeft altijd geprobeerd om zowel de technische als de commerciële behoeften in evenwicht te brengen, de technische capaciteiten in stand te houden, efficiënte activiteiten te garanderen en de winstgevendheid van het bedrijf te beschermen. De handel in de basis is niet veranderd. Wat verandert is de manier waarop handel wordt gedreven. Er is een enorme decentralisatie gaande. Castingklanten besteden steeds meer verantwoordelijkheden uit en globaliseren steeds meer. Als zodanig zijn de technische eisen en de omvang van de verantwoordelijkheid die aan metalen zwenkwielen worden gesteld nog veeleisender geworden. Dit stelt extra eisen aan onze technische middelen en daagt ons uit om na te denken over nieuwe manieren om doorlooptijden te verkorten, de totale kosten te verlagen en technisch effectief met klanten te communiceren.
Het tempo van de veranderingen op de huidige markt is zo snel dat time-to-de markt de hoogste prioriteit moet hebben. Al te vaak voelen metalcasters zich gedwongen compromissen te sluiten over innovatieve ideeën of benaderingen, omdat men denkt dat er simpelweg niet genoeg tijd is. Met de snel evoluerende CAE-technologieën, waaronder uitgebreide simulatie van gietprocessen, automatische optimalisatie van gietprocessen en nieuwe computergebaseerde ontwerptools voor componenten, is het voor metaalgieters en ontwerpers mogelijk om gelijktijdig samen te werken om het ontwerp van componenten en de parameters van het gietproces te optimaliseren. Door deze technische inspanningen kunnen metaalgieters de duurzaamheid en groei van hun bedrijven garanderen, terwijl ze een aanzienlijke technische voorsprong op de concurrentie behouden.
Geoptimaliseerde componentontwerpen en gietprocessen met behulp van nieuwe technische hulpmiddelen worden bereikt in samenwerking met sterke interacties van gietingenieurs en ontwerpers. Deze integratie en menselijke samenwerking zijn van cruciaal belang voor de succesvolle versnelling-van de ontwerpprocesketen-. Ontwerpers hebben sterke ondersteuning nodig van gietexperts om ten volle te kunnen profiteren van de gietprestaties, wat betreft ontwerp en eigenschappen. Kwantitatieve resultaten over gietprestaties die worden verkregen door gietprocessimulatie helpen ontwerpers de impact van het proces op de prestaties van gietstukken te begrijpen.
De gestaag toenemende computerprestaties zijn een andere drijvende kracht voor de toepassing van CAE-tools bij de ontwikkeling van gietstukken. Als we naar de nabije toekomst kijken, wordt het potentieel van computationele procesoptimalisatie getoond. In plaats van tijdrovend vallen en opstaan op de werkvloer, zullen gieters computerhulpmiddelen gebruiken voor een automatische optimalisatie van gietlay-outs of procesomstandigheden.
Vervanging van processen en materialen in de auto- en machinebouwindustrie is een standaardroutine geworden tijdens het ontwerp van nieuwe componenten. Dit is een groeiende uitdaging voor het klassieke bouwmateriaal gietijzer. Gieterijen hebben op deze bedreiging voor hun oorspronkelijke markten gereageerd door legeringen te gebruiken met verbeterde materiaalprestaties en met nieuwe processen waardoor ze betrouwbare onderdelen konden gieten, die tien jaar geleden niet denkbaar waren.
Het maken van gietijzer, nodulair gietijzer, verdicht grafietijzer of zelfs austempered nodulair gietijzer om aan de huidige specificaties te voldoen, vereist een diepgaand inzicht in het materiaal en de robuustheid van het proces. Hier is de simulatie van het gietproces van groot belang geweest. De afgelopen tien jaar is de technologie van het simuleren van het gietproces en het voorspellen van de resulterende materiaaleigenschappen op twee manieren behulpzaam geweest: ten eerste helpt het transparant maken van de mal als een zwarte doos voor de gieterijspecialist hem om de oorzaken van mogelijke problemen te begrijpen voorafgaand aan het eerste gieten. Ten tweede vereist de ontwikkeling van virtuele simulatietools voor het gietproces een diepgaand en kwantitatief inzicht in de impact van de natuurkunde, metallurgie en scheikunde als zodanig. Dit heeft het empirisch gestuurde proces substantieel veranderd in een op principes gebaseerd en betrouwbaar productieproces.
Voor veel gietijzergieterijen is simulatie van gietprocessen een dagelijkse standaardtool geworden om het doorkomen en stijgen te beoordelen en de voeding te voorspellen. Het is een instrument geworden voor kwaliteitssystemen en procesoptimalisatie. De modernste simulatietools-van-- houden rekening met het speciale materiaalgedrag van gietijzer met betrekking tot de legeringssamenstelling, de smeltpraktijk en de metallurgie.
Het grootste voordeel van het gietproces is de mogelijkheid om veel taken tegelijkertijd uit te voeren. Het is echter ook het grootste nadeel, omdat veel procesparameters met elkaar verbonden zijn en tegelijkertijd in aanmerking moeten worden genomen.
De huidige ontwikkelingsinspanningen gaan veel verder dan de evaluatie van gieten en stollen. Eén focus heeft betrekking op de voorspelling van complexe defecten die het gevolg zijn van een interactie tussen metallurgie en proces. Een tweede ontwikkelingsaspect is gericht op het modelleren en voorspellen van het gehele productietraject. Alles wat nodig is om het uiteindelijke doel van gietprocessimulatie te bereiken: het voorspellen van lokale gieteigenschappen om het ontwerp van het onderdeel, de gehele technologie en de economische impact ervan op de winstgevendheid van gietijzeren gietstukken te beoordelen.
Randvoorwaarden voor een succesvol gebruik van gietprocessimulatie voor gietijzer
De toegepaste smelt- en metallurgische praktijk heeft een beslissende invloed op de gietintegriteit. Dit geldt vooral voor gietijzeren onderdelen, waarbij de metallurgische verwerking bepalend is voor de uiteindelijke gietstructuren en -eigenschappen. Alleen als gietprocessimulatie in staat is om de impact van legering en metallurgie in aanmerking te nemen, kunnen gietstructuren lokaal worden voorspeld.
Het ondersteunen van de voedingsgerelateerde lay-out van het gietstuk is nog steeds een van de belangrijkste taken bij gietprocessimulatie. Afhankelijk van de gegoten legering moeten verschillende voedingsgedragingen en zelfvoedingsmogelijkheden in overweging worden genomen om een foutvrij gietstuk te garanderen. Daarom is het niet voldoende om de voorspelling van krimpdefecten uitsluitend te baseren op hotspots die zijn afgeleid van temperatuurvelden, maar deze ook kwantitatief te kunnen voorspellen. Stollingssimulatie moest worden gecombineerd met dichtheids- en massatransportberekeningen om de impact van de stollingsmorfologie op het voedingsgedrag te evalueren, en om rekening te houden met legeringsafhankelijke voedingsbereiken. Dit wordt bereikt door de beschrijving van temperatuurafhankelijke thermo{5}}fysische eigenschappen.
Het bijzondere voedingsgedrag van gietijzer en de sterke afhankelijkheid van het stollingsgedrag van de metallurgie zorgen ervoor dat een macroscopische hotspot-voorspelling niet voldoende is om de methodologie van ijzergietstukken te beoordelen. Bij nodulair gietijzer resulteren grote hete plekken meestal in een perfecte neerslag van het grafiet en dus in een goede gietvorm. Aan de andere kant kunnen kleine hete plekken die vroeg tijdens het stollen optreden, leiden tot sterke krimp als gevolg van samentrekking van austeniet en onderdrukking van grafiet.
Om de stevigheid van gietijzer te kunnen voorspellen op basis van de werkelijke lokale krimp en uitzetting van het gietstuk, moet het programma in staat zijn om de kinetiek van de fasen die tijdens het gehele stollingstraject afzonderlijk worden gevormd, te beschouwen. Voor gietijzer betekent dit dat rekening wordt gehouden met de effecten van alle legeringscomponenten en daarnaast met de toegepaste inentings- en smeltpraktijk en metallurgie.
Elke gieterijspecialist maakt gebruik van inenting en legeringssamenstelling om koude-effecten of eutectisch cementiet te voorkomen. Deze invloeden worden versterkt door de lokale koelomstandigheden. Een pure simulatie van macroscopische warmtestromen kan geen rekening houden met deze gekoppelde interactie. Daarom worden zogenaamde microstructuurmodellen toegepast, die het aantal nieuwe fasen voorspellen op basis van de hierboven beschreven interacties voor elke locatie binnen het gietstuk op elk moment.
De verschillende mogelijkheden van beide modellen kunnen het beste worden geëvalueerd met behulp van "gesimuleerde" koelcurven. Terwijl in macroscopische thermische modellen de materiaal- (thermo{1}}fysische) eigenschappen voor de gebruikte legering vastliggen, worden deze eigenschappen in een micromodel voor elke tijdstap en voor elk punt bepaald als functie van de huidige fasevorming. Dit beïnvloedt de afgifte van latente warmte en uiteindelijk de vorm van lokale afkoelingscurven.
