Thermal Die Cycling열금형 사이클링

Thermal Die Cycling 모사는 수 많은 주조 후 금형 온도를 얻고 준 정상 상태 조건을 얻는 데 이용된다. 이러한 유형의 모사는 금형의 수명을 연장하기 위해 충분한 냉각 여부를 판단하고 최종 주조 부품에 결함이 발생하지 않는지 확인하는데 도움이 된다.

금형 사이클링 모사를 설정하기 전에 Fluid internal energy advection Fluid to solid heat transfer on Physics Heat transfer panel 를 활성화시킨다.

Thermal Die Cycling은 Thermal Die Cycling 의 전체 수(Physics → Thermal die cycling → Total number of cycles)를 지정함으로써 활성화 될 수 있다. 한 모사 중 사이클수의 제한은 없다. 이 때 각 사이클은 10개의 구간으로 나누어진다. 각 구간은 금속 냉각, 부품분리, 분무냉각, 금형 세척 등의 주조과정 내의 특정단계를 나타낸다. 각 구간은 각 사이클 내에서 같은 시간 간격(Physics → Thermal die cycling → Duration of each segment), 금형과 주변 매체(초기구간 제외) (Physics → Thermal die cycling → Heat transfer coefficient at the die cavity surface)간의 열 전달 계수 그리고 금형 공동표면의 온도(Physics → Thermal die cycling → Temperature in the die cavity) 에 의해 특화된다. 이 모든 구간 시간 간격들의 합은 한 사이클의 전체시간을 정의한다. 모든 사이클 시간 간격의 합은 Thermal Die Cycling 의 전체시간을 정의한다.

 

Thermal Die Cycling 열 금형 사이클링

구간을 추가하기 위해 Add segment pull-down 메뉴로부터 유형을 선택한다. 사용 가능한 구간 유형은 추가된 구간에 따라 달라진다.

첫 사이클 구간은 항상 금형을 열기 전에 금속의 냉각을 기술하는 Solidification 이다. 일단 첫 구간이 더해지면 이 형태는 고정된다(비활성). 금속이 표에서 첫 입력에 지정되는 균일온도로 각 사이클의 초기에 금형 공간으로 주입된다. 이는 금형 공간 내 어느 곳에서도 있을 수 있는 pointer(Initial Add fluid pointer)를 추가하고 1.0에해당하는 지정자에 유체 분율을 지정함으로써 이루어질 수 있다.

균일한 초기유체 온도가 첫 사이클 구간에서 지정되지 않으면 이는 Initial Global Temperature 에서 지정된 초기유체온도가 기본값으로 사용된다. 첫 사이클 구간 내 금속과 금형 사이의 열 전달 계수에서 유체1과 응고 유체1에 대한 구성요소, 열 전달 계수가 사용된다.(Meshing & Geometry Component Properties Surface Properties Heat transfer coefficients to). 첫 구간에 대한 Thermal Die Cycle표 입력 Heat transfer coefficient at the die cavity surface는 이와 같이 필요하지 않고 GUI 에 입력할 수 없게 된다.

Ejection 구간은 두 번째 구간으로만 추가될 수 있다. 일단 Ejection 구간이 추가되면 유형은 변경할 수 없다. 이 단계에서 금형 덮개는 열리지만 주조품은 여전히 금형 배출기에 붙어있다. 따라서 커버와 배출기는 매우 다른 온도 조건을 갖는다. 이 단계의 금형 온도를 올바르게 계산하려면 금형의 커버와 배출기 구성요소를 정의해야 한다.(Meshing & Geometry Component Properties Thermal Die Cycling properties Cover Component). 금형과 공기 간의 열 전달 계수를 정의하는 Heat transfer coefficient at the die cavity surface에 추가로 Heat transfer coefficient between metal and air at ejection이 지정되어야 한다. 유체1과 응고 유체1에 대한 구성 요소 열 전달 계수는 첫 구간에서와 마찬가지로 배출기 및 금속간의 열 전달을 계산하기 위해 사용된다

모든 다른 구간유형은 금형 공간에 금속이 없다고 가정된다.

Closed 구간은 항상 마지막 구간이다. 위에 언급된 셋 중의 하나가 아닌 구간들에 대해 그 순서는 drag-and-drop으로 재 정렬할 수 있다. 구간 형태는 우측의 Type pull-down 메뉴를 통해 수정될 수도 있다. 구간 순서는 자동적으로 새 구간형태에 의거하여 재 정돈 될 수 있다. 구간은 Delete segment 버튼을 클릭하면 제거 할 수 있다.

 

11.45. Thermal Die Cycling

금형 사이클링 모사 중 유체 흐름은 모델링 되지 않는다.

코어와 라이너는 일반적으로 금형 주조에서 사용된다. 이들은 금형 조립 시 삽입되고 각 사이클마다 제거된다. Meshing & Geometry Component Properties Thermal Die Cycling properties Core/liner에서 코어/라이너로 정의하여 모델링 된다. 각 사이클 후에 재 사용되어 이들의 온도이력이 유지되는 금형의 다른 부품과는 달리 코어와 라이너의 온도는 각 사이클 초기에 재지정된다.

코어와 라이너는 Ejection 구간 동안에도 고려된다. 코어/라이너 요소는 커버의 부분 또는 아니면 배출기 의 일부인지 여부에 따라 커버나 배출기요소로 정의될 수도 있다. 코어/라이너가 커버로 정의되면 Ejection 구간 초기에 제거될 것이다. 배출기로 정의되면 Ejection 구간에 배출기에 존재할 것이고 Ejection 구간의 끝에서 제거될 것이다.

코어와 라이너는 일반적으로 금형의 다른 부품과 다른 재질로 되어있으므로 금속으로의 열 전달 계수가 다르다. 이는 코어와 라이너 요소의 유체 1에 대한 다른 열 전달 계수를 지정함으로써 주어질 수 있다. 위에 언급된 바와 같이 유체 1로의 열 전달 계수 값들이 지정되면 이들은 첫 사이클단계(Solidification)와 Ejection(정의되면)에 사용된다.  각 사이클의 후반 단계에서 코어와 라이너는 제거되므로 금형 냉각에 영향을 미치지 않게 된다.

금형이 열린 후 금형은 분리선에서 냉각된다. 분리선 냉각을 고려하기 위해 서로 접하고 있는 두 금형이 정의되어야 하는데 이는 분리선을 식별하는데 이용된다.(Component Properties: Thermal Die Cycling의 IFOBCYCCON 를 참조한다). 분리선은 첫 단계(Solidification) 와 Closed 단계(정의되면)에서 닫혀있다. 덮개와 배출기요소는 항상 접촉요소로 취급된다. 분리선은 잘 구현하기 위해 좌표평면을 따른다. 코어/라이너는 접촉 금형으로 정의될 수 없다.

빠른 모사를 위해 Numerics Explicit/implicit options Heat transfer Implicit (Physics Heat transfer)를 정함으로써 내재적 열전달 알고리즘을 사용하는 것을 추천한다.(Thermal solution를 참조한다.) 시간단계크기 및 수렴변수는 모사의 최적 속력과 결과의 정확성을 얻기 위해 동적으로 조절된다. 시간 단계크기는 각 사이클구간의 경과를 잘 구현하고 동시에 해석의 정확성을 유지하기 위해 자동적으로 조절된다. 시간단계 크기는 수동적으로 TEDIT TDTMAX 를 이용하여 더 감소될 수 있으나 일반적인 경우에는 필요하지 않다.

History 데이터 출력 THPLTD 및 짧은 출력, TSPRTD, 출력의 시간간격 기본값은 최소 사이클 구간의 1/10과 1/5로 설정된다. 사용자는 출력 창에서 기본값을 고쳐 쓸 수 있다.

 

cycling model:

대부분의 Restart data 편집은 해석이 정상상태인 마지막 열 금형 사이클에서 되므로 사용자에게 가장 관심이 있다. Thermal die cycling 모델에서 공간출력을 조절하는 세가지 인자가 있다.

  1. Physics Thermal die cycling Number of die cycles at the end… 에 정의된 사이클 재시작 데이터 당 한 개, 재시작 데이터편집은 이 금형 사이클의 마지막에 된다. 이는 사용자가 사이클간 결과를 추적하게 해주고 재시작 계산을 할 수 한다.
  2. 추가로 재시작 데이터는 자동적으로 마지막 금형 사이클 중 각 구간의 마지막에서 저장된다. 이 데이터 편집을 통해 사용자는 과정의 주요 단계에서 금형 온도 변화를 추적할 수 있다.
  3. 마지막으로 재시작 데이터는 마지막 금형 사이클 중 사용자 지정간격으로 저장될 수 있다. 출력빈도는 Output Restart data 에서 정의된 출력 logic 에 의해 조절된다. 사이클의 첫 구간 내 출력빈도는 응고율을 기반으로 할 수 있다.

Note:

General Finish time 지정은 Thermal die cycling 모사에 영향이 없다. 이 모사는 마지막 사이클 후에 정지한다.