[FLOW-3D 물리모델]Lost Foam Casting Process / 로스트폼 주조과정

Lost Foam Casting Process / 로스트폼 주조과정

로스트폼 주조과정에서 사형은 일반적으로 폴리스티렌 같은 팽창된 거품 재료로 충진된다. 액체금속이 사형 내로 주입될 때 공동을 채우기 전에 거품제재는 녹거나 기화함으로써 제거되어야 한다. 충진은 금속에서 거품으로의 열전달에 의해 조절된다.

FLOW-3D 에서 로스트폼 주조모델을 이용하기 위해 Model Setup → Physics → Lost foam 를 통해 모델을 작동시킨다.

Lost Foam Casting Process / 로스트폼 주조과정

이 창안에서 Full Lost Foam Model 를 선택함으로써 전체 모델이 작동된다. Simplified Lost Foam Model 은 일반 충진양상을 빨리 결정하고 금속 전면의 집중으로 인한 결함의 가능한 원인을 탐색하는데 이용될 수 있다. 그러나 이 모델은 온도나 속도분포, 표면결함 또는 응고 등에 대한 정보를 주지 못한다.

양의 값이 Gravity effect on metal/foam heat transfer 에 대해 정해지면 중력에 대한 금속-거품 경계면의 향배가 고려된다. 금속과 거품재료간의 열전달계수는 금속이 아래에 있을 때보다 거품의 위에 있는 곳에서 더 크므로 금속이 위로보다 밑으로 내려가는 것이 쉽다. 이 특성을 이용할 때 Gravity effect on metal/foam heat transfer 에 대한 추천되는 값은 0.5이다.

Foam residue 하의 선택은 주조 시 결함 추적 및 표면 오염과 관련이 있다. 더 많은 정보는 Surface Defects and Lost Foam Residue 를 참조하라.

거품을 소실하는 고체로 나타내기 위해서는 특별한 “free” 또는“phantom” 요소를 사용하는데 이는 면적/체적차단에 영향을 미치지 않는다. 이 사형의 공동은 표준요소에 대해 통상적인 FAVORTM 기능을 이용하여 정의되고 거품으로 채워진다. 고체요소는 항상 단지 빈 공간만을 채울 수 있는 phantom 요소보다 우선한다. 추가요소물성은 정의하도록 거품의 heats-of-transformation(잠열?)를 정의하는데 지정될 수 있다.

거품요소는 다른 요소들과 같이 예를 들면 Stereolithography (STL) 형태의 형상파일을 읽어오던지 FLOW-3D 의 표준 형상 생성을 사용하여 정의될 수 있다. 거품요소를 추가할 때는 새 요소 형태를 Lost Foam 로 지정한다. 다른 방법은 이미 생성된 요소를 Meshing & Geometry → Component → Component Type 에서 Lost Foam 을 선택함으로써 거품요소로 전환하는 것이다. 거품은 인접한 표준요소를 대신하는게 아니므로 이의 형상 정의는 사형공간에 정확히 일치 할 필요가 없다. 보통 단순한 상자나 원통 형태가 공간을 거품으로 채우기에 충분하다. Lighteners (즉, 구멍들)은 lightener 를 Hole 로 정의하는 소 요소를 선택함으로써 일반 요소들과 같이 거품으로 잘라질 수 있다.

거품요소에대해 Meshing and Geometry → Component properties → Lost Foam Properties 에서  Density*Specific Heat (단위체적당 비열), Density*Melting energy (단위체적당), Melting Temperature, Density*Vapor Energy (액체거품을 기화시키기 위한 단위체적당 에너지) 그리고 Vaporization Temperature( 액화거품이 기화되는 온도) 값들을 지정해야 한다.

Heat Transfer Coefficient 는 액화거품과 액체금속간의 경계에서의 지정된 열 전달계수이다. 금속이 거품으로 움직일 때의 대충 평균속도는 다음에 의해 주어진다.

where여기서

  • Ufront 는 평균금속 전면속도
  • hm,f 는 금속과 거품사이의 열전달계수
  • δT 는 금속과 거품사이의 온도차이
  • ρCp 는 거품요소에 대해 위에서 정의된 비열
  • ρhsf 는 거품요소에 대해 위에서 정의된 Density*Melting Energy
  • ρhfg 는 거품요소에 대해 위에서 정의된 Density*Vapor Energy. 이는 단지 금속온도가 거품의 기화온도보다 높으면 포함된다.

용융 금속의 충진은 열전달에 의해 조절되므로 영역경계에서의 입구조건은 속도경계 조건이 아닌 압력조건으로 지정되어야 한다. Lost Foam Casting 모델을 사용할 때의 다른 고려사항들은 다음과 같다.

  • 유체는 거품에 의해 채워진 공간에 초기화 될 수 없다.
  • 거품은 Free obstacle volume 변수를 그림으로써 볼 수 있다.

더 나은 압력 수렴을 위해 유체1(Fluids → Fluid 1 → Compressibility) 의 압축성을 1.0 × 10-7 – 1.0 × 10-6 cm s2 g-1 (CGS 단위), 또는 0.1/(최대유체압력)정도의 값으로 지정하여 약간의 제한된 압축성을 사용하는 것이 추천된다.

Note: 로스트폼 모델은 현저한 경계면과 열전달을 갖는1-유체의 경우에만 사용할 수 있다.

See also:

  • Solidification
  • Several Flow     Science  technical           notes    on       modeling          the       lost      foam    casting  process are       listed    at http://users.flow3d.com/tech-notes/default.asp.
  • Acoustic Waves (Limited Compressibility) for more information on the limited compressibility model.