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砂芯模拟在工艺优化中的实际应用砂芯模拟在工艺优化中的实际应用 砂芯模拟在工艺优化中的实际应用砂芯模拟在工艺优化中的实际应用 JÖRG C. STURM, INGO WAGNER MAGMA Gießereitechnologie GmbH, AACHEN, GERMANY 摘要摘要 Abstract ：： 摘要摘要 ：： 制芯模拟是一种协助砂芯和模具制造商改进其芯盒设计和制芯过程的新技术。作为制芯模拟 软件的MAGMA C+M，提供更多的是代替不必要的试验和实验。它提供一种评估复杂砂/粘 结剂和空气的双向流并揭示“黑箱”芯盒内幕的新方法。本文中，介绍了各类实际工业案例 MAGMA C+M 如何帮助优化复杂砂芯的射芯和固化工艺，并可深入了解射嘴内的流动情况。 Core making simulation is a new technology to assist core and tool makers to improve their core box designs and core making processes. Core making simulation as offered with MAGMA C+M is more as a replacement of unnecessary trials and physical experimentation. It offers a new methodology to assess a complex 2-phase flow of sand/binder and air and reveals the “black box” core box. In this paper real industrial cases are presented, how MAGMA C+M helped optimizing the core shooting and curing process of complex cores as well as offers insights to the flow situation of nozzles. 关键词关键词 Key Words ：： 关键词关键词 ：： 制芯工艺模拟，射芯，双向流，射嘴，排气，砂-空气混合物，射芯设备，优化 Core making process simulation, core shooting, 2-phase flow, nozzle, vent, sand-air mixture, core shooting equipment, optimization 砂芯制造还将为模具和芯盒制造商带来惊喜。砂芯相关缺陷是铸造生产主要的成本因素。芯 盒的布局设计一般基于传统经验进行试错，直到获得令人满意的砂芯质量。生产所用新模具 的试产扩量阶段一般需要几次成本高昂的优化循环，包括按照生产条件进行最终批准。每次 试生产或多或少会导致模具的修改，对于铸造工程师而言，不能保证所修改的方案会真正获 得期望的成功。只能看到最终结果，故决策没有基于明确的因果原则（该原则证实何种修改 导致怎样的结果）。 模拟砂芯生产过程是一个相对较新的方法。它是在铸造工艺模拟出现20 多年后才被引入的。 通过分析射芯和固化过程，从根本上改变了芯盒和工艺布局。砂子在流动、运输过程中复杂 的交互作用，以及随后砂子-粘结剂的混合物在芯盒中的压实，还有砂芯的放气、固化和干 燥过程都是无法通过“线性”思维过程来理解的。模拟制芯过程使得工程师可以在用钢板切割 新芯盒前 （即制造新芯盒前）即可定量的分析对砂芯质量影响最大的必要参数。在设计过程 开始前，即可显示砂芯制造及其过程 （可视）。整个过程及其相关物理参数变得可视化。这 使得工程师可以基于物理定律和清晰的成因而明确目标。由此，砂芯的技术和经济可行性变 得可以量化。另外，工艺理解和实现质量改进措施变得更为容易。模具制造商可采用三维方 式观察制芯过程，并能有效开发出符合生产要求的芯盒。 射芯模拟模型评估射芯模拟模型评估 射芯模拟模型评估射芯模拟模型评估 由于砂粒在流动以及空气的不断变化，射芯过程的建模是一个极为复杂的过程。砂子-空气 混合物的流动过程与金属液流动的流动过程完全不同，因为该“流体”的局 性能一直在变化。 空气和砂子之间以及各自和周围环境 （压射缸、射嘴、芯盒）之间的相互作用需要额外考虑 工艺边界条件并结合专业知识 【1,2,3】。 选择正确的模拟模型要求与开发商合作评估几个建模方式并对此进行验证。例如，一个开发 商通过与最终实现的模型直接对比测试“混合模型”，计算