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Página 2 de 107 Página 3 de 107 Resumen El tema principal de este proyecto es la realización de una simulación de un proceso de fundición con molde de arena mediante QuikCast. Con este software se obtendrán los resultados para los procesos de llenado y solidificación, así como la posibilidad de analizar la pieza una vez completada la simulación de la simulación. Las herramientas que se han utilizado para la realización de este proyecto son el software de dibujo Solid Edges, para realizar los diseños en 3D y el software de simulación QuikCast, que permite la simulación del proceso de llenado y la solidificación de la pieza. Para realizar la simulación se ha necesitado aprender el funcionamiento del programa para poder realizar una correcta simulación. Además se realiza un manual del profesor y otro para alumno. Estos manuales estas hechos para que se realice la simulación de una pieza durante la sesión prácticas. Página 4 de 107 Índice Introducción ...................................................................................................................... 6 Estructura del proyecto ................................................................................................. 6 Capitulo 1: Fundición por gravedad en molde de arena ................................................... 7 1.1 Generalidades ..................................................................................................... 7 1.2 Elementos del molde .......................................................................................... 8 1.3 Etapas del moldeo .............................................................................................. 9 1.4 Aplicaciones ..................................................................................................... 10 1.5 Ventajas e inconvenientes ................................................................................ 10 1.6 Defectos ........................................................................................................... 11 Capitulo 2: Material del molde ....................................................................................... 12 2.1 Características de las arenas de moldeo ................................................................ 12 2.2 Propiedades ........................................................................................................... 12 2.3 Clasificación de las arenas de moldeo .................................................................. 13 2.4 Arena Verde .......................................................................................................... 14 Capitulo 3: Material pieza .............................................................................................. 15 Capitulo 4: Manual usuario ............................................................................................ 18 4.1 Introducción .......................................................................................................... 18 4.1.1 Glosario .......................................................................................................... 18 4.1.2 Entorno ........................................................................................................... 19 4.2 Para empezar ......................................................................................................... 23 4.3 Menús .................................................................................................................... 25 4.3.1 Menú File ....................................................................................................... 25 4.3.2 Menú Edit ....................................................................................................... 26 4.3.3 Menú View ..................................................................................................... 28 4.3.4 Menú Model ................................................................................................... 30 4.3.5 Menú Material Database ................................................................................ 33 4.3.6 Menú Process ................................................................................................. 34 4.3.7 Menú Standard Calculation ............................................................................ 36 4.3.8 Menú Advanced Calculation .......................................................................... 38 4.3.9 Menú Results .................................................................................................. 38 4.3.10 Menú Tools .................................................................................................. 39 4.3.11 Menú Options ............................................................................................... 40 Página 5 de 107 4.3.12 Menú Window .............................................................................................. 41 4.3.13 Menú Help .................................................................................................... 42 Capitulo 5: Manual profesor ........................................................................................... 43 5.1 Creación y gestión de planos ................................................................................ 43 5.2 Creación de un nuevo estudio ............................................................................... 44 5.3 Creación de la entrada ........................................................................................... 47 5.4 Creación del molde ............................................................................................... 50 5.5 Creación de volúmenes ......................................................................................... 51 5.6 Generar la malla .................................................................................................... 57 5.7 Imposición de las condiciones de contorno .......................................................... 58 5.7.1 Gravedad ........................................................................................................ 58 5.7.2 Condiciones de contorno ................................................................................ 59 5.8 Cálculos de resultados .......................................................................................... 66 5.9 Resultados ............................................................................................................. 68 Capitulo 6: Guión alumno .............................................................................................. 74 6.1 Creación de un nuevo estudio ............................................................................... 74 6.2 Creación de la entrada ........................................................................................... 76 6.3 Creación del molde ............................................................................................... 77 6.4 Creación de los volúmenes ................................................................................... 77 6.5 Generación de la malla ........................................................................................ 81 6.6 Imposición de las condiciones de contorno .......................................................... 83 6.6.1 Gravedad ........................................................................................................ 83 6.6.2 Condiciones de contorno ................................................................................ 83 6.7 Cálculos de resultados .......................................................................................... 90 6.8 Resultados ............................................................................................................. 92 Capitulo 7: Variaciones del molde ................................................................................. 96 7.1 Primer molde ......................................................................................................... 96 7.1 Segundo molde ..................................................................................................... 98 7.1 Tercer molde ....................................................................................................... 100 7.4 Cuarto molde ....................................................................................................... 103 Conclusiones ................................................................................................................. 106 Bibliografía ................................................................................................................... 107 Página 6 de 107 Introducción Estructura del proyecto A continuación se muestra un resumen del proyecto:  Capitulo 1: Fundición por gravedad. Este apartado muestra las etapas de la fundición, sus ventajas e inconvenientes, sus aplicaciones y los defectos más comunes.  Capitulo 2: Material del molde. Se muestra las características del molde y sus propiedades.  Capitulo 3: Material pieza. Este apartado muestra las propiedades y las características de la aleación.  Capitulo 4: Manual usuario. En este apartado se muestra la forma de cómo manejar el programa: como moverse por el área de trabajo, la forma de realizar una simulación de una pieza en un proceso de fundición por gravedad con molde desechable de arena.  Capitulo 5: Manual profesor. Se muestra los pasos que hay que realizar para simular la pieza que se realiza en las prácticas con las explicaciones necesarias para realizar la simulación de la pieza y los errores que pueden cometer los alumnos y los fallos que se producen en el programa.  Capitulo 6: Guión alumno. En este apartado se indica al alumno como realizar la simulación de la pieza hecha en prácticas.  Capitulo 7: Evolución del molde. Se muestra los diferentes tipos de moldes para analizar los diferentes resultados. Página 7 de 107 Capitulo 1: Fundición por gravedad en molde de arena 1.1 Generalidades El proceso de fundición consiste básicamente en la introducción de un metal en estado líquido en el interior de un molde y la posterior solidificación del metal reproduciendo la geometría de la superficie interna del molde, de tal manera que obtengamos la pieza deseada con una baja porosidad, buen acabado y una exactitud dimensional adecuada. La arena es el material más empleado para en los moldes desechables ya que es el material más económico y posee una elevada resistencia a las altas temperaturas. Esto permite fundir metales con temperaturas de fusión muy altas, como el acero o el titanio. Las principales etapas que se realizan en este proceso son: -Preparación del molde: se fabrica el molde de arena utilizando el modelo con la forma de la pieza, teniendo en cuenta que hay que sobredimensionar el modelo para evitar las contracciones del metal. -Preparación de los machos: se colocan los machos en el interior para la conformación del interior de la pieza. -Realización de la colada: consiste en llenar el molde, se puede realizar por diferentes formas por ejemplos gravedad, lateral o por inyección. -Enfriamiento de la pieza: se trata en solidificar el material vertido en el molde a una velocidad adecuada para evitar posibles defectos como grietas y sopladuras. -Extracción de la pieza: una vez solidificada y enfriada la pieza, se procede a la apertura del molde. Para mejorar la extracción de las piezas se recubren previamente con un agente desmoldeante. Página 8 de 107 1.2 Elementos del molde El molde casi siempre se diseña en dos mitades, diseñándose con una línea divisoria ya sea en posición vertical u horizontal, que se denomina línea de partición. Figura 1.1 Las partes que componen el molde son:  Bebedero: es el orificio por el cual se alimenta el molde con el metal fundido.  Mazarota: son depósitos de metal fundido que sirven para compensar la contracción del metal de la pieza en el momento de la solidificación, para evitar que se creen cavidades. Las mazarotas tienen forma troncocónica y pueden ser: o Abiertas: tienen un orificio en que da al exterior y permite saber si el molde está lleno si el metal fundido rebosa por la mazarota. o Cerradas: están dentro del molde y se usan cuando alguna parte del interior del molde se va a quedar sin suministro de metal.  Canal de distribución: son los canales por donde se realiza el llenado del molde. Los canales de distribución se pueden dividir en: o Canal de colada: son los canales que comunican directamente con el bebedero. o Ataques: son los canales que comunican el canal de colada con la pieza.  Machos: son insertos introducidos en el molde y permiten realizar el interior de la piezas.  Caja de moldeo: es la caja, rectangular o circular, en ella se colocan todos elementos citados anteriormente. Puede ser: o Superior: en ella se suele colocar los respiraderos, las mazarotas, los rebosaderos y el canal de llenado. o Inferior: hace las funciones de base y se realizan en ella parte de los canales de llenado.  Modelo: es una pieza que representa la geometría exterior de la pieza que se quiere realizar. Página 9 de 107 1.3 Etapas del moldeo Se describe las diferentes etapas que se realizan en el proceso de moldeo: Figura 1.2 La primera fase consiste en diseñar el molde y los elementos necesarios para el moldeo a partir de la pieza. A continuación se pasa a calcular las dimensiones de las cavidades, mazarotas, sistemas de alimentación… para la correcta fabricación de la pieza. Cuando ya se ha diseñado el molde se funde el material y se vierte en el interior del molde. Una vez que se ha solidificado se procede al desmoldado y a la limpieza de la superficie eliminando las partes sobrantes de la pieza. A continuación se realiza una inspección visual para comprobar que la pieza está en perfecto estado. En función del uso de la pieza se puede realizar algún tratamiento térmico o el mecanizado para mejorar sus propiedades. Desmoldado Diseño y fabricación de elementos del moldeo Fundir metal Preparar elementos de molde Moldeo Limpieza superficie Inspección Tratamiento térmico Mecanizado Página 16 de 107 Temperatura (ºC) Densidad (Kg/m3) 20 2675 100 2661 400 2599 500 2576 548 2565 560 2560 566 2554 570 2522 589 2511 601 2502 613 2481 750 2445 Tabla 3.4 Densidad en función de la temperatura Temperatura (ºC) Calor especifico (J/(Kg*K)) 20 919 100 940 200 965 300 991 400 1020 500 1045 548 1045 613 1045 750 1045 Tabla 3.5 Calor especifico en función de la temperatura Página 17 de 107 Temperatura (ºC) Conductividad térmica (W/(m*K)) 20 154 100 156 200 163 300 170 400 172 500 174 548 175 570 125 613 80 750 80 Tabla 3.6 Conductividad térmica en función de la temperatura La aleación AlSi7Mg destaca por su buena colabilidad en la fundición, tiene excelentes cualidades de soldabilidad y muestra una alta dureza dentro de los aluminios. Gracias a su buena dureza y soldabilidad combinado con una alta resistencia es muy usado para aplicaciones críticas. Esta aleación también permite ser tratada térmicamente lo que supone poder variar sus cualidades según el interés. También es muy usado para la decoración y adorno, ya que ofrece mucha facilidad para el pulido. Página 18 de 107 Capitulo 4: Manual usuario 4.1 Introducción QuikCast es un programa de simulación que nos permite el análisis del proceso de moldeado, incluyendo los efectos de llenado, solidificación y las propiedades mecánicas. 4.1.1 Glosario Estudio Es el diseño, el análisis y los datos de resultados de una simulación de análisis. Modelo Es el conjunto de piezas que forma el estudio. Superficie Es el componente básico del que está formado la malla. Región Es el conjunto de superficies. Volumen Es un conjunto de regiones. Malla de superficie Es una red estructurada en la el componente básico tiene forma de triángulo. Malla de volumen Es una red estructurada en la que el componente básico tiene forma de cubo. Archivo de trabajo Es el archivo donde se crea el modelo. Archivo de resultados Es el archivo que crea el programa una vez realizados los cálculos y es donde se analizan los resultandos obtenidos. Página 19 de 107 4.1.2 Entorno Al ejecutar QuikCast vemos una ventana con diferentes zonas: Figura 4.1 Cuando se abre un archivo se observa que tenemos nuevos menús disponibles: Figura 4.2 Área de trabajo Página 20 de 107 -Barra de menú: La barra de menú presenta todas las opciones disponibles para la preparación y resolución de un estudio -Barra de herramientas La barra de herramientas muestra los iconos de acceso directo a los parámetros de visualización y de configuración. Estas se pueden mover libremente por cualquier lugar de la ventana principal. -Área de trabajo El área de trabajo muestra gráficamente la pieza y permite modificar su visualización. -Barra de estado En la barra de estado se describen las operaciones en curso. Cámara - Para girar la vista, pulse y mantenga pulsada la ruleta y mueva el ratón. - Para acercar y alejar la vista, gire la ruleta hacia delante para alejar la vista y hacia atrás para acercar la vista. (también se pueden usar las teclas F2 y F3, pero en este caso el zoom es por pasos). - Para mover la vista, presione y mantenga pulsada la tecla Ctrl y la ruleta del ratón. - Para rotar la vista, pulse y mantenga pulsado la tecla Ctrl, la tecla Mayus y la ruleta del ratón. Menú contextual El menú contextual es el menú que sale cuando haces clic con el botón derecho en un punto del área de trabajo. Este menú nos muestra las siguientes opciones: - Show… y hide: Estas opciones permiten configurar la visualización del modelo actual. - Select/Deselect all: Esta opción permite seleccionar o deseleccionar todos los objetos del área de trabajo. - Labels: Esta opción permite mostrar u ocultar las etiquetas del modelo. - Delete Annotations: Esta opción permite borrar las anotaciones del modelo. - Edit Attributes: Esta opción permite modificar la visualización de nuestro modelo. Página 21 de 107 Barra de herramientas La barra de herramientas sirve para acceder rápidamente a los comandos más utilizados. El menú View -> Toolbars permite seleccionar las barras de herramientas que queremos mostrar u ocultar. Las barras que se tendrán que tener activas son las siguientes: Standard Crea un nuevo estudio. Abre un archivo de trabajo (“.Pmf”) o de resultados (“.MCO”) Guarda el modelo actual en “.Pmf”. Organiza todas las ventanas abiertas horizontalmente de manera que el modelo es completamente visible. Organiza todas las ventanas abiertas verticalmente de manera que el modelo es completamente visible. Organiza todas las ventanas en cascada de manera que el modelo puede ser total o parciamente visible. Especifica la selección de referencia para las herramientas que utilizan localizaciones más precisas. Muestra la ayuda en línea de QuikCast. Views Restaura las vistas personalizadas del modelo activo. Cambia la vista en los diferentes ejes. Página 22 de 107 Rendering Muestra el modelo activo con la malla de superficie. Muestra el modelo activo con las caras opacas. Muestra el modelo con las caras opacas y la malla de superficie. Muestra todas las partes del modelo traslucidas. Muestra cada cara como una superficie plana. Muestra los bordes de las caras redondeados. Ajusta la vista en perspectiva. Ajusta la vista en profundidad. Geometry Diseña el molde. Diseña la entrada en una superficie plana. Diseña formas en 2D y 3D. Página 23 de 107 4.2 Para empezar Debido a que QuikCast solo permite dibujar geometrías sencillas, lo más fácil y seguro, es realizar el diseño de la pieza en cualquier programa de dibujo, siempre y cuando sea posible guardar el archivo con la extensión ``.stl´´. Para evitar problemas de reconocimiento de volúmenes en fases posteriores, es aconsejable incluir en un único archivo de dibujo todas las partes del producto final que se obtiene: pieza propiamente dicha, sobraderos, bebedero y canal de alimentación. Sobraderos Bebedero Pieza Canal de alimentación Figura 4.3 Otra forma de realizar el diseño es dibujar el producto final por partes, pero para ello, hay que ubicar cada parte en el lugar donde situaría. Esto se debe a que el origen de referencia que asume QuikCast al importar los archivos, es el mismo origen que tenemos en el programa de dibujo. Respecto al bebedero, QuikCast sólo permite bebederos de forma cilíndrica o paralelepípeda. Como lo habitual es que tenga forma cónica, es necesario diseñarlo como parte de la pieza (ver figura 4.3). La cuestión es que de esta manera QuikCast no reconoce el bebedero como entrada, y hay que crear con el programa un volumen de entrada y conectarlo con dicho bebedero. Por ello, cuando se diseñe (dibuje) el bebedero en el programa de cad, resulta necesario recortar su altura original una cantidad, para que el volumen entrada de forma cilíndrica creado con QuikCast tenga una altura igual a la que se ha quitado de la original y un diámetro igual o inferior a la sección superior del bebedero dibujado. Una vez terminado el diseño de la pieza guardamos el archivo con la extensión “.stl”. Hay que tener en cuenta que QuikCast no permite realizar modificaciones en el dibujo una vez cargado, por lo que si es necesario realizar alguna modificación, hay que hacerlo en el archivo de diseño. Página 24 de 107 En el momento de guardar el archivo se deben comprobar las opciones de exportación. Para ello iremos a Opciones y comprobaremos que la Unidad de tolerancia esté en milímetros Figura 4.4 Página 25 de 107 4.3 Menús 4.3.1 Menú File El menú File proporciona las siguientes opciones: Figura 4.5 New Permite crear un nuevo estudio en una ventana nueva. Para crear un nuevo estudio hay que introducir el nombre del estudio, el programa creará una carpeta con ese nombre para guardar los archivos de trabajo y resultados, se elige la ubicación donde se crea el estudio y se selecciona el archivo de diseño que se quiere abrir. Aparece una pantalla donde se indica en que sistema y unidades se abre el archivo. Si la opción Automatic Mesh Fixing está activa se abre una ventana donde se indican los errores producidos en la malla de superficie al importar el archivo y nos permite solucionarlos automáticamente. Open… Abre en una nueva ventana un archivo de trabajo (“.PMF) o de resultados (“.MCO”). Close Cierra todas las ventanas activas. Import Importa la geometría de diferentes archivos con distintos formatos en la ventana actual. Para importar un nuevo archivo se selecciona Página 32 de 107 Domains Manager Permite crear, modificar o eliminar regiones y volúmenes del modelo. Figura 4.15 En esta ventana se puede observar los diferentes paneles. En el panel Volumes hay una lista que muestra los volúmenes que están disponibles, a la derecha hay unas flechas que permiten ordenarlos por orden de llenado, dejando al final los moldes. El panel Available Regions muestra una lista con todas las regiones que hay en el modelo, a la derecha hay unos botones que permiten modificar la lista de los volúmenes y de las regiones y asignarles el material correspondiente. El panel Automatic Volumen Detection permite crear los volúmenes automáticamente. El panel Material Inteface crea nuevas regiones en base a la definición de los materiales. El panel Status comprueba si están bien definidos los volúmenes y los materiales. Página 33 de 107 3D Grid/ Mesh Generation Permite dividir el modelo en cuadriculas a los largo de los ejes X, Y, Z y generar la malla de volumen sobre las piezas. Para realizar el mallado de la pieza deben estar seleccionados únicamente los volúmenes que pertenecen a la pieza y no los pertenecientes al molde. Aquí se puede definir el tamaño de la malla, indicara el número de celdas que ha creado, generara la malla y comprobara si se ha generado bien la malla. Figura 4.16 4.3.5 Menú Material Database El menú Model nos proporciona las siguientes opciones: Figura 4.17 Alloy Material… Muestra la base de datos de los materiales para la pieza. Mold Material… Muestra la base de datos de los materiales para el molde. Die Coating Material… Muestra la base de datos de materiales para recubrimientos. Página 34 de 107 4.3.6 Menú Process El menú Process nos proporciona las siguientes opciones: Figura 4.18 Gravity… Permite especificar el valor y la dirección de la gravedad. Dependiendo de cómo se haya realizado la pieza en Solid Edges la gravedad llevara una dirección por lo que se debe comprobar que la gravedad este definida en la dirección correcta. Input Data Check Permite acceder a la lista de las condiciones de contorno. Las condiciones de contorno que dispone QuikCast se dividen en hidráulicas y térmicas. A continuación se explican las condiciones hidráulicas: Initial Fluid Se utiliza para representar la llegada del metal por la entrada o definiendo un volumen inicial de fluido. Inlet Se utiliza para crear la alimentación del metal con una determina velocidad sin que se defina un volumen. Pressure Se utiliza para definir la presión en una región o volumen. Velocity Se utiliza para definir la velocidad de alimentación del metal. Piston Se utiliza para simular el desplazamiento del pistón en la cámara de inyección. Permeability Se utiliza para simular el escape del aire a través de la porosidad del molde. Air Venting Se utiliza para definir una salida de aire en el modelo. Filter Se utiliza para simular los efectos de filtrar con rejilla en el modelo. Ceramic Foam Filter Se utiliza para simular los efectos del filtro de espuma cerámica. Página 35 de 107 Region Roughness Se utiliza para tener en cuenta los efectos de la rugosidad sobre las paredes. Flow Paths Se utiliza para cambiar el color del flujo según va entrando en las secciones. Ahora se explican las condiciones térmicas: Temperature Se utiliza para definir la temperatura en una región o volumen. Heat Transfer Coefficient Se utiliza para definir el intercambio de calor interno. External Exchange Se utiliza para definir el intercambio de calor con el exterior. Implicit Mold Se utiliza para definir el efecto hidráulico y térmico en el molde sin el mallado. Die Coating Se utiliza para definir el efecto térmico debido a los recubrimientos del molde. Heat Flux Se utiliza para imponer un flujo de calor uniforme en una región. Thermal coefficients Se utiliza para definir los coeficientes de intercambio de calor. Exothermic Material Se utiliza para definir el material de aislamiento. Extended Regions Se utiliza para incrementar el intercambio de calor entre dos áreas. Air Gap Se utiliza para tener en cuenta la separación del aire en el intercambio térmico. Contact Resistance Se utiliza para imponer una resistencia térmica en una región. Cooling Se utiliza para simular el efecto de la refrigeración. Die Spray Se utiliza para definir los efectos térmicos debido al revestimiento de aire y agua en el moldeo a presión. Mold Opening Se utiliza para definir los efectos térmicos debido a las operaciones de apertura y cierre de un molde permanente. Página 36 de 107 Third Stage Effect Se usa para tener en cuenta el efecto de la presión residual durante la tercera etapa de procesos de fundición a baja y alta presión. Solidification Material Parameters… Permite modificar los parámetros de solidificación del material 4.3.7 Menú Standard Calculation En este menú tenemos las siguientes opciones: Figura 4.19 Output Parameters… Gestiona la frecuencia de salida y los puntos de seguimiento necesarios para los cálculos de resultados. Esta opción permite modificar los parámetros y las frecuencias de la salida de datos pudiendo elegir cuando recoge los datos en función del porcentaje de llenado o del tiempo dependiendo que sea más interesante para el análisis posterior. Control Parameters… Permite configurar los parámetros relacionados con la resolución. Calculation Start Gestiona las opciones para los cálculos de la solución. Aparece una ventana donde se elige el proceso que se realiza y permite configurar dichos parámetros. Página 37 de 107 Figura 4.20 Calculation Monitor… Comprueba el progreso de los cálculos. Figura 4.21 Página 38 de 107 4.3.8 Menú Advanced Calculation En este menú tenemos dos opciones: Figura 4.22 Risering Optimization Permite optimizar automáticamente el cálculo del diámetro que debe tener la entrada Robustness/Stochastic Analysis Permite administrar la robustez de los cálculos. 4.3.9 Menú Results El menú Results permite analizar los resultados obtenidos tras los cálculos. Este menú solo se encuentra disponible cuando se abre el archivo de resultados (“.MCO”). Para ello lo primero que se debe hacer es abrir el archivo de resultados con la extensión “.MCO” que se encuentra en la misma carpeta que el archivo de trabajo y para analizar mejor los resultados solo se abrirán los volúmenes que pertenecen a la pieza. En este menú nos encontramos las siguientes opciones: Figura 4.23 Mesh Correction Factors… Se usa para comprobar de forma visual el porcentaje de llenado afectado de cada celda de la malla. Filling/Solidification… Esta opción permite ver los resultados del llenado y la solidificación del modelo de forma animada. Se puede ver con diferentes opciones el llenado y la solidificación. Página 39 de 107 Figura 4.24 Figura 4.25 Process Synopsis… Nos muestra los resultados del proceso de fundición, de los cálculos de defectos y la solidificación de manera específica. Mechanical Properties… Se utiliza para calcular las propiedades mecánicas del material tras un tratamiento térmico. Curves… Muestra los resultados de los puntos añadidos en forma de curva en un gráfico. Particles Tracing… Esta opción superpone los resultados de una o varios puntos de nuestro modelo. Color Scale Parameters… Nos permite configurar los colores asociados a cada resultado. 4.3.10 Menú Tools En este menú nos encontramos las siguientes opciones: Figura 4.26 Página 40 de 107 Concat Comprime dos archivos de resultados. Para poder abrir el archivo necesitas extraerlo con la siguiente opción. Extract Extrae los archivos de resultados. Run Control Estima la memoria necesaria para resolver el proceso de llenado o de solidificación. A356/357 AlSi7Mg0.3/0.6 Heat Treatment Advisor Permite estimar las propiedades mecánicas después de un tratamiento térmico. Thermal Interpolation Permite interpolar entre los archivos que tienen diferentes resultados de mallado. Calculation Script Permite encadenar diferentes resultados. Surface, Volume & Mass Calcula el volumen, la superficies y la masa de los objetos seleccionados. Project Cleaner Permite limpiar los archivos temporales generados durante los cálculos. 4.3.11 Menú Options En este menú nos encontramos las siguientes opciones: Figura 4.27 Camera… Activa la cámara cuando el ratón se mueve por una ventana del programa. File Extensions… Especifica por defecto las extensiones del nombre del archivo. Graphics… Establece las preferencias gráficas del modelo activo. Página 41 de 107 Chart… Establece las preferencias de estilo de gráficos del modelo activo. Executable Locations… Define la ubicación del generador de mallas. User Database… Define el nombre y la ubicación de la base de datos del material usado por defecto. Study Location… Define la ruta predeterminada para la ubicación de un nuevo estudio. 4.3.12 Menú Window En este menú tenemos las siguientes opciones: Figura 4.28 New Window Abre una nueva ventana que muestra el modelo activo en su orientación predeterminada. Cascade Organiza todas las ventanas abiertas una detrás de otra mostrando la barra del título. Tile Horizontal Organiza todas las ventanas del modelo abierto en forma horizontal desde la parte superior a la parte inferior del área gráfica y cambia el tamaño de cada uno de ellos a fin de que todos ellos sean completamente visibles. Tile Vertical Organiza todas las ventanas del modelo abierto en forma vertical desde la parte lateral del área gráfica y cambia el tamaño de cada uno de ellos a fin de que todos ellos sean completamente visibles. Arrange Icons Organiza las ventanas minimizadas del modelo a lo largo de la parte inferior de la ventana. 1… Aparecen todas las ventanas abiertas. El icono muestra la ventana activa. Página 48 de 107 En esta ventana tenemos las opciones geométricas y de ubicación de la entrada dividido en los siguientes apartados:  Shape name: permite modificar el nombre que se le asigna a la entrada. En este caso dejamos el nombre que aparece por defecto.  Shape: permite elegir la forma de la entrada que queremos crear y sus dimensiones en mm. Seleccionamos la opción Cylinder e introducimos: o Diámetro 8 o Altura 5 En este caso escogemos este diámetro porque, en realidad, el fluido no entra por toda la superficie sino solo por una zona. De esta forma podemos realizar una simulación del llenado más cercana a la realidad. La altura del cilindro es porque se ha recortado el bebedero 5 mm.  Location: permite definir las coordenadas de la ubicación de la entrada. Estas coordenadas hacen referencia al punto central de la base de la entrada. Como muestra el punto rojo de la figura 5.9 Figura 5.9 Para colocar la entrada pinchamos en la zona donde se quiera situar la entrada y, a continuación introducimos las siguientes coordenadas; X=58, Y=50 y Z=65. Estas coordenadas se obtienen desde el origen de referencia de la pieza hasta la parte superior del bebedero. Hemos elegido esas coordenadas para que el fluido caiga primero en la conicidad del bebedero, para evitar que la colada caiga directamente en fondo del canal de alimentación. Se puede elegir cualquier punto, siempre y cuando la entrada este dentro de la parte superior del bebedero.  Connected region mesh: esta opción permite conectar la pieza con la entrada. Tenemos que activar esta opción puesto que queremos unir la entrada con el bebedero.  Reverse orientation: permite cambiar la dirección de la orientación de la entrada. Activamos esta opción si la orientación de la entrada es la opuesta a la que queremos. Esto quiere decir si activa la entrada en vez de hacer la entrada hacia afuera de la pieza, se hace hacia dentro de la pieza. Para crear la entrada haremos clic en el botón Apply. Página 49 de 107 La entrada está formada por tres región: Bottom(tapa del cilindro), Core (cara lateral del cilindro) y Top(base del cilindro). Para comprobar que se han creado iremos al menú View -> Selection list. Aquí aparecerán las tres regiones que forman la entrada. Figura 5.10 En el caso de que nos hayamos equivocado en la definición de cualquier parámetro de la entrada, tenemos que borrar la entrada y volver a crearla ya que no se puede modificar. Para borrar la entrada iremos al menú View -> Selection list y seleccionamos las tres regiones pertenecientes a la entrada. Una vez seleccionadas le damos al botón Add y, a continuación le damos a la tecla Suprimir. Entonces aparece un mensaje de confirmación para borrar dichas superficies, le damos a Delete y se borrara la entrada. Una vez borrada la entrada, aparece un agujero en la malla del bebedero ya que ambas piezas estaban conectadas. Para reparar la malla del bebedero, iremos al menú Model -> Mesh Repair -> Automatic Mesh Fixing, apareciendo la siguiente ventana: Figura 5.11 Página 50 de 107 Esta opción permite reparar automáticamente la malla. A continuación hacemos clic en Check Mesh Quality para ver los fallos que tiene la malla de la pieza. Una vez comprobados los errores se hace clic en el botón Fix y la malla se repara automáticamente. Ahora que se ha reparado la pieza se vuelve a crear la entrada. En algunas ocasiones no podemos colocar la entrada en el punto que queremos. Para solucionarlo, pinchamos en otros puntos de la cara. Realizamos esta acción hasta que podamos crear la entrada donde se quiera. Luego, volvemos a introducir las coordenadas de su ubicación. Si aun así no se ha solucionado, salimos del menú Inlet y volvemos a entrar. Empezaremos de nuevo a crear la entrada. En otras ocasiones, al reparar la malla con la opción Fix, se produce una deformación en la pieza. Si ocurre esto tenemos que borrar e importar la pieza ya que no se puede solucionar. 5.4 Creación del molde Para crear el molde vamos al menú Model -> Mesh Basic Shapes -> Mold o hacemos clic en el icono . El programa considera molde a la caja exterior del molde real, de manera que para definir sus dimensiones, supone que es un paralelepípedo y se introducen las coordenadas de los puntos extremos respecto al origen de coordenadas del programa. Figura 5.12 Teniendo en cuenta que las dimensiones del molde son 150 x 150 x 140mm, para introducir las posiciones extremas, hay que tener en cuenta donde está situado el origen de coordenadas (ver Figura 5.12). El resultado se muestra en la figura 5.13. Página 51 de 107 Figura 5.13 Introducidas las medidas, hacemos clic en Apply para crear el molde. Si antes de cerrar esta ventana se observa algún error en las dimensiones del molde se puede corregir. Para ello haremos clic en el botón Undo para deshacer el molde. Si vamos al menú View -> Selection List observamos que ahora se ha creado la siguiente región perteneciente al molde: MOLD_SURFACE_1. Como en casos anteriores, una vez cerrada la ventana de creación de molde observamos algún fallo en el molde, éste no se puede modificar, por lo que hay que eliminarlo. Para ello haremos igual que para borrar la entrada pero ahora seleccionamos la región MOLD_SURFACE_1. 5.5 Creación de volúmenes Los volúmenes son cada una de cavidades cerradas que forman las regiones. Para crear los volúmenes iremos al menú Model -> Domains Manager, apareciendo la siguiente ventana: Página 52 de 107 Figura 5.14 En nuestro caso solo utilizamos la pestaña Volumes, puesto que solo crearemos los volúmenes. Esta pestaña está dividida en seis partes:  Volumes: está situada en la parte superior izquierda, muestra el listado con los volúmenes existentes.  Available Regions: está situada en la parte superior derecha, muestra el listado de las regiones disponibles o superficies que se han ido creando o añadiendo.  Automatic volumen detection: está situada en la parte inferior izquierda, muestra diferentes opciones para crear de forma automática los volúmenes.  Material Interface: está situada en la parte inferior derecha y muestra el interfaz de materiales de los volúmenes que se creen. Inicialmente, y mientras no haya volúmenes creados, esta opción estará desactivada.  Status: está situada en la parte inferior, este apartado nos indica si los volúmenes y materiales están bien definidos.  Por último, en la parte superior derecha, tenemos el panel que nos permite crear, borrar y modificar los volúmenes de manera manual y el definir los materiales. Para crear los volúmenes, intentaremos que el programa los reconozca de manera automática. Para ello, lo primero es asegurarnos que en el apartado Automatic volume detection, Connected Regions Mesh está seleccionada la opción No, ya que esta opción permite conectar todas las regiones del modelo, creando así un único volumen. A continuación, y dentro del apartado apartado Automatic volume detection, activamos la casilla Create Contact Region Esta opción permitirá crear las regiones de contacto entre todas las piezas del modelo. Luego hacemos clic en el botón para crear los volúmenes. Antes de crear los volúmenes, el programa Página 53 de 107 redefinirá las regiones existentes y creará unas regiones nuevas en las zonas de contacto entre regiones. A continuación se crean los volúmenes en función de las nuevas regiones. Figura 5.15 También aparece una ventana que permite conservar la definición de las antiguas regiones. Si no borramos las antiguas regiones, estas siguen apareciendo pero no tienen ninguna relación con los volúmenes. En nuestro caso, hacemos clic en Remove ya que no queremos conservarlas. Figura 5.16 Ahora, en el apartado Volumes aparecen los volúmenes que se han creado. Se pueden observar tres volúmenes que pertenecen a la entrada, la pieza y al molde. Para visualizar si están bien los volúmenes, utilizamos los botones situados encima de la lista de volúmenes. Si se hace clic en cualquier volumen se observan las regiones que conforman el volumen ya que aparecen sombreados en la lista de regiones. El volumen 1 es la entrada (Figura 5.17), el volumen 2 es la pieza (Figura 5.18) y el volumen 3 es el molde (Figura 5.19). Página 54 de 107 Figura 5.17 Figura 5.18 Figura 5.19 Es conveniente cambiamos el nombre genérico de los volúmenes para distinguirlos fácilmente. Para ello hay que seleccionar el volumen y hacer clic en el botón Rename, aparece una ventana donde escribimos el nuevo nombre. Figura 5.20 El siguiente paso es asignar el material para cada volumen. Para ello se selecciona el volumen Molde y haciendo clic en Material y aparece la siguiente ventana: Página 55 de 107 Figura 5.21 En el apartado Volume Type se selecciona Mold y en Material List elegimos el material. En nuestro caso es GREEN_SAND, dado que el molde es de arena. Luego hacemos clic en Ok Para seleccionar el material de la pieza, se selecciona el volumen pieza y en el apartado Volume Type se selecciona Alloy. En Material List se elige el material, que en nuestro caso es AlSi7Mg, y se hace clic en Ok. A continuación aparece un mensaje diciendo que todos los volúmenes restantes también serán del mismo material. Figura 5.23 Figura 5.22 Por último hay que ordenar los volúmenes por el orden de llenado, dejando al final los volúmenes pertenecientes al molde. En este caso se ordena de la siguiente manera: entrada, pieza y molde. Página 56 de 107 Figura 5.24 Comprobamos en el panel de Status que los volúmenes y los materiales se encuentren bien definidos si aparece en ambos un tic verde. Figura 5.25 Página 57 de 107 5.6 Generar la malla La siguiente etapa es generar la malla de la pieza. Esta malla la utiliza QuikCast para la simulación del llenado y solidificación de la pieza. Por este motivo, conforme la malla sea más pequeña, más precisos serán los resultados pero más tiempo tardará el programa en realizar los cálculos. Para ello vamos al menú Model -> 3D Grid/Mesh Generation y aparece la siguiente ventana: Figura 5.26 En esta ventana, si queremos que la generación de malla sea de forma automática (como es el caso), activaremos la pestaña Auto. Aunque la generación es automática, se puede modificar el tamaño de la malla. Para ello, está la opción Uniform, que es la seleccionada, para que realice una división uniforme de la malla en los 3 ejes. Si queremos que cada eje sea diferente, seleccionaremos Advanced. En el apartado Select volumen, hay que seleccionar de la lista de todos los volúmenes aquellos que pertenezcan solo a la pieza, que en nuestro caso son entrada y pieza. Página 64 de 107 Figura 5.33 En el apartado Condition elegimos la opción Imposed. De esta forma se mantendra esa temperatura durante toda la etapa que elijamos. El apartado Temperature definition muestra el valor de la temperatura. Esta temperatura se puede definir de dos formas: si elegimos el botón tendrá un valor fijo; si elegimos el botón podemos introducir una ecuación, de esta manera tendrá un valor variable. Esta temperatura, por defecto, tiene un valor que viene definido por el material de la aleación. En nuestro caso dejamos el valor por defecto. En el apartado Applies to activamos solo la opción Filling ya que, queremos aplicar esa temperatura solo durante el proceso de llenado. A continuación, y dado que el área de trabajo es la entrada, comprobamos que en el apartado Object, está seleccionada la opción Entrada, y le damos a OK. o External Exchange: esta condición permite indicar la transferencia de calor que se produce entre el molde y el exterior. Para introducir esta condición, seleccionamos la condición y le damos al botón derecho del ratón. Luego elegimos la opción ADD para añadir una nueva condición y aparecerá la siguiente ventana: Página 65 de 107 Figura 5.34 En el apartado External Temperature se muestra el valor en ºC de la temperatura exterior. En nuestro caso elegimos el valor de 20ºC. En Material Emissivity se muestra el valor del coeficiente de emisividad que tiene el material del molde con el exterior. Este coeficiente es un numero adimensional. El valor de la emisividad, por defecto, viene dado por el material del molde. En nuestro caso dejamos el valor por defecto. En el apartado Applies to activamos la opción Filling y Solidification ya que, el intercambio de calor afecta a las dos etapas. En el apartado Type of Exchange se puede elegir el tipo de intercambio que se tiene en cuenta. En nuestro caso elegimos la opción Radiation and Convection puesto que se producen ambos tipos en nuestra pieza. Por último, seleccionamos la región exterior del molde, es decir, en Region List tiene que estar seleccionada EXFT-Molde. Le damos a OK. o Contact Resistance: esta condición se utiliza para imponer la resistencia térmica que se produce por estar en contacto una región. Para introducir esta condición, seleccionamos la condición y le damos al botón derecho del ratón. Luego elegimos la opción ADD para añadir una nueva condición y aparecerá la siguiente ventana: Página 66 de 107 Figura 5.35 En el apartado Resistance or HTC permite elegir el tipo de contacto que se produce. Dependiendo de la opción elegida las unidades varían. Estas unidades aparecen en cada apartado. En nuestro caso, elegimos la opción Resistance ya que el intercambio de calor se produce por una resistencia térmica. El valor que se muestra viene dado por defecto dependiendo del material de la pieza. Este valor se puede definir de dos formas: si elegimos el botón tendrá un valor fijo; si elegimos el botón podemos introducir una ecuación, de esta manera tendrá un valor variable. En nuestro caso dejamos el valor por defecto. En el apartado Applies to activamos solo la opción Filling ya que, queremos aplicar esa condición solo durante el proceso de llenado. A continuación vamos al área de trabajo y seleccionamos la pieza. Comprobamos que en el apartado Regions esté seleccionada la opción EXFT-Pieza y le damos a OK. 5.8 Cálculos de resultados A continuación iniciamos los cálculos de los resultados. Para ello iremos al menú Standard Calculation -> Calculation Start y aparece la siguiente ventana: Página 67 de 107 Figura 5.36 En esta ventana elegimos la pestaña Filling and Solidification puesto que queremos obtener los cálculos para el llenado y la salificación. Esta ventana muestra los siguientes apartados:  Calculation type: permite elegir el método de cálculo y las temperaturas iniciales. En nuestro caso elegimos la opción Standard calculation. Introducimos el valor 20ºC tanto para el molde como para la cavidad del molde.  Stop Filling Criteria: sirve para definir los parámetros de parada para los cálculos de llenado. Los cálculos se paran cuando hayamos sobrepasado el tiempo de llenado o cuando sobrepasemos el porcentaje de llenado que previamente hemos introducido en este panel. En nuestro caso dejamos los valores por defecto.  Stop Solidification Criteria: sirve para definir los parámetros de parada para los cálculos de solidificación. Los cálculos se paran cuando sobrepasemos el tiempo se solidificación o la temperatura sea inferior a la que previamente hemos introducido en este panel. En nuestro caso dejamos por defecto el valor del tiempo máximo. Solo se cambia la temperatura máxima a 200 ºC.  Options: en este aparatado seleccionamos la opción None ya que se trabaja en una fundición por gravedad. En el resto de apartados dejamos las opciones que vienen por defecto. Una vez que ya hemos introducido todos los parámetros le damos al botón Run. A continuación QuikCast empezará a realizar los cálculos. Aparecerá la siguiente ventana que indicara los progresos que llevan los cálculos para cada proceso. Página 68 de 107 Figura 5.37 Una vez que los cálculos han terminado aparece un mensaje indicando que han finalizado. El programa creara un archivo de resultados donde solo aparecen los resultados. Este archivo mantiene el mismo nombre del estudio pero tiene la extensión ``.mco´´. 5.9 Resultados Una vez que se han completado los cálculos tanto de llenado como de solidificación el último paso es ver los resultados. Para ello, abrimos el archivo de resultados creado por el programa. Para ello vamos al menú File -> Open y seleccionamos el archivo con extensión “.mco”. El programa crea el archivo con el mismo nombre que el estudio. Aparece una ventana donde elegimos los volúmenes que queremos abrir. Para ello seleccionamos la pieza y la entrada y dejamos marcada la opción Use Smoothing Mesh. Si no marcamos esta opción la pieza se abrirá con la forma de la malla. Página 69 de 107 Figura 5.38 Una vez que hemos abierto el archivo iremos al menú results. Ahora en este menú ya están disponibles todas las formas de ver los resultados. Si vamos al menú results -> Mesh Correction Factors… aparecerá una ventana (ver figura 5.39) en la que eligiendo la opción volumen, muestra el porcentaje de aleación que tiene cada celda de la malla de volumen que habíamos creado. Figura 5.39 Página 70 de 107 Figura 5.40 Si vamos al menú el Filling / Solidification aparece una ventana que permite ver las distintas etapas de los procesos de llenado y de solidificación de la pieza. En la opción Type seleccionamos el proceso que queremos ver; en Results Type elegimos la variable a analizar; y si se encuentra activada la opción de Show Liquid, se pueden ver las zonas con líquido. Se pueden activar o desactivar en función de los procesos que se quieran ver. Figura 5.41 Página 71 de 107 Si elegimos el proceso de llenado (Filling) tenemos las siguientes opciones:  Fill Rate: muestra el llenado de la pieza.  Temperature: muestra la temperatura durante el llenado.  Pressure: muestra la presión en la pieza durante el llenado.  Velocity: muestra la velocidad del flujo durante el llenado.  Fill time: muestra que partes se han llenado durante un determinado tiempo. Si elegimos el proceso de solidificación (Solidification) tenemos las siguientes opciones:  Liquid Fraction: muestra la parte liquida que hay en la pieza.  Temperature: muestra la temperatura durante la solidificación.  Shrinkage: muestra la contracción que se producen en la pieza.  Solid Fraction: nos muestra la parte solida que hay en la pieza. Para ver los resultados, podemos ir fijando en cada una de las etapas seleccionado la etapa que queremos ver en la lista de la derecha. También podemos seleccionarla todas y con la opción multiple state y dándole al botón generate movies podemos verlo en forma de video. Si queremos guardar el video activaremos la opción create an AVI File. Hacemos clic en generate. Figura 5.42 Si vamos al siguiente menú results -> process Sypnosis aparecerá la siguiente ventana: Figura 5.43 Página 72 de 107 En esta pantalla se puede elegir los resultados que queremos analizar:  Defects: muestra los resultados relacionados con los cálculos de predicción de defecto. o Shrinkage: proporciona información sobre la contracción en la aleación. Se observa las contracciones que sufre la pieza cuando ya se ha solidificado (ver figura 5.44). Figura 5.43 o Dendritic Arm Spacing: informa sobre la micro estructura de la aleación. o Niyama Criterion: calcula según el criterio de Niyama. Informa sobre la porosidad de la aleación. o Solidifiction Rate: calcula la velocidad de enfriamiento. o Volume Fraction of Gas Porosity: proporciona información acerca de la micro porosidad del gas  Solidification: muestra los resultados con el final de los cálculos de la solidificación. o Time to Solidus: proporciona el tiempo que necesita la aleación para alcanzar la temperatura de solido o End of Calculation temperature: proporciona información sobre la temperatura el final de los cálculos. o Time to Critical Solid Fraction: proporciona el tiempo que necesita la aleación para alcanzar el valor crítico de la fracción solida. o Time to Eutectic Temperature: tiempo que tarda la aleación en alcanzar la temperatura eutéctica. Página 73 de 107 o Temperature Gradient at Eutectic Temperature: informa sobre los gradientes termicos en la aleación a la temperatura eutéctica. o Temperature Gradient at Solidus – Degrees Celsius: informa sobre los gradientes térmicos en la aleación en la fase sólida. o Local Cooling Rate: informa sobre la velocidad de enfriamiento o Solidification Time: muestra el tiempo de solidificación. En esta opción se muestra de forma grafica cuanto tiempo tarda en solidificase cada zona de la pieza (ver figura 5.44). Figura 5.44 En la opción Style podemos cambiar la forma de visualizar los resultados de la pieza. Página 80 de 107 Figura 6.14 En el apartado Volume Type seleccionamos la opcion Mold. A continuación elegimos el material del molde en la lista Material List. En nuestro caso elegimos GREEN_SAND. Luego hacemos clic en Ok. Para seleccionar el material de la pieza se selecciona el volumen Entrada (Figura 6.15). En el apartado Volume Type elegimos Alloy. Luego, en Material List, eligemos el material AlSi7Mg y hacemos clic en Ok. A continuación aparecerá un mensaje (Figura 6.16) que nos informa que va a asignar el mismo material al resto de volúmenes. Figura 6.15 Figura 6.16 Por último ordenamos los volúmenes por orden de llenado, dejando al final los volúmenes pertenecientes al molde (Figura 6.17). En este caso se ordena de la siguiente manera: entrada, pieza y molde. Página 81 de 107 Figura 6.17 Comprobamos en el panel de Status (Figura 6.18) que, los volúmenes y los materiales, se encuentren con un tic verde. Esto nos indica que ambos se han realizado de forma correcta. Figura 6.18 6.5 Generación de la malla A continuación generamos la malla de la pieza. Para ello vamos al menú Model - > 3D Grid/Mesh Generation y aparece la siguiente ventana: Página 82 de 107 Figura 6.19 En esta ventana elegimos la pestaña Auto. Luego iremos al apartado Grid y seleccionamos la opción Uniform. A continuación comprobamos que, en Select volumen, solo estén seleccionados los volúmenes Pieza y Entrada. A continuación dejamos los valores que aparecen por defecto en las siguientes casillas: Average Size, Max Size, Max Growth Rate y Min Size. Luego le damos al botón Apply. Si se ha realizado de forma correcta, en el apartado Numbers of Cells(Figura 6.20) aparecerá: el número de celdas en los que va a dividir a las piezas y un tic verde. Figura 6.20 Página 83 de 107 A continuación vamos al apartado Mesh Generation (Figura 6.21) y le damos al botón Run para generar la malla. Una vez terminada, aparece Mesh completed y la barra en color verde con un porcentaje al 100%. Para finalizar le damos a Close. Figura 6.21 6.6 Imposición de las condiciones de contorno 6.6.1 Gravedad El primer punto en las condiciones de contorno, es comprobar la dirección que lleva la gravedad. En nuestro caso es importante este apartado puesto que realizamos un llenado por gravedad Para ello vamos al menú Process -> Gravity y aparece la siguiente ventana: Figura 6.22 Vamos al apartado Direction y elegimos la dirección Positive Z. Luego iremos al apartado Constant Gravity y comprobamos que el valor de la gravedad sea -9.81 m/s2. Para terminar le damos a Ok. 6.6.2 Condiciones de contorno A continuación definimos las condiciones de contorno del modelo. Estas condiciones permiten imponer límites en el modelo virtual para que se asemeje al modelo real. Página 84 de 107 Figura 6.23 Existen dos tipos de condiciones de contorno: las hidráulicas y las térmicas. Las condiciones hidráulicas hacen referencia a las condiciones del fluido. Las condiciones térmicas hacen referencia a las propiedades que tienen que ver con las temperaturas, intercambio de calor, etc. Para sacar la lista con las condiciones de contorno iremos al menú Process -> Input Data Check. Aparecerá en la parte izquierda del área de trabajo una lista con todas las condiciones disponibles.  Condiciones hidráulicas En nuestro caso vamos a introducir las siguientes condiciones: Initial Fluid, Velocity, Permeability y Region Roughness. En todas las condiciones se puede introducir el nombre de la condición en el apartado Name. En nuestro caso no modificamos el nombre a ninguna condición. o Initial fluid: esta condición permite indicar el lugar por donde se inicia el llenado. Para introducir esta condición, seleccionamos la condición y le damos al botón derecho del ratón. Luego elegimos la opción ADD para añadir una nueva condición y aparecerá la siguiente ventana: Página 85 de 107 Figura 6.24 En el apartado Fluid fraction introducimos el valor 100. Luego seleccionamos la opción Imposed. A continuación vamos al área de trabajo y seleccionamos la entrada con el botón izquierdo del ratón. Comprobamos que en el apartado Volume list este seleccionada la Entrada y le damos a OK. o Velocity: esta condición permite imponer la velocidad de llenado. Para introducir esta condición, seleccionamos la condición y le damos al botón derecho del ratón. Luego elegimos la opción ADD para añadir una nueva condición y aparecerá la siguiente ventana: Figura 6.25 En el apartado Velocity introducimos el valor 0.5 m/s. A continuación vamos al área de trabajo y seleccionamos, con el botón izquierdo del ratón, la parte superior de la entrada. Comprobamos que en el apartado Region list este seleccionada la opción INTF-Entrada-Molde y le damos a OK. Página 86 de 107 o Permeability: esta condición permite simular el escape del aire a través del molde. Para introducir esta condición, seleccionamos la condición y le damos al botón derecho del ratón. Luego elegimos la opción ADD para añadir una nueva condición y aparecerá la siguiente ventana: Figura 6.26 En el apartado Permeability GF Index dejaremos el valor que aparece por defecto. A continuación vamos al apartado Average Mold thickness e introducimos el valor de 30 cm. Luego vamos al área de trabajo y seleccionamos la parte exterior de la pieza. Para finalizar comprobamos que, en el apartado Region List, está seleccionada la opción EXTF-Pieza y le damos a OK. o Region Roughness: esta condición permite simular la rugosidad que hay en el interior del molde. Para introducir esta condición, seleccionamos la condición y le damos al botón derecho del ratón. Luego elegimos la opción ADD para añadir una nueva condición y aparecerá la siguiente ventana: Página 87 de 107 Figura 6.27 En el apartado Roughness Index dejamos el valor que aparece por defecto A continuación vamos al área de trabajo y seleccionamos, con el botón derecho del ratón, la parte exterior de la pieza. Comprobamos que en el apartado Region List este seleccionada la opción EXTF-Pieza y le damos a OK.  Condiciones térmicas En nuestro caso vamos a introducir las siguientes condiciones: Temperature, External Exchange y Contact Resistance. En todas las condiciones se puede introducir el nombre de la condición en el apartado Name. En nuestro caso no modificamos el nombre a ninguna condición. o Temperature: esta condición permite indicar la temperatura que va a tener la entrada. Para introducir esta condición, seleccionamos la condición y le damos al botón derecho del ratón. Luego elegimos la opción ADD para añadir una nueva condición y aparecerá la siguiente ventana: Página 88 de 107 Figura 6.28 En el apartado Condition elegimos la opcion Imposed. A continuación, en el apartado Temperature definition, dejamos el valor que aparece por defecto. Luego vamos al apartado Applies to y activamos solo la opción Filling. A continuación vamos al área de trabajo y seleccionamos, con el botón derecho del ratón, la entrada. Por último comprobamos que, en el apartado Object, este seleccionada la opción Entrada y le damos a OK. o External Exchange: esta condición permite indicar la transferencia de calor que se produce entre el molde y el exterior. Para introducir esta condición, seleccionamos la condición y le damos al botón derecho del ratón. Luego elegimos la opción ADD para añadir una nueva condición y aparecerá la siguiente ventana: Figura 6.29 Página 89 de 107 Vamos al apartado External Temperature e introducimos el valor de 20ºC. En el apartado Material Emissivity dejamos el valor que aparece por defecto. A continuación iremos al apartado Applies to y activamos la opción Filling y Solidification. Luego vamos al apartado Type of Exchange y elegimos la opción Radiation and Convection. A continuación vamos al área de trabajo y, con el botón izquierdo del ratón, seleccionamos el molde. Comprobamos que, en el apartado Region List, este seleccionada la opción EXFT-Molde y le damos a OK. o Contact Resistance: esta condición se utiliza para imponer la resistencia térmica que se produce por estar en contacto una región. Para introducir esta condición, seleccionamos la condición y le damos al botón derecho del ratón. Luego elegimos la opción ADD para añadir una nueva condición y aparecerá la siguiente ventana: Figura 6.30 Vamos al apartado Resistance or HTC y elegimos la opción Resistance. En nuestro caso dejamos el valor que aparece por defecto. Luego iremos al apartado Applies to y activamos solo la opción Filling . A continuación vamos al área de trabajo y, con el botón izquierdo del ratón, seleccionamos la pieza. Comprobamos que en el apartado Regions este seleccionada la opción EXFT-Pieza y le damos a OK. Página 96 de 107 Capitulo 7: Variaciones del molde En este capítulo se explican los procesos de llenado y de solidificación que se realizan y un posterior análisis de los resultados. Se realizan diferentes pruebas para ver como se llena, se solidifica y la evolución de las temperaturas para evitar que se produzcan defectos en la pieza. 7.1 Primer molde En la primera simulación realizamos el llenado de la pieza por medio de un canal de alimentación. Sobraderos Bebedero Canal de alimentación Figura 7.1 Se trata de observar cómo se llena el molde y como se solidifica. Se representa el proceso de llenado donde el flujo de metal es representado por el color rojo, la parte de color gris es la pieza. Página 97 de 107 Figura 7.2 Se observa en llenado de la pieza ya que el flujo de material en la entrada de la pieza es continuo. Durante el proceso de solidificación el metal líquido está representado por el color rojo, la pieza es representada por el color gris. Figura 7.3 Página 98 de 107 Se puede observar en la solidificación que lo último que se solidifica se encuentra en el interior se la pieza. Esto da lugar a la aparición de rechupes o distorsiones en el interior de la pieza ya que los sobraderos no pueden aportar el material para compensar la contracción del aluminio. 7.1 Segundo molde En la segunda simulación realizamos el llenado de la pieza por el bebedero situado en el eje grande. Bebedero Sobradero Figura 7.4 En esta simulación se realiza para observar cómo se llena la pieza y su evolución durante el enfriamiento. Ahora se analiza el proceso de llenado donde el flujo de metal se representa por el color rojo, la parte de color gris es la pieza. Página 99 de 107 Figura 7.5 Se observa que al comienzo del llenado debido a la colocación de la entrada la colada choca con el macho se puede producir salpicaduras lo que puede dar lugar a la aparición de gotas frías. Durante el proceso de solidificación el metal líquido está representado por el color rojo, la pieza es representada por el color gris. Página 100 de 107 Figura 7.6 Se puede observar que la solidificación se produce antes por el eje pequeño debido a que es la zona más alejada de la entrada. También se observa que la solidificación del material por el bebedero y la mazarota se produce antes que en la pieza quedando bolsas de líquido en el interior de la pieza. Esto da lugar a la aparición de rechupes o distorsiones en el interior de la pieza ya que la mazarota no puede aporta material para compensar la contracción del aluminio. 7.1 Tercer molde En la tercera simulación realizamos el llenado de la pieza por el bebedero situado en el eje pequeño. Sobradero Bebedero Figura 7.7 En esta simulación se observa si se ha producido algún cambio en el llenado o en la solidificación. Se representa el proceso de llenado donde el flujo de metal es representado por el color rojo, la parte de color gris es la pieza. Página 101 de 107 Figura 7.8 Se observa que durante el llenado debido a la colocación de la entrada, la colada choca con el macho por lo que se puede producir salpicaduras lo que puede dar lugar a la aparición de gotas frías. Durante el proceso de solidificación el metal líquido está representado por el color rojo, la pieza es representada por el color gris. Página 102 de 107 Figura 7.9 En este caso se observa que la solidificación empieza por el eje grande que igual que en la simulación anterior se trata de la zona más alejada de la entrada. Se observa que la solidificación del material por el bebedero y el sobradero se produce antes que en la pieza quedando bolsas de líquido en el interior de la pieza. Esto da lugar a la aparición de rechupes o distorsiones en el interior de la pieza ya que la mazarota no puede aporta material para compensar la contracción del aluminio. Página 103 de 107 7.4 Cuarto molde En la cuarta simulación realizamos el llenado de la pieza por medio de un canal de alimentación al cual se ha aumentado de tamaño. Sobradero Bebedero Canal de alimentación Figura 7.10 En esta cuarta simulación se trata de mejorar la solidificación aumentando de tamaño en el canal de alimentación para evitar una solidificación prematura de la pieza. Se representa el proceso de llenado donde el flujo de metal es representado por el color rojo, la parte de color gris es la pieza. Página 104 de 107 Figura 7.11 Durante el llenado no se aprecia ninguna mejora respecto a la primera simulación. Durante el proceso de solidificación el metal líquido está representado por el color rojo, la pieza es representada por el color gris. Figura 7.12 Página 105 de 107 Se observar una mejoría en la solidificación del material debido a que no es tan prematura la solidificación en el canal de alimentación pero aun no es suficiente dado que en la parte central de la pieza aun queda metal líquido. Esto puede dar lugar a la aparición de rechupes o distorsiones en el interior de la pieza ya que la mazarota no puede aporta material para compensar la contracción del aluminio.