شبيه‌سازي عددي تاريخچه دمايي در قالب و قطعه ريختگي طي فرآيندريخته‌گري گريز از مركز افقي لوله هاي چدن نشكن

Numerical simulation of thermal history in moldand casting during horizontal centrifugal casting of ductile iron pipes

لوله‌هاي چدن نشكن كاربرد وسيعي در شبكه‌هاي مدرن آب آشاميدني و فاضلاب دارند. اين لوله‌ها اغلب به روش ريخته‌گري گريز از مركز افقي توليد مي‌شوند. در تحقيق حاضر از بسته نرم‌افزاري انسيس به منظور ‌شبيه‌سازي حرارتي فرآيند ريخته‌گري اين لوله‌ها بر مبناي روش اجزا محدود، استفاده شده است. اين شبيه‌سازي شامل به دست آوردن تاريخچه توزيع دما در قالب و مذاب طي چرخه‌هاي دمايي مختلف مي‌باشد. در اين تحليل تغيير فاز ناشي از انجماد، تابعيت خواص ترمو فيزيكي مواد با دما، ضريب انتقال حرارت در مرز مشترك مذاب- قالب ناشي از پوشش قالب و فاصله هوايي و شرايط مرزي حرارتي‌ متناسب با شرايط عملي درنظر‌‌ گرفته‌ شده است. در اين مقاله، فرآيند مذاب‌ريزي توسط ناودان متحرك نيز، شبيه‌سازي شده و توزيع گذراي دما در سرتاسر بدنه اصلي قالب و لوله به دست آمده است. نتايج حل حرارتي فرآيند ريخته‌گري با نتايج آزمايشگاهي انجام شده در اين تحقيق و نتايج تجربي ارايه شده توسط ديگر محققان مقايسه شده كه تطابق خوبي را نشان مي‌دهد. اين نتايج مي‌تواند به عنوان ورودي براي مدلي كه عمر خستگي حرارتي قالب‌هاي لوله‌ريزي را تخمين مي‌زند به كار رود. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه مقاومت حرارتي ناشي از فاصله هوايي و پوشش قالب نقش موثري در توزيع دما در قالب و لوله دارد. همچنين فرآيند مذاب‌ريزي باعث تشكيل گراديان‌هاي دمايي در جهت محوري در قالب و لوله مي‌گردد.

Ductile iron pipes are widely used in modern drinking water and wastewater networks. They often produce by horizontal centrifugal casting process. In this reasearch, the finite element base package ANSYS software has been used for thermal simulation ofhorizontal centrifugal casting process of ductile iron pipes. The simulation includes obtaining temperature distribution of mold and cast during different temperature cycles. In the simulation, latent heat due to solidification, temperature-dependent thermo-physical properties of material, heat transfer coefficient in metal-mold interface due to mold coating and air gap and thermal boundary conditions proportional to practical conditions, are considered. In this paper, pouring process to get transient thermal distribution in main body of mold and cast are also simulated. The results of the thermal simulation show good agreement with the experimental results conducted in this study and literature. The results can be used as input data for the numerical model to estimate thermal fatigue life of a permanent mold. The results of simulation have shown that, the thermal resistance of the air gap and mold coating has a significant effect on the temperature distribution in the pipe and the mold. Pouring process causes temperature gradients in the axial direction in the mold and the cast.