FLOW-3D Cast es el más moderno y preciso software de simulación de procesos de fundición metálica. En un único y sencillo interfaz de usuario FLOW-3D Cast permite simular la práctica totalidad de procesos de fundición del mercado: Fundición por gravedad, fundición a baja presión, fundición a alta presión, fundición a la cera perdida, fundición centrífuga, etc. Permite realizar el llenado, solidificación y comprobar la defectología asociada al proceso como: rechupes, microporosidad, cavitación, erosión del molde, aire atrapado, tensiones y deformaciones residuales, etc. Más información en nuestra web www.simulacionesyproyectos.com

1. Presentación general
del simulador de procesos de
fundición FLOW-3D® /
FLOW-3D Cast®
Diciembre de 2014

2. Indice de contenidos
• Flow Science Inc y Simulaciones y Proyectos SL
• ¿Qué es FLOW-3D ®?. Ventajas competitivas
• Principios generales de funcionamiento de FLOW-3D ®
• Capacidades de modelado específicas para Fundición
• Listado de usuarios de FLOW-3D ®

3. Flow Science Inc
Empresa desarrolladora del software
• Multinacional fundada en 1980. Originada en el
Laboratorio Nacional de Los Alamos (EEUU)
• Primera licencia comercial de FLOW-3D lanzada
en 1985
• Desarrolla y comercializa FLOW-3D así como los
productos asociados: FLOW-3D Cast / FLOW-3D
MP
• Ofrece servicios de HPC (High Performance
Computing) a distancia.
Vista de Los Alamos National Labs
Headquarters en Santa Fe, NM, USA

4. Flow Science Inc
Empresa desarrolladora del software
USA*
Australia
Canada
China
Finland
Germany
Greece
India
Italy
Japan
Korea
Malaysia
Norway
Poland
Russia
Singapore
Spain
Taiwan
Thailand
Turkey
* Oficinas de Flow Science

5. Simulaciones y Proyectos, SL
Empresa distribuidora del software
• Fundada en 2006
• Oficinas en Bilbao – Madrid – Bogotá
• Asociado de Flow Science Inc en España desde 2007
• Distribuye en exclusiva los productos de Flow Science Inc (FLOW-3D® /
FLOW-3D Cast® / FLOW-3D MP ®) en España, Portugal y Suramérica

6. FLOW-3D® / FLOW-3D Cast®
Ventajas competitivas
• FLOW-3D ® es un software CFD de propósito general válido para
cualquier tipo de fluido y régimen.
• Líder mundial en simulación de fluidos en Superficie Libre
• Empleado por Universidades, Centros de investigación y
departamentos de ingeniería e I+D.
• FLOW-3D ® incluye en su interfaz GUI todas las opciones necesarias
para simular Procesos de Fundición de forma completa.
• FLOW-3D ®Cast es un interfaz específico para fundición de fácil
manejo con toda la potencia de cálculo de FLOW-3D ®.

7. FLOW-3D® / FLOW-3D Cast®
Ventajas competitivas
• Funcionamiento en red (sin coste adicional)
• Con 1 licencia de solver se dispone de 999 licencias de pre y post.
• Opción de realizar cálculos en remoto (sin coste adicional)
• Opción de leer la licencia en remoto (sin coste adicional)
• Versión SMP Shared Memory Protocol (sin coste adicional). Se usan
todos los procesadores disponibles del ordenador para el cálculo.
• Fácilmente customizable por el usuario en FORTRAN
• Postprocesador FlowSight ® (sin coste adicional)

8. FLOW-3D® / FLOW-3D Cast®
Ventajas competitivas – Postprocesador FlowSight ®
FlowSight® = EnSight® + FLOW-3D ®

9. Principios generales de funcionamiento
• Método de Diferencias Finitas- Staggered Finite Difference Method
• Numéricamente muy estable y fácil de implementar
• Robusto, preciso y facilmente customizable
x
y
Centro de celda:
• Presiones
• Temperaturas
• Escalares
• Fuerzas
Caras de celda
• Velocidades
• Esfuerzos

10. Principios generales de funcionamiento
Geometría
• La pieza / molde y demás elementos de la fundición se importan en formato
STL (Stereolithografía)
• El software puede reparar o descartar fallos posibles el STL sin fallar.
FLOW-3D Cast®CAD 3D (SpaceClaim…)

11. Principios generales de funcionamiento
Mallado (1 de 3)
• El mallado es estructurado (celdas cúbicas o paralelepipédidas) - Facilidad
• Tipos de mallado
Bloques enlazados
Se malla unicamente las zonas de
interés

12. Principios generales de funcionamiento
Mallado (2 de 3)
Bloques anidados
Bloques de malla más finos, dentro de
bloques más gruesos.
Mejora la resolución de flujo en zonas
críticas
• Tipos de mallado

13. Principios generales de funcionamiento
Mallado (3 de 3)
• Tipos de mallado
Malla conformada
Malla conformada al sólido para
refinado local.
Se reduce en gran medida el número
de celdas total – Rapidez de cálculo
Se realiza automáticamente - Sencillez

14. Principios generales de funcionamiento
Interpretación de la geometría
• Se interpreta la geometría dentro de la malla establecida – Free Meshing
• Auto-Checking de la calidad de la malla
FLOW-3D chequea de forma
automática la calidad de la malla
FAVOR TM

15. Principios generales de funcionamiento
La superficie libre
• Que es Superficie Libre?
– Donde existe interfase Liquido/Gas.
– Donde los gradientes de presión
en un gas son pequeños.
– Donde el ratio de densidad entre fluidos es grande.
• Si no se reproduce fielmente la superficie libre en el software de fundición,
el resto de resultados PUEDEN NO SER FIABLES.

16. Principios generales de funcionamiento
Métodos VOF / TruVOF ®
• Método VOF (Volume Of Fluid)
– Desarrollado originalmente por Anthony Hirt
(fundador de Flow Science Inc
– Se resuelven las ecuaciones de ambos fluidos
– Costoso en cálculo y dispersión de la lámina libre.
• Método TruVOF ®
– Desarrollado por Flow Science Inc
– Resuelve sólo las ecuaciones del fluido más denso.
– Lámina libre perfectamente definida y nítida
– Mucha precisión y no es costoso en cálculo
Fluid
Void
La distribución de la función VOF
determina la orientación de la interfase

17. Procesos simulados
• Fundición por gravedad
• Fundido a alta presión (HPDC)
• Fundido a baja presión
• Vertido por inclinación
• Fundición a presión (squeeze casting)
• Fundición en continuo
• Fundición por centrifugado
• Fundición a la cera perdida
• Semisolid casting (Thixocasting – Rheocasting)
Vertido por gravedad Cera perdidaVertido por inclinacion
Centrifugado Semi-solido
Alta Presión HPDC
Capacidades de modelado en fundición
Por proceso

18. Capacidades de modelado en fundición
Por proceso
Llenado
– Ciclado térmico previo del molde
– Duración del llenado
– Aire atrapado
– Defectos superficiales: óxidos, restos de cera.
– Potencial de cavitación (Erosión del molde)
– Últimos puntos de llenado para posicionado
de venteos (“back pressure”)
– Solidificación durante el llenado
Solidificación
– Rechupes superficiales
– Rechupes internos
– Microporosidad
– Segregación durante la solidificación
– Estrés térmico y deformaciones
– Convección natural (movimiento del
metal durante la solidificación por
diferencia de densidades)

19. Capacidades de modelado en fundición
Generales
Materiales y Setup
• Materiales dependientes de T
• Materiales en estado semi-sólido
• Enfriadores, calentadores.
• Canales de refrigeración
Simulación de elementos móviles
• Acoplamiento completo fluido-estructura
• Cucharas, pistón, etc…
Estrés térmico y deformaciones
• Mallador y Solver interno FEA
• Exportar resultados a paquetes externos
• Posibilidad de importar mallas externas
Simulación de machos de arena
• Formación de machos por soplado
• Simulación del secado de los machos
• Generación de gas en los machos por
descomposición de los aglomerantes.

20. Capacidades de modelado en fundición
Específicas HPDC
FLOW-3D ® es hoy por hoy el mejor software
para simulación de procesos de Alta Presión
por:
• Excelente precisión en el llenado
• Simulación de efectos “Back Pressure”
• Ciclado térmico del molde
• Optimización del proceso de inyección
• Erosión en el molde
• Entrada de aire
Courtesy of Buhler
Ciclado térmico
Optimización de la inyección
Erosión en el molde

21. Capacidades de modelado en fundición
Defectos superficiales
FLOW-3D ® captura los defectos en forma
de defectos superficiales debido a la
oxidación, residuo de espuma y entrada de
aire.
Una correcta predicción del llenado,
permite un perfecto seguimiento de la
posición final de estos defectos.
Se muestra un bloque de motor en el cual los residuos de la
espuma permanecen atrapados en el interior de la pieza.
Cortesía GM Powertrain

22. Capacidades de modelado en fundición
Defectos de entrada de aire
FLOW-3D ® debido a su excelente
predicción del llenado permite realizar un
seguimiento del aire atrapado que pueden
conllevar microporosidades y falta de
densidad en el metal de la pieza.

23. Capacidades de modelado en fundición
Canales de enfriamiento
En FLOW-3D ® podemos introducir
gráficamente los canales de refrigeración
y tener en cuenta este efecto en el ciclado
térmico del molde y solidificación.

24. Capacidades de modelado en fundición
Rechupe y microporosidad
FLOW-3D ® modela el rechupe causado
por cambios volumétricos en la
solidificación que hace que el metal líquido
reemplace el volumen contraído y la
microporosidad.
Albany-Chicago Co. empleó el modelo de microporosidad
exitosamente para reducir los problemas de microporosidad.
Las simulaciones mostradas fueron realizadas para la misma
pieza con diferentes moldes. FLOW-3D predijo de forma precisa
tanto la localización y la cantidad de microporosidad en ambas
piezas.

25. Capacidades de modelado en fundición
Stress térmico y deformaciones
Durante la solidificación del metal fundido,
se generan tensiones debidas a
contracciones no satisfechas e
irregularidades de forma. Este modelo
permite a los ingenieros predecir dichos
estreses.
Los ejemplos mostrados son relativos a una simulación de
un motor V-6. La primera imagen colorea la magnitud del
desplazamiento. La segunda imagen es un corte de la misma
pieza mostrando estreses de Von Misses.
Se pueden importar mallas de
malladores externos para un óptimo
análisis. Los resultados también pueden
exportarse.
No se requieren ´módulos adicionales
en FLOW-3D para realizar un análisis de
stress térmicos y deformaciones

26. Capacidades de modelado en fundición
Simulación de partes en movimiento
FLOW-3D ® tiene la capacidad de
modelización de sólidos en movimiento
con hasta 6 grados de libertad.
• Total acomplamiento Fluido-Estructura
• Simulación de cucharas, pistones, etc
Image courtesy of General Motors Powertrain.Imagen cortesía de PSA GroupImagen cortesía de PSA Group

27. Capacidades de modelado en fundición
Simulación de machos de arena
Los machos de arene se realizan mediante disparo de
arena en un molde. Debe evacuarse el aire y la arena
debe alcanzar una densidad de compactación requerida
El modelo de soplado de arena de FLOW-3D ® describe
la mezcla de aire-arena con la aproximación de 1 fluido,
2 fases. El modelo incluye:
 Variaciones de la densidad de la mezcla debido a
gradientes de presión.
 Viscosidad no-Newtoniana como función del esfuerzo
cortante
 Grado de compactación de la arena
 Burbuja adiabática y venteos para regiones con
aire puro
 sand settling, jamming and packing
2D test with asymmetric vent placement,
color is air/sand mixture density
Data from Lefebvre et al, 2004
Core Filling
Color – velocity magnitude
Air vents

28. Capacidades de modelado en fundición
Simulación de machos de arena (core gas)
El modelo de secado de arena de
FLOW-3D ® permite conocer la
evolución de la humedad remanente
en la arena del molde.
Ejemplo cortesía de BMW

29. Capacidades de modelado en fundición
Simulación de machos de arena (secado)
Los machos de arena, durante el
vertido del metal y posterior
solidificación pueden degradar los
aglutinantes de la arena, generar gas
y migrar a la pieza.
FLOW-3D permite a los fundidores
monitorizar la degradación de los
aglutinantes en los machos y
optimizar las estrategias de venteo de
los mismos. El modelo Core Gas
predice las presiones del gas dentro
del macho, localizaciones de la
superficie del gas migrado al metal y
campos de flujo del gas.
Evolution of the binder
degradation zone. A
small 2 x 1.12 inches in
diameter PUCB bound
core is held in an
insulated steel holder
and immersed in iron.
Calibration data for PUCB
binder and fit with the
FLOW-3D core gas model.
The real data can be
captured to allow
simulations of PUCB
degradation in more
complex geometries and
under different
immersion/flow conditions.

30. Capacidades de modelado
Solidificación en fundición
Modela la reacción eutectica en la que se
forman las 3 fases:
• Austenitica (o fase Gamma)
• Carbide (o Cementita, Fe3C)
• Grafito, (C)
Factores que afectan el enfriamiento:
• Contenido de Carbono inicial (C) y Silicio (Si)
• Velocidad de enfriamiento.
• Coeficiente empírico: 0 ≤ Xeut ≤ 1
“Chill”, or carbidic, zone of white iron forms
in the region with a high freezing rate
12 mm
ASTM chill-wedge test
Un-inoculated iron, Ceut=0.4
Inoculated iron, Ceut=0.24
3+Fe C

31. Capacidades de modelado
Solidificación en fundición
Red – carbide
Blue - graphite
Phase distribution Influence of superheat on total volume change

32. Capacidades de modelado
Simulación de filtros
Simulación de Filtros
Empleados para eliminar inclusiones
en el metal y también para reducir la
velocidad de entrada.
Modelo Porous Media
El modelo Porous Media de FLOW-3D
incluye pérdidas de carga lineales y
cuadráticas, transferencia de calor al
filtro, porosidad direccional y efectos
de capilaridad. FLOW-3D dispone de
una librería de filtros preparados para
su uso directo en simulación.
Simulación de un filtro de fundición. FLOW-
3D puede predecir los flujos de
microporosidad dentro del filtro.
Image courtesy Simtech Systems.

33. Validaciones experimentales
FLOW-3D ® es un software
extensamente validado por diferentes
entidades. No en vano es empleado
para multitud de aplicaciones (al
margen de la fundición metálica) en
exigentes campos de la Industria.
• Universidades
• Centros de Investigación
• Benchmarkings en empresas
Stage 1
Stage 2

34. Más información:
www.simulacionesyproyectos.com