In pressocolata l’aria intrappolata durante il riempimento dello stampo è la causa di alcune delle principali criticità che portano alla non conformità dei getti, quali le porosità da gas e altri difetti correlati, soprattutto quando parliamo di getti strutturali o ad alte prestazioni.
Per questo il flusso dell’aria durante il riempimento dovrebbe essere studiato e valutato almeno alla pari del flusso del metallo stesso. Tuttavia la stragrande maggioranza dei software di simulazione in commercio (cosiddetti software monofasici) sono in grado di simulare il percorso del flusso di metallo nello stampo ma non sono in grado di modellare il flusso dell’aria nelle cavità e attraverso le tirate d’aria al fine di calcolare correttamente posizione e dimensione reali dell’aria intrappolata. I software monofasici non considerano il movimento dell’aria all’interno dello stampo per il fatto stesso che non considerano l’aria come un fluido (al pari del metallo).
Per questi software l’aria è semplicemente “lo spazio non occupato dal metallo” e l’effetto che ha l’aria sul flusso di metallo non viene tenuto in considerazione: le tirate d’aria non sono modellate (dal punto di vista del calcolo, non dal punto di vista geometrico), l’aria non si comprime e non si riscalda durante il riempimento, e la velocità dell’aria nei punti di uscita non viene calcolata.
Tuttavia sia la teoria che la pratica ci indicano che il flusso di metallo all’interno dello stampo non può essere rappresentato come un flusso con fronte compatto bensì si può immaginare come una corrente d’aria ad alta velocità che contiene gocce di metallo (oppure minuscole bollicine d’aria all’interno di un flusso di metallo) e che riempie la cavità in pochissimi millisecondi. Pensando alla simulazione, la dimensione di queste piccole bollicine (o goccioline) è molto più piccola della dimensione standard dell’elemento della mesh e l’effetto della contropressione dell’aria sul fronte del flusso è davvero significativo.
Quindi – con l’obbiettivo di riprodurre l’effetto spray all’interno del flusso – Castle utilizza un solver VOF (Volume of Fluid) di tipo bifasico (metallo + aria): questa tecnologia è in grado di simulare l’aria che viene compressa dal metallo all’interno dello stampo, che si muove ed esce attraverso le tirate d’aria e che è dispersa in particelle minuscole nel flusso del metallo. Per la prima volta cioè viene simulato realmente quello che accade nello stampo con un livello di precisione ed accuratezza non raggiungibile da alcun software di tipo monofasico.
Il solver di Castle tiene in considerazione anche le implicazioni termiche del riscaldamento dell’aria durante il riempimento: l’aria aumenta la sua temperatura a causa dello stampo caldo e del metallo che entra in cavità, quindi si espande e le sue proprietà fisiche cambiano in funzione del tempo. Anche le reali velocità (di entrambi I fluidi) e le pressioni operative sono tenute in considerazione e durante tutte e tre le fasi (e non solo in prima e seconda fase come fanno molti modelli standard). La pressione di intensificazione finale viene applicata all’aria intrappolata e la comprime, proprio come avviene nella realtà durante la solidificazione. I parametri di processo come le corse delle diverse fasi e la rampa delle velocità del piston sono calcolate con estrema accuratezza in funzione di ciascuna geometria di ciascun getto al fine di riprodurre le reali condizioni di esercizio della pressa.
Il software considera anche la eventuale chiusura progressiva delle tirate d’aria o dei canali del vuoto in caso in cui queste vengano chiuse dal flusso di metallo: le tirate d’aria e le valvole sono quindi considerate non solo per la loro sezione o forma ma anche per la loro posizione.
