Malte Leonhard和Florian Wirth，Flow Science Deutschland GmbH 

本文案例由 FLOW-3D CAST 的長期用戶 Project Engineering GmbH 提供。通過對比兩種不同的鑄件設計方案，在開發階段分析充填過程，并借助 FLOW-3D CAST 優化鑄造參數，提供全方位支持，從而實現壓鑄工藝的最佳實踐，并帶來顯著的經濟效益。

內澆口位置采用金屬進料方式

在開發初期，金屬進料可以通過內澆口位置提供進料方案。通過調整內澆口的位置、尺寸和金屬速度等參數，可有效評估金屬流動情況，達到定向充填、優化溢流槽和排氣系統等關鍵目標。

【HPDC結構件內澆口方案研究 | FLOW-3D CAST】 https://www.bilibili.com/video/BV1xZVbzVEpm/?share_source=copy_web&vd_source=f5da85b92d61a4c574ec9d10b35c2cfb

影片展示了三種不同內澆口設計在充填柱狀結構時的表現：

? 版本 1 和 版本 3 出現了大面積的滯留空氣區域；

? 版本 2 實現了平穩順暢的充填過程，兩個金屬前沿同時推進，連續填滿鑄件結構；

? 通過將內澆口系統布置在結構的中央位置，使得空氣能夠順利從 T 型區域排出，有效提升了排氣效果

優化流道設計

另一個關鍵改進是優化內澆口的幾何形狀。參考文獻 [1] 中的研究，原始的柱狀結構流道設計進行了優化，使內澆口截面能夠達到最優配置。這項優化有助于最大程度降低湍流，提升整體鑄件的質量。

這種改善可最大限度地減少湍流場并提高整體鑄造質量。

【HPDC結構件內澆口形狀優化 | FLOW-3D CAST】 https://www.bilibili.com/video/BV1oMVUzEEde/?share_source=copy_web&vd_source=f5da85b92d61a4c574ec9d10b35c2cfb

從影片中可看到兩種不同流道系統設計的柱狀結構充填比較：

? 版本 1：在內澆口處可以看到尾流區，導致空氣滯留。

? 版本 2：通過減少沿弦線的突然橫截面變化，空氣滯留明顯減少。

? 尾流區消失，金屬前沿與鑄件無縫熔合。

客戶案例研究：Project Engineering GmbH 實現鑄造工藝優化并降低成本

Andreas Harborth, Project Engineering GmbH

Project Engineering GmbH 成功應用 FLOW-3D CAST 在壓鑄工藝中生產最佳的油底殼蓋。

初始狀態：

? 年產量：60,000 件/年

? 沖頭直徑 100 mm

? 機臺噸位：1600噸

? 合金：EN AC-AlSi9Cu3(Fe)

? 毛坯重量：2885克

? 充型和凝固時間：26.5秒

最終客戶目標是在維持或提升產品質量的前提下，優化工藝流程，實現成本下降 3%。

初始設計方案的鑄件

優化目標：

? 提高鑄造效率

? 減少回收材料的重量（如流道和排氣系統）

? 縮短成型節拍時間

? 最大限度地降低廢品率，提高制程穩定性

初步設計中確定的關鍵問題

? 通過評估初始方案發現以下特定領域需要改進：低填充率（23%）—低填充率和沖頭速度（0.15 m/s）導致第一階段循環時間較長。

? 鑄件與產品重量比高（2.2:1）－表示流道和多余材料占比較大，不僅增加材料回收成本，也對鎖模力和凝固時間提出更高要求。

? 廢品率高－由于空氣滯留，導致鑄件中孔隙率過高，暴露出當前排氣策略存在不足，急需優化。

原始方案（氣體粒子）

原始方案（凝固順序）

使用 FLOW-3D CAST 進行優化

通過重新設計澆鑄系統和填充策略，實現了性能與經濟層面的顯著提升：

最終優化后鑄件

? 收入增加 165% – 提高工藝效率使總收益從每年約€38,000 增加至 €100,000。

? 壓鑄機噸位變小——投影面積優化后，所需鎖模力降低至 1200 噸，帶來設備與生產時間成本的雙重節省。

? 體積孔隙率減少 62% – 通過優化排氣系統與內澆口設計，顯著減少湍流，提升氣體排出效率。

? 鑄件重量減少 14% – 總重量從 2885 克降至 2470 克，節省材料同時降低熔煉能耗。

? 節拍時間縮短 10% – 由于填充階段優化及沖頭直徑減小，凝固時間縮短。若提前 6 秒開模取件，每小時產量最多可增加 7 件，生產效率顯著提升。

最終優化方案（氣體粒子）

最終優化方案（凝固順序）

整體鑄件質量提高了50％，滿足客戶對泄漏和孔徑的要求。這直接提高了產量和盈利能力，確保所要求3%的價格降低，同時仍將利潤率提高了165%。

【HPDC工藝優化 - 填充速度 | FLOW-3D CAST】 https://www.bilibili.com/video/BV1RSMizPEHE/?share_source=copy_web&vd_source=f5da85b92d61a4c574ec9d10b35c2cfb

【HPDC工藝優化 - 卷氣 | FLOW-3D CAST】 https://www.bilibili.com/video/BV1ptNizBEW5/?share_source=copy_web&vd_source=f5da85b92d61a4c574ec9d10b35c2cfb

上面影片比較了初始方案和最終優化方案的填充行為。

第一個影片顯示填充階段速度大小；第二個影片顯示卷氣含量。在初始方案中，有幾個工藝存在明顯問題。

? 低速階段耗時明顯較長，導致向下一階段的高速延遲。

? 在高速填充階段，流道中會出現可見的熔體飛濺，導致流動紊亂。

? 在第二階段，進內澆口之間會形成較大的尾流區，難以排出空氣。

最終優化方案顯示更快、更可控的填充過程。

? 優化后的流道系統實現了熔體前沿的無縫推進，有效地將空氣引導至排氣系統中排出。

? 此項改進最大程度減少卷入，顯著降低了氣孔形成的風險。

? 這些優化帶來的效果包括更加穩定且均勻的填充過程，在模擬動畫中可以清晰地觀察到其改進表現。

參考文獻

[1] Nogowizin (2010) Theorie und Praxis des Druckgusses

原廠網址

https://www.flow3d.com/hpdc-system-optimization-and-cost-reduction/