The Challenge

當新產品結構變得日益復雜時，完全依賴經驗顯得越發吃力。面臨問題：無法跟上客戶對模具快速更新要求、只能通過有限的試驗進行模具優化、不能確保為最終客戶提供優質模具、同時又無法保證良好的利潤率。臺灣正揚制模廠，選擇仿真模擬來應對這些挑戰。

 

對于有經驗模具設計師，可以輕易上手仿真模擬技術，將其應用于模具設計開發周期內，可以大大節省開發成本和時間。

The Benefits

通過減少不必要的試驗來優化模具設計和工藝參數，縮短開發時間和成本；

提高市場競爭力；

獲取更多經驗，提高專業知識。

“如果時間和成本不限制的話，我們可以在不仿真的情況下解決許多問題，但是這是不現實的。借助ESI的QuikCAST鑄造模擬軟件，我們可以反復測試并改進我們的設計，同時仿真模擬可以觀察模具內部模流，方便我們直觀進行缺陷分析，提升了我們團隊專業認知。”

——臺灣正揚模具制造廠總經理Tu Chin-Huang。

臺灣正揚模具制造廠是一家配件和模具制造商，主要從事鋁鎂合金的高壓鑄模具開發。在此之前，他們一直使用傳統的反復試制方法進行模具開發。

正揚的新訂單產品結構越來越復雜，質量要求越來越高。以往設計經驗難以確保設計一次性到位。因此需要進行多次試驗和重新設計，導致正揚的開發成本增加、利潤率降低、模具產品交付延遲。基于此，正揚將CAE視為其化解之道。他們選擇了ESI快速高效仿真解決方案QuikCAST用于對鑄造工藝進行評估，以對初步設計的模具方案進行虛擬試驗。自此，正揚開始與臺灣的ESI官方代理商Elite Crown合作。

Applying Simulation To The Early Stages Of Die Design

對正揚模具廠來說，想要在沒有任何CAE的知識情況下成功導入模擬仿真，這意味著正確學習軟件工具的使用以外，更重要的是學習使用經驗方法，因此選擇正確的合作伙伴非常重要。Elite Crown為正揚提供了有效技術支持，使他們能夠在模具設計周期中成功導入QuikCAST。

 

Successful Implementation

大多數模擬都旨在糾正填充和凝固缺陷，特別是裹氣、表面缺陷和縮松縮孔缺陷。EliteCrown專注于填充模擬（耦合熱分析考慮模具溫度的變化、金屬液粘度變化）來解決這些問題缺陷。基于模擬，正揚對澆注系統進行修改。修改內容主要包括流道形態及位置，內澆口流量平衡，溢流槽位置。

 A Sample Egineering Study

對正揚的設計工程師來講，近期面臨的挑戰是，為圓鋸機護板開發合適的模具，要求獲得完整的表面質量。

Preliminary designs

缺乏此類零件經驗的正揚設計師，提出了兩種不同的填充方法（圖1）。 方案1垂直方向進水，而方案2水平方向進水。在此，模擬仿真可以先對兩種方案進行虛擬測試，而避免實際開模測試。

 

 Design1 

 Design2

方案1分析:設計團隊最開始傾向于方案1，因為澆注系統需要更少的金屬材料，但意識到由于流動距離較長，填充存在較多不確定性。模擬顯示中央流道較小，并且金屬液并沒有按預期對護板的兩根長板進行填充。側面流道尺寸更大、流速更快，較早到達護板圓形部分。當圓形部分被填充滿以后，金屬液回流對兩根長板進行填充（圖2左）。 這種回流填充形式不太好，因為長板最后填充，流動距離越長、金屬液前沿溫度下降明顯，卷氣風險更大，最終將導致氣泡缺陷（圖2右）。

 

方案2分析：雖然澆注系統需要更多金屬材料，但與方案1相比方案2似乎更安全，金屬液的行程長度平均減少一半，導致金屬液與腔內的空氣接觸時間減少。圓形部位的填充也（圖3）非常平穩。在圓形截面的上半部分處，大量的金屬液從位于2個長板之間的第二內澆口進入（從右側），導致不均勻流動，金屬液溢出主要集中在右側位置。對兩根長板處的填充分析顯示，金屬前沿在上長板處匯集而非直接進入溢流槽。解決此問題的思路是增加內澆或修改內澆口位置使得金屬液更早進入這個位置。

 

Final Deaign

正揚在方案2基礎上對內澆口尺寸進行了小修改。 主要修改了在護板的2個長板之間的內澆口，以實現更好的流動平衡（圖4）。

 

對方案2中長桿之間的第二個內澆口（從右側）重新設計和重新定位，使金屬液略微偏向長桿方向流動，從而金屬液在圓形截面處實現更平穩的流動，同時到達頂部溢流口。長板之間的第二個內澆口（從左側）變為溢流槽并重新定位，這樣布置可以讓金屬液在上長桿橫向流動并最終進入該內澆口中。重新設計和重新定位最左邊的內澆口，以便金屬液從下長板順利穿過此內澆口進入上長板，并最終進入溢流槽。

 

最終方案的模擬結果（圖5）顯示了改進后流動狀態，結果表明采用優化后的內澆口，有助于獲得高表面質量產品。

 

正揚還對設計方案進行了凝固分析，并對模具和工藝進行了相應的修改，以消除關鍵位置的縮孔缺陷。在將最終模具發送給客戶之前，該團隊對此最終設計方案進行了試模驗證，獲得了滿意效果。

 

Better And Faster Method With QuickCAST

1、QuikCAST使正揚制模廠能夠縮短開發時間和成本，從而提高競爭力；

2、反復模擬可以更深入地了解型腔內的狀態;

3、與實際試驗相比，采用計算機仿真模擬為企業節省研發成本；

4、仿真可以對每個方案/工藝參數進行詳細分析，并嘗試不同設計方案，從而有助于提升公司內部經驗和專業知識。

 

最終，ESI的鑄造模擬軟件使得正揚模具制造廠能夠滿足客戶對更快、更高質量模具的需求。

 來源：ESI中國