壓鑄是一種金屬鑄造工藝，將熔融的金屬壓迫進入模腔從而生成相應模型。本案例的研究中主要進行壓鑄部件的形狀優化。在CAESES軟件里使用了8個設計變量創建了參數化的模型，同時耦合FLOW-3D軟件對定義的目標參數進行計算和監控。

這項研究的主要目標是減少壓鑄過程中整體夾帶的空氣量。同時，控制自由表面缺陷濃度（這些表面雜質主要是自由表面上的氧化物）不高于基準模型。我們基于CAESES與FLOW-3D建立了一個全自動化的工作流程，其中CAESES優化策略用于生成和分析不同的設計變體。

鑄模系統，其中綠色部件在優化過程中形狀是可變的

幾何模型

初始的基準幾何模型由外部導入到CAESES里，并在CAESES里重新下構建一個全參數化的幾何模型。從一個實體模型中移除模具，流道和噴射套筒等區域，形成一個封閉的流體域模型，并建立自動化工作流程，自動地生成網格。

該部件的長度、角度和其他的一些幾何特征都是可以變動的。以下動畫顯示了在自動優化中幾何模型的一些典型變化：

限制約束

壓鑄液由流道進入壓鑄件的速度范圍在20~60m/s；該段模型應能與整個流道模型相匹配；當壓鑄液進入壓鑄件時，才能進入快速澆注階段；壓鑄液的流動應通過從薄截面到厚截面的最短路徑。

自動CFD計算

針對初始模型，在FLOW-3D軟件中進行分析設定，之后通過CAESES里的“軟件鏈接”功能，這些設定可以對新生成的變體進行重復使用。從材料的物性參數到網格參數都可以在CAESES里控制。由FLOW-3D生成的結果數據可以自動地導入CAESES并提取目標參數對模擬結果進行評估。

網格特性

整個模型網格由兩部分非完全匹配的網格組成；實際網格總數約1400000，網格基本尺寸為2mm。

模擬特性

對于活塞，其材料為鈹鈷銅合金（銅模），導熱系數是300 (W/(m·K))，比熱容為3.52e+06 (J/(m3.K))。對于磨具空間，其材質是鐵l H13導熱系數為28.6 (W/(m·K))，比熱容為35618.014 (J/(m3.K))，最大熱穿透深度是14mm。

                                                     壓鑄件各部件整體設定

壓鑄液特性如下表所示：

	單位	液態	固態
壓鑄材料	鋁合金A380 (LM24, ADC10/AC4B)
密度	kg/m3	2460	2710
運動粘性系數	Pa·s	0.0012	-
比熱	J/(kg.K)	1245.3	963
熱傳導系數	W/(m·K)	104	96.2
初始溫度	℃	649
溫度	℃	574.4	497.3
融合潛熱	J/kg	3.89E+05

使用一種具有自由表面模型的流體，并應用以下模型：

? 空氣夾帶

? 氣蝕

? 缺陷跟蹤

? 密度評估

? 重力和非慣性參考系

? 熱傳遞

? 移動和簡單的變形對象

? 凝固

? 粘度和湍流

模擬結果

優化過程劃分為兩個階段。在第一階段，優化的是基本流動參數。在快速澆注階段，速度控住在1.5~2.5m/s（基準為1.6 m/s）。同時，壓鑄液的溫度在620℃~680℃之間變化（基準為649℃）。

這一階段的優化后，進行第二階段的模擬。在這一階段，通過自動優化算法控制形狀參數變化。

整體的優化結果顯示，相比于初始基準設計，夾帶的空氣量減少15%；同時，自由表面缺陷程度也有1%的降低。需要注意的是，自由表面缺陷程度并不是本次優化的目標參數之一。下面的圖片顯示了本次研究的一些結果：

                                                                   夾帶空氣量的比較

                                                             自由表面缺陷程度的比較

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