壓鑄仿真
關注創建者：匿名 創建時間：2022-04-12
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壓鑄仿真的實例教程
引言
近年在華南地區流行生產鎂壓鑄件的本港廠商,可以引用計算機仿真技術解決模具
設計上的棘手問題.鎂壓鑄件質輕耐用的特點,成為3C產品外殼的首選物料.3C產品
外型復雜而且纖薄,是制模技術上的一大挑戰.本港廠商若要打開這個高增值的市場,
計算機輔助設計設備是不可或缺的工具.
在目前多種解決薄壁鎂壓鑄件的方案中,計算機仿真投扮演重要的角色.限制薄壁
成型的技術因素眾多,包括產生冷隔,氧化層部位及困氣位置等.從前上述問題必須經
過重復試模辦法方可解決,所以工程師可能需要花上六個星期的時間去改進試產模具的
內澆口,橫澆道和排氣系統,甚至不知道需要經過多少次的改動,才能穩定地生產高質
量的零件.
德國Laichingen的Werkzeugbau Schaufler壓鑄模具制造商為解決鎂壓鑄的缺陷問題,
采用計算流體動力學(CFD)軟件,在計算機上進行多種的壓鑄仿真,從中挑選最好的
模具設計方案.計算機仿真可以迅速且精確地計算設計方案,提供壓鑄模具型腔內部特
定條件下的詳細資料.采用這種方法,Werkzeugbau Schaufler近年成功生產五十多種高
質量的薄壁鎂鑄件.
Schaufler專門從事鋁和鎂壓鑄件的模具制造,其設備占地超過五萬平方英尺;可提
供重達35噸的傳動及離合器機架,機體結構件和進氣歧管的模具.該公司最近成立技
術中心,以滿足客戶縮短開發時間的要求,并減少用砂型鑄造模型,改為用壓鑄件原型.
其Lajchingen壓鑄中心(DCL)的特色,在于擁有一組以2700噸鎖模力壓鑄機為基礎的
自動壓鑄單元 — Buhler SC 270N,當中還包括鋁及鎂合金熔爐,半固態壓鑄(SSM)金
屬塊加熱站,ABB噴涂料和取件機器人,冷卻池及加工中心.
展開 摘 要:本文以一款現有無邊框車門的結構進行重新設計,保留車門外板的外形和內板,用 CATIA 進行設 計,根據壓鑄特征對車門進行重新設計。根據車門強度剛度要求選用上海交通大學合金中心彭立明教授研發專利 免熱處理材料作為壓鑄材料[1]。根據 CATIA 的逆向掃描提取出車門曲面,重新設計后將數模導入 HyperWorks 對模型進行處理并劃分網格,用 HyperWorks自帶的 Optistruct求解器對車門的剛度、和模態分析進行求解,結果 表明該車與傳統的沖壓車門相比門力學性能得到了極大的提高。
關鍵詞:HyperWorks;CATIA;模態分析;剛度分析
0 前言
車門汽車覆蓋件中的重要組成部分,傳統的車門制造 技術對材料有限制,生產效率低,磨具開發時間長。 為了 提高生產效率及減輕車門的重量,本文利用壓鑄技術對車 門進行設計仿真分析。 壓鑄技術現發展已經比較成熟,鑄 造的種類有很多種,比如壓力鑄造、真空鑄造、消失模鑄 造、反重力鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造等多種加工方式,根 據零件的不同特征可以選用不同的加工工藝生產。 隨著 壓鑄機械和壓鑄材料在近幾年取得的重大發展,壓鑄這一 制造工藝的優點收到人們的青睞。 在2008年就已經有企 業開始采用鑄造的加工工藝,但是由于當時材料和設備的 限制,鑄造一直沒有得到發展。 在德國所斯特生產 的 尼 桑,運用真空壓鑄技術生產出了面積為0.5m2 的零件,壁 厚僅為0.2~0.3mm,實現了減重30%。
1 研究現狀
壓鑄的材料和設備現已比較成熟,在2020年特斯拉 的6000t舉行壓鑄機已經投入生產,并將車身后部底板的 七十多個零部件制造成一體部件,極大的提高了生產效率 并且降低了成本,同時也對汽車的輕量化起到了積極的作 用。
展開 電子開關的制造：壓鑄件的設計以及仿真方案
作者：馬克利特（Mark Littler of Littler Diecast Corporation）
利特壓鑄集團（Littler Diecast Corporation）為一個航天設備上的電子開關進行設計，并且打算以壓鑄制程制作。當設計完成交給另外一家制造廠進行量產時，鑄件成品的品質發生了嚴重的問題，鑄件需要重新設計，以減少廢品率。Littler Diecast 以 FLOW-3D 進行仿真方案設計，希望從仿真結果中找出鑄件發生品質不良的原因，協助客戶解決這個棘手的問題。
問題點的判斷判斷
這個電子開關的材料為 Al-380，尺寸大約是1 ?” x 1” x 1/2” 。 Littler Diecast 發現縮孔的位置主要位于兩個區域，分別是中央平板的區域以及圓筒的區域。這個結果經過客戶以 X-Ray 測試驗證確認。縮孔形成的主要原因來自于金屬的流動方式。金屬融湯從圖一的澆口位置進入，噴濺到鑄件的底部再形成回包的現象。減入空氣后，由于金屬固化的速度相當快，該位置發生鑄不滿現象。在圓筒處的問題發生原因與平板位置相同。流體會先充填離澆口位置最遠處再形成回包卷氣，卷入的空氣無法從分模面上排出。
原始設計
原始設計中還有其他的問題，在電子開關的墊圈設計周圍發生了嚴重的泄漏現象，主要原因在于原始設計的溢料井太小，導致夾雜氧化膜的金屬融湯無法被完全的排出模穴。
利用 FLOW-3D, Littler Diecast 重新分析該鑄件的流動狀況，并且找出問題發生的主要原因。由于鑄件尺寸不大，過快的冷卻速度會造成鑄件太早固化。因此，設計人員希望最后填入模穴的金屬融湯能夠以較高的溫度進入模穴，讓金屬融湯可以充分填滿模穴并且進行保壓。
展開 上海析模科技有限公司---FLOW-3D中國指定代理
作者：馬克利特（Mark Littler of Littler Diecast Corporation）
利特壓鑄集團（Littler Diecast Corporation）為一個航天設備上的電子開關進行設計，并且打算以壓鑄制程制作。當設計完成交給另外一家制造廠進行量產時，鑄件成品的品質發生了嚴重的問題，鑄件需要重新設計，以減少廢品率。Littler Diecast 以 FLOW-3D 進行仿真方案設計，希望從仿真結果中找出鑄件發生品質不良的原因，協助客戶解決這個棘手的問題。
X-ray of original part, showing porosity problems.
問題點的判斷判斷
這個電子開關的材料為 Al-380，尺寸大約是1 ?” x 1” x 1/2” 。 Littler Diecast 發現縮孔的位置主要位于兩個區域，分別是中央平板的區域以及圓筒的區域。這個結果經過客戶以 X-Ray 測試驗證確認。縮孔形成的主要原因來自于金屬的流動方式。金屬融湯從圖一的澆口位置進入，噴濺到鑄件的底部再形成回包的現象。減入空氣后，由于金屬固化的速度相當快，該位置發生鑄不滿現象。在圓筒處的問題發生原因與平板位置相同。流體會先充填離澆口位置最遠處再形成回包卷氣，卷入的空氣無法從分模面上排出。
圖一, 原始設計，采用單一澆口。
展開 該仿真提供了對鑄件的填充和凝固的詳細仿真分析，同時跟蹤不同類型的指標，如：充型，固化，孔隙，表面氧化物，夾帶的空氣和卷氣，熱應力和變形等各種缺陷。 FLOW-3D CAST還可以分析模具或模具的熱曲線以及其他性能，例如 FLOW-3D CAST的芯體充氣。仿真分析優化可縮短模具的開發時間，加快產品上市時間并提高產量。FLOW-3D CAST 使設計人員在使用新鑄造工藝或新合金材料時節省設計時間和開發成本。
結合直觀和漸進的用戶界面，FLOW-3D CAST 通過成功的項目指導建模人員提供精確的填充和凝固缺陷預測。可用套件進行砂型鑄造，永久鑄模鑄造和高壓鑄造，建模人員可以使用最符合工藝要求的套件。詳細了解哪個套件適合您>
FLOW3D能夠完成的仿真課題：
高壓鑄造仿真（壓鑄仿真）
低壓鑄仿真
傾斜鑄造仿真
重力鑄造仿真
熔模鑄造仿真
離心鑄造仿真
連鑄仿真
連續鑄造仿真
半固態金屬仿真
首飾鑄造仿真
精密鑄造仿真
金屬鑄造仿真
鑄造凝固收縮分析
氧化夾渣仿真分析
鑄造卷氣分析
鑄造縮孔分析
鑄造縮松分析
砂芯鑄造分析
射沙分析
鑄造排氣分析
鑄造仿真實踐案例：
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在各種不同的鑄造技術中，高壓鑄造的仿真分析對于某些 CFD 軟件而言是最困難的。
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在壓鑄過程的仿真中，它可以識別不同設計變體的均勻性行為，如澆口處的流速或流動前沿等，以及確定澆口幾何形狀的最佳數量、尺寸和位置等。
圖 3 ：產品開發中的 AI 和仿真。應用領域、輸入變量、使用的方法、預期結果和優勢，以及在 Altair 工具中的實施。
為了 提高生產效率及減輕車門的重量,本文利用壓鑄技術對車 門進行設計仿真分析。 壓鑄技術現發展已經比較成熟,鑄 造的種類有很多種,比如壓力鑄造、真空鑄造、消失模鑄 造、反重力鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造等多種加工方式,根 據零件的不同特征可以選用不同的加工工藝生產。 隨著 壓鑄機械和壓鑄材料在近幾年取得的重大發展,壓鑄這一 制造工藝的優點收到人們的青睞。
其中，智鑄超云是適創科技推出的一款基于工業互聯網和國家超算的壓鑄模擬仿真云計算平臺，可為用戶提供低成本、智能高效的壓鑄CAE模擬仿真服務。
冷室壓鑄機，模擬仿真過橋上鋁液流動，及沖頭運動過程中料筒內的鋁液流動。
視圖1中，曲線為隨時間變化料筒平均溫度。料筒初始溫度150℃，溫控水路簡化忽略。
視圖3右上角曲線，為沖頭行程和速度隨時間變化曲線，仿真只計算到鋁液到內澆口。
視圖3左下角曲線，為料筒靠近分流錐處取高低不同位置的溫度值曲線，反應鋁液在料筒中的溫度變化。
對整個過程簡化較多，方便計算。
特斯拉在該工藝研發過程中，專門成立了壓鑄CAE仿真技術研發團隊，開發了多壓室壓鑄成型仿真軟件，通過虛擬仿真快速驗證可行性，大幅縮短了開發周期。可以看出，CAE在汽車核心零部件的開發過程扮演著相當關鍵的角色，但在國內自主車企中，其價值被一直低估。
粗放生產不打破不行
影響汽車壓鑄件成品率的因素眾多，但70%取決于壓鑄模具的設計水平。
詳細了解哪個套件適合您>
FLOW3D能夠完成的仿真課題：
高壓鑄造仿真（壓鑄仿真）
低壓鑄仿真
傾斜鑄造仿真
重力鑄造仿真
熔模鑄造仿真
離心鑄造仿真
連鑄仿真
連續鑄造仿真
半固態金屬仿真
鑄件分為有強度要求的和一般要求的兩類,對于有強度要求的,應該具有良好的致密度.這是應該采用高的增壓比壓「FLOW3D鑄造仿真」「壓鑄工藝」「高壓鑄造」
如何設定壓力鑄造壓力、射速？考慮工藝因素和結構復雜程度，導熱和比熱性，凝固溫度范圍，模具溫度，結構。
壓鑄金屬按填充型腔過程，需要考慮壓力、速度、溫度以及時間等工藝因素，使用軟件仿真分析壓鑄過程「高壓鑄造」「壓力鑄造」「壓鑄工藝」
如何設定壓射力最佳壓力值？壓力的大小影響射速，由壓射缸的截面積和工作液的壓力所決定「高壓鑄造」「壓力鑄造」「壓鑄工藝」
如何確定鑄造工藝？高壓鑄造適用范圍？
壓鑄金屬按填充型腔過程，需要考慮壓力、速度、溫度以及時間等工藝因素，使用軟件仿真分析壓鑄過程「高壓鑄造」「壓力鑄造」「壓鑄工藝」
如何設定壓射力最佳壓力值？壓力的大小影響射速，由壓射缸的截面積和工作液的壓力所決定「高壓鑄造」「壓力鑄造」「壓鑄工藝」
如何確定鑄造工藝？高壓鑄造適用范圍？
壓鑄金屬按填充型腔過程，需要考慮壓力、速度、溫度以及時間等工藝因素，使用軟件仿真分析壓鑄過程「高壓鑄造」「壓力鑄造」「壓鑄工藝」
如何設定壓射力最佳壓力值？壓力的大小影響射速，由壓射缸的截面積和工作液的壓力所決定「高壓鑄造」「壓力鑄造」「壓鑄工藝」
如何確定鑄造工藝？高壓鑄造適用范圍？
