【Shioh Industries】集成CFD分析于压铸工艺设计
【Shioh Industries】集成CFD分析于压铸工艺设计

 

一、前言

在当今的市场环境中,大部分企业都同时面临旧有完善制度与新的快速增长经济需求的压力。市场的全球化迫使企业寻找可持续维持竞争优势的方法,而互联网技术的快速发展以及信息的自由交换,将是让公司能够保持竞争优势的主要因素。

 

对于企业而言,在行业中保持领先地位的方法之一,是缩短将创新技术带入市场所需的时间。为了压缩压铸工艺开发时间,使用 FLOW-3D 进行建模以及仿真已成为 Shiloh Industries 工程部门不可或缺的一部分。

 

“For over seven years, we have been able to prove to our group the accuracy and reliability of the predicted results  using FLOW-3D as a die casting process modeling tool. These results have had good correlations with the actual casting defects, temperature distribution and flow patterns.”

“七年多来,我们向我们的团队证明了 FLOW-3D 软件作为压铸过程建模工具,其准确和可靠的预测结果。这些结果与实际铸件的缺陷、温度分布和流态具有很好的相关性。”

 

Shiloh Industries,每一个新项目都必须从浇口与流道系统的概念设计、料管速度-行程估算、料管直径、最小排气面积以及工艺所需压力开始检讨。利用数值仿真分析开发出最佳的流动模式以及最小的卷气设计。完成流道设计后,再进行热传分析,以协助决定冷却水路的配置方案。

 

FLOW-3D 最吸引人的特色,在于其能够为开发过程的每个阶段运行单独的分析。它能够让使用者在短时间内协助决定最佳的料管行程设定、浇口设计,以及水路配置。然后利用单次的流动-热传耦合计算,验证所有的设计都能够完美的运作。另外,利用 FLOW-3D GMO模型还能够真实仿真柱塞在料管压射阶段的运动方式,对于项目开发而言,零件设计已经从单独的产品转换成真实的量产。

 

二、案例说明

图1.铸件

 

图一的铸件对于铸造工艺而言,是个较困难的产品。主要的关键在于铸件上凸出的肋件特征,对于金属液流动及凝固时会造成困难,导致铸件质量不易兼顾。肋件特征在凝固及冷却阶段会造成热应力集中,让铸件发生不必要的变形。

 

在设计初始阶段,开发人员提出了二十一种不同的流道方案设计,并且利用 FLOW-3D 验证所有的流动模式。图二为这二十一种方案中其中的三种流道设计。

 

2.流道方案设计

 

在流道方案设计验证中,流动模式是决定流道方案成败的关键因素。在初始流道设计时间结束后,决定采用图二中的第二种及第三种设计进行接续分析。

图3.第一阶段完成后,决定采用的两种流道设计方案

 

第二阶段的验证分析则是凝固分析。此时铸件的温度分布将是决定方案优劣的关键因素。图四中显示采用图三右图设计方案时,凝固阶段结束时之温度分布结果。

图4.凝固结束时之铸件温度分布结果

 

三、结论

至目前为止,Shiloh Industries 已经能够使用 FLOW-3D 作为标准的压铸工艺分析工具,并且已经证明 FLOW-3D 能够协助开发部门提供准确及可靠的预测结果。这些分析结果与实际的铸件缺陷、温度分布,以及流动模式之间具有可靠的相关性。

 

Shiloh Industries 不仅将 FLOW-3D 作为压铸工艺模拟工具,还同时利用 FLOW-3D 作为计算流体动力学之验证工具。如果在产品的开发流程中,需要根据客户的需求提出设计变更,FLOW-3D 让我们能够快速且可靠地评估这些变化。不仅能够提供客户确实可行的设计变更方案,还能够提供客户在设计变更后这些设变对于零件性能的影响。

 

作者:Alex Reikher, Ph.D., of Shioh Industries

注:Shioh Industries, 那斯达克(NASDAQ)上市公司 (代号SHLO)