【Shioh Industries】集成CFD分析于壓鑄工藝設計
【Shioh Industries】集成CFD分析于壓鑄工藝設計

 

Shioh Industries】集成CFD分析于壓鑄工藝設計

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

注:Shioh Industries, 那斯達克(NASDAQ)上市公司 (代號SHLO)

一、前言

在當今的市場環境中,大部分企業都同時面臨舊有完善制度與新的快速增長經濟需求的壓力。市場的全球化迫使企業尋找可持續維持競爭優勢的方法,而互聯網技術的快速發展以及信息的自由交換,將是讓公司能夠保持競爭優勢的主要因素。

 

對于企業而言,在行業中保持領先地位的方法之一,是縮短將創新技術帶入市場所需的時間。為了壓縮壓鑄工藝開發時間,使用 FLOW-3D 進行建模以及仿真已成為 Shiloh Industries 工程部門不可或缺的一部分。

 

“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.”

“七年多來,我們向我們的團隊證明了 FLOW-3D 軟件作為壓鑄過程建模工具,其準確和可靠的預測結果。這些結果與實際鑄件的缺陷、溫度分布和流態具有很好的相關性。”

 

Shiloh Industries,每一個新項目都必須從澆口與流道系統的概念設計、料管速度-行程估算、料管直徑、最小排氣面積以及工藝所需壓力開始檢討。利用數值仿真分析開發出最佳的流動模式以及最小的卷氣設計。完成流道設計后,再進行熱傳分析,以協助決定冷卻水路的配置方案。

 

FLOW-3D 最吸引人的特色,在于其能夠為開發過程的每個階段運行單獨的分析。它能夠讓使用者在短時間內協助決定最佳的料管行程設定、澆口設計,以及水路配置。然后利用單次的流動-熱傳耦合計算,驗證所有的設計都能夠完美的運作。另外,利用 FLOW-3D GMO模型還能夠真實仿真柱塞在料管壓射階段的運動方式,對于項目開發而言,零件設計已經從單獨的產品轉換成真實的量產。

 

二、案例說明

圖1.鑄件

 

圖一的鑄件對于鑄造工藝而言,是個較困難的產品。主要的關鍵在于鑄件上凸出的肋件特征,對于金屬液流動及凝固時會造成困難,導致鑄件質量不易兼顧。肋件特征在凝固及冷卻階段會造成熱應力集中,讓鑄件發生不必要的變形。

 

在設計初始階段,開發人員提出了二十一種不同的流道方案設計,并且利用 FLOW-3D 驗證所有的流動模式。圖二為這二十一種方案中其中的三種流道設計。

 

2.流道方案設計

 

在流道方案設計驗證中,流動模式是決定流道方案成敗的關鍵因素。在初始流道設計時間結束后,決定采用圖二中的第二種及第三種設計進行接續分析。

圖3.第一階段完成后,決定采用的兩種流道設計方案

 

第二階段的驗證分析則是凝固分析。此時鑄件的溫度分布將是決定方案優劣的關鍵因素。圖四中顯示采用圖三右圖設計方案時,凝固階段結束時之溫度分布結果。

圖4.凝固結束時之鑄件溫度分布結果

 

三、結論

至目前為止,Shiloh Industries 已經能夠使用 FLOW-3D 作為標準的壓鑄工藝分析工具,并且已經證明 FLOW-3D 能夠協助開發部門提供準確及可靠的預測結果。這些分析結果與實際的鑄件缺陷、溫度分布,以及流動模式之間具有可靠的相關性。

 

Shiloh Industries 不僅將 FLOW-3D 作為壓鑄工藝模擬工具,還同時利用 FLOW-3D 作為計算流體動力學之驗證工具。如果在產品的開發流程中,需要根據客戶的需求提出設計變更,FLOW-3D 讓我們能夠快速且可靠地評估這些變化。不僅能夠提供客戶確實可行的設計變更方案,還能夠提供客戶在設計變更后這些設變對于零件性能的影響。

 

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