При литье под давлением, литье под низким давлением и гравитационное литье (включая литье в песчаные формы/металлические формы) CAE-симуляция используется как основной цифровой инструмент для совместного численного моделирования всего процесса литья путем построения трехмерной модели, охватывающей формы, отливки и систему литников. Его общие основные модули анализа включают:Моделирование процесса зарядки(Анализ закономерностей течения жидкого металла, прогнозирование холодной сегрегации и газовой обмотки),Моделирование процесса коагуляции(анализ температурного поля и последовательности застывания, прогнозирование усадки) иМоделирование напряжений/деформаций(Прогнозирование термических напряжений, остаточных напряжений и деформаций). Для определения характеристик процесса.CAE для литья под давлением фокусируется на высокоскоростном заполнении формы и анализе воздушных валков, тепловом балансе формы и оптимизации охлаждения.;CAE для литья под низким давлением фокусируется на точном контроле поля давления воздуха, последовательном затвердевании и моделировании усадки.;Гравитационное литье CAE с упором на естественный режим течения под действием силы тяжести, пути застывания и оценку эффективности подпитки стоякаОсновополагающая роль заключается в научном прогнозировании дефектов и оптимизации параметров процесса и конструкции формы. Основополагающая роль заключается в научном прогнозировании дефектов, оптимизации параметров процесса и конструкции формы для значительного улучшения качества литья, сокращения циклов разработки и снижения затрат на пробы и ошибки.
моделирование температурыCAE моделирование Моделирование температуры литья алюминия
Моделирование потока наполненияCAE-моделирование моделирования потока наполнения алюминиевого литья
Анализ барометрического моделированияCAE-моделирование анализа газового моделирования валков алюминиевого литья
Моделирование усадкиCAE-моделирование моделирования усадки алюминиевого литья
CAE-моделирование и анализ в литейном производстве
Компания ?Хэ Синь Мо Пластик? внедрила эту технологию ещё на этапе разработки пресс-формCAE (Computer Aided Engineering) — моделирование и анализ литья, путем построения трехмерной численной модели, охватывающей пресс-форму, отливку и систему литниковых каналов, проводится моделирование всего процесса литья с учетом взаимодействия различных физических полей. Основная ценность CAE-моделирования заключается в том, чтоПредварительное выявление дефектов и оптимизация технологических параметров до начала обработки пресс-формы, сократив количество циклов испытаний и доработки пресс-форм, необходимых при традиционном методе проб и ошибок (4–6 циклов), до Не более 2 раундов, срок разработки одной формы сократился более чем на 30%, а затраты на пробное литье снизились примерно на 40%.
Возможности Хэ Синя в области CAE-моделирования охватывают три технологических процесса: литье под высоким давлением, литье под низким давлением и литье самотеком. Опираясь на такие ведущие платформы моделирования, как ProCAST, MAGMASOFT, Flow-3D и AnyCasting, компания может выполнятьМоделирование потока при литье, анализ затвердевания и охлаждения, прогнозирование включений газа, определение усадочных полостей и пористости, расчет тепловых напряжений и деформацийПять основных аналитических модулей. Результаты моделирования непосредственно влияют на проектирование литьевой системы, расположение каналов охлаждения, схемы выпуска газа и настройку технологических параметров, что позволяет перейти от модели разработки пресс-форм, основанной на "эмпирических пробах и ошибках", к модели, основанной на данных.
Четыре основных модуля моделирования и анализа
Моделирование CAE в литейном производствеЗаливка → Затвердевание → Дефекты → НапряженияПроисходят четыре физических процесса, между модулями осуществляется обмен данными, что в совокупности формирует полноценную систему цифровой верификации литейного процесса:
Моделирование потока при заполнении формы
На основе CFD (вычислительной гидродинамики) решаются уравнения Навье-Стокса для моделирования траектории течения расплавленного металла в литьевой системе и полости формы, распределения скорости заполнения и формы свободной поверхности. Позволяет прогнозировать дефекты заливки, такие как холодные прослойки, недостаточная заливка и следы течения, а также выводить данные о времени заливки, поле скоростей течения и поле температур, что служит ориентиром для оптимизации расположения и поперечного сечения внутреннего литникового отверстия.
Анализ охлаждения при затвердевании
Совместное решение уравнений теплопередачи и выделения скрытой теплоты кристаллизации, расчет кривых ?температура-время? для различных участков отливки, порядка кристаллизации и распределения доли твердой фазы. Выявление положения изолированных зон жидкой фазы и тепловых узлов, прогнозирование склонности к образованию усадочных пустот и усадочных пород, количественная оценка вероятности дефектов с помощью критерия Нияма или метода градиента доли твердой фазы, а также определение оптимального расположения литниковых каналов и охлаждающих элементов.
Накопившаяся газь и окислительные включения
С помощью метода многофазного течения (VOF) отслеживается граница раздела между расплавленным алюминием и газом, моделируются процессы увлечения, дробления, агрегации и всплытия газа в ходе заполнения формы. Получаются количественные данные о расположении увлеченного газа, объемной доле газа и вероятности его задержки, что позволяет оптимизировать расположение дегазационных каналов и пробок, а также скорректировать кривую скорости разлива.
Напряжение и деформация
Совмещение температурного и механического полей для расчета распределения тепловых напряжений, уровня остаточных напряжений и величины деформации в отливках в процессе затвердевания и охлаждения. Прогнозирование риска термических трещин (на основе индекса термической трещиностойкости HCS) и отклонений от номинальных размеров, что служит основой для разработки компенсационных деформаций пресс-форм и определения технологических процессов термообработки.
Основные направления CAE-моделирования для трёх технологий литья
Механизмы заполнения формы и типы дефектов при различных технологиях литья значительно различаются, поэтому при CAE-моделировании акцент делается на разных аспектах, а ключевые критерии оценки также различаются:
CAE-моделирование литья под давлением
CAE-моделирование в литье под низким давлением
CAE-моделирование гравитационного литья
Цепочка инструментов для CAE-моделирования
Компания ?Хэ Синь? в зависимости от конкретных технологий литья и аналитических потребностей использует несколько видов специализированного программного обеспечения для CAE-моделирования, каждое из которых имеет свои приоритеты и дополняет друг друга:
| Название программного обеспечения | Основные достоинства | Применимые технологии | Особые функции | Тип сетки |
|---|---|---|---|---|
| MAGMASOFT | Высокая точность анализа кристаллизации и напряжений, точное моделирование температурного поля в пресс-форме | Литье под давлением, низкое давление, гравитационное литье | Анализ теплового равновесия в нескольких циклах, прогнозирование микроструктуры | FDM — метод конечных разностей |
| ProCAST | Высокая способность к моделированию взаимодействия нескольких физических полей, точные расчеты радиационного теплообмена | Низкое давление, гравитационное формование (включая песчаные формы) | Прогнозирование термического растрескивания, моделирование кристаллической структуры, компенсация обратной деформации | FEM — метод конечных элементов |
| Flow-3D | Максимальная точность отслеживания свободной поверхности, передовые технологии моделирования высокоскоростного заполнения формы | литьё под давлением | Метод TruVOF, количественный анализ втягиваемого воздуха, отслеживание окислительной пленки | FVM + FAVOR |
| AnyCasting | Простота в использовании, высокая скорость вычислений, подходит для быстрых итераций | Сила тяжести, низкое давление | Мастер оптимизации литниковых каналов, параллельное сравнение нескольких вариантов | FDM — метод конечных разностей |
Стандартный процесс CAE-моделирования и анализа
CAE-моделирование, проводимое Хэ Синь, соответствует стандартизированнымПятиэтапный процесс анализа, обеспечение воспроизводимости результатов моделирования и их практической ценности для проектирования:
Геометрическая предварительная обработка
Импортируйте 3D-модели отливок и форм, выделите области течения и области твердого тела для литниковой системы, отливок и форм, выполните разбиение на сетку (для тонкостенных деталей обеспечьте ≥3 слоя сетки), задайте коэффициент теплообмена на границе раздела (отливка–форма: 500–2000 Вт/м2·К).
Материалы и граничные условия
Выбрать марку алюминиевого сплава (A356 / A380 / ZL101 и т. д.), задать параметры тепловых свойств (температура линии жидкой фазы, температура линии твёрдой фазы, скрытая теплота, кривая вязкости), настроить температуру разливки, температуру предварительного нагрева формы, кривую скорости/давления наполнения формы.
Вычисление результата
Запустите решатель с учетом взаимодействия нескольких физических полей и последовательно рассчитайте поле течения при заполнении формы, температурное поле и процесс затвердевания. Типичное время расчета: анализ заполнения формы при литье под давлением — 2–4 часа, анализ затвердевания при литье под низким давлением — 4–8 часов (в зависимости от количества ячеек сетки и конфигурации оборудования).
Постобработка результатов
Визуализация последовательности заполнения, температурного поля, распределения степени затвердевания, расположения усадочных пустот и пористости, объемной доли уловленного газа и распределения напряжений. Извлечение значений ключевых критериев (число Нияма, объемная доля остаточного газа, индекс чувствительности к термическому растрескиванию) и формирование отчета по прогнозированию дефектов.
Итеративная оптимизация технологического процесса
На основе результатов моделирования корректируются параметры литьевой системы (площадь внутреннего литника, положение переливного канала), параметры охлаждения (расход воды в охлаждающих каналах, температура воды) или технологические параметры (температура литья, скорость заполнения формы), после чего проводится повторное моделирование и проверка до тех пор, пока прогнозируемые дефекты не будут соответствовать требованиям к качеству.
Ключевые параметры моделирования и граничные условия
Точность CAE-моделирования в значительной степени зависит отОбоснованность постановки граничных условий. Ниже приведены ключевые параметры моделирования, калиброванные Хэ Синем на основе реальных производственных данных, что позволяет обеспечить удержание отклонений результатов моделирования от результатов реальных испытаний пресс-форм в допустимых пределах:
| Категории параметров | Название параметра | Типичные значения / диапазон | Влияние на точность моделирования |
|---|---|---|---|
| Термические свойства | A356 — температура жидкой фазы | 615 °C | Факторы, влияющие на определение начальной точки коагуляции |
| Термические свойства | A356 Температура линии твердой фазы | 555 °C | Влияние на конечную точку затвердевания и время закрытия каналов усадки |
| Термические свойства | Скрытая теплота затвердевания (A356) | 389 кДж/кг | Влияние на расчет времени застывания и температурного поля |
| Интерфейс | Коэффициент теплообмена между отливкой и формой | 500–2000 Вт/м2·К | Непосредственно влияют на скорость охлаждения и последовательность затвердевания |
| Интерфейс | Пресс-форма — коэффициент теплообмена охлаждающей воды | 3000–8000 Вт/м2·К | Факторы, влияющие на тепловой баланс пресс-формы |
| декоративно-прикладное искусство | Температура заливки (A356) | 700–740 °C | Факторы, влияющие на способность к заполнению формы и время затвердевания |
| декоративно-прикладное искусство | Температура предварительного нагрева пресс-формы | 180–250 °C (литье под давлением) / 150–200 °C (низкое давление) | Факторы, влияющие на полноту заполнения формы и скорость затвердевания |
| декоративно-прикладное искусство | Скорость наполнения при литье под давлением | 50–100 м/с (внутренний литниковый канал) | Факторы, влияющие на объем намотки и качество поверхности |
| декоративно-прикладное искусство | Давление удержания при низком давлении | 0,1–0,3 МПа | Факторы, влияющие на эффективность уплотнения и склонность к усадке |
| Критерий | Niyama — пороговое значение | < 0,8–1,0 √K·с/мм | Порог определения пористости; при значениях ниже этого порога существует риск пористости |
| Критерий | Объемная доля остаточного газа | < 2% (детали безопасности) | Количественные показатели дефектов пор |
| Критерий | Индекс чувствительности к термическому растрескиванию (HCS) | < 1,0 (низкий риск) | Пороговое значение для оценки риска термического разлома |
Часто задаваемые вопросы о технологии CAE-моделирования
Вам нужна помощь в проведении CAE-моделирования и анализа в области литья?
Пришлите чертежи вашей продукции и технологические требования, и инженеры компании ?Хэсинь? на этапе проектирования пресс-формы одновременно проведут CAE-моделирование, а также предоставят подробный отчет с прогнозом дефектов и рекомендации по оптимизации технологического процесса — стоимость моделирования уже включена в стоимость услуг по разработке пресс-формы и не взимается дополнительно.
Отправить чертежи, чтобы получить предложение по моделированию и анализу →




















