重力仿真案例 | 精准复现汽车卡钳铸造缺陷，从源头掌控交付品质
重力铸造球铁汽车卡钳，作为汽车制动系统核心安全件，对铸件内部缩松缺陷有着严苛的验收标准。
传统工艺开发模式高度依赖老师傅经验，在“试模 - 解剖 - 改工艺” 中反复迭代，研发周期长、生产成本高。纯粹依靠个人经验难以精确预判缺陷位置，铸件成型过程中一旦出现批量缺陷，将直接影响制动件交付与行车安全。
SupreCAST全铸造仿真软件，满足重力铸造在设计环节中充型、凝固等全流程的模拟验证需求，以实物缺陷对标为核心，助力铸造企业跳出经验试错，用数字化仿真提前锁定铸件缺陷。
01 项目背景
产品基础信息
本次案例对象为球墨铸铁汽车卡钳，客户量产铸件后解剖检测，在铸件厚大交接区域发现明显缩松缺陷，直接影响产品探伤合格率。
项目目标
利用SupreCAST重力铸造仿真软件复现实物缩松位置，解析缺陷形成机理，优化浇注系统、冒口方案，从源头抑制缩松，减少实体试模次数。
▲图1 铸件结构图
02 仿真对标实现缺陷精准复现
将卡钳三维模型、QT500系列球铁材料热物性参数、现场实际浇注工艺参数导入SupreCAST重力铸造仿真平台，完整模拟金属液充型流动、温度场演变、凝固顺序全过程。
参数配置
1、合金参数：EN-GJS500-7。
▲图2 合金物性参数
2、充填工艺参数：入水直径25mm；匀速充填；入水速度1m/s。
▲图3 充填工艺参数
3、网格剖分：网格尺寸1mm，网格总数1.4千万，网格剖分采用多层自适应加密方式处理，效果如下图所示。
▲图4 网格剖分效果
4、界面换热：软件适配常数和温敏曲线，用户可以参考内置参考曲线进行自主调整。
▲图5 界面换热展示
5、计算监控：网格尺寸1mm，网格总数1.4千万；24核5h 27min充填计算结束，1h 5min凝固计算结束。
▲图6 计算监控
仿真预测缺陷所在
精准复现铸造缺陷：仿真计算得到的最后凝固区域、缩松预测位置、缺陷分布范围，与客户实物解剖发现的缩松区域高度吻合。
清晰还原缺陷形成过程：卡钳缸头处形成热节，凝固过程补缩通道提前断开，金属液收缩得不到持续补给，最终产生缩松。
▲图7 和缺陷高度吻合的热节结果
▲图8 缺陷和实物对比
▲图9 缩孔缩松实体导出前处理装配后剖切截图
SupreCAST不仅给出缺陷位置，还输出充型流速、温度梯度、固相分数、补缩压力等全套数据，把肉眼不可见的凝固过程可视化，不再只能等解剖后才知道问题所在。
其他仿真模拟结果
1、卷气压力：指金属液在充填型腔的过程中，卷入金属液内的气体在型腔内的压力分布情况。卷气压力结果主要用来表征铸件卷入性气孔缺陷，一般结合左侧标尺查看，颜色越高亮，意味着卷气风险越高，用户可根据卷气的分布情况对浇注系统进行优化，减少卷入性气孔缺陷，提高产品质量。
▲图10 仿真结果展示-卷气压力
2、界面前沿温度：统计了金属液首次接触铸型的的温度，用于分析冷隔留痕缺陷。通常两股金属液温差大于30-50℃，由于氧化层的熔点较高，所以易出现熔接不充分的情况。且低温区会出现结壳过快导致气体无法完全溢出形成皮下气孔缺陷。
▲图11 仿真结果展示-界面前沿温度
3、充填压力：指压铸充填过程金属液在型腔内空间各个位置在对应时刻的压力分布。颜色越鲜艳，证明此处的金属液压力越大。
▲图12 仿真结果展示-充填压力
4、界面前沿：浅蓝色表示金属液颜色，卡其色表示与空气接触的金属液的颜色，作为过程结果，可通过界面前沿结果实时监控金属液在充填时的回卷情况，同时辅助对产品充填时卷气形成过程的理解。该结果能非常详细地看到金属液充填过程中在哪些特征区域形成气体包卷，用户可根据金属液的流态优化压铸工艺和浇排设计。
▲图13 仿真结果展示-界面前沿
5、充填速度：指压铸充填过程金属液在型腔内空间各个位置对应的速度大小分布。颜色越鲜艳，证明此处的金属液速度越大。
▲图14 仿真结果展示-充填速度
6、充填时间：指压铸充填过程金属液到达各个型腔对应的到达时间分布，能够帮助用户直观看到产品内部的充填顺序，计算产品的充填时间。
▲图14 仿真结果展示-充填时间
7、充填温度：作为过程结果，可实时展现充填过程中低温金属液的动向，用户可借助充填温度结果判断渣包的位置是否起到了收集末端冷料的作用，辅助合理布置温控系统。
▲图15 仿真结果展示-充填温度
8、氧化夹杂：指金属液流动过程中因与空气接触形成氧化膜并被卷入铸件内部的现象。
▲图16 仿真结果展示-氧化夹杂
9、矢量图-速度：通过观察速度矢量图，可以了解金属液进入型腔后的流向、流速及填充顺序。有助于识别可能的流动不平衡或不理想的填充模式，帮助预测诸如卷气等铸造缺陷的潜在位置。基于速度矢量图提供的信息，用户可以调整浇口的位置、大小和数量，以改善金属液流动特性，提高充填质量。
▲图17 仿真结果展示-矢量图-速度
10、气孔：通过卷气压力和卷气结果分析出气孔的高风险区。
▲图18 仿真结果展示-气孔
11、凝固温度场：可以分析铸件表面结壳时间，可以对应皮下气孔和补缩系统异常的情况。
▲图19 仿真结果展示-凝固温度场
12、固相分数：反应铸型的凝固趋势，可以用于分析补缩系统的合理性，也可分析冷铁的大小和位置的合理性。
▲图20 仿真结果展示-固相分数
13、固相到液相时间：配合固相分数可以分析凝固趋势细节。
▲图21 仿真结果展示-固相到液相时间
14、热节：热节结果用一张云图刻画出凝固收缩过程中出现的收缩通道中断的情况，可以直观指导用户设计补缩通道、确定及调整冷铁位置。
▲图22 仿真结果展示-热节
15、热模数：识别出热节中心的热模数，从而计算补缩系统所需的液量和体积。
▲图23 仿真结果展示-热模数
16、二次枝晶臂间距：指在有色合金和铸钢中反应金属凝固过程中相邻枝晶侧臂间的垂直距离，直接影响材料的力学性能和铸造质量。
▲图24 仿真结果展示-二次枝晶臂间距
03 工艺优化与现场落地验证
基于已经完成实物对标校核的可信仿真模型，在SupreCAST内部开展多轮工艺虚拟迭代：调整冒口尺寸、优化冒口摆放位置，调试浇注温度与充型节奏；对比不同方案下热节迁移规律、补缩效率变化，筛选出最优工艺方案。
仿真预判结果
消除原有危险热节，构建顺序凝固条件，厚大区域补缩通道通畅，目标位置缩松风险大幅下降。
现场试制验证
采用SupreCAST仿真平台输出的最优工艺开展生产试制，铸件探伤检测合格，原缸头位置缩松缺陷得到有效控制。
本次实践项目实现了完整的业务闭环流程：实物缺陷对标 → 仿真复现缺陷 → 缺陷机理解析 → 虚拟多方案迭代 → 现场落地验证。
通过仿真先行，极大地减少了实体试模频次，缩短了新品开发周期，节约了原材料、机加工、检测等各项试错成本。
04 方案应用价值
仿真实物可对标校核
仿真预测的缺陷位置及范围能够和实物解剖结果高度匹配，工艺问题具备量化依据，告别纯经验式推测。
虚拟试模，降低综合成本
在计算机内完成多套浇注工艺对比评估，减少模具改动、铸件实体试制的次数，节约开发投入。
面向重力铸造深度适配
SupreCAST针对球铁、灰铁重力铸造工况深度优化，内置完备铸铁材料数据库，热物性参数与收缩数学模型贴合实际重力浇注场景；可覆盖卡钳、缸体、风电铸件等各类重工铸件仿真业务。
云端轻量化算力，使用门槛低
依托SupreCAST智铸超云 SaaS 平台，无需购置高配本地工作站，网页端即可提交重力铸造仿真计算任务。
满足个性化私有化部署
针对数据敏感与高合规性、深度定制诉求等，SupreCAST亦可提供私有化部署。
05 结语
汽车制动安全件关乎行车安全，对内部质量零容忍。
SupreCAST重力铸造仿真软件，坚持仿真对标实物的技术思路，推动铸造行业从 “事后查找缺陷” 转变为事前预判缺陷、精准定位缺陷、虚拟迭代优化工艺。
以数字化仿真赋能重力铸造企业，稳定铸件品质，压缩新品研发周期，降低生产成本，助力高端安全类铸件实现高质量产。
评论0