ESI压铸流道设计案例|台湾正扬制模厂采用铸造模拟加速复杂模具设计

The Challenge

当新产品结构变得日益复杂时，完全依赖经验显得越发吃力。面临问题：无法跟上客户对模具快速更新要求、只能通过有限的试验进行模具优化、不能确保为最终客户提供优质模具、同时又无法保证良好的利润率。台湾正扬制模厂，选择仿真模拟来应对这些挑战。

 

对于有经验模具设计师，可以轻易上手仿真模拟技术，将其应用于模具设计开发周期内，可以大大节省开发成本和时间。

The Benefits

通过减少不必要的试验来优化模具设计和工艺参数，缩短开发时间和成本；

提高市场竞争力；

获取更多经验，提高专业知识。

“如果时间和成本不限制的话，我们可以在不仿真的情况下解决许多问题，但是这是不现实的。借助ESI的QuikCAST铸造模拟软件，我们可以反复测试并改进我们的设计，同时仿真模拟可以观察模具内部模流，方便我们直观进行缺陷分析，提升了我们团队专业认知。”

——台湾正扬模具制造厂总经理Tu Chin-Huang。

台湾正扬模具制造厂是一家配件和模具制造商，主要从事铝镁合金的高压铸模具开发。在此之前，他们一直使用传统的反复试制方法进行模具开发。

正扬的新订单产品结构越来越复杂，质量要求越来越高。以往设计经验难以确保设计一次性到位。因此需要进行多次试验和重新设计，导致正扬的开发成本增加、利润率降低、模具产品交付延迟。基于此，正扬将CAE视为其化解之道。他们选择了ESI快速高效仿真解决方案QuikCAST用于对铸造工艺进行评估，以对初步设计的模具方案进行虚拟试验。自此，正扬开始与台湾的ESI官方代理商Elite Crown合作。

Applying Simulation To The Early Stages Of Die Design

对正扬模具厂来说，想要在没有任何CAE的知识情况下成功导入模拟仿真，这意味着正确学习软件工具的使用以外，更重要的是学习使用经验方法，因此选择正确的合作伙伴非常重要。Elite Crown为正扬提供了有效技术支持，使他们能够在模具设计周期中成功导入QuikCAST。

 

Successful Implementation

大多数模拟都旨在纠正填充和凝固缺陷，特别是裹气、表面缺陷和缩松缩孔缺陷。EliteCrown专注于填充模拟（耦合热分析考虑模具温度的变化、金属液粘度变化）来解决这些问题缺陷。基于模拟，正扬对浇注系统进行修改。修改内容主要包括流道形态及位置，内浇口流量平衡，溢流槽位置。

 A Sample Egineering Study

对正扬的设计工程师来讲，近期面临的挑战是，为圆锯机护板开发合适的模具，要求获得完整的表面质量。

Preliminary designs

缺乏此类零件经验的正扬设计师，提出了两种不同的填充方法（图1）。 方案1垂直方向进水，而方案2水平方向进水。在此，模拟仿真可以先对两种方案进行虚拟测试，而避免实际开模测试。

 

 Design1 

 Design2

方案1分析:设计团队最开始倾向于方案1，因为浇注系统需要更少的金属材料，但意识到由于流动距离较长，填充存在较多不确定性。模拟显示中央流道较小，并且金属液并没有按预期对护板的两根长板进行填充。侧面流道尺寸更大、流速更快，较早到达护板圆形部分。当圆形部分被填充满以后，金属液回流对两根长板进行填充（图2左）。 这种回流填充形式不太好，因为长板最后填充，流动距离越长、金属液前沿温度下降明显，卷气风险更大，最终将导致气泡缺陷（图2右）。

 

方案2分析：虽然浇注系统需要更多金属材料，但与方案1相比方案2似乎更安全，金属液的行程长度平均减少一半，导致金属液与腔内的空气接触时间减少。圆形部位的填充也（图3）非常平稳。在圆形截面的上半部分处，大量的金属液从位于2个长板之间的第二内浇口进入（从右侧），导致不均匀流动，金属液溢出主要集中在右侧位置。对两根长板处的填充分析显示，金属前沿在上长板处汇集而非直接进入溢流槽。解决此问题的思路是增加内浇或修改内浇口位置使得金属液更早进入这个位置。

 

Final Deaign

正扬在方案2基础上对内浇口尺寸进行了小修改。 主要修改了在护板的2个长板之间的内浇口，以实现更好的流动平衡（图4）。

 

对方案2中长杆之间的第二个内浇口（从右侧）重新设计和重新定位，使金属液略微偏向长杆方向流动，从而金属液在圆形截面处实现更平稳的流动，同时到达顶部溢流口。长板之间的第二个内浇口（从左侧）变为溢流槽并重新定位，这样布置可以让金属液在上长杆横向流动并最终进入该内浇口中。重新设计和重新定位最左边的内浇口，以便金属液从下长板顺利穿过此内浇口进入上长板，并最终进入溢流槽。

 

最终方案的模拟结果（图5）显示了改进后流动状态，结果表明采用优化后的内浇口，有助于获得高表面质量产品。

 

正扬还对设计方案进行了凝固分析，并对模具和工艺进行了相应的修改，以消除关键位置的缩孔缺陷。在将最终模具发送给客户之前，该团队对此最终设计方案进行了试模验证，获得了满意效果。

 

Better And Faster Method With QuickCAST

1、QuikCAST使正扬制模厂能够缩短开发时间和成本，从而提高竞争力；

2、反复模拟可以更深入地了解型腔内的状态;

3、与实际试验相比，采用计算机仿真模拟为企业节省研发成本；

4、仿真可以对每个方案/工艺参数进行详细分析，并尝试不同设计方案，从而有助于提升公司内部经验和专业知识。

 

最终，ESI的铸造模拟软件使得正扬模具制造厂能够满足客户对更快、更高质量模具的需求。

 来源：ESI中国