如何使用模流分析软件设计压铸浇注系统

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1、如何使用模流分析软件设计压铸浇注系统IntegrationofFlowSimulationintoHPDCGatingSystemDesign12J.Shi(施孜江),C.W.Kim,K.Siersma,Kevin.Ma（马军贤）,D.Smith,D.Morin(1.EKK,Inc.,FarmingtonHills,Michigan2.Auto-Cast,Inc.,Grandville,Michigan)摘要模流分析在压铸行业的应用已经非常普遍，但大多数模具工程师和工艺设计师仍然采用传统方法——经验公式和过去的经验，进行浇注系统设计(包括流道、内浇口、溢流槽位置和几何形状设计)

2、，而未考虑充分使用模拟技术指导其设计。通常，模拟分析往往只用于浇注系统设计完成后的宏观验证阶段，而不是用于设计阶段。本文详细介绍了在压铸流道设计研发过程中如何正确使用模流仿真分析，从而研发出最佳的流道、内浇口设计结构。通过模流分析设计出的模具，可以基本保证一次性试生产成功。模具不需做进一步修改，即可获得高质量、高出品率的铸件。从而可以大大缩短模具的研发周期及新产品的试制周期，为用户节省了研发费用和试生产时间。这才是模拟分析软件的真正用途。引言在全球化竞争的今天，市场对压铸件的质量要求越来越高，压铸产品越来越复杂，而开发周期越来越短。压铸工程师在基本上不能改动任何产品设计的前提下

3、，只负责浇注系统设计，以及生产工艺参数的制定。对于压铸产品来说，浇注系统设计及工艺参数的制定是工程师能够控制产品质量的最关键部分。对于浇注系统设1,2,3计，前人已经做过大量的研究，并且有很多经典著作可供参考。然而这些研究都是基于简单的公式或经验法则，很难适用于现实中的复杂铸件。因此工程师不得不在过去经验的基础上，使用一些假设条件完成设计，通过不断地试模及修改，才能成功的应用到实际铸件上。目前模流分析在压铸件上的应用已经非常普遍，一些软件能够相对准确的模拟出流动状态及相关缺陷的位4,5置，可以说模流分析正好弥补了压铸工艺设计经验上的不足。但是由于工程师对目前市场上的模流分析的准

4、确度没有信心或者还没找到计算准确的模拟软件，因此到目前为止模流分析软件在压铸流道系统设计上的应用还极其有限。在本文中，通过一个全新压铸件的研发过程，介绍了如何将模流分析正确融入浇注系统设计中。大家从中可以看到，目前的一些模流分析技术已经能够非常准确的模拟流动状态并预测相关缺陷。其分析结果可以直接指导浇注系统的设计与改进。本文中所使用的是美国EKK公司的EKKcapcast模拟软件。该软件在北美及日本享有很高的声誉。由于该软件使用六面体有限元算法（FEM），能够准确的拟合超薄内浇口及其他薄壁复杂压铸件几何细节又能保证流体计算的准确性，为目前压铸行业提供了最准确的模拟结果。设计流程

5、当前压铸件研发流程图1为典型的压铸件研发流程，其中粗箭头表示正常的项目进展，细箭头表示极少的逆向情况。产品设计铸件设计浇注系统设计模流分析试验样件图1：典型压铸件研发流程Figure1:Typicalcurrentdiecastingdevelopment产品工程师设计零件时常常忽略生产工艺性。压铸工程师首先要确定最佳内浇口位置，铸件在模具内的排布，接下来确定流道设计方案和冷却水道排布。考虑到浇注系统对压铸件质量的影响很大，一般都要进行模流分析，但大多模流分析是在完成浇注系统设计后才进行的，因此对细节设计过程影响很小。实际上，北美压铸协会（NADCA）的浇注系统设计手册也是这样

6、写的“[模拟]应该在浇注系统设计完成后进行”。对于那些经验丰富的压铸工程师设计的浇注系统，模拟工程师一般很难挑战他们的权威性。因此，模拟往往只用于工艺验证而已，而该工艺未必是经过全面优化的。一旦开始试验样件，要改进浇注系统就必须得改动模具，而这个过程往往要反复进行，直到获得满足设计标准的铸件。有些特殊情况，只调整浇注系统不能解决所有问题，这时就必须修改铸件或零件设计。基于模流分析的压铸件研发流程由于可以模拟及观察流动状态分析和预测相关缺陷，铸造模拟软件作为替代工程师经验和判断的重要工具已经得到广泛认可。除了铸件结构本身，浇注系统设计的优劣影响着金属液和空气在型腔中的流动状态。如

7、果在铸件研发及浇注系统设计期间尽早的使用模流分析，并在研发设计过程中不断使用模流分析加以指导验证，可以使铸件及流道设计一直保持着优化状态。这样设计出来的铸件、模具及浇注系统基本上可以使铸件在一次试模中达到产品的设计要求，而不需对模具进行较大调整。这将大大缩短研发周期、降低成本。1,2,3传统的浇注系统设计流程已经比较完善了，大家可以找到很多相关的优秀教科书来参考。将模流分析融入浇注系统设计，并不是要推翻这个设计流程，而是让它变得更准确，更有效。特别是我们可以用可靠的模流分析替代工程师想象中的