TL;DR

Liešanas kokilās simulācija ir datorpalīdzēta inženierijas (CAE) simulācija, ko izmanto automašīnu liešanas kokilās projektēšanas fāzē. Tā virtuāli prognozē, kā kausētais metāls plūdīs, aizpildīs un sacietēs veidnē. Šīs analīzes galvenais mērķis ir identificēt un novērst būtiskus ražošanas trūkumus, piemēram, porozitāti, gaisa iekļūšanu un nepilnīgu aizpildījumu, pirms tiek apstrādāts tērauds, tādējādi optimizējot veidņu dizainu, lai nodrošinātu augstas kvalitātes un uzticamu automašīnu sastāvdaļu ražošanu, ietaupot ievērojamu laiku un izmaksas.

Kas ir liešanas kokilās simulācija un kāpēc tā ir tik svarīga automašīnu liešanai kokilās?

Litēšanas simulācija ir sarežģīta tehnika, kas nodrošina virtuālu ieskatu litēšanas procesā jau pirms tiek izveidota fiziska veidne. Izmantojot spēcīgu CAE programmatūru, inženieri var modelēt un vizualizēt sarežģīto fiziku, kādā kausētais metāls aizpilda veidnes dobumu. Šis skaitliskais modelējums paredz procesa plūsmas, aizpildīšanas un kristalizācijas stadijas, sniedzot datubāzētas atziņas, kuras agrāk bija iespējams iegūt tikai ar dārgiem un laikietilpīgiem mēģinājumiem un kļūdu meklēšanu.

Šīs analīzes pamatfunkcija ir pāriet no reaktīva uz proaktīvu pieeju veidņu dizainā. Vēsturiski die litēšana lielā mērā balstījās uz inženieru pieredzi, un sākotnējie ražošanas cikli (tiek saukti par T1 testiem) bieži atklāja trūkumus, kas prasīja dārgas un ilgstošas veidņu modificēšanas darbības. Litēšanas simulācija principiāli maina šo dinamiku, ļaujot dizaineriem digitālā vidē testēt dažādus cietējus, vārtu atrašanās vietas un procesa parametrus. Šis virtuālais testēšana agrīnā stadijā identificē potenciālas problēmas dizaina posmā, ļaujot veikt korekcijas pirms fiziskā rīka izgatavošanas.

Prasaļķīgajā automašīnu nozarē, kur detaļas bieži ir sarežģītas un pakļautas stingrām drošības un veiktspējas normām, šī proaktīvā validācija ir neatliekama. Simulācija palīdz nodrošināt, ka komponenti — sākot no sarežģītiem elektronikas korpusiem līdz lieliem strukturāliem elementiem — tiek ražoti vienmērīgi un ekonomiski. Optimizējot procesu digitāli, ražotāji var sasniegt daudz augstāku panākumu līmeni pirmajā mēģinājumā, radikāli samazinot attīstības ciklus un izmaksas.

Galvenie priekšrocības, integrējot liešanas simulāciju automašīnu liešanas darbplūsmā, ir ievērojamas un tieši ietekmē peļņu un produkta kvalitāti. Šie priekšrocības ietver:

• Defektu novēršana: Prognozējot problēmas, piemēram, porozitāti, metinājuma līnijas un nepilnīgu piepildīšanu, analīze ļauj inženieriem pārveidot veidņu dizainu, lai no sākuma novērstu šīs kļūdas.
• Izmaksu samazināšana: Tas minimizē dārgo veidņu pārstrādi un samazina materiālu atkritumu līmeni. Apstiprinot dizainu jau sākumā, tiek izvairīts lielais ražošanas līnijas problēmu novēršanas izmaksu slogšana.
• Ātrāka attīstības cikla: Simulācija ievērojami samazina fizisko testu skaitu, kas nepieciešams ideālas detaļas ražošanai, saīsinot laiku no dizaina līdz tirgū nonākšanai.
• Uzlabota detaļas kvalitāte un veiktspēja: Optimizēta piepilde un atdzesēšana rada detaļas ar labāku strukturālo integritāti, augstākas kvalitātes virsmas apdari un uzlabotām mehāniskajām īpašībām, kas ir būtiski automašīnu pielietojumiem.
• Pagarināta rīka kalpošanas ilgums: Analizējot siltuma slodzi uz pašu veidni, simulācija var palīdzēt optimizēt atdzesēšanas sistēmas, lai novērstu agrīnu plaisāšanu vai nodilumu, pagarinot dārgās matricas dzīvi.

Kritisko defektu novēršana: galvenais mērķis liešanā ar metāla formām

Galvenais mērķis, modelējot liešanu ar metāla formām, ir izmantot spēcīgu diagnostikas rīku, kas identificē un novērš potenciālas ražošanas kļūdas pirms to rašanās. Šīs nepilnības var kompromitēt detaļas strukturālo integritāti, izskatu un veiktspēju, izraisošas dārgas atkritumu masas vai vēl ļaunāk — ekspluatācijas laikā radušās neveiksmes. Simulācija sniedz detalizētu priekšstatu par to, kā izturēsies kausētais metāls, ļaujot inženieriem precīzi noteikt bieži sastopamo liešanas defektu pamatcēloņus.

Viens no svarīgākajiem novērstajiem defektiem ir porozitāte , kas attiecas uz dobumiem vai caurumiem liešanā. Dura Mold, Inc. , porozitāte parasti tiek klasificēta divos veidos. Ar gāzi saistītā porozitāte rodas tad, kad gaisa vai eļļošanas līdzekļu gāzes iestrēgst metālā, tas sakietot, parasti parādoties kā gludi, apaļi dobumi. Savukārt saraušanās porozitāte ir saistīta ar tilpuma samazināšanos sacietēšanas laikā un bieži izskatās raupja un asa. Abi šie veidi var būtiski vājināt komponentu, un simulācija palīdz identificēt gāzes iepinumus vai nepietiekamu barošanu, kas noved pie šīm problēmām.

Vēl viena izplatīta problēma ir gaisa ieslēgumi . Tie rodas, kad kūstošais metāls plūst kopā un nodalda gaisa kabatu dobumā. Ja nav pareizi izvadi, iestrēdzis gaiss var izraisīt virsmas defektus vai iekšējus dobumus. Līdzīgi, saldēšanas līnijas veids, kā divi atsevišķi plūsmas frontes satiekas, bet nepilnībā saslīd kopā, radot iespējamu vāju punktu galīgajā detaļā. Simulācija skaidri vizualizē šos satikšanās punktus, ļaujot koriģēt vārstu atrašanās vietas vai plūsmas ceļus, lai nodrošinātu, ka frontes ir pietiekami karstas, lai pareizi saplūstu.

Citi būtiski trūkumi, ko palīdz novērst simulācija, ietver nepilnīgu aizpildīšanu (trūkstošus ieliešanas daudzumus) , kad metāls sacietē pirms pilnībā aizpilda formas dobumu, un aukstie savienojumi , saistītu problēmu, kad agrīna atdzišana traucē metāla plūsmas pareizu saslīdēšanu. Analizējot plūsmas frontes temperatūru un spiedienu visā aizpildīšanas procesā, inženieri var nodrošināt, ka metāls sasniedz katru formas stūri ar pareizo temperatūru un spiedienu, lai izveidotu pilnīgu, cietu detaļu.

Lai efektīvi izmantotu simulācijas rezultātus, inženieri vizuālos rādītājus no programmatūras saista ar konkrētiem iespējamiem trūkumiem, ļaujot mērķtiecīgas konstruktīvas korekcijas.

Dieļa liešanas simulācijas process: soli pa solim ceļvedis

Dieļa liešanas simulācijas veikšana ir sistēmiska procedūra, kas pārveido 3D digitālo modeli par pielietojamiem ražošanas iegūtajiem datiem. Šo darbplūsmu var iedalīt trīs galvenās stadijās: sagatavošanas posms, skaitliskais risinājums un pēcapstrāde. Katrs solis ir būtisks, lai nodrošinātu gala simulācijas pārskata precizitāti un noderīgumu.

1. Sagatavošanas posms: digitālā modeļa sagatavošana
   Šis sākotnējais posms ir veltīts sagatavošanai. Tas sākas ar automašīnas daļas 3D CAD modeļa importēšanu CAE programmatūrā. Pēc tam modelis tiek vienkāršots, lai noņemtu elementus, kas nav saistīti ar plūsmas analīzi, piemēram, mazus logotipus vai vītnes, kuri var nevajadzīgi sarežģīt aprēķinus. Nākamais būtisks solis ir režģa ģenerēšana, kurā programmatūra dala detaļas ģeometriju tīklā, kas sastāv no maziem savstarpēji saistītiem elementiem (režģis). Šī režģa kvalitāte ir ļoti svarīga; tai jābūt pietiekami smalkai, lai uztvertu svarīgās detaļas, bet tai nedrīkst būt tik blīva, ka aprēķinu laiks kļūst pārmērīgi garš.
2. Materiāla un procesa parametru iestatīšana
   Kad tīkla malkas ir gatavas, inženieris nosaka specifiskos dieļšanas procesa apstākļus. Tas ietver precīzas metāla sakausējuma (piemēram, A380 alumīnija) izvēli no programmatūras plašas materiālu datubāzes. Katram materiālam ir unikālas īpašības, piemēram, viskozitāte un siltuma vadība, ko programmatūra izmanto aprēķinos. Turpmāk procesa parametri tiek nosakīti, lai imitētu reālo ražošanas vidi. Tas ietver sasaldēšanas temperatūras, formas temperatūras, pildīšanas laika un spiediena noteikšanu, ar kuru mašīna pārvērš ātruma kontroli uz spiediena kontroli.
3. Skaitļu risinājums: aprēķinu posms
   Šajā posmā dators veic lielāko daļu darba. CAE programmatūra izmanto sagatavoto modeli un parametrus, lai atrisinātu sarežģītu matemātisko vienādojumu kopumu, kas nosaka šķidruma dinamiku un siltummaiņu. Tā aprēķina, kā plūdīs kausētais metāls, kā izplatīsies spiediens un temperatūra visā formā, kā arī kā detaļa atdzisīs un sacietēs. Šis ir aprēķinos intensīvs posms, kas atkarībā no detaļas sarežģītības un režģa blīvuma var ilgt vairākas stundas.
4. Pēcapstrāde: rezultātu interpretācija
   Pēc tam, kad risinātājs pabeidz savus aprēķinus, tiek ģenerēts liels daudzums neapstrādātu datu. Pēcapstrādes posmā šie dati tiek pārveidoti vizuālos, interpretējamos formātos, piemēram, krāsām kodētos attēlos, grafikos un animācijās. Inženieris analizē šos rezultātus, lai identificētu potenciālas problēmas. Piemēram, pildīšanas modeļa animācija var atklāt gaisa ieslēgumu, vai arī temperatūras grafiks var izcelt karstu punktu, kas var izraisīt saraušanās porozitāti. Galīgais rezultāts parasti ir visaptverošs ziņojums, kas kopsavilkumā izklāsta šos atklājumus un sniedz skaidras ieteiksmes veidņu dizaina optimizēšanai.

Rezultātu interpretācija: galvenie rādītāji simulācijas ziņojumā

Litēšanas simulācijas atskaite ir bagāts dokuments, kas pārpilns ar vizuāliem datiem un sniedz dziļu ieskatu litēšanas procesā. Spēja izprast šos galvenos rādītājus pārvērš simulāciju no teorētiskas vingrinājuma par praktisku rīku, lai pirmajā reizē izveidotu veiksmīgu formu. Atskaite parasti vizualizē vairākus kritiskus parametrus, kurus inženieri rūpīgi pārbauda, lai uzlabotu dizainu.

Viens no pamatiznākumiem ir Pildīšanas laiks analīze. To bieži attēlo kā animāciju vai kontūru diagrammu, kas parāda, kā kausētais metāls pakāpeniski aizpilda dobumu. Ideāls ir līdzsvarots pildīšanas process, kad metāls vienlaikus sasniedz visas detaļas malas. Šī diagramma nekavējoties norāda uz potenciālām problēmām, piemēram, nepilnu aizpildījumu (kad plūsma apstājas pirmslaicīgi) vai vilcināšanos (kad plūsmas fronte ievērojami palēninās), ko var redzēt kā blīvas kontūrlīnijas nelielā teritorijā.

The Plūsmas frontes temperatūra ir vēl viens svarīgs rādītājs. Tas parāda kausētā metāla temperatūru tā virsotnē, aizpildot veidni. Ja temperatūra pārāk ļoti nokrītas, pirms dobums ir pilns, tas var izraisīt defektus, piemēram, aukstus savienojumus vai zemas kvalitātes savienojuma līnijas. Inženieri analizē šo parametru, lai nodrošinātu, ka kausējums paliek pietiekami karsts, lai pareizi saslēgtos tur, kur satiekas plūsmas frontes. Līdzīgi kā Spiediens pie V/P pārejas zīmējums parāda spiediena sadalījumu dobumā brīdī, kad mašīna pārslēdzas no pildīšanas (ātruma) fāzes uz iepakošanas (spiediena) fāzi. Tas palīdz identificēt augsta pretestības zonas un nodrošināt, ka ievietošanas spiediens ir pietiekams, lai pilnībā aizpildītu detaļu, neizraisot izplūdi.

Analīzes atskaites sniedz arī tiešus defektu prognozējumus. Galvenie rādītāji, ko inženieris meklēs, ietver:

• Gaisa ieķeršanās vietas: Programmatūra skaidri norāda vietas, kur gaidāms gaisa ieķeršanās rezultātā no saplūstošām plūsmas frontēm. Tas ļauj konstruktoriem stratēģiski pievienot veidnē ventilācijas atveres vai pārpildes.
• Savienojuma līnijas veidošanās: Ziņojums rāda tieši, kur parādīsies savienojuma līnijas. Lai gan dažreiz tās nav izvairāmas, to atrašanās vietu var pārvietot uz mazāk strukturāli vai estētiski kritiskām zonām, mainot vārstu pozīcijas.
• Tilpuma sarukšana: Šis rādītājs paredz, cik daudz materiāls saruks, atdziestot un sacietējot. Liela sarukšana biezās sadaļās var izraisīt iedobes vai iekšējas dobumus (porozitāti). Šī analīze palīdz optimizēt piepildīšanas spiedienu un dzesēšanas kanālu dizainu, lai kompensētu sarukšanu.
• Nolieciens (izkropļojums): Detaļām ar stingrām pielaidēm novirzes analīze prognozē, kā detaļa var izkropļoties vai deformēties pēc izmešanas, jo atdzišana ir nevienmērīga vai pastāv iekšējie spriegumi. Tas ir ļoti svarīgi, lai nodrošinātu, ka gala detaļa atbilst dimensiju specifikācijām.

Rūpīgi izvērtējot šos savstarpēji saistītos rādītājus, inženieris var pieņemt informētus lēmumus par veidņu dizaina modificēšanu—piemēram, vārstu izmēru korekciju, kanālu pārvietošanu vai dzesēšanas shēmas optimizēšanu—lai mazinātu riskus un nodrošinātu augstas kvalitātes gala produktu.

Lietojuma uzmanības centrā: Kad ir būtiski nepieciešama liešanas simulācija?

Kaut arī liešanas simulācija ir noderīga gandrīz katram liešanas projektam, tā kļūst par neatliekamu, obligātu soli noteiktām automašīnu sastāvdaļu kategorijām, kur ražošanas kļūdas izmaksas ir augstas un ražošanas sarežģītība ievērojama. Šiem komponentiem simulācija ir būtiska stratēģija, lai samazinātu riskus.

Pirmā kategorija ietver plānsienas, sarežģītas detaļas . Komponentes, piemēram, elektronikas korpusi, transmisiju kastes vai siltuma izkliedētāji, bieži ietver sienas, kas ir resnākas par 1 mm, kombinācijā ar sarežģītām ribām un uzgaļu struktūrām. Šādām detaļām kaļu metālam jāveic garš ceļš šauros kanālos, palielinoties priekšlaicīgas sacietēšanas riskam, kas var izraisīt nepilnīgu aizpildījumu vai aukstos savienojumus. Kā norādīts Sunrise Metal , veidņu plūsmas simulācija šeit ir būtiska, lai optimizētu ielejas un sprūdu sistēmu, nodrošinot, ka metāls pilnībā aizpilda visu dobumu pirms tam atdziestot.

Otra būtiska pielietošana ir lielas integrētas strukturālas detaļas . Automobiļu rūpniecības pāreja uz „gigaliešanu” — lielu transportlīdzekļa korpusa vai šasijas sekciju ražošanu kā vienu gabalu — rada milzīgas grūtības. Šiem masīvajiem liešanas izstrādājumiem bieži nepieciešami vairāki ielejas kanāli, lai vienlaikus aizpildītu formas. Formas plūsmas analīze ir vienīgais veids, kā nodrošināt līdzsvarotu plūsmu no visiem ielejas kanāliem, novēršot metinājuma līnijas strukturāli svarīgās vietās un kontrolējot milzīgos termiskos spriegumus pa visu formu. Bez simulācijas būtu gandrīz neiespējami sasniegt nepieciešamo strukturālo izturību šiem komponentiem.

Visbeidzot, analīze ir obligāta augstas veiktspējas daļām ar stingrām prasībām . Tas ietver sastāvdaļas, piemēram, hidrauliskos vārstu korpusus, kuriem jābūt pilnīgi brīviem no iekšējām porām, lai nebūtu noplūdes, vai atsperes un stūres sastāvdaļas, kas pakļautas lielām mehāniskām slodzēm. Šādām detaļām pat nelielas iekšējas nepilnības var izraisīt katastrofālas sekas. Izmanto simulāciju, lai rūpīgi optimizētu aizpildīšanas un sacietēšanas procesu, novēršot iekšēju saraušanos un gāzes porozitāti, nodrošinot, ka pabeigtā detaļa ir blīva, izturīga un atbilst stingrām drošības normām.

Kaut arī formas liešana ir ideāla sarežģītām ģeometrijām, sastāvdaļām, kurām nepieciešama augstākā izturība un izturība pret nogurumu, piemēram, būtiskām atsperu vai piedziņas sistēmas daļām, bieži tiek izmantoti procesi, piemēram, karstā kalšana. Piemēram, speciālisti kā Shaoyi (Ningbo) Metal Technology koncentrējas uz šādu izturīgu automašīnu kalto sastāvdaļu ražošanu, parādot pareizā ražošanas procesa izvēles nozīmi katram konkrētam pielietojumam.

Bieži uzdotie jautājumi