금형 흐름 CAE(유체 시뮬레이션 기술) 주조 애플리케이션

发布时间:2025-02-11 分类:공개 정보 浏览量:4194

오늘날 컴퓨터 소프트웨어, 인공 지능, 시뮬레이션 분석 소프트웨어의 정확성과 신뢰성이 발전함에 따라 주조 산업에서 금형 흐름 분석 소프트웨어의 적용이 점점 더 보편화되고 있으며, 주조 금형 개발 및 제품 생산에 cae 시뮬레이션 기술이 널리 사용되고 있습니다. 수치 컴퓨팅 이론과 GPU 병렬 기술 혁신으로 현대 주조 공정은 디지털 시뮬레이션 및 물리적 실험 이중 휠 드라이브 시대에 접어들었습니다. 이 논문은 저자의 고압/저압/저온 주조 분야 연구를 바탕으로 작성되었습니다. 중력 주조 이 분야에서 23년간 쌓아온 엔지니어링 경험과 일반적인 공정 사례를 결합하여 실제 생산에서 금형 흐름 CAE 기술 적용의 핵심 사항을 심층적으로 분석합니다.

주조 시뮬레이션 기술 및 엔지니어링 경계 조건의 원리

주조 공정은 본질적으로 복잡한 제약 조건 하에서 용융 금속의 비고정 열 및 질량 전달 과정이며, 수치 시뮬레이션을 위해서는 나비에-스토크스 방정식, 에너지 보존 방정식, 응고 상전이 방정식을 포함하는 3차원 결합 모델을 구축해야 합니다. 특히 엔지니어링 실무에서는 다음과 같은 주요 매개변수를 강조해야 합니다:
인터페이스 열전달 계수: 측정 데이터 및 소프트웨어 기본값 편차 최대 40%, 현장 교정을 위해 열 유량 프로브를 사용해야 합니다.
용융 유변학적 특성: 다이캐스팅 알루미늄 고속 충전 단계의 뉴턴 유체 특성이 현저히 비뉴턴적임
응고 수축에 대한 보상: 합금 열물리 특성 데이터베이스와 함께 동적 반복 계산이 필요합니다.

주조 시뮬레이션 CAE 메인스트림 소프트웨어

금형 유동 CAE 기술은 컴퓨터 기술을 기반으로 하는 유체 시뮬레이션 기법으로, 수학적 모델과 알고리즘을 사용하여 유체 흐름을 시뮬레이션하고 분석합니다. 주조 분야에서 금형 유동 CAE 기술은 유량, 압력 분포, 온도장 변화 등을 포함한 금형 내 금속 유체의 충전 및 응고 과정을 시뮬레이션하여 엔지니어가 주조 공정을 더 잘 이해하고 제어할 수 있도록 도와줍니다.

마그마소프트 목업

마그마소프트

MAGMASOFT 소프트웨어는 파운드리 산업을 전문으로 하는 독일 회사에서 출시한 캐 시뮬레이션 소프트웨어입니다. 이 소프트웨어는 캐스팅 금형 충전, 응고, 냉각, 열처리, 응력 및 변형에 대한 종합적인 시뮬레이션 및 분석. 이 소프트웨어의 시뮬레이션 기술은 복잡한 주조 공정을 디지털화하여 시각화하므로 설립자가 쉽게 관찰하고 이해할 수 있습니다. 동시에 계산 속도도 거의 하루 만에 끝낼 수 있을 정도로 빨라졌습니다. 벽이 얇은 부품에는 문제가 없으며 (얇은 벽 제품의 경우 FLOW3D 두통), 소프트웨어 열 수축 결과는 정확하지만 소프트웨어 흐름은 FLOW3D 및 프로캐스트만큼 좋지 않습니다.

일반적인 애플리케이션: 자동차 스티어링 너클 저압 주조 프로세스 최적화
장점: 고유한 '듀얼 그리드' 기술로 계산 효율의 균형을 효과적으로 맞춥니다(8시간에 300만 개의 그리드).
제한 사항: 복잡한 주조 시스템의 흐름 예측 편차는 수동으로 수정해야 합니다.

Flow3d 목업

Flow3d

FLOW3D는 미국에서 개발되어 널리 사용되고 있습니다. 항공우주 산업, 금속 주조, 코팅, 소비재, 마이크로 잉크젯 헤드, 선박, MEMS, 유압 등에 널리 사용되는 범용 소프트웨어입니다. FLOW3D는 합리적인 파라미터 설정으로 매우 높은 정확도로 다이캐스팅에 사용되며 유동 정확도는 90% 이상에 도달할 수 있습니다. FLOW3D는 향상된 안정성 및 고유한 유체 역학 방법인 자유 표면 추적(VOF) 기술을 사용하여 다이캐스팅 공정과 같은 보다 사실적인 결과를 얻을 수 있습니다. FLOW3D는 인터페이스와 절차가 거의 없어 작동하기 쉽다는 점이 장점입니다. 유일한 단점은 계산 시간이 보통 하루에서 3일 정도로 길다는 것입니다. 제품이 매우 큰 경우(500mm*400mm*300mm) 계산에 거의 4일이 소요됩니다. 또한 메쉬 처리에 대한 요구 사항도 더 높습니다. 한국 소프트웨어 애니캐스팅과 비교하면 누구나 흐름 구현이 더 비슷하다고 느낍니다. 하지만 디테일의 정확도는 애니캐스팅보다 훨씬 높습니다.

사례 검증: 우주선 티타늄 합금 주조 압연 공기 결함 예측 정확도 93% 달성
VOF 알고리즘의 장점: 벽이 얇은 부품의 경우 0.2mm 미만의 자유 표면 추적 오차
계산된 비용: 신에너지 자동차 모터 케이스(620 × 480 × 320mm) 전체 공정 시뮬레이션 시간 98시간

프로캐스트 목업

프로캐스트

주조 공정 시뮬레이션 소프트웨어는 미국 회사 Procast Software UES(UNIVERSALENERGY SYSTEM)에서 개발했습니다. 모듈이 많고 빠르지만 메시가 약간 반인간적이고 파라미터가 더 포괄적이며 입력하는 데 많은 사람이 필요합니다. 다른 CAE 주조 시뮬레이션 및 분석 소프트웨어와 비교하면 수동 변속기 구동이 더 자동적입니다. 유량 및 열 수축 측면에서 소프트웨어 시뮬레이션 결과는 비교적 정확하며 90% 이상의 정확도를 달성하면 현실에 부합하는 매개 변수 설정을 얻을 수 있습니다. 더 높습니다.

애니캐스팅 목업

애니캐스팅

애니캐스팅은 다양한 주조 공정 시뮬레이션 시스템을 위해 특별히 개발된 Windows 운영 플랫폼 기반의 차세대 고급 주조 시뮬레이션 소프트웨어 시스템입니다. 수년간의 반복적인 업그레이드 끝에 이 소프트웨어는 강력한 실제 흐름 솔버와 3차원 처리 기술로 다이캐스팅, 저압 주조, 모래 주조 등 다양한 주조 공정을 시뮬레이션하여 사용자에게 효율적이고 정확하며 사실적인 주조 시뮬레이션 분석 결과를 제공할 수 있습니다.

Hua 캐스팅 CAE 시뮬레이션 다이어그램

후아지 CAE

화중과학기술대학교에 위치한 통합 소프트웨어 시스템으로, 30년 이상의 연구 개발 끝에 장기적인 생산 실무에서 지속적으로 개선되고 완성되었습니다. 주조 충전 및 응고 공정의 수치 시뮬레이션 기술을 핵심으로 하여 주조 성형 공정의 공정 분석 및 품질 예측을 수행하고 장인이 주조 공정 최적화를 완료할 수 있도록 지원합니다. 이 소프트웨어는 컴퓨터에서 주물의 충전 및 응고 과정을 시뮬레이션하고 에어 롤, 슬래그 포획, 모래 플러싱, 언더 붓기, 냉분리, 수축, 수축 및 풀림과 같은 주조 공정에서 발생할 수있는 결함을 예측합니다.

현지화 이점: 90% 국내 파운드리 요구 사항을 충족하는 샌드캐스팅 공정 키트
측정 데이터: 수축 예측과 산업용 CT 결과 간의 상관관계 R²=0.87
업데이트: GPU 가속 모듈로 컴퓨팅 효율성 400% 향상

일반적인 엔지니어링 애플리케이션 시나리오 및 가치 정량화

캐스팅 시스템 최적화

엔진 블록의 고압 주조 프로젝트에서 기존 팬 게이트에서 금속과 액체가 충돌하는 문제가 있음을 Flow3D 시뮬레이션을 통해 발견했습니다. 계단식 주입 시스템으로 최적화한 후:
롤 가스 결함률 121 TP3T에서 2.31 TP3T로 감소
금형 수명 연장 30%

고형화 공정 제어

냉철 레이아웃을 조정하여 Magmasoft를 사용한 철도 주물의 응고 시뮬레이션:
공정 수율이 68%에서 82%로 증가했습니다.
방사선 검사 합격률 18% 포인트 증가

마이크로 조직 예측

Procast의 2차 개발 모듈을 기반으로 알루미늄 합금 휠의 입자 크기 분포 예측에 성공했습니다:
측정값과 예측값 간의 오차 <1.5 수준
열처리 공정 최적화로 에너지 절약 22%

기술 개발 분야 및 엔지니어링 권장 사항

다중 물리장 결합: 유동장-응력장-미세 구조의 실시간 결합 알고리즘을 돌파해야 하는 시급한 필요성
디지털 트윈 적용: 기업은 프로세스 파라미터 - 시뮬레이션 결과 - 검사 데이터의 폐쇄 루프 검증 시스템을 구축하는 것이 좋습니다.
국내 소프트웨어 혁신 : 모래 주조 분야의 중국 주조 CAE는 국제 선진 수준에 도달했으며, 우선적으로 고려하는 것이 좋습니다.

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