다이캐스팅, 저압 주조 및 중력 주조(모래/금속 유형 포함)에서 CAE 시뮬레이션은 금형, 주물 및 스프 루 시스템을 포괄하는 3차원 모델을 구성하여 전체 주조 공정의 결합 수치 시뮬레이션을 위한 핵심 디지털 도구로 사용됩니다. 일반적인 핵심 분석 모듈은 다음과 같습니다:충전 프로세스 시뮬레이션(액체 금속 흐름 패턴 분석, 냉간 분리 및 가스 래핑 예측),응고 프로세스 시뮬레이션(온도장 및 응고 시퀀스 분석, 수축 예측) 및응력/변형 시뮬레이션(열 응력, 잔류 응력 및 변형 예측). 프로세스 특성화용.다이캐스팅 CAE는 고속 금형 충진 및 에어 롤 분석, 금형 열 균형 및 냉각 최적화에 중점을 둡니다.;저압 주조 CAE는 기압장의 정밀한 제어, 순차적 응고 및 수축 시뮬레이션에 중점을 둡니다.;중력 하에서의 자연 흐름 체계, 응고 경로 및 라이저 구성 효율 평가에 중점을 둔 중력 주조 CAE근본적인 역할은 과학적으로 결함을 예측하고 공정 파라미터와 금형 설계를 최적화하는 것입니다. 근본적인 역할은 과학적으로 결함을 예측하고 공정 파라미터와 금형 설계를 최적화하여 주조 품질을 크게 개선하고 개발 주기를 단축하며 시행착오 비용을 절감하는 것입니다.
온도 시뮬레이션CAE 시뮬레이션 알루미늄 주조 온도 시뮬레이션
충전 흐름 시뮬레이션알루미늄 주물 충전 흐름 시뮬레이션의 CAE 시뮬레이션
기압 시뮬레이션 분석알루미늄 주조 롤 가스 시뮬레이션 분석의 CAE 시뮬레이션
수축 시뮬레이션알루미늄 주조 수축 시뮬레이션의 CAE 시뮬레이션
주조 CAE 시뮬레이션 분석
허신 성형(贺鑫模塑)은 금형 개발 단계에서부터 도입하여CAE(Computer Aided Engineering) 주조 시뮬레이션 분석, 금형, 주물 및 주입·유도 시스템을 아우르는 3차원 수치 모델을 구축하여 주조 전 과정에 대한 다물리장 결합 시뮬레이션을 수행합니다. CAE 시뮬레이션의 핵심 가치는금형 가공 전에 결함을 미리 예측하고 공정 매개변수를 최적화한다, 기존의 시행착오 방식에 필요한 4~6회의 금형 시험 및 수정 과정을 2 라운드 이내, 금형 한 세트의 개발 기간이 30% 이상 단축되었으며, 시제품 제작 비용은 약 40% 절감되었습니다.
허신의 CAE 시뮬레이션 역량은 고압 다이캐스팅, 저압 주조, 중력 주조 등 세 가지 공정을 아우르며, ProCAST, MAGMASOFT, Flow-3D, AnyCasting 등 주요 시뮬레이션 플랫폼을 기반으로 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다.주조 유동 시뮬레이션, 응고 및 냉각 분석, 기포 발생 예측, 수축공 및 기공 판정, 열응력 및 변형 계산5대 핵심 분석 모듈. 시뮬레이션 결과는 주입 시스템 설계, 냉각수 통 배치, 배기 방안 및 공정 파라미터 설정에 직접적인 지침을 제공하여, "경험에 기반한 시행착오"에서 "데이터 기반"으로의 금형 개발 방식 전환을 실현합니다.
4대 핵심 시뮬레이션 분석 모듈
주조 CAE 시뮬레이션 관련주조→응고→결함→응력네 가지 물리적 과정이 전개되며, 각 모듈 간의 데이터 연동을 통해 완전한 주조 공정 디지털 검증 체계를 구성합니다:
성형 유동 시뮬레이션
CFD(전산유체역학)를 기반으로 나비에-스토크스 방정식을 풀어서, 주입 시스템 및 금형 캐비티 내의 용융 금속의 유동 경로, 충진 속도 분포 및 자유 표면 형태를 시뮬레이션합니다. 냉간 분리, 주입 부족, 유동 흔적 등의 주입 결함을 예측할 수 있으며, 주입 시간, 유속 분포 및 온도 분포 데이터를 출력하여 내부 주입구의 위치와 단면적 최적화를 지원합니다.
응고 및 냉각 분석
열전달 방정식과 응고 잠열 방출을 결합하여 해석하고, 주조품 각 부위의 온도-시간 곡선, 응고 순서 및 고상률 분포를 계산합니다. 고립된 액상 영역과 열절점의 위치를 식별하고, 수축공 및 수축공극 발생 경향을 예측하며, Niyama 기준 또는 고상률 구배법을 통해 결함 발생 확률을 정량화하여, 주입구 배치 및 냉철 배치를 안내한다.
기포 및 산화 슬래그
다상 유동(VOF법)을 이용하여 알루미늄 용융물과 기체의 계면을 추적하고, 주입 과정에서 기체의 혼입, 분산, 응집 및 상승 거동을 시뮬레이션합니다. 기체 혼입 위치, 기체 부피 분율 및 체류 확률을 정량적으로 산출하여, 배기 홈/배기 플러그 배치 최적화 및 주입 속도 곡선 조정을 지원합니다.
응력과 변형
온도장과 기계적 장을 결합하여, 주조품의 응고 및 냉각 과정에서 발생하는 열응력 분포, 잔류응력 수준 및 변형량을 계산합니다. 열균열 위험(열균열 민감도 지수 HCS 기반)과 치수 편차를 예측하여, 금형의 역변형 보정 설계 및 열처리 공정 수립을 위한 근거를 제공합니다.
세 가지 주조 공정의 CAE 시뮬레이션 중점 사항
주조 공정에 따라 주형 충진 메커니즘과 결함 양상이 현저히 다르며, CAE 시뮬레이션의 분석 중점 및 핵심 판단 기준도 각각 다르게 설정된다:
다이캐스팅 CAE 시뮬레이션
저압 주조 CAE 시뮬레이션
중력 주조 CAE 시뮬레이션
CAE 시뮬레이션 소프트웨어 툴체인
허신은 다양한 주조 공정과 분석 요구 사항에 따라 여러 가지 전문 CAE 시뮬레이션 소프트웨어를 선정하였으며, 각 소프트웨어는 서로 다른 중점을 두어 상호 보완적인 역할을 수행합니다:
| 소프트웨어 이름 | 핵심 강점 | 적용 공정 | 주요 기능 | 그리드 유형 |
|---|---|---|---|---|
| 마그마소프트 | 응고 및 응력 분석의 정밀도가 높으며, 금형 온도 분포 시뮬레이션이 정확하다 | 다이캐스팅, 저압, 중력 | 다주기 열평형 분석, 미세조직 예측 | FDM 유한차분법 |
| ProCAST | 다중 물리장 결합 능력이 뛰어나며, 복사 열전달 계산이 정밀합니다. | 저압, 중력 주조(모래 주형 포함) | 열균열 예측, 결정립 조직 시뮬레이션, 역변형 보정 | FEM 유한요소법 |
| Flow-3D | 자유 표면 추적 정확도가 가장 높으며, 고속 성형 시뮬레이션 분야에서 선도적 위치를 차지하고 있습니다. | 다이 캐스팅 | TruVOF법, 기포 정량 분석, 산화막 추적 | FVM + FAVOR |
| AnyCasting | 사용법이 간편하고 계산 속도가 빨라, 신속한 반복 계산에 적합합니다. | 중력, 저압 | 게이트 최적화 가이드, 여러 안의 병렬 비교 | FDM 유한차분법 |
CAE 시뮬레이션 분석 표준 절차
허신의 CAE 시뮬레이션은 표준화된5단계 분석 절차, 시뮬레이션 결과의 재현성과 공학적 지침으로서의 가치를 보장하기 위해:
기하학적 전처리
주조품 및 금형의 3D 모델을 불러온 후, 주입 시스템, 주조품 및 금형의 유체 영역/고체 영역을 추출하고, 메쉬 분할을 수행합니다(얇은 벽의 경우 메쉬 층수가 3층 이상이 되도록 보장). 또한 계면 열전달 계수(주조품-금형: 500~2000 W/m²·K)를 설정합니다.
재료 및 경계 조건
알루미늄 합금 등급(A356 / A380 / ZL101 등)을 선택하고, 열물성 매개변수(액상선 온도, 고상선 온도, 잠열, 점도 곡선)를 설정한 후, 주입 온도, 금형 예열 온도, 주입 속도/압력 곡선을 설정합니다.
계산 문제
다중 물리장 결합 해석기를 실행하여 주입 유동장, 온도장 및 응고 과정을 순차적으로 계산합니다. 일반적인 해석 소요 시간: 다이캐스팅 주입 분석 2~4시간, 저압 주조 응고 분석 4~8시간(메쉬 수 및 하드웨어 사양에 따라 다름).
결과 후처리
충진 순서, 온도 분포, 고상률 분포, 수축공 및 기공 위치, 기체 부피 분율 및 응력 분포를 시각화합니다. 주요 판정 기준값(니야마 수, 잔류 기체 부피 분율, 열균열 민감도 지수)을 추출하여 결함 예측 보고서를 생성합니다.
공정 최적화 및 반복 개선
시뮬레이션 결과를 바탕으로 주입 시스템 매개변수(내주입구 면적, 오버플로우 홈 위치), 냉각 매개변수(냉각수 유량, 수온) 또는 공정 매개변수(주입 온도, 충진 속도)를 조정하고, 결함 예측이 품질 요건을 충족할 때까지 재시뮬레이션을 통해 검증한다.
주요 시뮬레이션 매개변수 및 경계 조건
CAE 시뮬레이션의 정확도는 크게 다음 요소에 좌우됩니다.경계 조건 설정의 타당성. 다음은 허신이 실제 생산 데이터를 바탕으로 보정된 주요 시뮬레이션 매개변수로, 시뮬레이션 결과와 실제 금형 시험 결과 간의 편차를 허용 가능한 범위 내로 유지하기 위한 것입니다:
| 매개변수 범주 | 매개변수 이름 | 대표값 / 범위 | 시뮬레이션 정확도에 미치는 영향 |
|---|---|---|---|
| 열적 특성 | A356 액상선 온도 | 615°C | 응고 개시점 판정에 미치는 영향 |
| 열적 특성 | A356 고상선 온도 | 555°C | 응고 종점과 수축 통로 폐쇄 시간에 미치는 영향 |
| 열적 특성 | 고화 잠열 (A356) | 389 kJ/kg | 응고 시간 및 온도 분포 계산에 미치는 영향 |
| 인터페이스 | 주조품-금형의 열전달 계수 | 500~2000 W/m²·K | 냉각 속도와 응고 순서에 직접적인 영향을 미친다 |
| 인터페이스 | 금형 - 냉각수 열전달 계수 | 3000~8000 W/m²·K | 금형의 열평형 상태에 영향을 미치는 요인 |
| 예술과 공예 | 주조 온도 (A356) | 700~740°C | 충진 능력과 응고 시간에 미치는 영향 |
| 예술과 공예 | 금형 예열 온도 | 180~250°C(다이캐스팅)/ 150~200°C(저압) | 충진 완전성과 응고 속도에 미치는 영향 |
| 예술과 공예 | 다이캐스팅 충전 속도 | 50~100 m/s (내부 게이트) | 공기 유입량과 표면 품질에 미치는 영향 |
| 예술과 공예 | 저압 유지 압력 | 0.1~0.3 MPa | 수축 보정 효율 및 수축 경향에 미치는 영향 |
| 판단 기준 | Niyama 임계값 | < 0.8~1.0 √K·s/mm | 수축 판단 기준치. 이 값보다 낮을 경우 수축 위험이 있음 |
| 판단 기준 | 잔류 가스의 부피 분율 | < 2% (안전 부품) | 기공 결함 정량화 지표 |
| 판단 기준 | 열균열 민감도 지수 HCS | < 1.0 (저위험) | 열균열 위험 평가 기준치 |
CAE 시뮬레이션 기술 관련 자주 묻는 질문
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