Na fundição sob pressão, na fundição a baixa pressão e na fundição por gravidade (incluindo do tipo areia/metal), a simulação CAE é utilizada como uma ferramenta digital central para a simulação numérica acoplada de todo o processo de fundição, através da construção de um modelo tridimensional que abrange os moldes, as peças fundidas e o sistema de jitos. Os seus módulos de análise principais comuns incluem:Simulação do processo de carregamento(Análise dos padrões de fluxo do metal líquido, previsão da segregação a frio e do envolvimento de gás),Simulação do processo de coagulação(análise do campo de temperatura e da sequência de solidificação, previsão da retração) eSimulação de tensão/deformação(Previsão de tensões térmicas, tensões residuais e deformações). Para a caraterização de processos.A CAE para fundição injectada centra-se no enchimento de moldes a alta velocidade e na análise do rolo de ar, no equilíbrio térmico do molde e na otimização do arrefecimento.;O CAE de fundição a baixa pressão centra-se no controlo preciso do campo de pressão do ar, na solidificação sequencial e na simulação da retração.;Fundição por gravidade CAE centrada no regime de escoamento natural sob gravidade, caminhos de solidificação e avaliação da eficiência da composição do riserO papel fundamental consiste em prever cientificamente os defeitos e otimizar os parâmetros do processo e a conceção do molde. O papel fundamental é prever cientificamente os defeitos, otimizar os parâmetros do processo e a conceção do molde para melhorar significativamente a qualidade da fundição, encurtar os ciclos de desenvolvimento e reduzir os custos de tentativa e erro.
simulação de temperaturaSimulação CAE Simulação de temperatura de fundição de alumínio
Simulação do fluxo de enchimentoSimulação CAE da simulação do fluxo de enchimento de uma fundição de alumínio
Análise de simulação barométricaSimulação CAE da análise de simulação de gás de rolo de fundição de alumínio
Simulação de retraçãoSimulação CAE da simulação da contração de peças fundidas de alumínio
铸造 CAE 仿真模拟分析
贺鑫模塑在模具开发阶段即引入CAE(Computer Aided Engineering)铸造仿真分析,通过构建涵盖模具、铸件及浇冒口系统的三维数值模型,对铸造全过程进行多物理场耦合模拟。CAE 仿真的核心价值在于在模具加工之前即预判缺陷、优化工艺参数,将传统试错法所需的 4~6 轮试模修模压缩至 Até 2 rodadas,单套模具开发周期缩短 30% 以上,试模成本降低约 40%。
贺鑫的 CAE 仿真能力覆盖高压压铸、低压铸造、重力铸造三种工艺,依托 ProCAST、MAGMASOFT、Flow-3D、AnyCasting 等主流仿真平台,可执行充型流动模拟、凝固冷却分析、卷气预测、缩孔缩松判定、热应力与变形计算五大核心分析模块。仿真结果直接指导浇注系统设计、冷却水道布局、排气方案和工艺参数设定,实现从"经验试错"到"数据驱动"的模具开发模式转变。
四大核心仿真分析模块
铸造 CAE 仿真围绕充型→凝固→缺陷→应力四个物理过程展开,各模块之间数据耦合,共同构成完整的铸造工艺数字化验证体系:
充型流动模拟
基于 CFD(计算流体动力学)求解 Navier-Stokes 方程,模拟金属液在浇注系统和型腔中的流动路径、充填速度分布和自由表面形态。可预测冷隔、浇不足、流痕等充型缺陷,输出充型时间、流速场和温度场数据,指导内浇口位置和截面积优化。
凝固冷却分析
耦合求解传热方程与凝固潜热释放,计算铸件各部位的温度-时间曲线、凝固顺序和固相率分布。识别孤立液相区和热节位置,预测缩孔缩松倾向,通过 Niyama 判据或固相率梯度法量化缺陷概率,指导冒口布局和冷铁布置。
卷气与氧化夹渣
采用多相流(VOF 法)追踪铝液-气体界面,模拟充型过程中气体的卷入、破碎、聚合和上浮行为。定量输出卷气位置、气体体积分数和滞留概率,指导排气槽/排气塞布局优化,以及浇注速度曲线的调整。
应力与变形
耦合温度场与力学场,计算铸件在凝固和冷却过程中的热应力分布、残余应力水平和变形量。预判热裂风险(基于热裂敏感性指数 HCS)和尺寸偏差,为模具反变形补偿设计和热处理工艺制定提供依据。
三种铸造工艺的 CAE 仿真侧重点
不同铸造工艺的充型机理和缺陷模式差异显著,CAE 仿真的分析重点和关键判据各有侧重:
压铸 CAE 仿真
低压铸造 CAE 仿真
重力铸造 CAE 仿真
CAE 仿真软件工具链
贺鑫根据不同铸造工艺和分析需求,选用多款专业 CAE 仿真软件,各有侧重形成互补:
| 软件名称 | Principais pontos fortes | Processo aplicável | 特色功能 | 网格类型 |
|---|---|---|---|---|
| MAGMASOFT | 凝固与应力分析精度高,模温场模拟准确 | 压铸、低压、重力 | 多周期热平衡分析、微观组织预测 | FDM 有限差分 |
| ProCAST | 多物理场耦合能力强,辐射传热计算精确 | 低压、重力(含砂型) | 热裂预测、晶粒组织模拟、反变形补偿 | FEM 有限元 |
| Flow-3D | 自由表面追踪精度最高,高速充型模拟领先 | fundição injectada | TruVOF 法、卷气定量分析、氧化膜追踪 | FVM + FAVOR |
| AnyCasting | 操作简便,求解速度快,适合快速迭代 | 重力、低压 | 浇口优化向导、多方案并行对比 | FDM 有限差分 |
CAE 仿真分析标准流程
贺鑫的 CAE 仿真遵循标准化的五步分析流程,确保仿真结果的可重复性和工程指导价值:
几何前处理
导入铸件和模具 3D 模型,抽取浇注系统、铸件和模具的流体域/固体域,进行网格划分(薄壁件保证 ≥3 层网格),设定界面换热系数(铸件-模具:500~2000 W/m²·K)。
材料与边界条件
选择铝合金牌号(A356 / A380 / ZL101 等),设定热物性参数(液相线温度、固相线温度、潜热、粘度曲线),配置浇注温度、模具预热温度、充型速度/压力曲线。
求解计算
启动多物理场耦合求解器,依次计算充型流场、温度场和凝固过程。典型求解时间:压铸充型分析 2~4 小时,低压铸造凝固分析 4~8 小时(取决于网格数量和硬件配置)。
结果后处理
可视化充型顺序、温度场、固相率分布、缩孔缩松位置、卷气体积分数和应力分布。提取关键判据值(Niyama 数、残余气体体积分数、热裂敏感性指数),生成缺陷预测报告。
工艺优化迭代
基于仿真结果调整浇注系统参数(内浇口面积、溢流槽位置)、冷却参数(水道流量、水温)或工艺参数(浇注温度、充型速度),重新仿真验证,直至缺陷预测满足质量要求。
关键仿真参数与边界条件
CAE 仿真的准确性高度依赖边界条件设定的合理性。以下为贺鑫基于实际生产数据标定的关键仿真参数,确保仿真结果与实物试模偏差控制在可接受范围内:
| Categorias de parâmetros | 参数名称 | 典型值 / 范围 | 对仿真精度的影响 |
|---|---|---|---|
| 热物性 | A356 液相线温度 | 615°C | 影响凝固起始点判定 |
| 热物性 | A356 固相线温度 | 555°C | 影响凝固终点和补缩通道闭合时间 |
| 热物性 | 凝固潜热 (A356) | 389 kJ/kg | 影响凝固时间和温度场计算 |
| 界面 | 铸件-模具换热系数 | 500~2000 W/m²·K | 直接影响冷却速率和凝固顺序 |
| 界面 | 模具-冷却水换热系数 | 3000~8000 W/m²·K | 影响模具热平衡状态 |
| artes e ofícios | 浇注温度 (A356) | 700~740°C | 影响充型能力和凝固时间 |
| artes e ofícios | 模具预热温度 | 180~250°C(压铸)/ 150~200°C(低压) | 影响充型完整性和凝固速率 |
| artes e ofícios | 压铸充型速度 | 50~100 m/s(内浇口) | 影响卷气量和表面质量 |
| artes e ofícios | 低压保压压力 | 0,1 a 0,3 MPa | 影响补缩效率和缩松倾向 |
| 判据 | Niyama 临界值 | < 0.8~1.0 √K·s/mm | 缩松判定阈值,低于此值有缩松风险 |
| 判据 | 残余气体体积分数 | < 2%(安全件) | 气孔缺陷量化指标 |
| 判据 | 热裂敏感性指数 HCS | < 1.0(低风险) | 热裂风险评估阈值 |
CAE 仿真技术常见问题
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