CAE моделирование формы для анализа моделирования литейных изделий

Для оптимизации конструкции формы и параметров процесса используются процессы течения, затвердевания и охлаждения, деформации и прогнозирования дефектов.

Что такое литье (литье под высоким давлением, гравитационное литье, литье под низким давлением) на использование CAE моделирования анализа моделирования

При литье под давлением, литье под низким давлением и гравитационное литье (включая литье в песчаные формы/металлические формы) CAE-симуляция используется как основной цифровой инструмент для совместного численного моделирования всего процесса литья путем построения трехмерной модели, охватывающей формы, отливки и систему литников. Его общие основные модули анализа включают:Моделирование процесса зарядки(Анализ закономерностей течения жидкого металла, прогнозирование холодной сегрегации и газовой обмотки),Моделирование процесса коагуляции(анализ температурного поля и последовательности застывания, прогнозирование усадки) иМоделирование напряжений/деформаций(Прогнозирование термических напряжений, остаточных напряжений и деформаций). Для определения характеристик процесса.CAE для литья под давлением фокусируется на высокоскоростном заполнении формы и анализе воздушных валков, тепловом балансе формы и оптимизации охлаждения.；CAE для литья под низким давлением фокусируется на точном контроле поля давления воздуха, последовательном затвердевании и моделировании усадки.；Гравитационное литье CAE с упором на естественный режим течения под действием силы тяжести, пути застывания и оценку эффективности подпитки стоякаОсновополагающая роль заключается в научном прогнозировании дефектов и оптимизации параметров процесса и конструкции формы. Основополагающая роль заключается в научном прогнозировании дефектов, оптимизации параметров процесса и конструкции формы для значительного улучшения качества литья, сокращения циклов разработки и снижения затрат на пробы и ошибки.

моделирование температурыCAE моделирование Моделирование температуры литья алюминия

Анализ моделирования температуры литья алюминия - это метод динамического моделирования течения алюминиевой жидкости, затвердевания и изменения температурного поля в процессе литья с помощью технологии компьютерного численного моделирования. Он основан на принципах термодинамики и гидродинамики, строит трехмерную модель системы "отливка-форма", количественно анализирует скорость заполнения алюминиевой жидкостью, градиент затвердевания, распределение температурных швов и потенциальные дефекты усадки, что позволяет оптимизировать конструкцию системы заливки, контролировать условия охлаждения, осуществлять цифровое прогнозирование процесса литья и улучшать качество.

сервис Свяжитесь с нами

Моделирование потока наполненияCAE-моделирование моделирования потока наполнения алюминиевого литья

Анализ моделирования потока при заливке алюминиевого литья является ключевым средством высокоточного численного моделирования состояния потока алюминиевой жидкости в процессе заливки в литейную систему с использованием технологии вычислительной гидродинамики (CFD). Создавая полную трехмерную модель, включающую затвор, бегунок и полость, анализ динамически моделирует поток жидкого алюминия на свободной поверхности, явление воздушной прокатки, развитие турбулентности и изменение температуры, а также точно выявляет механизм образования и местоположение дефектов, таких как разделение жидкости, холодная сегрегация, воздушная обмотка, окисленный шлак и т.д., которые могут возникнуть в процессе заполнения, чтобы обеспечить научную визуальную основу для оптимизации схемы системы заливки, контроля скорости заполнения и улучшения внутреннего качества отливки. и поддержки принятия решений.

сервис Свяжитесь с нами

Анализ барометрического моделированияCAE-моделирование анализа газового моделирования валков алюминиевого литья

Анализ газового моделирования литья алюминия - это использование технологии вычислительной гидродинамики (CFD) многофазного потока, специально для отслеживания и анализа процесса заполнения литейной полости воздухом или газом полости жидкого алюминия, участвующего в образовании дефектов пористости при формировании тонкого процесса моделирования. Он может точно моделировать сложные схемы течения, такие как всплеск, слияние и вихрь на турбулентном фронте жидкого алюминия путем построения двухфазной модели “жидкий алюминий - газ” или “жидкий алюминий - газ - оксид”, а также динамически фиксировать вовлечение, фрагментацию, коалесценцию и поведение газа при подъеме и выходе. Точное прогнозирование размера, расположения и вероятности распределения газовых отверстий внутри отливки. Этот анализ является ключевым цифровым инструментом для оптимизации конструкции литейной системы (например, для предотвращения турбулентности), настройки разумных схем вентиляции и параметров процесса для минимизации вредного уноса газа и улучшения металлургического качества и эксплуатационных характеристик отливок.

сервис Свяжитесь с нами

Моделирование усадкиCAE-моделирование моделирования усадки алюминиевого литья

Анализ моделирования усадки алюминиевого литья - это ключевая технология моделирования, основанная на принципах теплопередачи и усадки при затвердевании, позволяющая прогнозировать дефекты пустот, образующиеся в отливке в процессе затвердевания из-за усадки жидкости и усадки при затвердевании без достаточной усадки жидкого металла. Анализ проводится путем построения точной трехмерной модели системы "отливка - ворота", сопряжения температурного поля, поля скорости движения твердой фазы и поля течения жидкости, динамического отслеживания последовательности затвердевания и образования изолированных жидкофазных зон с целью точного прогнозирования размеров, морфологии и пространственного распределения объемных дефектов, таких как усадочные отверстия и усадочное рыхление. Основная цель - научно оценить и оптимизировать положение и размер стояка, расположение холодного чугуна и параметры процесса заливки, чтобы достичь активного контроля пути затвердевания и усадочного канала и в конечном итоге получить плотную и надежную внутреннюю организацию отливки.

сервис Свяжитесь с нами

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 Не более 2 раундов，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。

仿真定位：CAE 仿真不是替代试模，而是将试模从"验证设计"转变为"确认工艺窗口"。贺鑫的实践表明，充分的仿真分析可将试模修正次数从行业平均 4~6 轮降至 2 轮以内，但最终仍需试模确认实际生产条件下的工艺参数微调。

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

Скорость заполнения формы50~100 m/s（内浇口）

Время наполнения0,01–0,2 с

核心分析高速卷气 + 热平衡

推荐软件Flow-3D / MAGMASOFT

关键判据残余气体体积分数

网格要求薄壁区域 ≥3 层

压铸 CAE 的核心挑战在于高速紊流充型的准确模拟。仿真重点：① 充型顺序——确保各内浇口同步充填，避免局部提前凝固导致冷隔；② 卷气追踪——定量分析型腔气体排出路径，评估溢流槽和排气槽的有效性；③ 模具热平衡——模拟连续生产（15~30 模次）后模具温度场分布，优化冷却水道参数，将模具温度稳定在 180~220°C 工艺窗口内。

低压铸造 CAE 仿真

Скорость заполнения формы0,05–0,5 м/с

Давление зарядки0,02–0,08 МПа

核心分析顺序凝固 + 补缩效率

推荐软件ProCAST / MAGMASOFT

关键判据Niyama 准则 / 固相率梯度

网格要求浇口补缩区加密

低压铸造 CAE 的核心在于顺序凝固与压力补缩的耦合分析。仿真重点：① 温度场演化——模拟升液管和浇口处的温度分布，确保补缩通道在整个凝固过程中保持畅通；② 缩孔缩松预测——通过 Niyama 准则（临界值 < 0.8~1.0 √K·s/mm）量化缩松倾向，优化保压压力（0.1~0.3 MPa）和保压时间；③ 充型平稳性——控制金属液前沿速度 ≤0.5 m/s，避免自由表面紊流导致氧化膜卷入。

重力铸造 CAE 仿真

Сила наполненияПотенциальная энергия тяжести

浇注温度680~750°C（A356）

核心分析浇注系统 + 冒口效率

推荐软件AnyCasting / ProCAST

关键判据凝固顺序 + 冒口有效距离

网格要求冒口颈局部加密

重力铸造 CAE 的重点在于浇注系统几何参数вместе с冒口补缩效率的优化。仿真重点：① 浇注系统流态——模拟横浇道和直浇道的流速分布，避免紊流和吸气，确保充型平稳；② 冒口补缩——通过凝固模拟验证冒口位置和尺寸能否覆盖所有热节，计算冒口有效补缩距离（通常为壁厚的 3~5 倍）；③ 砂芯发气——对于树脂砂芯，需考虑砂芯发气对充型和凝固的影响，优化排气通道。

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	Основные достоинства	Применимые технологии	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	литьё под давлением	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：

Категории параметров	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
декоративно-прикладное искусство	浇注温度 (A356)	700~740°C	影响充型能力和凝固时间
декоративно-прикладное искусство	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
декоративно-прикладное искусство	压铸充型速度	50~100 m/s（内浇口）	影响卷气量和表面质量
декоративно-прикладное искусство	低压保压压力	0,1–0,3 МПа	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

Q：CAE 仿真结果和实际试模结果偏差有多大？能信吗？

贺鑫的实践经验表明，在边界条件设定合理（界面换热系数经生产数据标定）的前提下，CAE 仿真对缩孔缩松位置的预测准确率可达 85% 以上，对充型缺陷（冷隔、浇不足）的预测准确率可达 90% 以上。主要偏差来源在于：① 界面换热系数随模具温度和涂层状态动态变化，仿真中通常取恒定值；② 铝液实际粘度受含气量和氧化夹杂影响，偏离理论值；③ 生产中的操作波动（浇注温度 ±10°C、模具预热均匀性）难以在仿真中完全复现。因此贺鑫采用"仿真指导方向、试模确认边界"的策略——仿真用于筛选方案和优化设计方向，试模用于最终验证和工艺参数微调。

Q：压铸件能用 CAE 仿真预测气孔吗？为什么仿真说没气孔但实际还是有？

压铸气孔的 CAE 仿真存在固有挑战：压铸充型速度高达 50~100 m/s，型腔气体排出过程涉及复杂的湍流和雾化行为，仿真在以下方面存在局限——① 网格分辨率不足：薄壁区域（1~3mm）的网格数量受计算资源限制，难以解析微米级气孔的形成过程；② 脱模剂挥发：脱模剂遇高温铝液瞬间气化产生的气体量难以准确量化；③ 真空度模拟：真空压铸中的型腔真空度动态变化，仿真边界条件难以精确设定。因此，贺鑫的压铸 CAE 仿真主要用于评估气孔分布趋势和相对严重程度（哪个区域气孔更多），而非精确预测单个气孔的位置和尺寸。最终气孔控制仍需结合真空系统调试和工艺参数优化。

Q：一套完整的 CAE 仿真分析需要多长时间？费用如何？

仿真周期取决于铸件复杂度和分析深度：① 简单结构件（如支架、壳体）的充型+凝固分析，前处理 1~2 天 + 求解 4~8 小时 + 后处理 0.5 天，总计约 2~3 个工作日；② 复杂结构件（如缸盖、歧管）的完整分析（充型+凝固+应力+卷气），前处理 2~3 天 + 求解 12~24 小时 + 后处理 1 天，总计约 4~5 个工作日。贺鑫的 CAE 仿真作为模具设计服务的一部分，不单独收费——仿真分析费用已包含在模具设计开发费用中。客户在模具开发阶段即可获得完整的仿真分析报告，无需额外承担仿真成本。

Q：贺鑫的仿真能力能覆盖多复杂的铸件？有没有什么做不了的？

贺鑫当前的 CAE 仿真能力可覆盖单件重量 0.05~50kg的铝合金铸件，涵盖结构件、壳体件、轮毂类、歧管类等常见产品类型。以下场景存在仿真局限：① 超薄壁件（壁厚 < 0.8mm）——网格分辨率不足，充型行为预测精度下降，建议结合实物试模验证；② 多嵌件复合铸造——镶嵌件与铝液的界面行为（如包覆率、界面结合强度）难以通过常规 CAE 仿真准确评估；③ 半固态铸造（流变铸造/触变铸造）——半固态浆料的非牛顿流变行为需要专门的流变模型，贺鑫暂不覆盖。如您的产品属于上述特殊场景，建议提前沟通，贺鑫可评估是否通过外部合作或专项测试来补充验证。