铸造工艺模拟分析软件系统--压铸篇
压铸参数软件 P-Q工具1
压铸可行性分析
产品名称 客户 零件图号 铸件数据: 估算铸件重量 估算溢流重量 单腔重量 型腔数量 填充重量 填充体积 壁厚 浇注温度 压铸机数据: 设备型号 名义冲头直径 压射缸直径 名义快压蓄能器压力 名义最大充型压力 名义最大冲头速度 名义最大充型流量 名义冲头面积 压射活塞面积 设定冲头直径 设定冲头面积 设定快压蓄能器压力 设定最大充型压力 35 % of MAX 设定空压射充型流量 设定空压射冲头速度 1436.6 200 4 300 0 1200.0 1200.00 3.9 35 25 220 110 41.88 20.94 4.42 2.26 3.27 36.13 30.1 127.5 2.7 mm2 Deg. C mm mm degrees mm2 mm2
P-Q图表
压铸机名义ML线 压铸机设定ML线 设定最大速度线 设定最小速度线 最短充型时间线 最长充型时间线 模具DL线 系统工作点 工艺c msec msec L/sec L/sec Mpa MPa MPa L/sec m/sec msec m/sec
P(MPa)
g/cm3 2.6 g/cm3 Deg. C
流量系数
0.6
283.5 cm2 130 mm 132.7 10 21.4 39.3 3.0 cm2 Mpa MPa L/sec m/sec 型腔材料 H13 P20/H13
设置压射速度 模具数据： 经验浇口面积 模具温度 浇口厚度 浇口宽度（单腔） 流动角 浇口面积（实际） 浇口面积（有效） 浇口系数 型腔填充数据： 最大期望充型速度 最小期望充型速度 最大期望充型时间 最小期望充型时间 最大期望填充流量 最小期望填充流量 最大期望充型压力 最小期望充型压力 工作点充型压力 工作点充型流量 工作点充型速度 工作点充型时间 工作点压射速度 备注：
magma-压铸模拟操作实例说明 (1)
C.重复A.至B.直到所有材料组移动完毕
目录 33
步骤三：在MAGMA中绘制动，定模肉
A.选定材料， 模肉图形类别 B.在绘图窗内 确定x,y,z坐标 点，回车。
此视角确定高度
注：动定模可 以在proe下拆 开后再装载。
此 视
角
确
定
形
状
目录 34
C.重复A.到B.直到所有模肉绘制完毕
生成新版本号
目录 28
2.前处理
步骤一： A.打开precessor， 选定所需装载材 料组。 B.选定所需装载 材料。 C.在命令栏中输入 load sla ？回车。 D.点选所需装载零 件名称，按下open。
目录 29
E.按下信息栏中OK，所选材料装载完成。
目录 30
F.重复B.至E.直到所有材料组装载完毕
目录 50
H.检查单元划分质量
a.不允许有浅蓝色单元， 不允许在内浇口和其他 关键部位有深蓝色和黄 色单元。 b.Inlet划分至少保证3层。 （如未达到以上要求则 须回到enmenshment重 新输入wall thickness, element size等值） c.按下return,再按下 quit回到主菜单。
浇道 （gating）
目录 料柄 （biscuit）
Inlet(magma 软件专用)
溢流槽 （overflow02）
溢流口 （overflow01）
铸件（cast）
冷却水道 （cooling）
2
3.3D模型绘制方法
⑴为了使绘制3d模型的过程方便准确，须将2d模具图进行处 理。
1）将定模及动模图形分别另存，在保存的过程中使料嘴中心置于（0，0， 0）坐标原点，便于3d中直接装载。为了方便使用需为每个图形命名， 比如定模图可存为fixline。动模图可存为moveline。
ProCAST铸造模拟分析解决方案
l
i A p p l i c a 。。n
。f
c A 。／ A M ／ A E 。 c h n 。1。g y e c c
成的
置
N
。
。
P
r o
C A S T 可 以 确 认 封 闭 液 体 的位
，
冲砂
在 铸造 中
，
使 用 特殊 的判 据
例如 宏观 缩孔或
有时 冲 砂是 不 可 避 免的
。
。
如 果 冲 砂发 生 在 铸 造 零 件 的 关 键 部 位
模拟 分 析 能 力
、
可模拟基本铸造过程
准
，
一
缩孔
、
裂纹 冲砂 浇不 足
确 计 算 变形 和 残 余 应 力
，
适用 范围
、
裹气
；
、
模拟 多种 特殊 铸 造 工 艺 挤压 铸造
r o
、
如半 固态触变
砂型铸造
消失 模 铸 造
；
冷隔 应力
、
离 心 铸造 以及 连铸等
高压
、
低 压 铸造
、
、
变形
P
C A S T 是 为评 价 和 优 化 铸 造 产 品
、
例如 浇注 系
，
器 中显 示 这 样 对 比 较 复 杂 的 铸造 过 程 能
冷隔
、
裹气和 热 节 的位置 以及 残
，
通 气孔 和 溢 流孔 的位置
。
冒 口 的位
以准 确地
够 通 过 网 际 网 络 进 行讨 论 和 研 究
。
余 应 力与 变形
准 确地 预 测 缩孔
。
、
缩松
MAGMASOFT软件介绍
MAGMASOFT软件介绍
一、概述：
MAGMA SOFT铸造仿真软件是为铸造专业人员达到改善铸件质量，优化工艺参数而提供的有力工具，是全球最佳的压铸铸造软件工具，是铸造业改善铸品品质，制程条件，降低成本，增加竞争力的唯一选择。
铸件的质量受众多因素影响，而质量的保证必须依靠正确的铸造工艺方案。
MAGMASOFT就是设计用以支持从熔炼冶金，造型及铸型制作，浇注过程一直到热处理，炉子材料及修补，整体且全面的工艺优化工具。
二、软件特点：
MAGMASOFT适用于所有铸造合金材料的铸造生产，范围自灰铁铸造，铝合金砂型铸造，到大型铸钢件铸造。
MAGMASOFT更针对不同的铸造工艺设计专用的模块。
它运用仿真传热及流体的物理行为，加上凝固过程中的应力及应变，微观组织的形成，可以准确地预测铸件缺陷，改善现有工艺的效率，提高铸件质量。
铸型的充填、凝固、机械性能、残余应力及扭曲变形等的模拟为全面最佳化铸造工程提供了最可靠的保证。
三、模块及功能介绍：
1、项目管理模块：
创建工程和版本，并对其进行编辑，为整个仿真计算过程创建一个独立的内存空间。
2、前处理模块：
进行几何实体建模或者导入其他3D软件建好的模型，并对模型进行网格划分，为主处理模块中的仿真计算做准备。
3、主处理模块：
对各计算过程（场）的全过程工艺参数进行输入，并进行过程计算。
4、后处理模块：
可以对模拟所得的充型、凝固、缺陷分析等各结果进行查看，通过三维视图显示对运算结果进行评估。
5、热物理特性数据库模块
热物理特性数据库包含丰富的材料性能数据，用户可根据需求选择材料，
也可以对数据库进行扩展，自行添加材料。
ProCAST说明书
ProCAST说明书第一章ProCAST简介1.1 序ProCAST软件是由美国USE公司开发的铸造过程的模拟软件，采用基于有限元(FEM)的数值计算和综合求解的方法，对铸件充型、凝固和冷却过程中的流场、温度场、应力场、电磁场进行模拟分析。
1.2 ProCAST适用范围ProCAST适用于砂型铸造、消失模铸造; 高压、低压铸造; 重力铸造、倾斜浇铸、熔模铸造、壳型铸造、挤压铸造; 触变铸造、触变成型、流变铸造。
由于采用了标准化的、通用的用户界面，任何一种铸造过程都可以用同一软件包ProCAST TM进行分析和优化。
它可以用来研究设计结果，例如浇注系统、通气孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。
实践证明ProCAST TM可以准确地模拟型腔的浇注过程，精确地描述凝固过程。
可以精确地计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的使用。
1.3 ProCAST 材料数据库ProCAST TM可以用来模拟任何合金，从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金，以及非传统合金和聚合体。
ESI旗下的热物理仿真研究开发队伍汇集了全球顶尖的五十多位冶金、铸造、物理、数学、计算力学、流体力学和计算机等多学科的专家，专业从事ProCAST和相关热物理模拟产品的开发。
得益于长期的联合研究和工业验证，使得通过工业验证的材料数据库不断地扩充和更新，同时，用户本身也可以自行更新和扩展材料数据。
除了基本的材料数据库外，ProCAST还拥有基本合金系统的热力学数据库。
这个独特的数据库使得用户可以直接输入化学成分，从而自动产生诸如液相线温度、固相线温度、潜热、比热和固相率的变化等热力学参数。
1.4 ProCAST 模拟分析能力可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂、冷隔、浇不足、应力、变形、模具寿命、工艺开发及可重复性。
ProCAST几乎可以模拟分析任何铸造生产过程中可能出现的问题,为铸造工程师提供新的途径来研究铸造过程,使他们有机会看到型腔内所发生的一切,从而产生新的设计方案。
NOVACAST专业铸造工艺仿真软件
工艺参数及方案优化分析 NOVACAST 全面的仿真模拟系统，可进行铸造工艺及模具结构的优化，包括： ① 浇铸系统、排气孔和溢流槽的位置及个数优化；
② 冒口的位置及大小优化； ③ 冷铁的布局优化； ④ 模具冷却及加热管道布局方案优化； ⑤ 铸造工艺参数的优化，包括浇注温度、压力、活塞、速度等
用于计算铸造充型及凝固过程的组合包，适用于各种铸造工艺。 模块组合包 2 NovaFlow&Solid&Stress CV 充型、凝固及应力分析组合包
用于计算铸造充型、凝固过程及应力结果的分析组合包，适用于各种铸造工艺。 模块组合包 3 NovaFlow&Solid&Stress CV+NovaMethod 充型、凝固及应力分析+CAD 建
浇冒系统设计方案优化
三、 实用价值
可进行几乎所有的铸造工艺过程模拟，包括：砂铸、压铸、低压铸造、重力铸造、 倾转铸造、金属型铸造、半固态铸造、精密熔模铸造、真空压铸、差压铸造、连续 （循环）铸造、消失模铸造、离心铸造等。
具有 STL、STEP 等的几何接口，可导入多种主流 CAD 软件如 UG、PRO/E、CATIA、 soliderworks 的铸造几何模型。
重力浇铸工艺
压铸工艺
二、 特色功能
友好的图形界面 NOVACAST 专为铸造企业进行铸造工艺模拟而设计，WINDOWS 风格，简单易
用，实现浇冒系统的组件管理，可随时加入铸件、冷却加热管道、浇道、冷铁、套筒、 型芯等并能自动生成浇冒系统的装配模型。
高度模块化、集成化的控制体积法模拟系统 NOVACAST 是一个高度模块化、集成化的有限差分模拟系统，它主要包括前处理
NOVACAST 专业铸造工艺仿真软件
铸造全过程仿真软件ProCAST
软件世界 铸造已有五千年悠久历史中国古代在铸造方面的技术成就已是人类文明的重要组成部分随着计算机和ＣＡＤ／ＣＡＥ技术的迅猛发展６０年代开始凝固和冷却中的流场通过仿真可以对铸件质量进行预报通过对工艺参数的分析研究从而确保铸件质量ＰｒｏＣＡＳＴ软件是美国ＵＥＳ公司开发的铸造过程仿真分析软件在国际铸造界享有很高的声誉ＰｒｏＣＡＳＴ模块ＰｒｏＣＡＳＴ是针对铸造过程进行流动－传热－应力耦合作出分析的系统有限元网格划分ＭｅｓｈＣＡＳＴ流动分析Ｆｌｕｉｄ ｆｌｏｗ热辐射分析Ｒｅｄｉａｔｉｏｎ电磁感应分析Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｓ这些模块既可以一起使用１． 有限元网格划分模块可以有两种方法生成有限元网格ＰＡＴＲＡＮＧＦＥＭＡＮＳＹＳ等软件中直接读取有限元模型ＰＡＲＡＳＯＬＩＤ２． 基本模块前处理边界条件等后处理可以对各种仿真结果进行显示温度速度热辐射通量补缩长度冷却速度ＮＩＹＡＭＡ准则数缩孔显微组织塑性变形和接触压力任意温度的等时线等Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ流动方程２气体模型压铸和金属型主宰的排气塞 滤模型以及金属在过滤网中的压头损失和能量损失跟踪夹杂物的运动轨迹及最终位置５以Ｃａｒｒｅａｕ－Ｙａｓｕｄａ幂律模型来模拟塑料粉末等的充型过程６用以模拟高压压力铸造条件下的高速流动７分析泡沫材料的性质和燃烧时产生的气体背压和铸型的透气性对消失模铸造充型过程的影响规律８用以模拟离心铸造和倾斜浇注时金属的充型过程在模拟金属充型方面ＰｒｏＣＡＳＴ提供了强大的功能包括铸件型芯和冷铁等塑性变形应力分析模块包括的求解模型有６种塑性铸件铸件疲劳预测最终铸件形状预测熔模精铸等过程的热辐射传热问题 软件世界 灰体净辐射法自动计算视角因子并提供了能够考虑单晶铸造移动边界问题的功能工件在热处理炉中的加热以及焊接等方面的问题从而模拟出铸件各部位的显微组织包括等轴晶模型将这几种模型相结合Ｆｅ－Ｃ合金专用模型共晶／共析灰口／白口铸铁７． 电磁感应分析模块电磁感应分析模块主要用来分析铸造过程中涉及的感应加热和电磁搅拌等问题流动８． 反向求解模块利用实际的测温数据来确定数值模拟的边界条件和材料的热物理性能在实际应用技术中首先对铸件或铸型的一些关键部位进行测温将测温结果作为输入量使技术的温度／时间曲线和实测曲线吻合二ＦＥＭ与有限差分法相比特别适用于模拟复杂铸件成型过程中的各种物理现象 好的几何描述能力而ＦＤＭ只能以阶梯形简化描述曲面２如需局部网格细化把细化影响到整修模型 以弹性弹粘塑性模型进行应力和热的耦合分析时只能采用有限元法因而不能进行应力分析４由于有限元法能够精确描述曲面边界而有限差分法在描述铸件曲面边界时 在精确处理辐射传热问题时要求准确地描述外表面及相应方位ＦＤＭ无法处理复杂的辐射问题传热能够模拟铸造过程中绝大多数问题和许多物理现象ＰｒｏＣＡＳＴ提供了能够考虑气体高压能够模拟出气化模铸造压力铸造并能对注塑压制粉末等的充型过程进行模拟ＰｒｏＣＡＳＴ能够对热传导尤其是引入最新＂灰体净辐射法＂模型在应力分析方面使其具有分析铸件应力在电磁分析方面以上的分析可以获得铸造过程的各种现象铸件最终质量的模拟和预测而不以铸造方法进行模块划分还能够模拟出热处理和焊接等方面的问题使用户可以灵活地应用软件解决多种工艺问题通过提供交互菜单ＰｒｏＣＡＳＴ具有全面的在线帮助ＰｒｏＣＡＳＴ通过提供和通用机械ＣＡＤ系统的接口ＰｒｏＣＡＳＴ还可以将模拟结果直接输出到ＣＡＤ系统接口这使得ＰｒｏＣＡＳＴ极易与具有设计实现数据共享５． ＰｒｏＣＡＳＴ可以在基于ＵＮＩＸ操作系统的工作站上运行。
MAGMA SOFT铸造仿真软件
;球墨数(nodule count)
;决定灰、白铸铁同时凝固
;波来与肥粒铁之比
;计算硬度及机械性质如隆伏、抗拉、破断时应变和扬氏系数
MAGMAsolid提供下列信息：
;凝固行为(solidification path)和充填区域
;铸件的凝固时间、温度梯度和冷却速率
;标示出铸件的关键部位
;计算机显示量化信息
;显示模具和型蕊所受之热负荷
;模具或铸件之任一部位的冷却/时间曲线
MAGMAsolid可帮助达成下列目标：
;铸造工艺及铸造材料的最佳化选择。
;生产工艺的设计
;建立多种工艺类型
;开发浇注系统
;最佳化浇口尺寸及位置
;为完善铸造制程提供最佳成形窗口
;质量预测
;预测机械性能
;减小残余应力及扭曲变形
;模具的热平衡
;完善铸造工程档案
MAGMASOFT铸造仿真软件的应用几乎覆盖所有铸造工艺及合金，
MAGMAiron将下列因素一并考虑：
;接种(inoculation)处理
;铸造特定接种处
;合金组成
;主要合金元素对凝固行为(solidification path)的影响
;硅含量对偏析(segregation)的影响
;固态转变(solid transformation)情况
;详实定义整个制程循环，包括：
;顶出时机(以时间、铸件或料饼温度来控制)。
;模具开启顺序(以时间来控制)
;延迟时间(探讨周期循环中断后对热平衡之影响)
;闭模顺序(时间和温度的函数)
;到下一循环周期之前置时间
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充填过程中的温度变化
困在模穴表面的空气与氧化膜
由于金属导热速度快，而且产品不厚，充填速度相当快 最佳化溢流井的分布 减少喷流以及流动分离的状况 减少空气与氧化膜混入的机会
镁合金压铸引擎进气岐管
模具最佳化设计－步骤III :固化模拟与冷却模拟
固化率分布
-可以设计冷却水路与加热机构 -可以模拟模具预热与冷却效果
镁合金压铸引擎进气岐管
模具最佳化设计－步骤 I: 流道与浇口设计
-进浇速度 ~ 60 m/sec, 较薄区域速度 达到 100 m/sec -减少喷流以及流动分离的状况 -减少空气与氧化膜混入的机会 -达到所有的流体可以通过所有浇口区 域
镁合金压铸引擎进气岐管
模具最佳化设计－步骤 II : 充填模拟
Advanced Materials & Processes, July 2000
高压铸造的卷气现象模拟Flow Separation & Bre源自kup During Filling
- 空气
- 金属
C
C
A C
A
B
C
A. Severe breakup of the metal front. B. Flow separation at the gate. C. Irregular backfilling metal front.
铸造工艺模拟分析软件 系统--压铸篇
2020年4月30日星期四
可模拟的铸造方式
• Gravity casting重力铸造
• Precision Casting熔模铸造
• Low Pressure Casting低压铸造
• High Pressure Die Casting高压铸 造
• Tilt Casting倾斜铸造
开模后的模具温度分布
FLOW-3D®配合德国 Kolbenschmidt Pierburg 开发完成
Audi V8 4.2 liter engine 规格: 重量 – 7 kg (15 lb) 产品公称厚度 – 1.5 mm (0.06
in)
1997年一月开始进行开发 1997年十一月进行试量产
Advanced Materials & Processes, August 2000
FLOW-3D®配合德国 Kolbenschmidt Pierburg 开发完成
Audi V6 engine
1998 优秀设计奖 International Magnesium Association.
利用压铸制程开发完成，不需要 多余的二次加工
重量 - 4.3 kg (10 lb) –只有传统铝合金制品的一半
• Lost foam casting消失模铸造
• Squeeze Casting挤压铸造
• Centrifugal Casting离心铸造
• Continuous Casting连续铸造
•材I料nveMstamteenrt iCaalsting
• ThiIxroocna铸st铁ing • SemSit-eseoll铸id钢半固态成型 Aluminum铝合金 Magnesium镁合金 Copper/Bronze 铜合金等
oxide film
案例说明
• FLOW3D能够在铸造方案设计初期进行模拟验证 ，从验证结果中再重新修正现有的方案设计
• 以下将以实际案例，说明如何以金属铸造模拟 系统FLOW3D进行方案设计
高压铸造氧化膜分布预测分析
颜色代表模穴内的困气以及氧化膜分布: - 金属 - 含有杂质的金属
高压铸造Defect-Tracking 表面缺陷追踪
Micro Porosity 微缩孔分析
高压铸造热点分析
Cavitation potential 高压铸造气穴预测模拟
HPDC
锌合金铸造 红色区域为有问题的区域
高压铸造热应力分布
交流发电机外壳铸造固化过程中 的热应力分布图
Filling
Defect Prediction Examples
likely location of defects
Filling
Air Entrainment Comparison: engine
cover, A380 entrained air
铸件常见的缺陷问题
• 缩孔：铸件在凝固过程中因为金属融汤的固化，在铸件上（表面或 者是內部）产生局部凹陷或空孔
• 合金融汤充填不良：模穴尚未完全填滿，但是融汤已经固化 • 冷接纹：融汤前緣的温度过低，在金属相接时形成痕迹 • 裂痕：因为热应力分布不均，使得铸件在局部区域发生裂痕 • 气泡：铸件在成形过程中，因为融汤內卷气量过高，使得铸件局部
区域內发生气泡集中的现象
铸件缺陷会造成下列问题
• 铸造属于大量量产方式，在量产过程中一旦发生问题，在短时间内 可能会产生大量不良品
• 铸件内的气孔聚集状况在铸件成形，进行热处理的时候，会因为气 体膨胀而造成铸件表面鼓出而造成不良
• 金属的冷却速度快，薄壁铸件或大型压铸件特别容易发生外观上的 缺陷
• 压铸模具虽然可以修改，但是不能无限期的进行修改。另外，模具 修改需要额外的金钱及时间成本，会造成产品的开发成本上升
公称厚度 – 1.5 mm (0.06 in).
目前产量每年 300,000 件
Advanced Materials & Processes, December 1998
FLOW-3D®配合德国 Kolbenschmidt Pierburg 开发完成
戴姆克莱斯勒 S-class and CL coupe
镁合金压铸引擎进气岐管
产品规格: - 材料：AZ91D; - 尺寸精度要求非常高， 希望减少后续加工 - 重量减轻，希望提升燃油效率
- 公称厚度为 1.5-2.0mm
Audi V8 4.2 liter engine.
Photo reproduced from Advanced Materials & Processes, August 2000.
Intake manifold for the V12 engines
公称厚度 – 1.5 mm (0.06 in).
Twin ignition system Automatic partial cylinder shutdown Anti-lock sensor
引擎规格： 367 hp and 530 Nm torque.