所 今 有 天 的, 方 可 案 以, 在 然 一 后 夜 模 之 拟 间 铸 对 造 成 加 百 工 上, 千 最 个 后 不 模 自 同 铸 动 的 过 找 浇 程 出 注 的 最 系 计 适 统 和 排 溢 系 统 通 过 自 动 优 化 来 进 行 评 估 计 算 机 列 出 算 宜 方 机 案 自 动 ( 优 照 化 片 来 源 : 迈 格 码 ) Christian Kleeberg (MAGMA Engineering Asia-Pacific Pte Ltd, 新 加 坡 ( 迈 格 码 ( 苏 州 ) 软 件 刘 科 琪 明 有 限 Dr.-Ing. Ingo Hahn, Dr.-Ing. Götz Hartmann (MAGMA Gießereitechnologie GmbH, 公 司, 中 德 国 苏 亚 州 琛 ) 多 年 前, 模 具 填 充 和 凝 固 过 程 的 模 拟 技 术 首 次 在 厂 得 到 应 用 尽 管 造 过 程 模 拟 还 是 一 项 新 的 技 术, 但 获 得 了 广 泛 由 认 和 修 同 改 设 除 备 了 大 型 铸 造 厂 和 汽 车 一 级 供 应 商 以 外, 铸 造 模 拟 技 术 也 在 中 小 型 铸 造 厂 得 到 应 用 其 主 要 用 检 验 新 产 品 质 量 据 于 铸 影 造 响 厂 铸 能 件 够 质 确 量 定 的 相 因 关 素 的 众 模 多 拟, 条 混 件 合 了 模 物 拟 理 出 产 冶 品 金 的 和 状 铸 况 件 几 但 何 计 的 算 相 结 互 果 作 和 用 改 和 进 影 结 响 论, 却 所 需 以 要 经 相 验 关 专 家 来 产 提 工 出 程 优 无 论 是 主 实 要 际 生 依 20 产 算 的 还 时 结 是 间 合 模 大, 拟 幅 使 度 被, 改 定 对 善 义 关 系, 注 列 如 今 的 验 集 判 证 成 据 结 了 ( 果 例 和 如 问 题 的 低 进 并 气 行 孔 持 计 和 续 算 低 回 地 流 改 因 率 进 此 和,) 优 模 的 化 拟 项 一 目, 个 均 自 优 需 主 化 要 分 版 不 析 本 断 计 算 可 变 以 进 为 在 行 可 几 探 能 分 索 钟 和, 内 试 还 完 验 能 成 创 近 建 年 新 模 来 的 拟 软, 项 件 模 目 和 以 并 优 软 以 化 件 相 程 的 同 序 的 计 本 方 里 文, 式 关 应 进 注 特 行 这 别 分 种 提 析 及 新 一 对 代 下 铸 铸 冒 造 造 口 问 技 工 题 术 艺 进 的 模 行 优 拟 计 化 技 算 术, 机 在 同 辅 压 样 助 力 浇 求 道 铸 解 和 造 这 浇 方 一 口 面 愿 的 景 几 应 现 何 用 在 示 形 已 状 例 经 也 成 日 为 益 现 增 实 多 地 首 采 先 用, 这 在 种 重 技 力 术 铸 进 造 行 方 设 面 计 有 大 量 的 案 例, 在 这 压 铸 力 铸 造 过 程 开 发 造 厂 专 家 可 以 自 的 主 主 地 要 确 方 定 面 一 是 系 模 列 具 他 填 们 充 通 和 常 热 努 平 力 衡 同 的 时 设 实 计 现 避 熔 融 金 属 在 道 内 分 层 以 及 在 铸 件 中 出 紊 流 层 和 气 的 孔 优 ; 化 目 标 : 根 优 免 出 现 氧 化 物 夹 杂 ; 确 据 模 具 位 置 浇 注 系 统 特 征 和 铸 造 参 数, 实 现 一 模 多 腔 的 同 时 均 匀 填 充 ; 尽 化 横 截 面 形 状 包 括 薄 壁 件, 以 实 现 有 效 补 缩 通 定 量 过 减 浇 改 小 口 进 浇 的 铸 道 尺 件 体 寸 内 积 和 的 以 位 主 减 置 流, 小 量 设 回 控 计 流 制 ; 模 来 具 避 加 免 热 冷 系 隔 统 的 以 形 避 成 免 缩 孔 ; 是 生 化 的
: 压 内 此 外 力, 还 的 要 重 考 要 虑 参 模 数 具 寿 浇 命, 口 它 内 受 流 浇 量 口 对 内 模 流 具 量 填 以 充 及 过 浇 程 注 有 循 关 环 键 内 影 温 响 度 定 变 义 化 压 的 铸 影 机 响 的 浇 压 注 射 曲 系 线 统 必 和 须 浇 在 口 允 的 设 许 计 范 是 通 适 过 应 单 浇 向 注 搜 系 索 统 来 优 化 铸 造 程 围 优 每 此 后 化 结 家 检 法 果 铸 查 是 造 铸 否 厂 件 单 为 ; 都 向 真 如 有 搜 正 果 许 索 的 发 多, 绝 工 生 即 对 艺 问 经 最 需 题 适, 要 多 宜 则 持 次 结 修 续 连 果 改 续 工 进 尝 艺 所 试 ( 其 以 还 动, 试 是 力 浇 验 根 是 道 和 据 优 改 经 化 进 验 铸 意 后 ) 件 味, 质 着 最 重 量 基 终 的 复 于 应 需 此 经 产 要 过 验 生 和 程 对 一, 降 铸 个 直 低 造 可 至 生 工 以 铸 产 艺 接 件 成 进 受 的 本 行 质 第 结 通 量 一 果 常 和 次,( 采 设 尽 或 用 管 计 ), 简 不 然 加 知 单 工 成 本 效 益 可 以 接 受 ( 图 1) 规 术 优 范 诀 化 窍 过 生 产 技 通 用 的 第 传 一 次 统 设 程 计 序 模 型 工 具 设 计 试 产 技 验 术 结 诀 果 窍 生 第 一 批 零 件 重 图 复 1: 向 此 搜 过 通 程 常 直 传 的 至 统 典 获 的 型 得 优 特 满 化 征 意 铸 改 的 件 进 进 结 途 的 行 果 径 零 少, 件 试 量 初 尝 始 设 试 计, 基 产 风 本 技 验 险 都 术 结 是 基 诀 果 以 于 陷 经 窍 生 优 化 的 设 计 入 验 僵 局 如 而 果 结 遇 束 到 问 题 来, 自 则 铸 对 造 铸 厂 件 的 进 无 行 数 系 示 统 例 检 证 查 明 和 了 修 这 改 一 点 理 结 解 : 论 力 尽 让 管 人 有 单 们 此 向 在 风 搜 仅 险 仅, 是 但 一 次 是 种 尝 符 试 很 合 后 多 人 就 时 类 能 候 思 获 铸 维 得 造 和 相 厂 行 对 经 动 适 过 方 宜 彻 式 的 底 的 方 重 优 案 新 化 定 方 向 法 后, 它 还 可 是 以 能 系 发 统 现 地 针 快 对 速 他 地 们 运 的 行 问, 题 因 令 为 人 经 惊 验 奇 近 年 来 在 铸 造 厂 的 实 践 中, 本 优 化 方 法 的 效 率 得 到 重 大 改 进 今 天, 不 再 经 常 用 实 际 模 样 模 具 和 铸 和 件 的 复 原 要 杂 型 求, 也 进 以 日 行 益 尝 严 试, 格 而 几 基 乎 于 都 经 济 通 方 过 面 模 拟 的 铸 考 造 虑 加 也 需 工 要 方 对 法 模 同 具 设 时, 计 和 对 高 生 质 产 过 量 压 程 铸 进 件 行 生 准 确 产 加 规 工 划 的 随 生 着 产 率 压 和 铸 可 件 靠 日 益 性 过 程 出 现 经 的 验 问 来 题 和 进 减 行 新 少 项 试 目 开 次 发 数 变 得 越 来 越 复 杂, 因 此 也 成 为 一 大 问 题 迫 切 需 要 的 是 为 用 户 消 除 试 模 计 具 模 入 算 布 拟 条 局 件 项 机 为 目 ), 自 经 和 动 甚 验 优 背 至 化 方 景 是 来 相 法 解 进 就 互 决 可 行 矛 制 以 模 盾 造 拟 的 自 过 计 目 动 程 算 标 结 中 合 的 因 运 为 难 此 行 了 题 更 的 在 可 好 一 被 地 以 种 优 同 新 化 时 方 的 得 项 法 项 目 到 目 多, 和 个 可 调 目 以 整 标 尝 ( 范 试 例 围 多 种 如 确, 加 定 拟 以 铸 工 软 后 件 方 件 案, 质 以 ( 不 量 不 例 需 同 生 如 要 工, 产 用 户 率 铸 艺 参 的 造 材 条 参 数 与 件 料, 输 模 材 寸 ), 料 同 模 时 具 也 温 要 度 考 虑 压 一 射 些 曲 限 线 制 因 喷 素 涂 ( 条 例 件 如 ), 和 循 几 环 何 时 参 间 数 ( 模 例 具 如 设, 计 浇 思 道 路 设 )( 计 图 浇 2) 口 尺 寸 冷 却 水 的 位 置 和 尺 单 过 索 索 索 程 模 MAGMASOFT
初 始 状 态 新 设 计 选 择 优 化 入 条 件 修 改 最 佳 嬴 设 利 计 能 力 目 自 标 由 度 变 设 计 计 算 模 分 输 出 完 否 是 / 图 自 动 2: 对 几 用 个 目 标 同 时 进 化 行 工 分 具 析 基 进, 于 行 发 遗 优 现 传 化 优 算 化 法 基 的 于 生 初 考 产 始 虑 参 方 合 数 案 适, 定 的 例 义 优 如 化, 范 冷 围 却 和 水 实 制 的 验 造 位 设 条 置 计 件 ), 来 选 在 择 考 初 虑 始 非 设 常 计 质 大, 量 / 量 优 的 化 可 算 能 法 孔 变 关 化 廖 于 其 廖 变 利 无 化 用 几 过 统 计 缩 性 孔 实 减 验 少 设 和 计 产 的 示 增 例 加, 然 以 后 这 处 种 理 方 几 法 代 发 变 现 量 个 体 根 目 据 标 遗 之 传 间 法 最 则 佳 的 积 可 极 能 的 特 折 征 衷 存 优 留 化, 期 间 获 如 得, 的 气 MAGMAfrontier 息 明 最, 适 比 宜 仅 的 从 参 有 数 程 问 组 条 题 件 合 零 或 的 件 最 影 上 佳 响 获 的 得 可 量 的 能 化 信 布 息 局 多 提, 得 出 也 多 建 可 议 以 用 试 这 于 错 敏 一 感 点 现 性 用 在 下 研 向 列 究 计 涵 算 因 盖 机 压 此 化, 力 转 铸 变 造 重 厂 下 要 专 一 开 家 代 从 发 铸 领 优 造 域 化 过 的 结 程 示 果 模 获 例 拟 予 得 技 的 以 术 信 说 就 MAGMAfrontier 优 量 / 拟 / 析 / 法 为 DOE( 成? 将
大 腔 减 都 少 多 形 应 数 同 成 小 氧 时 型 填 化 铸 充 物 件, 在 应 均 多 避 匀 腔 免 填 模 局 充 具 部 模 中 流 具 生 量 产 峰 值 为 了 在 生 第 产 一 质 个 量 示 一 例 致 中 的, 产 六 品 个, 铸 以 件 及 同 允 时 许 浇 模 注 具 ( 的 图 顺 3) 利 填 充, 所 有 模 具 空 图 通 结 果 常 3:, 六 个 腔 浇 模 道 具 的 浇 横 道 截 的 面 CAD( 由 工 程 计 师 算 基 机 于 辅 经 助 验 设 和 验 ) 证 图 表 进 图 行 中 设 的 计 布 局 在 是 我 在 们 尽 的 可 示 能 例 小 中 的, 空 这 间 一 内 点 布 由 置 优 空 化 腔 程 获 序 得 实 的 现 设 计 基 利 于 用 此 可 目 以 的 获 而 得 的 对 称 性, 在 模 拟 软 中 件 总 中 是 引 计 入 算 几 一 何 半 形 的 状 模 的 板 参 就 数 足 三 够 维 了 模 型 显 示 浇 道 系 统 的 一 些 可 能 在 MAGMASOFT 图 模 序 的 拟 4: 目 后 浇 标, 注 功 每 系 能 个 统 是 模 的 : 具 不 通 空 同 过 腔 变 选 的 体 择 填 某 充 几 些 时 何 浇 间 形 道 是 状 横 已 的 截 知 参 面 的 数 而 模 使 它 型 模 是 支 具 从 持 空 柱 浇 腔 塞 道 填 开 和 充 始 浇 时 移 口 间 动 在 之 至 任 间 空 何 的 腔 需 差 全 要 异 部 位 尽 填 置 可 充 的 能 的 横 小 时 截 间 面 间 变 隔 化 优 化 程 图 4
好 果 内 除 氧, 实 化 熔 现 物 融 所 形 金 有 成 属 空 量 对 腔 的 空 减 气 均 少 的 匀 定 暴 填 义 露 充 为 程 过 优 度 程 化 也 外 程 可, 序 以 在 的 作 本 第 为 示 二 模 例 目 具 中 标 空 还 功 腔 应 能 填 避 充 免 的 铸 局 件 部 中 分 形 布 成 而 氧 进 化 行 物 分 析 作 为 基 模 于 拟 此 模 而 具 计 填 算 充 的 的 空 腔 结 图 5: 模 具 空 腔 内 熔 熔 融 金 属 与 空 气 接 触 的 持 续 时 间 金 属 与 空 气 接 触 持 续 时 间 填, 充 以 时 显 示 个 被 计 算 的 模 具 空 腔 的 空 气 接 触 及 间 和 差 填 异 的 方 案 评 定 为 的 方 案 位 于 图 形 左 下 范 围, 发 现 在 此 处 充 有 算 时 空 法 间 腔 计 差 的 算 异 均 的 匀 变 每 填 体 个 充 填 点, 充 代 并 时 表 且 间 一 可 的 个 能 差 优 的 异 间 最 最 适 短 宜 的 方 图 案 中 蓝 一 线 表 次 示 优 化 目 的 标 方 功 案 能 比 建 较 议 分 的 析 最 只 佳 提 方 供 定 性 最 数 优 据 ; 化 对 与 最 目 后 标, 由 方 工 案 有 程 关 师 的 通 模 过 拟 权 结 衡 果 两 进 个 行 目 化 空 详 标 算 气 细 法 而 接 分 触 获 计 时 算 是 不 可 避 免 的 两 个 目 标 之 间 最 佳 折 由 图 中 的 绿 色 变 体 表 示 析 得 图 5 了 486 的 衷 案
图 刚 开 6: 显 始 示 柱 时 合 塞, 适 开 对 浇 始 氧 注 移 系 动 反 统 后 应 在 两 详 个 细 不 分 同 析 未 ) 能 产 模 生 具 满 空 意 腔 的 结 填 ) 果 充 模, 具 这 空 内 一 腔 的 点 同 流 从 时 量 图 填 可 以 看 出 这 是 散 真 点 正 图 均 显 匀 示 填 因 充 浇 的 注 示 系 例 统 970 趋 几 果 附 加 何 优 在 形 化 第 状 范 二 变 围 次 化 是 优 而 模 化 产 具 中 生 空, 的 腔 除 空 填 浇 气 充 道 接 第 横 触 二 截 时 阶 面 间 段 减 柱 几 少 塞 何 的 形 然 切 状 而 换 外 点, 用 和 还 此 速 改 方 度 变 案 了 获 在 压 得 射 的 曲 改 线 进 不 在 足 本 以 示 论 例 断 中 获, 得 优 绝 化 对 程 满 序 意 可 的 用 的 结 考 向 有 关 的 改 进 如 所 示 与 纯 几 何 形 状 优 化 相 比 较, 关 于 填 充 时 间 个 差 被 异 模 的 拟 进 方 一 案 步 内 改 获 进 得 是 的 不 与 可 氧 能 化 的 物 形 成 7 压 射 虑 曲 到 线 设 对 置 铸 精 件 确 质 和 量 可 的 再 重 现 大 的 影 压 响 射, 曲 也 线 强 的 调 实 创 际 建 困 者 难 有, 必 优 要 化 仔 压 细 射 对 曲 待 线 设 似 置 乎 良 有 好 些 和 理 可 论 再 化 现 ; 的 然 压 而 射, 曲 模 线 拟 结 果 强 调 620 图 6 图 7 ms( 左 和 986 ms( 右 充 速 空 度
空 气 空 接 触 时 间 图 尽 具 空 量 7: 腔 减 填 少 优 气 充 化 期 孔 前 间 (a) 的 几 接 何 触 形 时 状 间 优 作 化 为 后 氧 (b) 化 物 形 和 成 压 趋 射 向 曲 强 线 度 优 的 化 度 后 量 (c) 的 浇 注 的 熔 融 金 属 空 气 接 触 时 间 模 口 避 溢 流 免, 包 气 以 的 孔 避 设 形 免 计 空 成 对 腔 是 进 压 内 入 空 铸 浇 工 气 注 滞 艺 系 留 设 统 计 的 滞 空 留 中 气 心 在 数 任 铸 量 务 件 和 之 内 路 一 的 径 气 有 泡 在 重 整 应 大 个 通 影 模 过 响 溢 具 流 填 包 充 尽 过 快 程 离 中, 开 熔 可 融 以 金 预 属 料 应 完, 全 浇 填 口 几 充 何 浇 形 道 状 和 和 浇 缺 陷 零 容 忍 险 图 在 生 8: 产 铸 活 造 塞 活 环 塞 四 环 合 ; 一 活 套 塞 件 环 期 圆 间 周, 面 在 有 活 关 塞 区 环 域 圆 机 周 加 的 工 关, 键 必 区 须 域 绝 遇 对 到 无 气 孔 问 对 浇 口 基 和 于 溢 此 流 目 包 的 进, 行 优 参 化 数 浇 设 口 计 和 溢 流 包 的 几 何 形 状 利 用 可 以 获 得 的 对 题 称 性 自, 动 对 优 浇 化 注 的 系 任 统 务 和 是 铸 消 件 除 建 气 模 孔 风
总 共 个 变 量 7 图 是 9: 显 示 浇 此 口 几 和 何 溢 形 流 状 包 的 几 典 何 型 形 方 状 案 不 对 同 每 变 个 体 方 案 铸, 件 模 周 拟 围 显 的 示 角 填 度 充 及 结 溢 束 流 时 包 空 的 腔 延 内 长 空 量 气 可 的 以 分 改 布 变 情 活 尽 塞 环 量 待 降 加 低 工 在 区 活 域 塞 无 环 气 关 孔 键, 区 因 域 此 的 确 卷 保 气 产 品 模 质 拟 量 高 个 方 案 有 实 质 性 改 进 的 结 果 如 所 况 示, 优 其 化 有 的 可 目 能 让 的 卷 空 气 图 9 了 360 图 10 图 缩 孔 10: 的 或 消 收 优 除 缩 化 孔 前 洞 ( 发 左 生 ) 于 和 材 优 料 化 积 后 聚 ( 处 右,) 通 铸 常 件 充 引 型 起 后 与 的 铸 气 件 体 机 分 械 布 载 情 荷 况 面 的, 大 多 数 压 铸 件 需 要 材 料 积 聚, 这 就 使 得 有 可 能 通 以 修 及 改 机 铸 加 件 工 设 过 计 程 来 有 完 关 全 的 消 问 除 题 材 料 出 积 于 聚 功 能 方 在 此 螺, 外 栓 最 应 紧 重 能 固 要 在 区 的 一 域 定 是 提 及 程 供 内 度 衬 上 合 适 通 槽 区 的 过 系 域 补 缩, 统 条 材 控 件 料 制 积 模 聚 这 具 可 的 包 能 温 括 导 度 浇 致 来 口 产 控 的 生 制 设 凝 缩 计 固 孔 和 过 定 程 这 位, 些 模 所 区 给 具 域 示 要 填 例 机 充 是 加 后 液 工 应 能 压, 因 通 制 此 过 动 器 必 浇 的 须 口 挤 符 铸 压 合 造 最 铸 法 兰 高 件 ; 的 因 密 度 要 求 ( 图 11)
和 度 图 11: 一 方 示 法 面 法 兰, 兰 的 可 及 主 以 视 其 改 图 铸 变 造 浇 工 螺 口 艺 栓 几 紧 何 除 固 形 件 横 状 对 浇 以 缩 道 便 孔 和 于 很 内 挤 敏 浇 压 感 口 ; 外 另, 一 方 可 面 以, 提 可 供 以 七 按 个 不 冷 同 却 顺 回 序 路 向 冷 因 却 此 回, 路 有 填 许 充 多 冷 优 却 化 剂 自 由 图 显 12 图 充 顺 12: 序 制 内 动 浇 器 口 法 参 兰 数 及 化 冷, 却 可 水 以 管 修 (a) 改 其 几 和 何 浇 形 口 状 (b) 注 : 用 在 优 此 化 图 程 中 序 未 计 见 算 了 八 个 冷 却 回 路 的 冷 却 剂 的 最 可 能 填 [ (a) (b)?]
和 图 减 在 此 13: 图 中 优 请 化 标 前 明 (a) 和 优 化 后 (b) 有 缩 孔 的 法 兰 在 优 化 方 案 中, 在 待 加 工 区 域 已 经 消 除 了 缩 孔 注 : 如 并 供 少, 不 关 缩 可 能 于 以 孔 完 对 省 是 凝 全 去 优 避 固 冷 化 有 免 却 的 影 缩 水 目 响 孔 管 标, 或 因 功 但 无 此 能 这 影 减 些 响 少 总 缩 的 设 共 孔 冷 计 模 却 可 成 拟 水 以 本 管 减 的 少 信 至 息 允 方 许 案 对 铸 于 件 机 此 类 加 铸 工 示 而 件 为 不 工 通 会 艺 过 布 受 优 局 损 化 的 而 言 程 获, 度 得 这 的 些 此 凝 信 外 固, 息 改 模 极 进 为 拟 优 重 上 化 要 述 还 方 提 例 法 [ (a) (b)?] 被 优 薄 化 壁 挤 包 压 围 工 的 艺 缩 孔 通 常 不 能 通 过 挤 压 消 除 尽 管 如 此, 获 得 高 质 量 的 一 个 凝 空 固 方 时 法 间 仍 是 局 部 挤 压 了 个 450 图 所 13 图 决 方 14: 案 壁 厚 处 压 铸 凝 固 耗 时 最 长 此 外, 肯 定 会 形 成 缩 孔 此 区 域 不 能 充 分 挤 压, 所 以 局 部 挤 压 是 其 解
下 用 案 何 难 述, 以 示 而 则 正 材 例 必 确 料 是 须 设 积 确 用 计 聚 定 试 局 达 错 铸 部 到 件 法 挤 临 关 来 压 界 键 优 系 区 点 化 统, 域 此 使 强 系 制 挤 统 压 补, 量 缩 这 最 所 种 小 用 方 挤 ( 法 压 图 成 15) 系 本 统 昂 的 贵 尺 已 寸 但 经 ( 优 明 图 化 确 14) 程 的 序 是 最, 终 如 这 能 种 果 发 从 设 现 一 计 确 会 开 保 始 是 最 何 挤 优 压 等 产 关 系 品 键 统 质 就, 量 不 以 的 起 及 方 作 为 图 缩 孔 15: ; 左 补 图 缩 - 准 尺 则 寸 示 非 例 常 : 类 右 似 图 的 设 计 通, 过 有 计 部 算 分 机 缩 优 孔 化 无 确 法 定 避 的 免 挤 压 系 统 设 计, 在 模 具 下 方 的 检 验 区 域 没 有 看 到 上 总 结 述 示 例 说 明, 基 于 模 拟 的 铸 造 目 高 前 质 为 量 止 和 可 最 用 大 的 成 潜 本 力 效 尚 益 未 来 穷 改 尽 进 工 艺 工 艺 自 专 动 家 优 也 可 化 也 以 正 了 解 进 到 入 工 铸 艺 造 生 参 产 数 实 对 践 最 中 终 铸 代 件 替 质 试 量 错 的 法 影 使 响 及 得 专 其 交 家 可 互 以 作 用 以 最 参 考 文 献 : 它 就 是 下 一 代 铸 造 工 艺 模 拟 [1] Druckgusspraxis (2005) No. 3 (June), pp. 90-94. [2] Giesserei 91 (2004) No. 10, pp. 22-30. [3] Sturm, J. C.: Optimierung von Gießtechnik und Gussteilen. Symposium on Simulation in Product and Process Development, November 5-7, 2003, Bremen, Germany. [4] Giesserei 94 (2007) No. 4, pp. 34-42.