CAD_lesson01_ENG{压铸模流道设计和分析软件cast designer}原厂教程

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模具CADCAMCAE简介

CAE软件
用于进行工程分析、仿真和优化的专业软件，如ANSYS、ABAQUS、 SolidWorks Simulation等。
03
作用
通过模拟和分析，预测产品的性能、可靠性、安全性等方面，优化设计
方案，提高产品质量和可靠性。
CAE技术在模具分析中的应用
模具设计优化
利用CAE技术对模具设计方案进行模拟和分析，优化模具结构、材料、工艺等方面，提高模具的可靠性和使用寿命。
05
模具CAD/CAM/CAE应用案例
应用案例一：注塑模具设计
总结词
提高设计效率
详细描述
注塑模具CAD软件能够快速创建三维模型，进行模具结构设计，减少设计时间，提高设计效率。
总结词
优化设计方案
详细描述
通过CAE模拟分析，预测模具在注塑过程中的缺陷和问题，优化设计方案，减少试模次数和成本。
模具CAD/CAM/CAE简介
• 模具CAD简介 • 模具CAM简介 • 模具CAE简介 • 模具CAD/CAM/CAE集成 • 模具CAD/CAM/CAE应用案例
01
模具CAD简介
CAD技术定义
01
CAD技术是指利用计算机和图形设备进行设计、绘图、分析和优化的过程。
02
它通过数字化的方式，将传统的设计和绘图过程转移到计算机上，提高了设计效率和精度。
作。
流程自动化
通过自动化工具和流程管理软件，实现 CAD、CAM和CAE之间的流程自动化和协同工作。
定制化开发
根据企业实际需求，定制开发符合企业流程和规范的CAD、CAM和CAE集成系统。
集成的发展趋势
集成化
未来CAD/CAM/CAE集成将更加紧密，形成一个完整的、一体化的设计、分析和制造系统。

铸造工艺模拟分析软件系统--压铸篇

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

铸造成型CAD CAE

下图是铸件凝固模拟计算结果，由此可以判定铸件的热节位置和各部位的凝固顺序及可能出现缩松缺陷的位置。
a. 凝固经历时间15秒时的铸件色温
b. 凝固经历时间8秒时的液相分布
下图为压铸型的温度场切片显示结果，据此又可以优化压铸模具冷却系统的设计，实现模具的热平衡。
a. 凝固经历时间15秒时的铸型色温切片1
利用传热学原理，分析铸件的传热过程，模拟铸件的冷却凝固进程，预测缩孔、缩松等缺陷。
利用流体力学原理，分析铸件的充型过程，可以优化浇注系统，预测卷气、夹渣、冲砂等缺陷。
研究内容
应力场分析
利用力学原理分析铸件的应力分布，预测热裂、冷裂、变形等缺陷。
组织模拟
分宏观、中观及微观组织模拟，利用一些数学模型来计算形核、枝晶长生速度、组织转变、预测铸件性能。
a. 凝固经历时间15秒时的铸件色温
b. 凝固经历时间8秒时的液相分布
模具设计与实际试浇
在模具实际制造时考虑到将来与模拟结果作对比分析,厂家仍然先按原设计方案生产。试模时共压铸了四件产品。首件由于合金液不足未浇满，后三件均出现了大致相似的问题：铸件顶面中部靠内浇口一侧产生了夹渣、冷隔，并造成顶面中部出现了一条大约200mm长的细裂纹；铸件最后填充的区域也有冷隔和裂纹的出现。下图所示为铸件实物上的一些缺陷（图中黑色箭头所指）。
铸造成形过程数值模拟发展
目前，数值模拟软件被广泛认为是优化工艺设计的必备工具。美国、德国、日本等国的镁合金压铸企业十分重视镁合金CAD/CAE技术在产品生产工艺设计上的应用，并取得了一定成果。如美国芝加哥White Metal铸造公司采用CAE软件获取薄壁家电产品机壳流场、温度场的各种信息，据此进行浇道、溢流槽和冷却系统优化设计。利用模拟结果绘制PQ² 图，综合考虑多种因素的影响，最终确定生产工艺中采用的最佳工艺参数值。

铸造工艺计算机辅助设计软件

自1992年起围绕国防八五、九五、十五等科技攻关项目持续开发、截至2005年6月，投入研发、中试、产业化经费累计四千余万元，先后有数十名硕士以上专家投入研发队伍，拥有自主知识产权和完善的生产线专有技术，开创我国喷射成形行业产业化，技术达到国内领先、国际先进水平。
联系人：杨福兴电话：021-62932188转822
镁合金精炼及其生产方法
专利申请号：01142611.X
项目简介
上海交能大学轻合金精密成型国家工程中心针对现有的镁合金熔剂的不足，发明了一种性能优越的高效镁及镁合金精炼剂。该熔剂采用了纳米碳酸盐吸附剂作为附加物，精炼过程中吸附剂产生的微小惰性气体气泡能有效地去除镁熔体内的微小非金属夹杂物。熔剂中含有的活性稀土化合物不仅进一步提高了夹杂物的去除率，而且因其具有固氢作用，能有效减少镁熔体中氢对镁铸件孔隙率的不利影响，大大提高镁合金的机械性能抗腐蚀性能。本精炼剂与镁合金液有较大的密度差，粘度合适，化学稳定性好，不与合金、炉衬和炉气发生化学反应，不产生熔剂夹杂。有害气体较少，符合工业卫生标准及废气排放要求。
铸造工艺计算机辅助设计软件
产品功能铸造工艺计算机辅助设计软件是铸造CAD/CAE集成软件系统中的核心功能模块之一。该系统根据铸造生产原理和铸造工艺设计原则，研究建立了铸造工艺计算机辅助设计数学物理模型，融合了相关的物理定律和实践经验，并直接应用计算机数值模拟仿真结果。为改变铸造工艺设计主要依靠经验而非工程科学的状况，促进铸造工艺设计数字化、信息化提供了一个有效的工具。
技术特点
PTFE粒子在镀液中的悬浮性和分散性极好；
低粒子浓度可使镀层中含有20—26vol%PTFE；
镀层孔隙率低，表面质量好；
镀层防腐性能高，中性盐雾试验>96h；
镀层耐磨减摩性能优异，镀态硬度Hv300，热处理硬度达到Hv550；

SOLIDCAST软件资料介绍

SOLIDCAST模拟图
Innovation ahead of CAST 全球唯一的铸造优化 CAE 彷真
Innovation ahead of CAST 全球唯一的铸造优化 CAE 彷真
Innovation ahead of CAST 全球唯一的铸造优化 CAE 彷真
Innovation ahead of CAST 全球唯一的铸造优化 CAE 彷真
模流分析
金属液流动温度分析,速率,及压力充模动画(影像文件)
缺陷预测:
错误流动,冷接,紊流, 氧化物的成形
Innovation ahead of CAST 全球唯一的铸造优化 CAE 彷真
模流分析-温度影响
模流分析-模穴温度
模流分析-模穴压力
Innovation ahead of CAST 全球唯一的铸造优化 CAE 彷真
- 电子化的信息交流 - 对于工厂的方案设计上,可产生较佳的形象 11. 在市场上与竞争对手的差异化
Innovation ahead of CAST 全球唯一的铸造优化 CAE 彷真
凝固模拟分析材料特性数据库可以输入CAD档案 (2D 及 3D) 内建几何模型产生器自动网格化多种分析结果方式
Innovation ahead of CAST 全球唯一的铸造优化 CAE 彷真
什么是铸造模拟
就是在计算机上完成实际铸造所有的流程… 浇铸金属液及容许它冷却跟凝固… 你只需要拥有3D的铸件模型,再设定好你的浇流道,冒口系统,最后决定你的材料… 我们就可以利用这套软件来找出任何缺陷的形成,还有建议您在方案设计上的规划, 以利贵公司找出生产高质量铸件的方案.
- 3D X ray 透视图 - 3D 表面示意图 - 2D 剖面图 - 动画 (影像文件) 缺陷预测: 缩孔,微缩孔

CAD、CAM、CAE在铸造过程中的应用

第三章
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第三章 !"# $ !"% $ !"& 在铸造工程中的应用
计算机技术的飞速发展，已使计算机成为自电力发明以来最具生产潜力的工具。、计算机辅助工程分析数字化时代正一步步向我们走来。计算机辅助设计（ !"#）（!"%）、计算机辅助制造（!"&）等技术在铸造领域得到了广泛的应用，并已成为铸造学科的技术前沿和最为活跃的研究领域。只要将铸件图样、铸型材料、铸造合金热物性参数、凝固特性及数学模型等输入计算机，即可计算出合理的浇冒口系统。运用相应的数值模拟技术可对设计的工艺进行屏幕试浇，模拟铸件凝固过程，预测凝固缺陷、微观组织、残余应力；再利用先进的图像显示技术对屏幕试浇结果作逼真的三维图像显示，对缺陷位置、程度进行全面的评估，从而提出工艺改进措施，进行新一轮工艺设计优化、屏幕试浇、工艺校核。随着这一技术的逐渐成熟和实用化，其应用已不仅仅局限于对成形铸件进行工艺分析和评判，研究人员已将其作为实现并行工程环境下产品的虚拟制造的一个关键技术，同计算机辅助产品设计、计算机辅助加工工艺规划、计算机辅助制造集成在一起，以达到从全局出发，优化产品设计、提高产品质量、缩短制造周期的目的。即产品设计不仅考虑产品的功能，同时考虑产品的可制造性。众所周知，铸造工艺是非常复杂的，并具有显著的与生产实际经验紧密结合的特点。同时，人们也最先开始研究计算机辅助设计技术在这一领域的应用。多年的研结究和开发应用经验表明，铸造工艺 !"# 软件必须在通用工艺参数设计的基础上，合企业的具体情况开发应用才能收到好的效果。本章首先以铸钢件铸造工艺设计问题为例，介绍如何把传统的工艺设计问题转化为计算机辅助设计。在铸造工装设计方面，以介绍现代模具设计制造技术为重点。最后，介绍并行工程的基本技术及其在铸造工程中的应用。

Cast Solution压铸模具解决方案

CAST-DESIGNERTM致力于从模具设计到优化的铸造工程软件CAST-DESIGNERTM CAST-ENGINEERTM梁震宇 LZY@CAST-SOLUTION CAST SOLUTIONC3P solution for casting process• Shorten lead time for part development •M Manufacturing process optimization f t i ti i ti • Quality Improvement • Marketing purposeInitial DesignFinal Design1 to 2 DaysCAST-DESIGNERTMNewCAST-ENGINEERTMTry – Error -- Try y yCAST-DESIGNER CPI1 to 2 HoursPartADie Design Di D iBTry-Out Tr O tCProductivity P d ti itCAST-DESIGNERTMCAST-DESIGNERTMCAST-DESIGNER CAST DESIGNER y g for Gravity Casting专业铸造流道设计与分析系统流道设计专家 + 前端分析技术梁震宇 LZY@什么是 Cast-Designer for Gravity？ g yCast-Designer f G C tD i for Gravity是一款专业的重力型 it 是款专业的重力型铸造流道设计与分析软件，融入设计专家系统及前端分析技术（upfront analysis），辅助工程设计师科学、高效地完成设计任务。

• • 半小时完成浇注系统设计，配合设计专家系统及流程化的设半小时完成浇注系统设计配合设计专家系统及流程化的设计向导；设计包括流道、冒口、冷铁等前端分析技术为整个设计过程提供科学的辅助，基于最新的有限元（FEM）技术，半小时到个半小时内，完成整个分有限元（FEM）技术，半小时到一个半小时内，完成整个分析评估工作；提供Basic版本及MCAD版本：Basic版是独立的软件，其 CAD内核基于最新的OpenCASCADE技术；MCAD版本是以插件的方式完全整合到客户现有的MCAD系统中，目前支插件的式完全整合到客户有的 A 中前支持Pro-Engineer, UGS NX 和 Solidworks；由C3P Software开发，并与全球各知名机构紧密合作，其中包括北美压铸协会（NADCA），日本理研（Riken）和俄中包括北美压铸协会（NADCA）日本理研（Riken）和俄亥俄州立大学（Ohio States Univ.）等••CAST-DESIGNERTM整合CPI (Casting Process Insight) 前端分析技术合端术CPI 是集成在Cast-Designer for Gravity Basic环境或MCAD系统中的工是集成在Cast Designer 具包（模块），基于最新的有限元技术，为浇注系统设计方案的合理性评估提供全面的、快速的前端分析分析整个充型过程或凝固过程为设计师在流道方案评估阶段，提供最“快”，足够“精确”的结果，选择最“优”的方案。

第十一章压铸模CAD／CAE

有限元法又称有限单元法、有限元素法，从开始在工程上应用到今天，其理论和算法都经历了从蓬勃发展到日趋成熟的过程，现已成为求解复杂工程和产品的结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维形体接触、弹塑性等力学性能的必不可少的数值计算工具
D11
三、压铸模CAE的基本内容
1.流动充型分析充型过程中的换热所形成的铸型铸件凝固过程初始温度的分布是直接影响凝固过程模拟结果的重要条件。 2.传热凝固分析温度场变化和铸件凝固是一种热量再分配的过程，推动
图11-15 t= 0.01119s时的金属液充型情况
D11
五、压铸模CAE的应用实例分析
图11-16 t = 0.0148s时的金属液充型情况
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五、压铸模CAE的应用实例分析
图11-17 t=0.021s时的金属液充型情况
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五、压铸模CAE的应用实例分析
图11-18 t = 0.029s时的金属液充型情况
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五、压铸模CAE的应用实例分析
图11-19 t =0.048s时的金属液充型情况
D11
五、压铸模CAE的应用实例分析
图11-20 t = 0.0117s时的金属液充型情况
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五、压铸模CAE的应用实例分析
图11-21 t= 0.0811s时的金属液充型情况
D11
五、压铸模CAE的应用实例分析
D11
一、压铸模CAD的基本内容
(5)模具结构的设计通过概括和总结压铸模设计的规律与经验，运用数学方法由计算机交互进行模具结构的设计，包括型腔和型芯、导柱和导套、动定模套板、定模座板、动模支撑板、动模垫块、动定模座板等的设计。 (6)推出机构的设计完成包括推杆固定板、推板、推杆基本尺寸的设计计算及强度校核。

压铸模CAD系统开发实例及其应用

第5章压铸模CAD系统开发及其应用随着压铸件向着大型化、精密化、复杂化的方向发展，压铸模具的设计也越来越复杂。

为此，压铸模具行业广泛采用了CAD技术，并相继从国外引进了一些大型的通用CAD软件，如Pro/E、UG、CATIA等。

但在实用性方面，它们一般为机械设计通用软件，不能做到专业化，这样也就不能真正地做到压铸模的计算机辅助设计，通常只能停留在计算机辅助绘图上，仍需人工翻阅大量的设计手册查找、处理相关数据，这与传统模具设计并没有本质上的区别。

为此有必要在通用CAD软件平台上开发专门的压铸模CAD系统以解决上述问题。

本章以作者所开发的压铸模CAD系统（以Pro/E为开发平台）为例详细叙述该系统的开发与应用。

5.1 压铸模CAD技术概述压铸模CAD技术方面的研究始于20世纪70年代末期，相对而言，压铸模CAD系统的研究起步较晚，但由于可借鉴其它模具CAD的经验，其发展速度相当快，经历了由低级到高级、由研究到应用的过程。

5.1.1 国外发展概况国外的压铸模CAD系统发展主要分为以下几个阶段。

1）第一阶段早期的压铸模CAD系统只对压铸工艺参数进行选择，仅利用计算机的计算功能以减轻设计人员的工作强度，如美国贝特里研究所在1981年开发的锌合金压铸CAD系统，主要对薄壁锌压铸件进行浇注系统设计。

运行时要求输入压铸机基本参数、铸件相关尺寸，并选择浇道系统的类型和压铸温度等，可设计出横浇道、内浇道和溢流槽的尺寸。

该系统主要功能是简化了浇注系统中繁冗的计算，没有图形的输入和输出。

德国的科研人员用计算机采取人机对话的方法设计直浇道、内浇口、横浇道的几何尺寸。

在P-Q2图的基础上，建立程序的数学模型，运用这种程序可简化所需压铸机的选择，并能保证充填型腔的最佳条件。

2）第二阶段第二阶段出现了压铸模充型过程及对压铸模应力场和温度场进行模拟和分析的压铸模CAE软件。

对于大型模具，还可运用有限元法求出模具温度分布并以等温线或温度云图等形式表现出来。

项目19压铸件分析模型的建立

PART 01
CAST-DESIGNER
设计流程 (I)
浇注系统部分
单击此处添加标题
建立一个自由、可控的空间平面大小、位置自由调整用于扑捉空间坐标
导入草图设计直接输入通用图片格式：BMP\JPG\TIF 专业转换器：位图转矢量图用于CAD编辑匹配工具自动对齐CAD与背景图片
Cast-Designer 操作流程：设定工作面、导入草图
内浇口速度矢量预判：基于简单的内浇口几何、角度计算铸件分区（用于质量分布不平均的产品）内浇口流动角度检查填不到、充型困难区域检查
流道在铸造工艺中的主要作用
横浇道设计：
横浇道是从直浇道末端到内浇道之间的一段通道，横浇道的作用是将金属液从直浇道引入内浇道，同时横浇道中的金属液还能改善模具热平衡，在压铸件冷却凝固时起到补缩与传递静压力的作用。因此，横浇道的设计对获得优质压铸件起着重要的作用
产品厚度分布图
提供铸件的壁厚分布云图和等高线图，用户可以依此非常直观地对铸件凝固过程中可能存在的风险和位置进行分析，并对模具和冷却水道的设计提供帮助；
CAST-DESIGNER
Software Architecture
汇报日期
汇报人姓名
单/击/此/处/添/加/副/标/题/内/容
Cast-Designer 的操作界面
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铸造工艺对产品的基本要求
一、产品壁厚压铸件的合理壁厚与铸件的结构、合金性能和压铸工艺有关。为满足各方面要求，以合理、均匀壁厚为佳。壁厚不均产品易出现缩水、热裂、气孔、充填不足等缺陷。注：t =（0.6～1.0）bL≤5b
铸造工艺对产品的基本要求
二、脱模斜度
脱模斜度大小与铸件几何形状如高度、壁厚、公差及型腔或型芯表面状况如粗糙度等有关。在允许范围内，易采用较大的脱模角度。