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压铸铝件工艺 充型凝固过程 模拟分析报告 华铸软件 2010年6月 1 华铸CAE10.0系统简介 华铸CAE10.0 ——铸造工艺分析软件系统是分析和优化铸件铸造工艺的重要工具，是华中科技大学（前华中理工大学）经二十多年研究开发，并在长期的生产实践检验中不断改进、完善起来的一项软件系列产品。它以铸件充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心，对铸件进行铸造工艺分析。可以完成多种合金材质（包括球铁、灰铁、铸钢、铸造铝合金等）、多种铸造方法（砂型铸造、金属型铸造、铁模覆砂铸造、压铸、差压、低压铸造、熔模铸造等）下的流动分析、凝固分析以及流动和温度的耦合计算分析，曾在多种不同材质复杂铸件的工艺改进、工艺优化中圆满地完成增收降废的任务，创造了显著的经济效益和社会效益，博得了众多生产厂家和同行的好评，得到众多厂家或公司的青睐。 目前，HZCAE10.0系统已集成在Windows98、Windows2000、NT以及XP下运行。应用实践证明，本系统能预测铸件缩孔缩松缺陷的倾向、改进和优化工艺，提高产品质量，降低废品率，减少浇冒口消耗，提高工艺出品率。 图1是HZCAE10.0的基本模块和功能。 图1 华铸CAE10.0的基本模块和功能 2 模拟分析内容 利用华铸CAE 10.0来进行铸件凝固模拟分析，首先要依据图纸和工艺方案进行三维实体造型，生成若干个STL格式文件，然后利用前处理模块的网格自动剖分功能对铸件、铸型等实体进行网格剖分，得到计算部分所需的离散模型。接着利用计算处理模块进行流动场与温度场的耦合计算，耦合计算后得到铸件铸型各部分的初始温度继续进行凝固过程的温度场计算。从这些计算中得到的流动场、温度场数据，再通过后处理功能将其可视化为各种可视的图形图象、曲线和过程动画，以揭示充型过程和凝固过程的行为细节，为工艺设计人员进行工艺决策和工艺优化提供可靠的定性定量的依据。 华铸CAE软件系统通过STL文件格式可以和UG(Unigraphics)、PRO/E(Pro/Engineer)、AutoCAD、Solidworks 、SolidEdge等诸多三维造型平台接口。 2.1三维实体造型及网格剖分 首先用三维造型软件绘出三维工艺图，如图2所示，然后用HZCAE 10.0软件系统前处理部分的网格剖分程序进行网格剖分。 本次模拟分析网格相关参数见表1。 2.2充型凝固过程温度场计算 设置好初始条件及边界条件进行充型过程和凝固过程的数值模拟。本次模拟仅进行了凝固过程的模拟而没进行充型过程的模拟。本次计算所用参数见表1。 2.3后处理阶段 经前两大模块处理后，获得大量的不同时刻的铸件流场、温场数据。应用后处理模块将这些基于时空四维空间的场量以三维彩色图形表现出来，并进一步合成为动画。通过充型过程的模拟可以得到预测卷气、夹杂的数据，充型与传热耦合计算可以预测浇不足、冷隔等；通过凝固过程的模拟可以判断铸件易形成缩孔缩松的部位和大小及形态，可以观察铸件各部位在不同时刻的温度变化。 表1 本次模拟分析的总体信息 铸件工艺 浇注温度/℃ 模拟内容 1001430件工艺 680 充型过程¬¬¬¬—预测卷气、浇不足、流痕 凝固过程—预测缩松、缩孔等缺陷 铸件模型 铸件工艺模型 图2 铸件工艺的STL模型 3 模拟分析结果 3.1充型次序 显示液态金属动态充型过程，可模拟液相充填，速度分布，压力分布，粒子示踪。 图3 铸件色温填充 3.2铸件色温 铸件凝固过程中，随着热量的散失，温度不断降低。用不同的颜色对应不同的温度，适当的色标对应，绘出不同时刻的铸件图，能贴切形象地表现铸件凝固过程中温度的变化。图4为铸件色温图。 不同时刻色温度分布请看光盘中的动画。 图4 铸件色温分布 3.3液相及缩孔缩松分布 取某一临界固相率温度，高于此温度的网格单元以黄色填充显示，而低于此温度的网格单元以线条轮廓显示。由此可观察凝固过程中的相变细节，可观察液相补缩通道的断开，孤立液相区的形成以及缩孔缩松的形成过程，为改进工艺、判断工艺的可行性提供科学的依据。图5液相及缩孔以及微观缩松分布图。 不同时刻液相缩孔分布请看光盘中的动画。 图5 铸件液相及缺陷分布 3.4动画合成与播放 铸件充型、凝固过程是一种随时间变化的物理过程。要全面、完整地观察这种过程，最恰当的方式就是过程动画。 根据模拟结果数据可以制作出反映充型凝固过程各细节、各侧面的许多AVI 动画。限于篇幅，此处只选几个典型得相关动画，作为得出结论的依据。具体播放方法见附于文后的说明。 4 结论 从模拟结果得出如下结论： 从充型过程模拟结果可以看出，金属液进入铸件后冲击型壁，立即翻卷，形成包覆层，铸件内裹入大量气体，后续充型过程中很难排出，极易形成气孔。同时铸件在凝固过程中出现了相对较大孤立液相且存留时间较长，会有缩孔缩松倾向。更进一步的细节见凝固过程动画。 2010年6月 附： 观看动画文件方法说明： 运行demo.exe进入演示环境（如图所示），用鼠标选中“树结构”并指定文件（avi文件或序列bmp文件夹中文件），然后在图形界面用鼠标左键连续播放或停止，用鼠标中键滚动播放如图示。 使用华铸软件的同行可以联系，我们共同交流学习QQ517804278

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Dominik Eickmann 和 Dennis Hotze 是德国波鸿应用科技大学驱动技术实验室内一起攻读硕士课题的两名学生，他们共同设计了一辆内部物流运输车。 这辆运输车重达 250 公斤，由两节标准汽车电池驱动，最大运输量可达 400 公斤，普通的供电系统即可充电。Mecanum 车轮为车辆带来了完美的操控体验，并且学生们正打算把它升级成为全自动运输车。 这辆车的使命，是要在大学校园内独立完成运输任务。而且校园内的原有建筑都不允许移动，这对学生们无疑是个挑战。 通常自动运输车都要依靠地面上的标记来引导动向，可是现在校园内的建筑都不允许移动，那就要在传感器上下足功夫了。鉴于现在传感器技术的飞速发展，亟待完整的模块化设计将各种传感器集成在一个框架上，这就用到了 item 的 MB 工业铝型材装配系统。 选择 item 的理由，是因为它模块化设计和简单易用的紧固件，确保安装效率可以达到最高。而且产品的 CAD 数据非常精确，学生还可以在 SolidWorks 中创建虚拟模型，就连内部的复杂结构设计也可以一并完成。 目前，运输车采用标准的 XBOX 游戏仪表板控制器来操控。不仅是仪表板， XBOX的 Kinect 传感器技术也被应用其中，用于运动捕捉。由于这些相机既能识别粗糙的轮廓线条，又能感知深度，成为了最佳选择。二维引导传感器还可以精确测量与物体之间的距离。车体上安装了 20 个超声传感器可以检测到附近的障碍物，识别楼梯的传感器则装在前部和后部，确保车辆可以随时制动。 了解更多，点击下方文字直达▼ 或者来，了解强大的工业铝型材世界 您也可以关注 ，每周获取最新动态

德国设计大奖(Germany Disign Award)，从2012年开始，每年都会对来自德国和其他国家的产品和品牌进行颁奖，表彰那些通过创新为设计领域带来丰富成果的企业和个人。奖项的背后，是不断塑造德国设计历史的机构，该机构是由德国政府在1953年创立的德国设计委员会。至今，仍然遵循着自创立之初就践行的目标——从设计角度增强德国经济。 大多数制造企业的机械手柄，通常都是由供应商提供的。虽说能满足基本用途，但是就设计而言，仍然存在很大的改进空间。尤其是手柄的触感，更是最容易被忽略的地方。而手柄是用户使用新设备或新结构时会最先接触到的元件之一，因此它的设计升级是提升用户体验的第一载体。 今天分享的这个设计，恰恰考虑到了这一点，先看下它的真身照： 这是来自 item 依诺信的的全套设计方案，除了拥有流畅的外观线条，颜色上也运用了适用铝型材的主色调，同时也是 item 品牌的经典设计语言。 德国设计大奖评选委员会对它的评价是：“非常棒的整体方法”，展示了“工业标准下极高的美学特质”和“一致的产品语义”。 item 手柄 Pi 系列包括滚花、翼型和三叶手动旋钮手柄，将简单的设计语言与人体工学原理结合。元件中每个产品的尺寸都有三种不同规格和两种颜色，预留了更大的潜在应用。 注塑塑料部件的壁厚一般都很薄，因此元件的外侧表面都可以非常光滑，提供了良好的触感。然而，这也是个挑战，因为手柄很容易被握住，反面也得有光滑的表面才能提供前后一致的触感。所以，元件被设计成了密封的单件个体，而且工艺简单，成本低廉。 了解更多item 的信息，请访问 欢迎扫码关注 item依诺信 微信公众号，第一时间获取成功案例和精彩活动信息！