以下將以實際設計以及操作的方式,說明如何利用鑄造模流分析系統 ConiferCast 進行柱塞頭移動的多段充填模擬。 以下為模擬前所提供的資訊圖檔
1 圖檔:柱塞頭含部分成品, STL 格式
2 金屬:鋁合金( AlSi-10 Mg )
3 充填段數:兩段
第一段: 0.325 sec ;充填速度 2.5 m /sec
第二段: 0.33 sec ;充填速度 8 m /sec
在以 ConiferCast 模擬柱塞頭之充填時,首先要準備的圖檔如下
1. 柱塞頭含部分成品
2. 柱塞頭內的金屬(如果使用者要模擬金屬溶湯先流入柱塞頭,再模擬柱塞頭推進,就不用準備此部分模型)
3. 柱塞頭
圖檔的格式為 STL 圖檔
步驟一、讀入圖檔
目前 ConiferCast 已經為全中文介面,因此可以在中文介面下直接選取圖檔。 ConiferCast 會自動將 STL 檔重疊,因此只要在繪製 CAD 圖檔時將所有相關的物件擺放正確,在轉出 STL 圖檔,讀入 ConiferCast 後,圖檔便會依照使用者原本的擺放方式放置完成。
另外,為了方便使用者的操作,所有的 CAD 圖檔全部以 mm 為單位,但是在定義速度等相關參數時則是以 m 為單位, ConiferCast 會自動完成所有的單位轉換,使用者不用再擔心單位定義錯誤。
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圖 2 、 ConiferCast 讀取 STL 圖檔
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步驟二、圖檔定義
讀入圖檔後,以幾何指定的方式定義所有的 STL 圖檔。例如柱塞及產品的圖檔定義為『 GAS 』,因為在模擬時其為空氣存在的區域。而流體的圖檔則是定義為『 METAL 』,因為在模擬時其為金屬熔湯存在的區域。柱塞頭的圖檔定義為『 MOVING 』,因為在模擬時柱塞頭會移動,因此必須定義為移動物件。
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圖 3 、指定在柱塞內的金屬種類( AlSi-10 Mg )
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圖 5 、 ConiferCast 完成設定之幾何設定
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ConiferCast 會以顏色來區分不同物件的定義。灰色物件是空氣的區域(未填滿金屬),藍色物件則是目前金屬熔湯的區域,紅色物件則是柱塞頭。
步驟三、網格設定
ConiferCast 完整支援 Flow-3D 之 FAVOR / Multi-Mesh Block 等設定,因此在建立網格的方式與 Flow-3D 完全相同;不過 ConiferCast 提供以滑鼠拖拉的方式直接調整網格尺寸,因此建立網格的工作時間可大幅縮短。另外, ConiferCast 能夠同步估算目前的網格數量及尺寸所需之記憶體空間,這對於使用者而言非常方便(可避免因為硬碟空間不足而導致分析中斷)。
在此案例中由於僅要瞭解柱塞頭移動對金屬熔湯的影響,因此網格僅建立至成品的一小部分。
步驟四、邊界條件設定
由於柱塞頭移動模擬時的唯一移動件(柱塞頭)已經在幾何物件定義時設定移動速度了,因此在網格的邊界條件設定上就不需要再指定任何條件(維持內定值)。唯一要注意的,是與產品其他區域連接的面,必須設定為一大氣壓,確保在充填過程中模穴內有空氣會對其充填造成影響。
另外,還必須指定成形之金屬材料以及模具材料。 ConiferCast 提供完整的材料資料庫,而使用者也可以自行輸入常用之材料。
步驟五、一般及數值設定
ConiferCast 為了讓使用者快速的上手,因此將原本繁複的計算設定方式簡化成幾個步驟,例如僅計算流體流動(同時考慮熱傳或者不考慮熱傳);或者是計算從流動到固化(一般鑄造件要模擬縮孔時可以直接模擬到固化結束);如果使用者對於模具溫度比較有興趣,也可以僅模擬水路系統對成型循環 N 次後之模具溫度的變化( Thermal Die Cycling );如果要模擬熱應力的影響,也可以將熱應力對製品的應力分佈結果加入。另外在數值設定的部分,為了簡化使用者的設定, ConiferCast 已經將計算選項設定於適用鑄造之數值模擬,如此可簡化使用者的操作工作。
步驟六、執行分析
在完成設定後,直接在 ConiferCast 內執行『 Calculate 』 - 分析,程式就會開始進行模擬。在分析執行前, ConiferCast 還會輸出 Prepin.inp 檔。如果使用者對於 Flow-3D 較為熟悉,也可以直接以 Flow-3D 執行該設定檔。
步驟七、結果輸出
完成分析後,可以直接在 ConiferCast 內讀取分析結果。除了可以設定在不同的時間點之充填結果外,還可以用 AVI 格式輸出柱塞頭移動時之動畫。
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圖 11 、充填之速度變化( ConiferCast 輸出結果)
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除了可以在 ConiferCast 內讀取結果外,由於 ConiferCast 的結果與 Flow-3D 是共通的,因此也可以在 Flow-3D 內讀取分析結果。
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圖 12 、充填之壓力變化( Flow-3D 輸出結果)
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