【技術電子報】應用 FLOW-3D(x)於鋁壓鑄件之流道設計最佳化

產品說明


模穴配置:一模四穴

產品尺寸:57 X 25 X 27 mm

模具設計重點:產品左右兩側以滑塊成形,滑塊行程及滑塊大小會限制模具尺寸,在成形考量下,希望鋁湯能夠同時進入四個模穴, 希望以 FLOW-3D(x) 對流道尺寸設計最佳化。




模具規劃

根據滑塊行程及滑塊/鎖緊塊等零件的尺寸大小, 先完成模具配置圖。 由於滑塊位置跟行程已經限制了模具尺寸大小,因此進料點的位置就限制不動,不再更改。


由於圖面以 NX 繪製,因此希望 FLOW-3D(x) 能夠直接讀取NX的圖檔,做為最佳化的參考。



流道設計




FLOW-3D(x) 能夠直接讀取 NX 的prt圖檔,直接抓取特徵參數並且進行計算,因此在流道設計時我們做了一些修改,改以拉伸+左右偏置尺寸建立流道的基本厚度 (後面再加上拔模以及圓角特徵),這樣是為了減少圖面建立時可能發生的錯誤。


FLOW-3D(x) 讀取NX的prt圖檔並沒有任何限制,只要是圖面特徵 (包含草圖特徵),都可以放到程式內進行最佳化計算。




操作流程



FLOW-3D 基本設定


為了減少計算量,採用圖面左右對稱的方式進行計算。


以下為設定重點

1. NX 的 prt檔 (runner.prt + runner.stl) 必須與其他圖面 cavity.stl 放在同一個 FLOW-3D 目錄下

2. 設定鑄件中心為對稱

3. 在流道入口端建立兩個 flux surface。 分別是 flux surface 1 & flux surface 2

4. 計算結果會抓取通過 flux surface 的流量




FLOW-3D (x) 設定


Workflow



以下針對上圖進行說明


1. EXCEL node

由於在NX的圖檔特徵建立時,單一流道的偏置量為兩個數值 (+X及-X)之為了簡化後續的計算,因此利用 EXCEL node 做數據簡化。

利用EXCEL 表,讓兩組輸入值變成四組輸出值。

D2=A2。 D3=-A2

E2=B2。 E3=-B2


這樣在後續進行最佳化計算時,就可以輸入兩組數值,轉出四組數值。



2. NX part node

FLOW-3D(x)能夠直接載入 NX 的 prt檔,並且讀取所有的特徵(包含草圖特徵)。 將需要填入的數值放到 input端,輸出端則是改成 stl 圖檔,NX part node 就能夠讀取參數,輸出正確尺寸的 stl檔給 FLOW-3D 執行。


3. FLOW-3D Simulation node

FFLOW-3D simulation node 可以載入 prepin檔,將 runner.stl 拉到 input選項,這樣 FLOW-3D simulation node 就能夠自動載入不同的圖檔並且進行執行。




4. FLOW-3D post-processing node

FLOW-3D post processing node 可以讓使用者挑選需要做評估的結果,以這個案例來說,使用者需要截取 1.4e-02 秒以及 8.4e-03秒 通過 flux surface 1 與 flux surface 2 的流量大小,再將這四組資料丟給後端執行。




5. Math node (Calculator)


利用 Math node 做數據整理,製作兩個方程式,分別是 flux surface1 的流量差值以及 flux surface2 的流量差值,只要確認兩者的數值越小,結果應該就會符合期待。


將所有的 node 以箭頭連接, R代表輸入資料,總共有兩個參數,分別對應到流道的偏移量,V代表輸出資料,分別代表兩個不同時間點,通過 flux surface 的流量差。



FLOW-3D(x) 執行

當 workflow 設定完成後,就可以執行 FLOW-3D (x),首先先建立 Task

輸入項:偏移量設定為 4~8 的實數變化

輸出項:設定為 minum

Budget(s):設定執行組數

Save options:設定將所有的結果全部儲存



20組結果會全部儲存在專案的目錄下。 較佳的結果會以綠底白字的方式顯示。

將執行後的資料做整理,其中黃色列為表現較佳的結果。

將較佳的整理圖面如下,再以人工判讀,item16 會比其他幾組來的好。




最佳結果 vs 最差結果


最佳



最差





結論

1. 利用 FLOW-3D(x) 搭配 CAD 的特徵進行最佳化參數調整,可以讓使用者省下每次單獨調整尺寸→更改圖檔→建立設定檔→整理結果 的時間。 使用者只須要建立合適的工作流程,就可以讓電腦來完成最佳化參數調整的工作。

2. 使用者可以根據經驗,建立自己的工作流程,以這個案例來說,如果一開始設定多個位置的 flux surface 來判斷流量,改以最小標準差來協助尋找最佳化數值,也是新的做法。

3. 利用 FLOW-3D(x) 減少使用者枯燥的反覆設定,提升工作效率,這是全新的設計流程,也能讓軟體的功用發揮到極限。