【技術電子報】應用 FLOW-3D(x) 於鋁壓鑄件之溢料井設計最佳化


產品圖

鋁合金壓鑄件

模穴配置:一模一穴

產品尺寸:277 X 285 X 48mm

模具設計重點:由於產品造型限制,進料方式會以單側進澆




設計要求


Sampling volume 為取樣位置,希望該位置的卷氣量越低越好。


目前總共有七個溢料井,藍色溢料井位置不可更動,黃色溢料井位置可以調整。希望藉由 FLOW-3D(x) 的最佳化計算,找出最適當的溢料井位置。


另外,在流道入口處設立一個單獨的 Runner plug 圖檔,該圖檔可上下調整,決定該位置是否要分流。




溢料井位置限制

將可以移動位置的溢料井進行編號 (No1~No5),單獨限制每一個溢料井的移動量。

黑色箭頭代表該溢料井的移動量為 0~25 mm

橘色箭頭代表該溢料井的移動量為 -25~+25mm

另外,設計時希望溢料井的移動量以整數為計算



Ruuner Plug


傳統進行設計時,流道設計與澆口設計會在一開始就先決定。這次希望以 FLOW-3D(x) 進行驗證,因此在中間設計了一個單獨的 Runner plug圖檔。利用該圖檔的上下移動,可以決定中間進料處是否需要分流。



操作流程



FLOW-3D 設定


建立單一 mesh block,並且設定 sampling volume,以便作為後處理輸出時取得該位置的卷氣量大小。



FLOW-3D(x)


Work flow

Workflow 採用 3 個 Node 進行連結

1. STL morpher node 設定為六個參數,對應 1 個 runner plug + 5個溢料井的位置限制。


2. FLOW-3D simulation node 則是設定六個輸入端,分別對應 STL morpher node 轉入的六個 stl 檔位置。


3. FLOW-3D post processing node 則是設定 sampling volume 卷氣量輸出。



STL morpher node

STL morpher node 沒有限制 STL 的數量。建立 selector,讓每一個 selector 對應到單獨的圖檔,然後再針對 selector 做數值限制。由於 FLOW-3D 支援多圖檔輸入,因此不會有圖檔錯位的問題。



FLOW-3D simulation node

FLOW-3D simulation node 可以直接讀取 prepin 檔,然後將六個 stl 檔拉到輸入端,以便接收從 STL morpher node 轉來的圖檔。



FLOW-3D post processing node

FLOW-3D post processing node 可以讀取 FLOW-3D 的結果檔。此處將 sampling volume 的 entrained air mass 單獨拉出,並且取最後一個時間點作為最佳化的參考。



將所有的 node 進行連接,R代表輸入資料,V代表輸出資料。



Add task

在 workflow 建立完成後,就可以設定執行


Task是 FLOW-3D(x) 的執行設定,其中包含了幾項重點:

1. Input:Input 可以指定每一個圖檔的移動距離限制,在此處設定後的資料,會丟到 stl mopher node 進行圖檔調整。另外在此處設定 integer 作為圖檔移動的限制。


2. Output:取 sampling volume 的 entrained air mass 為最小值 (minimum)。


3. Budget(iter):執行組數,此處先設定 10組。


4. Save options:All = 將所有的分析結果都儲存下來。




資料轉出分析


由於最初設定時採用 integer,所以所有的圖檔的移動量都是整數。


這組分析在執行完前六組時遇到停電,因此程式停止。在停止後再重新執行10組,所以總共有 16組分析結果。


FLOW-3D(x) 的好處在於程式會記錄所有的分析結果,因此即使是不正常的程式中斷,在後續接續執行時最佳化的條件仍會將之前中斷的結果列入考慮,額外增加的計算量不會造成無謂的浪費。



在分析結束後,可以看到第13組為最佳解,第16組則是最差解。


顏色代表卷氣量。在卷氣量 color bar 設定相同下,可以明顯看出在 sampling volume 位置,最佳解 (item13) 明顯優於最差解 (item16)。

上圖中所有的溢料井位置都是由 FLOW-3D(x) 自行計算移動。



結論

1. FLOW-3D(x) 可以自動搜尋最佳化的結果,如果專案中有多個圖檔需要做細部的位移調整,利用 FLOW-3D(x) + stl morpher node 可以快速完成需求。


2. 利用 sampling volume 指定特定位置輸出結果作為判斷依據,可以讓 FLOW-3D(x) 找出適合自己要求的結果,減少人為輸入可能造成的時間浪費與誤差。


3. 即使是計算過程中遇到不預期的程式中斷,由於FLOW-3D及FLOW-3D(x) 都支援接續執行計算,因此不用擔心額外的時間浪費。至於之前已經完成的計算量,程式也會列入最佳化計算考量中。