产品的可制造性分析(DFM)是产品进入制造环节的第一步。也是连接产品设计与制造的桥梁。Geo-Designer是一个强大的前端可制造性分析工具,它采用了独特的创新技术,能加速产品的功能设计、可制造性评估,更快更好地完成产品设计制造的一体化。和传统的设计工具相比,Geo-Designer更加强大、灵活、快速和易于使用,从而大大节省从产品设计到品质控制的整个产品链中的时间和费用。
Geo-Designer 可以为产品设计人员和模具供应商带来非常明显的益处。例如 MDI/HDI 分析,滑块检查,拔模角和过切检查,顶出力评估,冒口设计,型芯抽取,冷却系统设计等等。
Geo-Designer 同时适用于 OEM 和供应商间的沟通。使用 Geo-Designer, 可让产品设计师与制造供应商共同设计。
Geo-Designer 提供了一种新的三维产品检测手段,就是采用半透明的等高面云图显示产品的质量分布,这一技术类似于工业CT或X光扫描的方式。在此基础上,Geo-Designer 引入了MDI (质量分布指数) 和 HDI (热分布指数) 的概念,用于产品的分析与评估。
Geo-Designer可提供其他功能来进行零件分析,例如
顶出力分布和评估
拔模角检查和过切检查
圆角半径检查
薄壁厚度检查
通用零件信息,例如质量,体积,投影面积和热模量
Geo-Designer中强大的 HDI分析能力可以指导冒口、溢流槽、保温套和冷铁的设计,这在重力铸造中尤为有效。与传统的经验公式或数据表格相比,Geo-Designer要更加直观、灵活和精确,因为公式与表格都知识针对简单的零件形状,对于真正复杂的三维铸件,计算往往是象征性的。
基于 HDI 的结果, 用户可以在较大HDI的区域设计冒口以利于补缩,这种设计和效果的检验是实时的,用户更改了冒口尺寸和位置后,效果就能得到实时体现。所以这种方法与传统的CAE模拟的方法相比,不仅操作简单,速度上至少要快上百倍。而最终设计的结果可以直接输出到Cast-Designer设计系统中或保存成STEP文件格式用于和其它系统进行数据交换。
Cast-Designer 的流道设计模块携逾30年工业经验与北美压铸协会的设计指引,为用户提供了手把手的流道设计流程,从最初的机台选择,内浇口设计,流道截面控制,到速度控制,充填时间计算,溢流槽/排气/冷却系统设计等都一气呵成。
Cast-Designer 的自动优化模块,更能将原始的流道设计方案进行充分优化,大幅度降低铸件缺陷概率。
压铸机吨位评估工具:采用客户给定的投影面积与铸件压力,协助用户计算生产该铸件所需的最低压铸机吨位
压铸机数据库:整合大量压铸机台信息与数据库,用于客户的压铸机选择与PQ图评估分析。
铸件壁厚分析工具:轻松协助用户评估铸件的壁厚,找出关键位置。
铸件分区功能:根据用户选择的区域自动计算区域体积,并按比例分配内浇口面积大小,确保充填平稳平衡。
料管生成器与速度曲线计算器:自动生成料管模型,包括已填满部分和未充填部分,以及压射冲头。支持冲头速度曲线与位移曲线的定义,并且可配合真空系统选择与参数校核。
溢流槽设计工具:支持多种不同的溢流槽设计。
冷却管道计算器与设计工具:帮助工程师计算冷却管道的长度和总表面积,并支持在软件内生成用于仿真分析的水路CAD造型。
排气管道计算器与设计工具:快速生成排气管道和排气块。
重力铸造的铸造系统可以在具有KBE支持的Cast-Designer中完成。软件使用“智能冒口”,“智能冷却”和“自由设计”以及最新的人工智能技术。
专注于冒口设计,以避免缩孔并保持热平衡以及节省材料;
特殊的“EMDI”技术可定义最佳冒口位置;
“智能冒口”功能可自动获取冒口尺寸;
支持冒口数据库和客户数据库
冷铁设计的方法相同,利用特殊技术可生成复杂的共形冷铁,这可节省90%的CAD时间;
首先进行冒口设计,然后是冷铁的设计,接着才是浇道系统的设计;
自由的浇道系统设计方法,支持任何复杂的浇口和流道;
亦可进行冷却系统设计。
模板式设计是快速流道设计中的全新概念,能够采用预定义的流道模板,快速生成流道方案。用户只需要选择合适的模版,进行参数调整,就可以在几分钟之内完成一个流道方案,大幅度节约使用者的工作时间。
Cast-Designer 与主流的冒口保温套厂商合作,整合了丰富的加热冒口与保温套数据,采用这类数据进行CAE分析模拟,能够提供非常准确的凝固过程模拟与缩孔结果判断。
Cast-Designer 还提供了标准件数据库,诸如:浇杯,倾转浇杯,DISA杯,加热冒口,保温套等,帮助用户快速设计铸造系统。
采用热节模数或者局部模数的计算方式,能够帮助用户确定冒口的体积大小,以及所需的冒口模数大小。
流动结果
液态分数
流动温度
流动速度
流动速度矢量表示
流动压强
流动过程卷气风险
流程
流动材料时长
氧化物
浇口流动示踪
流动历史跟踪
铸件内部卷气
铸件表面卷气
流动速度曲线
流动温度曲线
最大空气压强
充填时间
模具冲蚀 (…)
凝固结果
固态分数
凝固温度
铸件温度
模具温度
热模数
凝固时间
缩孔缩松
NIYAMA缩孔缩松判据
冷却速率
二次枝晶臂间距
枝晶间距
抗拉强度
延伸率
缩管现象
顶针与挤压销分析
温度场 (…)
应力分析结果
变形与位移
变形补偿
应力矢量
有效应力
应变
疲劳
热裂 (…)
微观结果
铁素体成分
硬度
石墨球大小
更多…
双求解器技术,整合FEM有限元算法与新一代FVM体积元算法 于一体,采用一致的网格输入,减少用户工作量;
全面模拟金属充填,凝固,冷却的完整物理过程,完全耦合热/流动/应力/微观计算;
应力计算覆盖热应力与机械应力两大部分;
快速计算能力,多数案例计算时间低于3个小时;
包含CAD内核,能够全参数化建立流道系统;
卓越的并行求解计算能力;
全CAD参数化驱动智能优化,从CAD到条件参数均可优化。
强大的3D体网格技术,支持四面体单元和六面体单元,自动网格划分;
支持手动模式与批量模式,全参数化,简单易用的Remesh技术;
针对CAD缺陷的特殊处理,如缝隙,重叠面,缺面与未封闭等问题;
丰富的网格技术:局部网格密度,标记点技术,2D面网格技术,Shell网格划分,高级网格光顺,网格质量控制等;
全自动模具网格装配,自动连接节点,支持混合网格类型。
Cast-Designer 的强大流体动力学求解器,基于新一代FVM算法,集成多项先进算法,准确计算流动过程,支持表面张力计算,重力场下的粘性剪切应力Buoyant流动模型,湍流现象,偏析分析与热焓模型。对于流体动力学模拟,算法解决了质量与动能不可调和的问题,不可压缩流体,以及双相流界面跟踪,如空气和金属液的气泡交互模型。
熔模铸造的温度非常高,热辐射产生的热量分布对于模拟来说不可忽略,此外,因为型壳和扣箱的存在,在模拟中必须考虑这两个因素,因为辐射和扣箱反射的热量对于铸件的凝固过程产生了影响,进而造成缩孔区域的变化。
脱蜡分析能够检查铸件的几何造型,确认可能存在脱蜡问题的局部区域。良好的脱蜡设计能够改善铸件品质,并且节约成本和能源消耗。
Cast-Designer 能够轻松胜任全场耦合模拟,包括热场,流场,应力场的三场耦合。应力模拟中支持热应力和机械应力的计算,准确预测铸件的残余应力分布和最终的应力变形。
应力分析结果
变形与位移
变形补偿
应力矢量
有效应力
应变
疲劳
热裂 (…)
使用应力模块,用户还能实现如下目标:
铸件和模具的应力应变分布结果
铸件变形和翘曲
铸件和模具在冷却过程中出现的间隙
铸件的弹性变形(回弹)
热裂风险区域
模具寿命评估
Cast-Designer 应力模块能够准确预测零件凝固冷却之后的尺寸变化,包括不均匀缩水,翘曲变形,提前预判产品尺寸超差程度与风险
更好的铸件设计: 帮助产品工程师设计更好的铸件产品
更好的模具设计: 帮助模具设计师在模具上进行变形补偿修正,以缩小尺寸超差,减少废品比例
提升铸件品质: 通过准确预测铸件的变形量和尺寸超差,从而提高铸件尺寸精度,提高成品率
节约时间: 节约模具开发和调试时间
节约成本: 提高试模成功率,从而大幅度节约因为模具调试而产生的费用成本
提高效率: 高品质的铸件,更低的成品,重新定义企业竞争力
在 Cast-Designer 中, 变形补偿求解器 (DCS) 能够基于变形计算自动补偿模具造型。
在 DCS 模块中, 支持用户选择一组传感器控制点用来探测和控制局部的变形量。
采用自动循环迭代的计算方式,计算铸件的变形量,并输出用户指定区域的变形量。
变形补偿的结果能输出并应用到其他CAD系统中进行后续的CAD工作,该功能在业界属于首创。
经过第一次循环计算,大部分区域的变形量都大于0.8mm,而产品平面度要求为小于0.5mm。经过四次循环迭代计算后,铸件的平面度控制在0.05到0.15mm之间,达到了100%质检要求
CAST-Designer 帮助铸造工程师输入最少的条件信息,并以简单有效的方式分析结果,从而可以对以下工艺进行完全的模拟:
高压铸造
低压铸造
半固态铸造
重力砂型铸造
重力金属型铸造
DISA铸造
倾转铸造
熔模铸造 / 壳型铸造
连续铸造
离心铸造
珠宝铸造
消失模铸造
真空铸造
液态模锻
浇料操作
射砂铸造
砂芯冒气
射蜡模拟
铁、钢、铝和镁的微观组织分析
Cast-Designer 提供标准的材料数据库,其中包含400多种材料数据。在数据库中为每种材料准备了初始值,以便通过单击该材料名称即可快速访问对应的材料数据。同时,用户可以轻松自定义所需数据库,例如添加新的材料数据或更改现有材料的某些数值。
模具材料
Green sand
Dry sand
Chemical sand
Cr sand
Zr sand
Special sand
Silicon carbide
Graphite
Die
Insulation
Filter
铸造合金
Cast iron: grey, SGI, CGI
White cast iron
Ni-Resist D2, D5
SiMo
Carbon steels
Stainless steels
Copper alloys
AlSi7 up to AlSi12
Mg-alloys
Zn-alloys
精确的空气背压计算模拟,Cast-Designer 能够模拟排气效应,真空系统,以及任意用户自定义的压力环境。提供空气逃逸体积统计与排气口出口速度计算。
挤压销是压铸件减少缩孔的重要手段,Cast-Designer 能够评估模拟挤压销作用时对于局部缩孔缩松是否产生足够的作用,帮助用户确认或优化挤压销设计。
冷却系统设计是模具设计中的另一项重要任务。它直接影响铸件的凝固过程和结果,如铸件的缩孔、应力和变形。模具寿命和生产率与冷却系统直接相关。
冷却系统设计是一个CAD的基础模块,以帮助生成冷却水道。它提供了一种非常灵活的方式来生成任何复杂的冷却系统,如冷却水道和热流道。
不同于数值模拟,Cast-Designer引入了一种在线冷却系统分析方法,帮助设计者在早期检查冷却系统的设计,用户可以在3到5分钟内得到结果。
模具网格装配模块
Cast-Designer 支持混合网格技术。四面体网格用于模具以节省元素数,而六面体网格用于铸造以保持良好的流动效果。即使在不同的网格类型中,接触节点的位置是相同的,以满足热传的需求。
网格技术综述
Cast-Designer 的网格装配模块,用于把复杂的3D CAD模型,转换为网格模型,能够正确处理铸件,模具,顶针,水路,型芯等对象,支持高压铸造,金属型铸造,低压铸造等不同的工艺。全模网格装配过程无需手动干预,全自动进行,使用简单,节约90%的人力时间。整合多种创新的网格技术,包括网格重划分技术(Re-Mesh),粗化网格技术,网格投影匹配技术以及自动驱动技术等。
混合网格: 节约90%的时间
在模具温度循环模拟,以及热平衡模拟中,精确的模具几何表征对于计算至关重要。
铸件采用六面体网格划分,可以获得更好的流动计算结果
模具采用四面体网格技术,有利于热计算和机械应力计算,计算效果稳定快速,能够支持较大的网格梯度(网格大小过度比例)
网格匹配的难点在于,不同元素类型的界面处节点的连续性(铸件和模具的接触面上)Cast-Designer 能够很好的自动处理这样的过渡连接
相对传统方法,网格处理速度高10倍以上
Cast-Designer 优化求解器能够支持多准则下的非线性计算,基于人工智能领域的基因算法(遗传算法)
Cast-Designer 优化模块支持并行自动优化计算,这是优化计算领域的突破性创新技术,能够大幅度节约计算时间
1.多目标准则: 支持各种物理场结果信息的优化计算,包括流场,热场,应力场,变形翘曲,微观结构,材料机械性能等。例如,单个或者多个目标的优化计算,铸造工程师希望最大的良品率,最小缩孔率以及充填过程中的流动平衡性。
2.多变量优化(设计参数或者工艺参数): 设计变量通常有较大的自由度,比如流道造型中的CAD尺寸参数,内浇口位置,或者重力铸造中的冒口尺寸,甚至包括铸件尺寸与形状。另外工艺过程参数众多,诸如浇铸温度,金属液速度,或者热交换系数等。
3.Cast-Designer 中的基因算法优化求解器,能够在每一次优化计算的子循环中检查收敛目标,比如缩孔体积,并且智能化的设置新的设计变量,比如冒口大小,位置等,并进入下一个循环计算,直到达到目标收敛准则。
4.支持复杂的用户自定义公式和方程。
考虑铸造缺陷对铸件性能的影响
CDPE (Cast-Designer PErformance) 是一个全新功能模块,用于解决承受静态和动态负载的大型三维实体模型。该软件包括针对金属疲劳和韧性断裂研究的特定功能。更重要的是,铸造过程中的缺陷如收缩孔隙率,气孔隙率以及残余应力可以直接耦合到最终部件的性能分析阶段。
CDPE 使用的是固体力学的三维非线性有限元分析代码,该求解器与Cast-Designer完全整合,铸造缺陷对最终铸件性能的影响可以通过Cast-Designer与CDPE的结合来实现完整分析,如缩孔、气孔和残余应力。
CDPE 可支持并行计算,在多CPU和单CPU中多核中均可执行并行计算。并行计算可使用以下工业标准:
(1) OpenMP 用于共享内存(线程)
(2) 消息传递接口(MPI)支持分布式硬件(集群)上的多级并行计算层次结构,通过OpenMP使用共享内存进行本地并行计算。
支持元素类型: 8, 9, 12, 15, 20 节点六面体元素 (hex); 一阶四节点四面体(TET4)和二阶十节点四面体(TET10); 可以在所有元素面上加载温度,和在元素体上加载力
静态,冲击/动态 (跟时间相关的积分)
支持多种材料模型 (弹塑性材料mises, 晶体塑性crystal plasticity, 塑性deformation plasticity, hydrogen effects, 韧性断裂Gurson-Tvergaard, 应变率strain-rate dependent, Frederick-Armstrong & Generalized cyclic, temperature dependent, etc.)
全自动裂纹分析和裂纹生长模型 (生死元素,CTOA和用户控制节点受力释放,界面cohesive 失效模拟裂纹的产生和扩展,自适应方案等)
求解器: 有直接的求解器,也有 Pardiso 基于Intel英特尔数学库加速的求解器,在Intel CPU中有更高性能。
材料: incremental Mises with segmental definition of uniaxial true stress-log strain curve. Isotropic hardening. Finite strains.
模拟凝固过程中显微组织形貌的复杂演化过程
The CDCA (Cast-Designer Cellular Automation) model 模型是一个元胞自动机生长模型,模拟枝晶和H气孔的生长, 采用FDM计算H和溶质的扩散;
显微气孔的形成通常分为两个阶段:成核和生长。两者都可以用CDCA代码进行模拟。
CDCA模型包含了凝固过程中出现的许多物理现象,其中包括:
孔的预固定成核;
随机成核;
扩散控制成长;
显微气孔的形成与生长;
耦合宏观模型。