精密铸造中计算机辅助工程CAE的应用中是嘛
精密铸造中计算机辅助工程(CAE)的应用(中)
3 CA精密铸造工艺的关键问题及相关技术讨论
近年来,与CA精铸技术相关的三维CAD设计、反求工程、快速成型、浇注系统CAD、铸造过程数值模拟(CPS)以及特种铸造等单体技术取得了长足的进步,这些成就的取得为集成化的CA精铸技术的形成奠定了基础,促进了CA精铸技术的迅猛发展和应用。为了使各单体技术成功地用于CA精铸,必须消除彼此之间的界面,将这些技术有机地结合起来。从而在产品开发中做到真正意义上的先进设计+先进材料+先进制造。3.1三维模型的生成与电子文档交换
如何得到部件精确的电子数据模型,是CA精铸至关重要讨论这个课题的现实意义不言而喻的第一步。随着三维CAD软件、逆向工程等技术的发展,这项工作变得简单而且迅捷。在此主要介绍利用IDEAS进行实体建模和数据转换的过程。IDEAS9集成了三维建模与逆向工程建模模块。通过MasterModeler模块可以得到复杂模型(见图2),既可以进行全几何约束的参数化设计,又可进行任意几何与工程约束的自由创新设计;曲面设计提供了包括变量扫掠、边界曲面等多种自由曲面的造型功能。逆向工程Freeform可将数字化仪采集的点云信息进行处理,创建出曲线和曲面,进行设计,曲面生成后可直接生成RPM用文件,也可传回主建模模块进行处理(见图4)。实体文件生成后需转变成STL文件(见图3)以作为RP设备的1输入。转换过程应注意选择成型设备名称,通常选用SLA500,三角片输出精度在0.005~0.01之间。采用MagicRp处理时应注意乘上25.4,得到实际设计尺寸。
3.2凝固过程的数值模拟
3.2.1凝固过程的数值模拟原理|MechNet|欢迎登陆中国机械专家
铸造是一个液态金属充填型腔、并在其中凝固和冷却的过程,其中包含了许多对铸件质量产生影响的复杂现象。实际生产中往往靠经验评价一个工艺是否可行。对一个铸件而言,工艺定型需通过多次试验,反复摸索,最后根据多种试验方案的浇铸结果,选择出能够满足设计要求的铸造工艺方案。多次的试铸要花费很多的人力、物力和财力。
铸造过程虽然很复杂,偶然因素很多,但仍遵循基本科学理论,如流体力学、传热学、金属凝固、固体力学等。这样,铸造过程可以抽象成求解液态金属流动、凝固及温度变化的问题,就是要在给定的初始条件和边界条件下,求解付立叶热传导方程、弹塑性方程。计算机技术的发展,使得求解物理过程的数值解成为可能。应用计算机数值模拟,可对极其复杂的铸造过程进行定量的描述。
通过数学物理方法抽象,铸造过程可表征成几类方程的耦合:
1热能守恒方程:2连续性方程:3动量方程:常用的数值模拟方法主要是有限差分法、有限元法。有限元差分法数学模型简单,推导简单易于理解,占用内存较少。但计算精度一般,当铸件具有复杂边界形状时,误差较大,应力分析时需将差分格转换成有限元格进行计算。有限元法技术根据变分原理对单元进行计算,然后进行单元总体合成,模拟精度高,可解决形状复杂的铸件问题。无论采用什么数值方法,铸造过程的数值模拟软件应包括三个部分:前处理、中间计算和后处理。前处理主要为中间计算提供铸件、型壳的几何信息;铸件和型壳的各种物理参数和铸造工艺信息。中间计算主要根据铸造过程设计的物理场,为数值计并且长时间处于这类情况下为增进我国汽车非金属材料及制品技术水平的提高算提供计算模型,并根据铸件质量或缺陷与物理场的关系预测铸件质量。后处理是指把计算所得结果直观地以图形方式表达出来。铸造过程的数值模拟系统组成。
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