郑州CAD培训为大家讲一讲CAE 系统软件 压铸过程数值模拟原理
一、系统组成
目前，国际上压铸过程CAE 软件系统主要由以下几部分程序组成：模具与压铸件的温度场数值模拟程序；压铸模型腔的金属充填过程流场与温度场数值模拟；模具与压铸件充型与冷却过程应力场数值模拟等。
目前模具与压铸件的温度场数值模拟已有一批商品化软件包投入使用，表11-1 列出了目前投入使用的部分凝固模拟软件，这些软件主要用于分析模具温度分布和铸件凝固过程，以优化模具的设计（主要是冷却系统）和工艺参数的设计。
以ADSTEFAN 软件为例，软件功能主要特点是：
1)操作方便。
前处理输入CAD 数据进行网格划分和检查可在较短时间内完成，浇注系统在网格划分时可作修改，分析条件的设定用菜单选择的方式很容易完成。
2) 计算速度快网格划分算法经过优化，支持并行计算，计算速度和效率高。
3) 计算精度高。内存使用优化进行大规模的解析，可以计算到1 亿个网格，计算精度高。
4) 后处理分析功能强。面向铸造实际工艺分析的需要，可以选择各种方式输出和图形形象化表示计算结果，帮助铸造工程师预测铸造缺陷。
压铸过程数值模拟原理
压铸过程数值模拟是一项集三维实体建模、实体网格剖分（前处理）、温度场计算、流场计算、三维数据
可视化（后处理）为一体的综合技术。
1. 三维实体建模
三维实体建模是数值模拟中基本的也是重要的
组成部分，是用计算机可识别的方式描述工件、工艺装备等信息（如铸件和模具）。现在三维实体造型主要是利用CAD 软件实现，通过标准数据交换文件读入到压铸CAE 系统。常用标准数据交换格式通常有以下3 种：IGES，STL，STEP。数值模拟采用最多的是STL数据交换格式。
2. 前处理
前处理的任务是为数值模拟准备一个初始的环境及对象。前处理模块是材料成形过程数值模拟系统的重要组成部分，是对材料成形过程进行准确模拟、分析的前提和基础，其性能的好坏直接影响到整个系统的实用性及计算的准确性。前处理要对三维实体模型进行网格剖分，为模拟计算提供初始数据。自动剖分网格是分析的关键技术，它是材料成形过程数值模拟的前提，也是数值模拟分析的重要组成部分。在几何形状复杂或非线性的情况下，有限差分法是求解数学物理偏微分方程的强有力手段。
3. 压铸过程温度场的数学模型
（1）压铸过程的传热特点
压铸生产过程是由一系列周期性操作组成，生产一个压铸件所占用的时间称为一个压铸循环周期。以卧式冷室压铸机为例，可将一个压铸循环周期分成合模等待阶段、浇注、压射、充型、保压凝固、抽芯与开模、顶出铸件、喷涂冷却、合模8 个操作阶段。
在这些操作阶段中，模具不断地被加热和冷却，尤其是模具的型腔表面承受着急冷急热。如图11-3所示为模具型腔表面某点温度在压铸生产一个循环中的变化情况。由图可以看出，模具表面在极短的充型过程中升至很高的温度，这是由于液态金属在短时间内冷却凝固，将热量传递给型腔表面层；在凝固以后，热量由型腔表面往模具内部扩散，使型腔表面温度下降；而开模以后，由于型腔表面与空气对流换热加速热流的散失；在喷涂过程中，型腔表面大量的热量散失掉，使表面温度急剧下降至最低点；而合模及合模以后，由于模具内部热量往型腔表面层扩散，使表面温度有所回升。