压铸模CAE技术的发展概述

压铸作为一种金属零件接近最后形状尺寸的精密成型工艺，自20世纪40年代问世以来，其发展势头强劲。在有色金属铸造中，压力铸造是最重要的生产方法，铝合金铸件总量的60%是压铸生产的。进入21世纪，以铝、镁为主的轻金属在压铸工业中占据了最重要的地位。目前，国内有3000多家压铸生产厂家及相关企业，近200家压铸机及辅助设备生产企业。据不完全统计，国内用于压铸生产的压铸机有8000余台，年产压铸件30余万吨，年产值100多亿元。随着我国汽车、摩托车、家用电器、计算机等工业的发展，对压铸件需要量和性能要求也日益提高，国内出现了大批生产优质、精密、大型压铸件的压铸企业。而一个企业模具的设计及制造水平，是关系着企业能否在激烈的市场竞争中战胜对手的关键技术，也是关系着企业生存和发展的重要的工程难题。

压铸模CAD/CAE/CAM技术就是在这种形势下发展起来的，并且已成为超越传统压铸模的关键技术。CAE技术以数值计算为基本方法，对压铸过程中流场、温度场进行模拟，从而帮助工艺设计人员直接地观察到不同时刻的熔化金属填充压铸件型腔的流动、凝固过程、温度分布等，并以此为依据可以预测压铸件型腔填充是否连续，或哪个区域比其他地方填充慢，是否存在任何困气、卷气或漩涡，是否有缩孔、疏松、夹杂等缺陷出现，可以实现压铸工艺设计、校核、优化设计、再设计的全过程，以提高压铸件质量，缩短试制周期，降低生产成本，提高市场竞争能力。

目前，数值模拟被广泛认为是优化工艺设计的最佳途径。美国、德国、日本等国的压铸企业十分重视CAD/CAE技术在产品生产工艺设计上的应用，并取得了一定成果。如美国芝加哥White Metal铸造公司采用CAE软件获取薄壁家电产品机壳流场、温度场的各种信息，据此进行浇道、溢流槽和冷却系统优化设计。利用模拟结果绘制P-Q₂图，综合考虑多种因素的影响，最终确定生产工艺中应采用的最佳工艺参数值。德国大众公司在开发奥迪5倍速镁合金变速箱体时采用MAGMA软件成功分析了模具的可填充性、铸件凝固过程及包括复杂冷却系统的模具热平衡。基于流动分析，流道系统也得到了优化，目前，这种产品已应用于Passat及奥迪A4、奥迪A6轿车上。同样，福特汽车公司在开发5.4L Triton发动机壳体时，采用ProCAST进行了流动场与温度场的耦合分析，优化了产品结构并缩短了开发周期。新加坡Gintic制造技术学院采用热室压铸机对镁合金手机外壳进行生产，利用计算机辅助设计和模拟分析一体化技术，通过计算机展示镁合金充型、凝固的全过程，并分析缺陷成因，改进不合理的浇注系统和工艺设计方案，有效地保证了产品质量。(www.xing528.com)

同时，我国在铝、锌合金压铸的数值模拟方面已经开展了大量的工作，目前主要以压铸件充型的流场数值模拟、压铸模/压铸件温度场模拟、压铸模/压铸件应力场数值模拟为主。如清华大学的“铸造之星”铸造过程模拟软件、华中科技大学的“华铸CAE”铸造工艺分析软件、沈阳铸造研究所和香港理工学院用计算机模拟的方法研究了压铸成型中浇口位置对金属液充型过程的影响。北京航空航天大学利用ProCAST对铝合金压铸件充型和凝固过程进行了数值模拟。清华大学CIFT研究室开发的有限元/有限差分集成应力分析系统，模拟了镁合金压铸用模具在压铸过程中承受的应力场和变形。