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压铸模ＣＡＥ分析及并行设计技术的工程应用

上海市虹口区模具学会（上海２００４３７）林毅

【摘要】在压铸模设计中利用ＣＡＥ技术，分析产品设计方案，指导进行方案优化和结构设计，进行并行
化压铸模设计和制造，提高产品开发制造的效率。
关键词ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ并行工程压铸模

１概述
在传统的模具设计制造中，由于压铸零件形状的复杂性，而一般模具设计者对压铸零件在型腔中的流
动状况感到难以琢磨，在设计中往往依据经验进行模具结构设计，但当设计的结构在实际生产制造中出现
工艺上的问题时，此时对模具的结构和部件进行修改时，代价是昂贵的，有时甚至是灾难性的，极大地影
响了模具正常的交付使用。
由于压铸模的压铸充填过程的复杂性决定了计算机辅助分析（ＣＡＥ）在模具设计中的重要性，必须
将ＣＡＥ技术引进到压铸模并行设计制造中来，用渐进的ＣＡＥ仿真分析结果指导压铸模设计制造全过
程。
而目前在少数应用ＣＡＤ技术的企业中，往往是将ＣＡＥ作为一种事后弥补的方式和一种ＣＡＤ设计
技术的辅助工具，没有给ＣＡＥ技术足够的重视。ＣＡＥ技术的应用应该从模具设计开始时间同时进行，
通过分析仿真不断发现结构设计和工艺问题，对模具结构进行不断的修改完善。
因此从实践的角度出发，必须研究一种基于ＣＡＥ分析的并行的压铸模设计方法和思想，用于指导和
改造实际的设计制造过程。

２基于ＣＡＥ分析的压铸模并行设计技术
对基于ＣＡＥ分析的压铸模并行设计，实施并行设计的思想就是通过分析仿真提供的结果信息反馈，
在设计阶段就对设计进行指导、验证、评价和修改，提高模具设计一次成功的可能性。
在基于ＣＡＥ分析的并行设计过程中，双方的信息共享和模型共用十分关键。ＣＡＤ模型和ＣＡＥ模
型由于应用的目的不同，对模型的要求也就不同，ＣＡＥ模型是压铸零件ＣＡＤ模型在压铸过程中的本质
（核心）模型，通过对ＣＡＤ模型的适当简化，保留对流动等压铸工艺有影响的部分而获得的。
图１是一个压铸零件的ＣＡＤ模型，零件的细节都在模型中得到详细的刻画，ＣＡＤ模型完全表达了
压铸零件的几何信息。

图１压铸零件ＣＡＤ模型

但在ＣＡＥ模型建立时，就不须完全表达压铸零件详细的几何信息，分析模型主要能表达出其在压铸
过程中的流动特性，在保证对流动分析结果不影响和影响较小的前提下，尽可能地简化模型，提高计算速
度，图２是零件的经简化后用于压铸分析的ＣＡＥ模型。

图２压铸零件ＣＡＥ模型

因此，在基于ＣＡＥ分析的压铸模并行设计过程中，用户在建立ＣＡＤ模型的过程就要考虑到ＣＡＥ
分析模型的特殊要求和不同阶段分析对ＣＡＥ模型的不同要求，而在模具设计每个主要阶段都须按照ＣＡ
Ｅ分析的结果指导设计，从而减少设计的错误发生，并为下一阶段的更深入的ＣＡＥ分析提供更详细的结
构和工艺信息，双方共同发展的结果是正确的模具结构设计，合理的压铸生产工艺条件，最短的加工调试
周期。
根据以上论述，现将基于ＣＡＥ压铸模并行设计流程用图３表示。

产品CAD模型

产品模具方案设计产品模具结构设计

初步产品
模具CAE分析生产工艺
CAE模型
CAE分析

初步流动分析，温流动分析，流道平
度场分析，方案评衡，模具热平衡
估选择

图3基于CAE分析压铸模并行设计

３基于ＣＡＥ压铸模并行设计应用
某模具企业接到一压铸模设计制造项目，零件形状见图１，零件的形状较大，直径约６００ｍｍ，
而零件的平均壁厚为３ｍｍ，模具设计工程师在进行模具设计时对模具的流动和是否能完全充填的把握不
大，而在模具方案设计完成后希望能寻找一种科学方式，对零件的流动进行分析，并在特定条件下对零件
的完全充填的可能性进行分析，以帮助和指导他们完成设计。
零件压铸分析的初始条件。
零件压铸模结构如图４所示，主要是零件的成型部分，包括压铸零件成型的动、定模、浇道系统。
另外，根据实际生产条件，对工艺条件进行整理，其具体条件见表１。

图４压铸结构示意图

表１压铸工艺条件
工艺阶段时间
保压11-20秒
开模5-6秒
顶出5秒
压铸周期：2.5ｍｉｎ；模具温度升高至３２０℃时开始通冷却水；
冷却水温度：２０℃；压铸温度（ＺＬ１０２）：６６５℃；
压射速度：２ｍ/ｓ；环境温度：２５℃。

通过对压铸件和模具的简化，生成压铸件和压铸模的有限元模型如图５、图６所示。

图５压铸零件有限元模型

图６压铸模有限元模型
经过仔细的分析工艺条件，边界条件，对ＣＡＥ模型进行合理的简化，经过对流动和传热耦合分析计
算，模具的温度场分布和充填流动分析结果见图７和图８。

图７压铸零件充填温度

图８压铸零件流动充填速度

经过模拟分析，得出以下初步结论：在所给定的特定边界条件下，铸件充填能够顺利完成。在完成分
析后，设计工程师根据分析的结果进行相应的模具结构调整