宋晨 三門峽戴卡輪轂制造有限公司

隨著軟件技術的高速發(fā)展和推廣，基于有限元方法的專業(yè)鑄造軟件越來越高頻次的出現(xiàn)在人們視野，得到廣泛應用。其中ProCAST 作為佼佼者，能對鑄件流體充型、溫度場變化、應力極限、晶粒模擬等進行預測分析。在鋁合金輪轂低壓鑄造方面，需要借助專業(yè)制圖軟件制作三維，再導入ProCAST的Mesh 模塊，在使用中發(fā)現(xiàn)，如果沒有對鑄件和模具的三維進行優(yōu)化，尤其是復雜造型的產品，后期就會消耗大量時間在網(wǎng)格的處理上，甚至Intersection 檢查報錯，從而影響企業(yè)新產品的開發(fā)預測。所以，如何解決ProCAST 軟件網(wǎng)格劃分速度和網(wǎng)格質量的問題具有十分重要的意義。

目前眾多學者在ProCAST 軟件模擬根據(jù)自身專業(yè)需要，對實體建模和網(wǎng)格劃分做了許多研究。本文基于ProCAST2018版本重點研究與UG8.5 配合，在實際工作中完成鋁合金輪轂低壓鑄造的實體建模和網(wǎng)格劃分，然后進行有限元計算的一種高效方法。

一、UG 建模

（一）軟件背景

UG 軟件是美國UGS 公司開發(fā)的集CAD/CAE/CAM 功能于一身的高級軟件，基于C 語言開發(fā)實現(xiàn)，功能強大，建模模塊設置簡單，可以輕松實現(xiàn)各種復雜實體及造型的制作。隨著PC 硬件的發(fā)展和個人用戶的迅速增長，已經(jīng)成為國內模具行業(yè)三維設計的一個主流應用。

（二）建模

最近十年，國內汽車行業(yè)銷量經(jīng)歷了爆發(fā)性增長，其中鋁合金輪轂應用最為廣泛，款式也隨之增多，造型也越來越復雜。經(jīng)過大量劃分不同輪型的網(wǎng)格，發(fā)現(xiàn)在ProCAST 軟件中體交叉檢查，經(jīng)常出現(xiàn)問題的部位在于上模、下模、毛坯配合窗口部位和下模保溫部位。因為窗口部位三個體的配合曲線過多，下模保溫造型復雜會造成ProCAST 軟件識別曲線造型時出錯，且完全按照原模具造型倒的圓角，在劃分網(wǎng)格時經(jīng)常出現(xiàn)檢查錯誤。以某款汽車輪轂低壓鑄造模具作為舉例，根據(jù)分析需要對毛坯、上模、下模、側模、分流錐、澆口套、保溫杯、模架、升液管、中間管、保溫以及風水道依序制作三維圖紙。

實體創(chuàng)建完成后，我們對容易檢查出現(xiàn)錯誤部位進行少許更改，先將上、下模的窗口扣合位置小圓角在不影響鑄件情況下全部刪除，簡化造型。下模保溫的三維圖制作時注意，要利用UG 抽取面和縫合功能建模，如果重新利用線條制作很容易造成ProCAST 軟件體交叉檢查報錯，因為下模保溫是隨型挖空，造型線較多，兩個體的平齊配合部分需要在保溫露出平面向外偏置1mm。

根據(jù)以上更改，不難發(fā)現(xiàn)ProCAST 軟件劃分網(wǎng)格節(jié)點是以三維邊線為出發(fā)點，當邊線距離過近或者圓角過小的情況下，會導致劃分網(wǎng)格時畸形，導致面網(wǎng)格檢查報錯。所以要根據(jù)不同造型曲線進行調節(jié)。

二、ProCAST 網(wǎng)格劃分

（一）準備工作

在劃分網(wǎng)格前，需要對三維體進行面檢查、裝配和體交叉檢查。面檢查功能中一定要注意刪除邊線功能的應用，這是鋁合金輪轂低壓鑄造模具網(wǎng)格劃分成功的關鍵之一。將剖面線和相近細碎不重要的造型線逐一刪除，而鑄件的升液管、中間管不用全部刪除，因為本身圓的周長過短，全部刪除后劃分網(wǎng)格會出現(xiàn)網(wǎng)格坍塌，影響運算。按照上述步驟裝配后，進行體交叉檢查，顯示無問題。體交叉時還需注意，ProCAST2018 檢查過于敏感，有時會在某些極其簡單造型的地方顯示有問題，可進行忽略，如果遇到不確定是否真有問題，可同時使用ProCAST2009 版本進行體交叉檢查。

（二）網(wǎng)格劃分

劃分網(wǎng)格前應對自身PC 硬件設備性能有大概認識，網(wǎng)格數(shù)量越多運算時間會越長，在保證計算準確度情況下，將網(wǎng)格總體數(shù)量控制在500-700 萬之間為宜。經(jīng)過大量實驗對比，面網(wǎng)格節(jié)點設置數(shù)量保持一定范圍，可有效控制劃分網(wǎng)格質量和成功率，如表1。

此次低壓鑄造模具面網(wǎng)格節(jié)點數(shù)量設置：模架20，模具10，鑄件3，風孔3，提示部分網(wǎng)格長寬比有問題，利用軟件自動修復功能后，劃分面網(wǎng)格成功，形成面網(wǎng)格數(shù)569520個。體網(wǎng)格以面網(wǎng)格為基礎進行生成，形成體網(wǎng)格數(shù)6256921個，進行檢查一次性成功。

表1 網(wǎng)格劃分節(jié)點數(shù)量

三、結論

（1）針對在鋁合金輪轂低壓鑄造中，ProCAST 網(wǎng)格劃分困難，研究了利用UG 進行三維制作，對模型簡化處理，提高網(wǎng)格劃分成功率。

（2）對導入ProCAST 模型曲線簡化，同時對網(wǎng)格劃分的節(jié)點設置進行總結，保證網(wǎng)格的數(shù)量可控，提升網(wǎng)格質量。