基于鋁合金輪轂低壓鑄造的UG 與ProCAST 之間網(wǎng)格處理淺析

宋晨 三門峽戴卡輪轂制造有限公司

隨著軟件技術(shù)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(yīng)用。其中ProCAST 作為佼佼者，能對(duì)鑄件流體充型、溫度場(chǎng)變化、應(yīng)力極限、晶粒模擬等進(jìn)行預(yù)測(cè)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(dǎo)入ProCAST的Mesh 模塊，在使用中發(fā)現(xiàn)，如果沒有對(duì)鑄件和模具的三維進(jìn)行優(yōu)化，尤其是復(fù)雜造型的產(chǎn)品，后期就會(huì)消耗大量時(shí)間在網(wǎng)格的處理上，甚至Intersection 檢查報(bào)錯(cuò)，從而影響企業(yè)新產(chǎn)品的開發(fā)預(yù)測(cè)。所以，如何解決ProCAST 軟件網(wǎng)格劃分速度和網(wǎng)格質(zhì)量的問題具有十分重要的意義。

目前眾多學(xué)者在ProCAST 軟件模擬根據(jù)自身專業(yè)需要，對(duì)實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分做了許多研究。本文基于ProCAST2018版本重點(diǎn)研究與UG8.5 配合，在實(shí)際工作中完成鋁合金輪轂低壓鑄造的實(shí)體建模和網(wǎng)格劃分，然后進(jìn)行有限元計(jì)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(jí)軟件，基于C 語言開發(fā)實(shí)現(xiàn)，功能強(qiáng)大，建模模塊設(shè)置簡單，可以輕松實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜實(shí)體及造型的制作。隨著PC 硬件的發(fā)展和個(gè)人用戶的迅速增長，已經(jīng)成為國內(nèi)模具行業(yè)三維設(shè)計(jì)的一個(gè)主流應(yīng)用。

（二）建模

最近十年，國內(nèi)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(yīng)用最為廣泛，款式也隨之增多，造型也越來越復(fù)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?yàn)榇翱诓课蝗齻€(gè)體的配合曲線過多，下模保溫造型復(fù)雜會(huì)造成ProCAST 軟件識(shí)別曲線造型時(shí)出錯(cuò)，且完全按照原模具造型倒的圓角，在劃分網(wǎng)格時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)檢查錯(cuò)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(duì)毛坯、上模、下模、側(cè)模、分流錐、澆口套、保溫杯、模架、升液管、中間管、保溫以及風(fēng)水道依序制作三維圖紙。

實(shí)體創(chuàng)建完成后，我們對(duì)容易檢查出現(xiàn)錯(cuò)誤部位進(jìn)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(shí)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(bào)錯(cuò)，因?yàn)橄履１厥请S型挖空，造型線較多，兩個(gè)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(diǎn)是以三維邊線為出發(fā)點(diǎn)，當(dāng)邊線距離過近或者圓角過小的情況下，會(huì)導(dǎo)致劃分網(wǎng)格時(shí)畸形，導(dǎo)致面網(wǎng)格檢查報(bào)錯(cuò)。所以要根據(jù)不同造型曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)。

二、ProCAST 網(wǎng)格劃分

（一）準(zhǔn)備工作

在劃分網(wǎng)格前，需要對(duì)三維體進(jìn)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(yīng)用，這是鋁合金輪轂低壓鑄造模具網(wǎng)格劃分成功的關(guān)鍵之一。將剖面線和相近細(xì)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?yàn)楸旧韴A的周長過短，全部刪除后劃分網(wǎng)格會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)格坍塌，影響運(yùn)算。按照上述步驟裝配后，進(jìn)行體交叉檢查，顯示無問題。體交叉時(shí)還需注意，ProCAST2018 檢查過于敏感，有時(shí)會(huì)在某些極其簡單造型的地方顯示有問題，可進(jìn)行忽略，如果遇到不確定是否真有問題，可同時(shí)使用ProCAST2009 版本進(jìn)行體交叉檢查。

（二）網(wǎng)格劃分

劃分網(wǎng)格前應(yīng)對(duì)自身PC 硬件設(shè)備性能有大概認(rèn)識(shí)，網(wǎng)格數(shù)量越多運(yùn)算時(shí)間會(huì)越長，在保證計(jì)算準(zhǔn)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(shí)驗(yàn)對(duì)比，面網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)設(shè)置數(shù)量保持一定范圍，可有效控制劃分網(wǎng)格質(zhì)量和成功率，如表1。

此次低壓鑄造模具面網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)數(shù)量設(shè)置：模架20，模具10，鑄件3，風(fēng)孔3，提示部分網(wǎng)格長寬比有問題，利用軟件自動(dòng)修復(fù)功能后，劃分面網(wǎng)格成功，形成面網(wǎng)格數(shù)569520個(gè)。體網(wǎng)格以面網(wǎng)格為基礎(chǔ)進(jìn)行生成，形成體網(wǎng)格數(shù)6256921個(gè)，進(jìn)行檢查一次性成功。

表1 網(wǎng)格劃分節(jié)點(diǎn)數(shù)量

三、結(jié)論

（1）針對(duì)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(jìn)行三維制作，對(duì)模型簡化處理，提高網(wǎng)格劃分成功率。

（2）對(duì)導(dǎo)入ProCAST 模型曲線簡化，同時(shí)對(duì)網(wǎng)格劃分的節(jié)點(diǎn)設(shè)置進(jìn)行總結(jié)，保證網(wǎng)格的數(shù)量可控，提升網(wǎng)格質(zhì)量。