使用 Altair Inspire 進行形狀優化
客戶故事
Wisconsin精密鑄造公司 (WPC) 是一家熔模鑄造製造商，為其不斷增長的客戶群提供各種產品和服務。熔模鑄造是一種使用由蠟或特殊合金製成的犧牲性模型的工藝。它是 5000 多年前用於製作珠寶和雕像的最古老的製造方法之一！然後這個過程包括用蠟雕刻並將雕刻物浸入沙漿中，然後將其熔化。隨著 3D 列印的出現，所有垂直行業對該技術的興趣都在增長，在設計細節、靈活性和降低成本方面提供了巨大的好處。通過利用熔模鑄造的最新技術和專業知識，WPC 為客戶提供節省時間、金錢和壓力的解決方案。從客戶的初始設計到最終產品，WPC 在整個鑄造過程中提供支援。無論是工程支援、合金選擇還是零件尺寸，WPC 不斷超越客戶對服務、品質、成本和準時交付的期望。
鑄造趨勢不斷發展，以適應使用鑄造零件的行業。 為了讓 WPC 滿足這些行業及其客戶的需求，必須採用最新的技術、機器和工具。 在最近與 Altair 的設計研究中，對再生渦輪泵覆蓋的優化和重新設計進行了研究。 再生渦輪泵允許流體多次通過泵的葉片，而離心泵僅允許流體通過離心葉輪一次。 再生渦輪泵能夠承受高壓並且需要緊密的公差才能有效地執行。 這次重新設計的目標是減少泵覆蓋的材料使用，保持原有的強度和性能，並提高鑄造效率。 WPC 提供鑄造專業知識，而 Altair 則使用其模擬工具 Altair Inspire 和 Altair Inspire Cast® 提供結構分析專業知識。
“通過改變澆口的方向和尺寸，我們可以大大減少製作每個零件的時間。 能夠討論零件性能大大增加了我們可以帶來的工程價值。”— Wisconsin Precision Casting 的工程副總裁, Claude Klemowits
設計和鑄造過程中的 ALTAIR
考慮到在保持零件強度和整體性能的同時減輕重量的最終目標，重新設計包括三個階段。 在第一階段，WPC 繼承了客戶的原始設計，並很快意識到需要更高效的澆注工藝。 WPC 減少了澆口數量並改變了澆注口上的零件方向，以允許每次澆注更多零件。 這些變化將允許 WPC 在降低零件總成本的同時減少零件脫模時間。 這種變化需要對封面進行大量重新設計以促進。
重新設計的下一階段重點是優化泵蓋結構。 在使用 Altair Inspire 時，確定了用於鑄造的載荷和關鍵特徵，並完成了對經過驗證的設計的基線分析。 然後在 Altair Inspire 中對泵蓋進行了優化，重量減少了 8%，強度提高了。 在優化過程中，還驗證了鑄造指標，例如孔隙率和凝固時間。
“在建立結構優化研究時，它迫使設計團隊真正從整體上考慮產品。 哪些功能是關鍵的，必須為部分功能和輔助操作維護或增加？ 設計需要承受哪些載荷？ 零件在製造過程中如何在模具中定位？ 由於 Altair Inspire 考慮了這些參數，因此該過程將所有零件都帶到了檯面上，從設計一直到製造，”solidThinking 的高級應用工程師 Dave Roccaforte 解釋道。
在最後階段，Altair Inspire 用於重新設計泵蓋的幾何形狀，並在優化的幾何形狀上使用 PolyNURB 包裹。 重新設計後，在 Altair Inspire Cast 中進行了鑄件分析，以驗證模穴和澆注口設計是否適合澆注。 在這個階段，澆口變窄以進一步減少脫模時間，並進行了最終的填充和凝固研究。 完成原型後，WPC 利用印刷蠟模的靈活性來形成模具。
設計研究結果
澆注完成後，對最終零件進行 X 射線掃描、研究並發現孔隙率極低，這與 Altair Inspire Cast 中完成的鑄件分析進行了準確比較。 這項全面的設計研究使 WPC 能夠更好地了解優化和澆注過程，並為未來的設計提供技術知識。
關於Wisconsin精密鑄造公司
Wisconsin精密鑄造的主要家族企業成立於 1964 年，是一家精密鑄造製造商。 Wisconsin精密鑄造服務於多個行業，包括：醫療設備、食品和乳製品設備、重型機械、工業泵、金屬製造等。 WPC 近年來繼續顯著增長，尤其是在 2015 年收購 Northern精密鑄造之後。 隨著收購和對其產品和服務的需求增加，WPC 已經擴展，現在在Wisconsin的兩個設施中營運，以更好地服務於他們的客戶群。
2 模穴澆口佈局的原創設計
行業
熔模鑄造和工業泵
挑戰
通過結構設計優化和製造過程模擬降低再生渦輪泵蓋熔模鑄件的成本。
解決方案
使用 Altair Inspire 進行形狀優化，使用 Altair Inspire Cast® 進行填充分析和詳細的凝固結果
結果
- 改變澆口方向和尺寸，與原始設計相比，提高了工藝效率。
- 泵蓋質量減少 8%，同時仍保持原始強度和剛度。
- 減少製造/生產時間。
- 在優化泵蓋結構的同時最大限度地減少鑄件孔隙率。