【技術電子報】應用 FLOW-3D(x) 於鋁壓鑄件之溢料井設計最佳化

產品圖

鋁合金壓鑄件

模穴配置：一模一穴

產品尺寸：277 X 285 X 48mm

模具設計重點：由於產品造型限制，進料方式會以單側進澆

設計要求

Sampling volume 為取樣位置，希望該位置的卷氣量越低越好。

目前總共有七個溢料井，藍色溢料井位置不可更動，黃色溢料井位置可以調整。希望藉由 FLOW-3D(x) 的最佳化計算，找出最適當的溢料井位置。

另外，在流道入口處設立一個單獨的 Runner plug 圖檔，該圖檔可上下調整，決定該位置是否要分流。

溢料井位置限制

將可以移動位置的溢料井進行編號 (No1~No5)，單獨限制每一個溢料井的移動量。

黑色箭頭代表該溢料井的移動量為 0~25 mm

橘色箭頭代表該溢料井的移動量為 -25~+25mm

另外，設計時希望溢料井的移動量以整數為計算

Ruuner Plug

傳統進行設計時，流道設計與澆口設計會在一開始就先決定。這次希望以 FLOW-3D(x) 進行驗證，因此在中間設計了一個單獨的 Runner plug圖檔。利用該圖檔的上下移動，可以決定中間進料處是否需要分流。

操作流程

FLOW-3D 設定

建立單一 mesh block，並且設定 sampling volume，以便作為後處理輸出時取得該位置的卷氣量大小。

FLOW-3D(x)

Work flow

Workflow 採用 3 個 Node 進行連結

1. STL morpher node 設定為六個參數，對應 1 個 runner plug + 5個溢料井的位置限制。

2. FLOW-3D simulation node 則是設定六個輸入端，分別對應 STL morpher node 轉入的六個 stl 檔位置。

3. FLOW-3D post processing node 則是設定 sampling volume 卷氣量輸出。

STL morpher node

STL morpher node 沒有限制 STL 的數量。建立 selector，讓每一個 selector 對應到單獨的圖檔，然後再針對 selector 做數值限制。由於 FLOW-3D 支援多圖檔輸入，因此不會有圖檔錯位的問題。

FLOW-3D simulation node

FLOW-3D simulation node 可以直接讀取 prepin 檔，然後將六個 stl 檔拉到輸入端，以便接收從 STL morpher node 轉來的圖檔。

FLOW-3D post processing node

FLOW-3D post processing node 可以讀取 FLOW-3D 的結果檔。此處將 sampling volume 的 entrained air mass 單獨拉出，並且取最後一個時間點作為最佳化的參考。

將所有的 node 進行連接，R代表輸入資料，V代表輸出資料。

Add task

在 workflow 建立完成後，就可以設定執行

Task是 FLOW-3D(x) 的執行設定，其中包含了幾項重點：

1. Input：Input 可以指定每一個圖檔的移動距離限制，在此處設定後的資料，會丟到 stl mopher node 進行圖檔調整。另外在此處設定 integer 作為圖檔移動的限制。

2. Output：取 sampling volume 的 entrained air mass 為最小值 (minimum)。

3. Budget(iter)：執行組數，此處先設定 10組。

4. Save options：All = 將所有的分析結果都儲存下來。

資料轉出分析

由於最初設定時採用 integer，所以所有的圖檔的移動量都是整數。

這組分析在執行完前六組時遇到停電，因此程式停止。在停止後再重新執行10組，所以總共有 16組分析結果。

FLOW-3D(x) 的好處在於程式會記錄所有的分析結果，因此即使是不正常的程式中斷，在後續接續執行時最佳化的條件仍會將之前中斷的結果列入考慮，額外增加的計算量不會造成無謂的浪費。

在分析結束後，可以看到第13組為最佳解，第16組則是最差解。

顏色代表卷氣量。在卷氣量 color bar 設定相同下，可以明顯看出在 sampling volume 位置，最佳解 (item13) 明顯優於最差解 (item16)。

上圖中所有的溢料井位置都是由 FLOW-3D(x) 自行計算移動。

結論

1. FLOW-3D(x) 可以自動搜尋最佳化的結果，如果專案中有多個圖檔需要做細部的位移調整，利用 FLOW-3D(x) + stl morpher node 可以快速完成需求。

2. 利用 sampling volume 指定特定位置輸出結果作為判斷依據，可以讓 FLOW-3D(x) 找出適合自己要求的結果，減少人為輸入可能造成的時間浪費與誤差。

3. 即使是計算過程中遇到不預期的程式中斷，由於FLOW-3D及FLOW-3D(x) 都支援接續執行計算，因此不用擔心額外的時間浪費。至於之前已經完成的計算量，程式也會列入最佳化計算考量中。