Els dissenyadors i experts en fabricació sovint tenen disparitats importants en els seus objectius, i això és especialment pronunciat en la tecnologia de fosa. Prenent com a exemple el motlle de direcció, aquest article demostra el potencial del desenvolupament de components digitals per a desenvolupadors i empreses.

Els dissenyadors tenen com a objectiu components amb la màxima lleugeresa i estructures d'alta resistència, mentre que els experts en fosa han d'assegurar-se que els components s'omplen adequadament seqüencialment, optimitzant el sistema de fosa perquè sigui el més racional possible i evitant la porositat interna o els buits de solidificació. Aconseguir un compromís entre aquests objectius normalment implica múltiples rondes d'ajustaments, allargant el procés de desenvolupament.

A més, aquests ajustos requereixen l'aplicació dels coneixements professionals acumulats al llarg dels anys. La col·laboració entre el proveïdor internacional d'automoció Elise GmbH i la Universitat de Kassel revela que l'ús de la plataforma de programari ELISE pot millorar significativament l'automatització d'aquests processos de desenvolupament.

Ajustaments de disseny adaptatiu

La interconnexió digital de CAD, optimització de topologia, anàlisi d'R+D i eines de simulació de processos accelera el procés de fabricació de components de fosa, un aspecte crucial per al desenvolupament de productes eficients en el futur. Els enginyers han desenvolupat un mètode utilitzant el programari ELISE, combinant el programari d'optimització de la topologia Altair-Optistruct d'Altair i el Magma V5 de Magmasoft GmbH, per trobar una solució de disseny semiautomatitzada sinèrgica i optimitzada (figura 1). Aquestes solucions compleixen no només els requisits del procés de producció de fosa, sinó també els requisits estructurals dels components.

En aquest escenari, la funcionalitat de disseny digital d'ELSE s'utilitza per detectar i prevenir l'acumulació de material durant el procés de fosa. Les dades com la forma, el volum i la posició dels nodes tèrmics més grans s'introdueixen a les funcions desenvolupades, on aquestes dades són resultats simulats mitjançant l'optimització de la topologia a Magmasoft. Es poden predir problemes creixents en el procés de producció i aplicacions posteriors dins de l'àrea de solidificació.

A més, el temps de solidificació del material s'utilitza per determinar automàticament la direcció de solidificació i ajustar les àrees de colada afectades. Per millorar la colabilitat, el programari ELISE espessa de manera adaptativa el pastís i la porta en estructures de components més profundes. En el segon pas, identifica els camins dels nodes tèrmics detectats en la direcció de solidificació.

Exemple d'aplicació

En un estudi digital específic, es va desenvolupar l'articulació de la direcció davantera. L'optimització de la topologia va considerar paràmetres de fabricació crucials com la direcció de desemmotllament i el gruix mínim de la paret. L'optimització es va basar en tres condicions de càrrega rígides simplificades dissenyades específicament per suportar la càrrega de la part superior de l'articulació davantera de la direcció. Els conflictes entre la rigidesa i la solidificació direccional solen produir-se a la regió del coll de cisne (figura 2).

Després de completar l'optimització de la topologia, es va aconseguir l'allisat de la peça i la seva transformació de nou en un disseny colable mitjançant ELISE. En aquest escenari, es van considerar les limitacions d'espai de disseny i el model computacional es va ajustar en conseqüència. Els resultats serveixen com a prototips de validació d'R+D i espais en blanc per a la simulació de fosa, eliminant el pas que requereix temps de redissenyar l'estructura de disseny de topologia. Un altre avantatge d'aquest mètode és l'eliminació de la necessitat de fabricar nous models per a cada iteració de simulació de fosa.

Optimització

L'articulació de direcció anterior presenta tres nodes tèrmics de solidificació significatius, amb la solidificació que es produeix des dels dos costats del bebedero o del corredor interior. Ara, aquests resultats s'exporten des del programa Magmasoft en diferents passos de temps i es processen posteriorment mitjançant el mètode d'optimització de fosa desenvolupat. A partir d'aquí, és evident com es van fer ajustos a les àrees rellevants per aconseguir millors efectes de solidificació direccional (figura 3). En el component no optimitzat (figura 3a), l'àrea de solidificació formada no es pot alimentar cap avall, donant lloc a la formació d'un node tèrmic que condueix a la porositat. Mitjançant l'engrossiment de l'articulació de direcció durant el procés de solidificació (figura 3b), es va exercir un control, evitant la formació de zones de solidificació, evitant la formació de nodes tèrmics i reduint o evitant completament la generació de porus.

Els components optimitzats d'aquesta manera es poden emetre d'una manera més senzilla i estable. Tots els nodes tèrmics principals es redueixen, o fins i tot s'eviten completament (figura 4).

La taxa de porositat prevista que resulta d'aquest enfocament també veu una millora significativa. A més, l'anàlisi de rendiment fins i tot indica que el component supera els requisits, complint tres condicions de càrrega rígides especificades, proporcionant espai per a la reducció de pes.

Conclusió

L'ús del disseny digital en el procés de desenvolupament és el primer pas cap a l'automatització del desenvolupament de components de fosa. Aquesta tecnologia redueix el treball manual tradicionalment utilitzat pels enginyers de desenvolupament en iteracions comunes, proporcionant més llibertat per a activitats creatives i de valor afegit. Injecta una nova vitalitat als processos d'enginyeria i negoci de desenvolupament de productes, accelerant el procés d'innovació i reforçant els avantatges competitius.