NOVACAST模拟技术对压铸完整排气系统的验证
本文描述了模拟金属液通过薄壁截面时，由于冷却和高背压导致的金属液停止流动，活塞不能推动金属液通过这些区域。控制体积法这种新技术允许几乎任何设计的几何形状进行网格划分。利用该仿真技术可以在非常合理的时间内再现铸件生产过程。
关键模拟技术：
使用体积分数精确定义几何模型（CVM-控制体积法）
结构化有限差分网格（FDM-有限差分法）
使用体数分数和N-S方程模拟液体流动
模具表面粗糙度
气体计算
有限差分法
控制体积法
上图中，使用相同的网格数量划分同一薄壁压铸件，如果采用不同的方法，结果截然不同。采用有限差分法，由于网格数量太少，导致几何完全失真。使用控制体积法即使网格数量较少，但仍然能够通过体积分数来精确表达。
控制体积法网格
图中是采用控制体积法划分网格的截面图中可以看出，青色部分为铸件金属液部分，薄壁处网格数量即使不足一层单元，仍然能够满足计算要求。
计算效率对比
NOVACAST早期版本同大多数铸造仿真软件一样使用的是有限差分法，通过NFS团队不断的研究探索，重新开发软件后核心技术改用控制体积法，新的算法不但精度高，而且计算效率相对于有限差分法提高了5~10倍以上，大大缩短了工艺人员计算机试模的时间。因此，如论是从模拟精度还是计算效率上，NOVACAST为实现又细又长的排气孔模拟验证工作提供可靠的仿真工具。
对于铸件和排气孔模拟问题，需要以下详细的信息：
哪些模具需要添加排气系统；
排气孔的位置
排气孔的尺寸
排气孔位置的冷却
冷铁的材料
带冷铁块的排气系统深入研究后得到的模拟结果如下：
冷铁块的冷却影响
金属液流入排气孔和空气排出
几何背压
气体背压
通过薄壁截面时的金属液填充和流动
活塞在充填结束时由于填充面积减少而减速
案例一：
某铝合金高压铸件浇铸系统如上图所示，需要验证其排气系统设计。模拟设置及工艺参数如下：
网格数量：120万
铸件材料：EN AC 46000（浇铸温度680℃）
模具材料：奥瓦儿（瑞典）产模具钢（预热温度220℃）
冷铁：铍铜（初始温度100℃）
压射速率：第一阶段=0.4米每秒；第二阶段=2.5米每秒
计算时间：完整的金属液充填流动和热平衡过程共花费40分钟
计算机：四核8G内存台式机
软件信息：NovaFlow & Solid CV 4.3r6（截至2017年底最新版本为6.3r3）
模拟结果如下图所示金属液充填过程的速率场，为了方便研究压铸模具结构的排气系统，主要观察金属液充满型腔的后半段。可以清楚的看到金属最后充满排气槽，以及充满型腔时金属液的流动速率，由于几何背压导致的部分位置流动速率发生变化，排气系统设计合理。
型腔填充率60%
型腔填充率70%
型腔填充率80%
型腔填充率90%
型腔填充率99.5%
充填完成时金属液分布及温度场
生产实物
通过最终的模拟结果与实物对比可以看出，在排气槽中金属液的充满状态模拟与实物高度吻合，模拟计算精度相当高。
案例二：
某铝合金高压薄壁铸件，铸件外型轮廓尺寸900×700×185mm，质量4.4kg，如上图所示，同样对其排气系统进行验证。模拟设置及工艺参数如下所示：
网格数量：135万
最薄的截面：排气孔0.5mm，铸件1.5mm
铸件材料：EN AC 46000（浇铸温度660℃）
模具材料：奥瓦儿（瑞典）产模具钢（预热温度220℃）
冷铁：无
压射速率：第一阶段=0.5米每秒；第二阶段=5米每秒
计算时间：完整的金属液充填流动和热平衡过程共花费40分钟
计算机：四核8G内存台式机
软件信息：NovaFlow & Solid CV 4.3r6（截至2017年底最新版本为6.3r3）
模拟计算结果如下图所示，不同充填阶段的速率场分布，观察分析后确认当前排气设计合理，并且可以看到由于气体背压导致的部分截面流动速率发生变化。
型腔填充率60%
型腔填充率70%
型腔填充率80%
型腔填充率85%
型腔填充率90%
型腔填充率95%
型腔填充率99.5%
完全充满时的液相体积分数
通过当前案例再次验证了NOVACAST软件CVM控制体积法具有最快的计算效速度和最高的计算精度，很好的验证了排气系统在压铸模具中如何发挥作用。
结论
带冷铁块的排气系统中填充和凝固模拟是可以实现的；
在新的模拟技术下，计算时间是合理可接受的；
CVM控制体积法能够模拟金属液通过不足一层单元的截面；
软件可模拟由于几何和气体背压导致的活塞速度降低；
网格自动划分较快，模拟前处理设置时间短。