Инструмент: IOSO NM + FLOW-3D
Интеграция: специальный модуль IOSOintFLOW-3D.exe
Отрасль
Литейное производство. Проектирование систем питания литейных форм (прибылей) для получения плотных отливок без усадочных раковин.
Задача
Для существующей конструкции клапанной отливки (valve casting) с несколькими прибылями (risers) найти оптимальные геометрические параметры прибылей, обеспечивающие одновременно:
- Минимизацию объёма усадочных раковин внутри отливки (максимизацию плотности отливки)
- Минимизацию суммарного объёма прибылей (экономия металла)
Исходные ограничения и сложности
- Усадочные раковины (shrink holes) образуются при затвердевании металла в местах, куда прибыли не обеспечивают достаточной подпитки — задача требует правильного баланса размеров прибылей
- Два критерия противоречат друг другу: увеличение прибылей улучшает питание отливки, но увеличивает расход металла и стоимость; уменьшение прибылей — наоборот
- Геометрия описана STL-файлом реальной детали; для каждого варианта размеров прибылей требуется полный расчёт затвердевания в FLOW-3D
- Необходимо настроить интеграцию между IOSO NM и FLOW-3D через специальный связующий модуль
Подход и решение
IOSO NM управляет расчётами FLOW-3D через модуль IOSOintFLOW-3D.exe, который размещается в папке с проектными файлами FLOW-3D и обеспечивает автоматический обмен данными.
Входные параметры оптимизации (6 переменных):
Прямоугольная прибыль: ширина xh(2), глубина yl(2), высота zh(2). Цилиндрическая и сферическая прибыли: радиус цилиндра rah(6), высота цилиндра zh(6), радиус сферы rsh(7). Ограничение: rsh(7) = rah(6) — радиус сферы равен радиусу цилиндра.
Критерии: максимизация синтетического параметра synt(f*vf) — произведение доли жидкости на объёмную долю (косвенная характеристика плотности отливки); одновременно минимизация суммарного объёма прибылей, вычисляемого как синтетический параметр по формулам геометрии.
Настройка проекта в IOSO NM: добавление модели FLOW-3D, указание prepin-файла, определение входных и выходных параметров, выбор функции результата (Sum для объёма усадочных раковин).
Результаты
Оптимальное решение найдено примерно за 300 итераций FLOW-3D. Построен фронт Парето из 20 точек.
Сравнение исходной и оптимизированной геометрии прибылей:
| Параметр | Исходная конструкция | Оптимизированная |
|---|---|---|
| Прямоугольная прибыль xh(2) | 0,076 | 0,0485 |
| Прямоугольная прибыль zh(2) | 0,28 | 0,253 |
| Радиус цилиндрической прибыли rah(6) | 0,074 | 0,061 |
| Высота цилиндрической прибыли zh(6) | 0,185 | 0,155 |
Суммарный объём прибылей снижен примерно на 37% при одновременном уменьшении объёма усадочных раковин в отливке — что наглядно подтверждается сравнительными изображениями распределения усадочных дефектов до и после оптимизации.
Ценность для заказчика
- Снижение объёма прибылей на 37% — прямая экономия металла на каждой отливке без ухудшения качества, а в данном случае с улучшением плотности
- Полная автоматизация цикла «изменение геометрии прибылей → расчёт затвердевания → оценка качества»: инженер задаёт границы параметров и запускает оптимизацию, не участвуя в каждой итерации
- Наличие фронта Парето позволяет выбрать компромисс между экономией металла и качеством отливки в зависимости от требований конкретного производства
- Встроенная интеграция IOSO NM с FLOW-3D через модуль IOSOintFLOW-3D.exe делает настройку задачи процедурной и воспроизводимой
- Подход применим к любым отливкам, описываемым STL-геометрией и рассчитываемым в FLOW-3D, без изменения методологии
