基于ProCAST蒙乃尔合金叶轮铸造方法的优化
ProCAST仿真技术在铸钢件缺陷预测上的探讨与应用_赵富
ProCAST仿真技术在铸钢件缺陷预测上的探讨与应用赵 富,赵银虎,刘 斌,贾冬生(内蒙古一机集团公司工艺研究所,内蒙古包头014032)摘 要:利用ProCAS T铸造仿真模拟软件对某轮式车辆轮毂铸件铸造工艺进行仿真分析,预测了轮毂铸钢件存在的内部缺陷,对仿真技术在铸钢件缺陷预测上进行了探讨研究。
通过对实物解剖、铸造工艺CAE仿真分析等确定了缺陷产生的部位及形貌,找出了缺陷问题产生的原因,通过工艺优化及试验验证,基本解决了轮毂铸钢件的内在质量问题,保证了批量生产的顺利进行。
关键词:铸钢件;仿真模拟;宏观缺陷;质量改进中图分类号:TP391.9 文献标志码:BApplication of ProCAST Simulation Technology in the Forecast of Defects of Foundry PartsZ HA O Fu,Z HA O Yinhu,L IU Bin,JI A Do ng sheng(P ro cess Researching Institute,I nner M o ng olia First M achinery Gr oup Co rpora tion,Baoto u014032,China)A bstract:T he paper did simula tion analy sis to foundry pr ocess of some w heel type o f v ehicle by using P roCA ST fo undry simulatio n softw are,predicted the inner defects o f hub foundry steel and did the resea rch on the applica tion o f simulation technolog y in foundry steel.Confir med the po sitio n and shape of defects ge nera tion thro ug h par ts dissection and simulation analysis of f oundry process CA E,fo und the reaso n of defects g ene ratio n,solved the quality pro blem o f hub foundry steel throug h o ptimizatio n of pr ocess and te stifying it,so the smo oth of big ba tch pro ductio n is assured.Key words:Foundry steel par ts,Simulation,M acr osco pic defects,Q uality impro vements 近年来,为了提升传统铸造行业的数字化制造技术水平,涌现出了大量的铸造CAE商品化软件,其中主要有法国的ProCAS T、德国的M AGM A-SOFT、芬兰的CastCAE及西班牙的Fo rcast等软件,在这些软件中,有限元软件ProCAS T是较为成功的一款。
基于ProCAST的高Nb-TiAl合金叶轮熔模铸造
基于ProCAST 的高Nb-TiAl 合金叶轮熔模铸造刘金虎1*, 纪志军1,2,3, 李 峰1,2,3, 冯 新1,2,3,余 稳1, 丁贤飞1,2,3, 南 海1,2,3（1．中国航发北京航空材料研究院 铸造钛合金技术中心，北京 100095；2．北京百慕航材高科技股份有限公司，北京100094；3．北京市先进钛合金精密成型工程技术中心，北京 100095）摘要：通过铸造模拟软件ProCAST 实现高Nb-TiAl 合金叶轮熔模铸造充型凝固过程的模拟仿真，研究浇注充型工艺对合金熔体充型、缩孔缩松等充型凝固特性的影响，优化相应工艺；进行浇注实验与铸件的无损检测分析，并进行铸件的解剖分析验证缩孔缩松分布；使用附注试棒研究叶轮在室温和高温下的力学性能。
结果表明：ProCAST 软件对高Nb-TiAl 铸件缩孔缩松预测较为准确，通过模拟仿真预测结果优化了工艺方案从而避免了铸件中大尺寸缩孔缩松的形成，在最终的铸件中只存在尺寸小于22 μm 的显微缩孔；所有铸件均实现完整充型，铸件室温抗拉强度约580 MPa ，850 ℃高温抗拉强度约450 MPa 。
关键词：ProCAST ；高Nb-TiAl 合金；叶轮；数值模拟；熔模铸造doi ：10.11868 /j.issn.1005-5053.2020. 000058中图分类号：TG249.5；V252.4 文献标识码：A 文章编号：1005-5053(2021)02-0061-11γ-TiAl 合金轻质高强、高温强度与抗氧化抗蠕变性能较好，是一种极具潜力的高温结构材料，近年来已经成功应用于汽车发动机叶轮与飞机发动机涡轮叶片等构件[1-4]。
通过在γ-TiAl 合金中加入5%～10%（原子分数）的Nb 可以使室温塑性与蠕变和抗氧化性能有较好的匹配，近年来得到了较多的研究与发展，此类合金称为高Nb-TiAl 合金[5-11]。
汽车发动机叶轮的服役环境要求合金具有优异的高温强度和耐腐蚀性，同时较低的比重可有效提升发动机起动速度与瞬态响应性能，减少废气排放。
基于procast的124d型主泵泵壳铸造工艺设计及优化
Casting Process Design and Optimization of 124D Main Pump Casing Based on ProCAST
Zhang Chuan, Yu Jiu
Abstract: Taking " Hualong No. 1” 124D main pump cysing as the research object, the dsting materiai and structurai characteristid havv been analyzed and the sand cysting process plan has been designed. The theediniensional modei of the pump cesing cesting has been drawn by UG soXwcc, and the cesting siniulation soXwcc ProCAST has been used te perform the simuiation of the model filling and the solidification. After the analysis of the shenkage deSect, the casting process has been optimized. Fintly, the cesting process plan with no macroscopic shenkage and porosity defects has been obtained te meet the quality requirements.
基于ProCAST软件叶轮离心铸造计算机模拟前处理_高颖
铸造技术 05/ 2011
高
颖等 : 基于 Pr oCAST 软件叶轮离心铸造计算机模拟前处理
677
参数的选取。 2. 1 Pro / E 与 ProCAST 的接口连接方式 一般来说, 三维设计软件与有限元分析软件的接 口文件方式分为 2 大类[ 2] : 专用接口 , 是指有限元软件 专门针对某种造型软件数据格式制定; 通用接口, 通过 标准格 式文 件进 行数 据交 换, 如 IGES 、 ST EP、 ST L 等。 Pro/ E 与 ProCAST 之间 没有专用 接口, 两者之 间通常采用标准格式文件进行数据交换。 ProCAST 提供了 3 种接口方式实现与其他软件 的连接: 其他软件建 模后把模型导入 MeshCAST , 用 MeshCAST 划分面网格、 体网格 后再进行 后续工 作。针对这类方式, MeshCAST 可以输入文件类型为 IGES 、 ST EP、 PARA SOL IDS 、 ST L 、 Re st art ; 其他 软件建模并划分面网格后再导入 M eshCAST 中进行 后续工作。M eshCAST 可以输入的文件类型为 PAT RAN Surf ace M esh、 I DEAS Surf ace M esh; 其他软 件建模并划分网格后导入 ProCAST 中, 并进行后续 工作。M eshCAST 可以输入的文件类型为 P AT RAN Volume M esh 、 I DEAS VolumeMesh 。 由此 , 通过详细 地了解 Pro CA ST 可 以识别的文 件类型, 就可以有针对性的选 择软件, 实 现其连接方 式。本课题选择第 方式, 采用 Pr o/ E 进行三维实体 造型 , 然后用 M eshCAST 进行面、 体网格的划分 , 有限 元网格进行剖分后的铸件与实体铸件外形能够较好的 逼近 , 可以保证计算结果的正确性。 2. 2 建模与网格的划分 有限元分析中的核心思想是结构的离散化 ( 网格 划分 ) , 就是将实际模型假想的离散为有限数目单元体 的组合体 , 网格划分及网格的质量直接影响到有限元 分析的质量和精度, 在整个有限元分析中, 网格划分是 有限元分析中的一个重要环节 [ 4] 。 2. 2. 1 叶轮零件图 如图 2, 叶轮的 CAD 二维平面图 , 图 3 是根据叶 轮的二维平面图在 P ro/ E 里所画的叶轮三维立体图。 叶轮零件特点: 中空、 轴对称的盘状件, 由此可以在叶 轮的中心轴处进行浇注, 如图 4 所示。
基于ProCAST汽车铝合金轮毂铸造数值模拟及其优化
基于ProCAST汽车铝合金轮毂铸造数值模拟及其优化
莫文锋
【期刊名称】《河南科技》
【年(卷),期】2022(41)4
【摘要】使用UGNX软件建立汽车铝合金轮毂三维模型。
基于ProCAST软件进行铝合金轮毂低压铸造工艺数值模拟仿真,对模拟中铝合金低压铸造温度场、凝固场和容易形成缩松、缩孔的缺陷分布进行研究。
在数值模拟结果的基础上,调整了浇注温度、冷却系统、充型压力。
铸造工艺参数优化后模拟分析显示,铝合金轮毂的缩孔、缩松等缺陷显著减少,极大改善了铸件的质量,为汽车铝合金轮毂生产制造提供了较为合理的工艺参数。
【总页数】7页(P29-35)
【作者】莫文锋
【作者单位】柳州职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TG27
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基于ProCAST的衬套熔模铸造工艺改进
基于ProCAST的衬套熔模铸造工艺改进师素粉;郑端【期刊名称】《金属加工：热加工》【年(卷),期】2014(000)015【总页数】2页(P37-38)【作者】师素粉;郑端【作者单位】庆安集团有限公司;西安外事学院【正文语种】中文铸造CAE模拟技术利用计算机技术的综合运算，优化传统铸造工艺，降低产品的成本，提高铸造企业的竞争力。
本文以铸造CAE模拟软件ProCAST为工具，以我公司的典型熔模铸件——衬套为实例，来介绍铸造模拟软件在铸造工艺改进中的应用。
1.衬套铸件的工艺特点衬套铸件为航空产品，铸件结构及原工艺方案如图1所示。
铸件结构简单，但表面质量和内部质量要求都较高。
100%进行磁粉和X射线无损检测，并按HB5430—1989标准Ⅲ类验收。
其工艺参数如下：（1）材质与特性该衬套零件的材质为 ZG0Cr16Ni4NbCu3，液相线温度1456℃，固相线温度1350℃。
（2）型壳材料硅酸乙酯水解液(18%SiO2)+上店粉+上店砂，型壳厚度6mm左右。
（3）工艺参数浇注温度1580～1620℃，浇注时间在4～5s，空气中浇注，自然冷却。
（4）预热温度模壳的预热温度选择950℃。
（5）造型方式填砂造型。
2.衬套原工艺模拟结果衬套铸件原工艺模拟结果如图2所示。
图1 衬套铸件原工艺方案图2 原工艺的充型凝固过程温度场从图2可以看出，浇注过程金属液的流动规律是：金属液先进入直浇道、横浇道，再通过6个内浇口自上而下进入型腔，直至充满整个铸型。
由于上述充型特性，使内浇口下面（蓝圈标识处）成为热量集中的地方。
铸件凝固过程主体部分温度是自下而上依次升高，符合自下而上的顺序凝固方式，但在内浇口下部局部出现温度最高处，甚至高于内浇口的温度，使得浇注系统无法对此处进行补缩，此处极易出现缩孔、缩松缺陷。
图3所示黄圈标识处为ProCAST软件预测出的缩松、缩孔发生位置，与图2中标识处位置基本相同，也与实际生产结果一致。
实际生产中，由于内浇口下面局部缩松缺陷导致铸件合格率仅为40%左右。
基于ProCAST的轮轴铸钢件砂型铸造工艺优化
2021年第2期/第7◦卷工艺技术F Q U N D R V i m253基于ProCAST的轮轴铸钢件砂型铸造工艺优化韩宝，马彦伟，李志杰，高海燕，宝喜庆，武玉平(内蒙古第一机械集团股份有限公司第一分公司，内蒙古包头014030 )摘要：介绍了轮轴铸造工艺设计与优化，以及在工艺设计和优化过程中采用P r o C A S T模拟软件对其进行模拟的结果。
结果表明，铸件上部厚大部位热节大，原工艺浇注系统不利于铸件形成顺序凝固，补缩效果差，易形成缩孔、夹砂缺陷。
通过改进浇道系统、芯子结构等工艺方法，减少了铸造缺陷，提高了产品合格率。
关键词：铸钢件；P r o C A S T模拟；工艺优化；缩孔轮轴是某车型上的关键零部件，内部质量要求高，铸件加工部位多，加工余量大，受结构限制，在加工过程中发现铸件内部有缩孔、砂眼等铸造缺陷，缩孔和夹砂主要集中在上筒内外壁和花边平台上，在生产过程中，毛坯合格率为99%以上，但加工后，不合格品率为21%，其中废品率为3%。
设计中使用ProCAST铸造模拟软件对铸件在充型和凝固过程中的温度场进行模拟仿真，研究了两种浇注系统对铸件缩松缩孔缺陷的影响，达到工艺优化的目的。
根据正交实验法优化工艺方案[1]，所生产的产品废品率得到较好的控制，进一步提高了产品机加后的质量，提升综合合格率，提高了企业的经济效益。
作者简介：韩宝（1987-),男，硕 士，主要研究方向为铸造 工艺技术及铸造新材料、新方法的应用。
E-mail: hbxc2018@163 .com中图分类号：T G26文献标识码：B文章编号：1001 "4977 (2021) 02-0253-06收稿曰期：2020-06-15收到初稿，2020-09-26收到修订稿。
1产品的结构及原工艺方案轮轴为某车中的关键零件，轮廓尺寸少246 mm x403 mm,重量约75 k g,属于 轴类小结构零件，铸件三维立体如图1。
由于产品加工面积大，内部质量要求高，所 以铸造工艺的设计难度大。
ProCAST铸造模拟分析解决方案
l
i A p p l i c a 。。n
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c A 。／ A M ／ A E 。 c h n 。1。g y e c c
成的
置
N
。
。
P
r o
C A S T 可 以 确 认 封 闭 液 体 的位
，
冲砂
在 铸造 中
，
使 用 特殊 的判 据
例如 宏观 缩孔或
有时 冲 砂是 不 可 避 免的
。
。
如 果 冲 砂发 生 在 铸 造 零 件 的 关 键 部 位
模拟 分 析 能 力
、
可模拟基本铸造过程
准
，
一
缩孔
、
裂纹 冲砂 浇不 足
确 计 算 变形 和 残 余 应 力
，
适用 范围
、
裹气
；
、
模拟 多种 特殊 铸 造 工 艺 挤压 铸造
r o
、
如半 固态触变
砂型铸造
消失 模 铸 造
；
冷隔 应力
、
离 心 铸造 以及 连铸等
高压
、
低 压 铸造
、
、
变形
P
C A S T 是 为评 价 和 优 化 铸 造 产 品
、
例如 浇注 系
，
器 中显 示 这 样 对 比 较 复 杂 的 铸造 过 程 能
冷隔
、
裹气和 热 节 的位置 以及 残
，
通 气孔 和 溢 流孔 的位置
。
冒 口 的位
以准 确地
够 通 过 网 际 网 络 进 行讨 论 和 研 究
。
余 应 力与 变形
准 确地 预 测 缩孔
。
、
缩松
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Chenmical Intermediate当代化工研究2016·0162科研开发前言目前国内引进进口的氢氟酸催化法烷基化装置，由于其工艺过程中使用的催化剂氢氟酸是有强腐蚀性、剧毒的化学品，如果在生产过程中发生泄露，对人和设备都会造成很大的危险，所以氢氟酸法制备烷基化油对炼油设备的结构以及材料等的要求就变得很高。
长期以来，只有美国环球油品公司和菲利普斯石油公司具有氢氟酸烷基化设备的两种工艺专利技术。
这两种工艺对泵的要求都很高，特别是材料上，要求过流部件都为蒙乃尔合金制造，因为蒙乃尔合金有很好的抗腐蚀性能，还能承受特别是氢氟酸等腐蚀[1-2]。
烷基苯装置的反应循环泵和HF酸再生泵等为典型的蒙乃尔合金泵，从国外进口，价格很高。
目前，进口和备件采购等通道不是很畅通，严重影响了烷基化设备的正常运行与维护。
此外，由于国外的年代较久，性能不能满足工业要求，因此，提升此类设备经济性也很有必要。
反应循环泵和HF酸再生泵为低比转速离心泵，具有高扬程、低流量的外特性。
目前国内对蒙乃尔合金的铸造工艺的研究多局限于试验的方法，而针对蒙乃尔合金的铸造工艺的数值模拟方面的研究相对较小。
铸造数值模拟能够有效提高研究工艺工程的效率，降低成本，还可以针对数值模拟中出现的问题给予针对性的解决，以得到可行的铸造工艺方案[3-6]，这对积累蒙乃尔合金的铸造工艺经验很有帮助。
本文旨在对蒙乃尔合金的铸造工艺进行数值模拟，分析铸造过程中的流动情况，铸造过程中的温度场以及铸后的应力场的分布进行预判。
一、计算模型铸造数值模拟的主要采用的数值方法有：有限差分法（F D M ）、直接差分法（D F D M ）、控制体积法（VEM）、有限元法（FEM）、边界元法（BEM）和格子气法（LGA）。
目前国内广泛的使用的铸造分析软件有ProCAST、MAGMA、Flow–3D以及华铸CAE[7-8]。
这四种软件采用的算法基本都为FEM或FDM，网格数限制也不大，但是应用范围上，目前华铸CAE还有一定局限性，不支持应力分析。
由于ProCAST具有以下优点：（1）基本算法FEM适用于模拟复杂铸件成型过程中的各种物理现象。
（2）全模块化设计，适用于各种铸造过程的模拟。
（3）具有热力学数据库，只需输入合金的化学成分，热力学数据库就可以自动估算出这些属性。
本文采用ProCAST进行仿真。
本文中所需的叶轮，直径较小，流道很窄，普通砂型铸造达不到叶轮精度等方面的要求，故采用精密铸造的方法。
根据现有设计的设计理论并参照国外蒙乃尔合金泵的大包角参数，对叶轮进行了设计。
根据设计叶轮结构并参照精密铸造砂型铸造的经验，采用顶式浇注系统，并加大浇口。
为防止空气被带入到型腔中，直交道顶部横截面应该比底部横截面稍大一点，。
设置较大的流道，保证叶轮的补缩量。
为了防止铸件在存放、焙烧和浇注过程中受外力作用导致型壳破碎和铸件的变形，直浇道下方要比铸件突出一块。
由于P r o C A S T 没有实体建模功能，本文在P r o /ENGINEER软件建立模型，包括浇冒口、叶轮等。
如图1所示：图1铸件和型腔模型基于ProCAST蒙乃尔合金叶轮铸造方法的优化ＯＯ杨ＯＯＯ旭（中国石化集团金陵石化公司烷基苯厂ＯＯ南京ＯＯ210046）摘要：蒙乃尔合金具有很好的抗腐蚀性能，能承受氢氟酸等腐蚀，在氢氟酸法烷基化工艺中被广泛应用。
目前国内使用的进口蒙乃尔合金泵，由于供货渠道，后期维修等原因，严重影响烷基化设备的正常运行。
本文借助ProCAST软件对不同材料温度下蒙乃尔合金叶轮铸造过程进行数值模拟，通过比较得到最优的铸造温度，同时针对数值模拟中出现的问题进行工艺上的改进，并进行实际铸造试制，总结优化，进一步提高蒙乃尔合金泵的国产化效率。
优化后合金在实际铸造中无缩孔、缩松和气孔出现，实际使用中运行状态良好。
关键词：蒙乃尔合金；叶轮铸造；ProCAST；优化设计中图分类号：T 文献标识码：AOptimization of Monel Metal Pump Vane Casting Method on Basis of ProCASTYang xu（Jinling Petrochemistry Company Alkylbenzene Factory of Sinopec,Nanjing, 210046）Abstract: Monel metal has good corrosion resistance property and it can burden hydrofluoric acid corrosion, so it is widely used in hydrofluoricacid alkylation craft. Presently, the imported monel alloy pumps used in China have influenced the normal operation of alkylate equipment because of the problems of supply channel and late maintenance. In this paper, numerical simulation is taken on the course of monel metal pump vane casting in different material temperatures and by comparing, the optimal temperature is got and also take improvement on the problems appearing in numerical simulation and then take practical casting trial production. The ultimate aim is to improve the domestication efficiency of monel metal pump by taking conclusion and optimization. After optimization, the metal does not have the problems of shrinkage cavity,shrinkage porosity and blowhole, and the operation state in practical using is good.Key words:monel metal; pump vane casting;ProCAST; optimal designChenmical Intermediate当代化工研究2016·0163科研开发蒙乃尔合金熔化温度在1315℃~1345℃，据此设计了三个浇注温度对照组，分别为1400℃、1450℃、1500℃。
为提高浇注液的流动性，提高铸件的表面质量，对型壳进行预热，设定型壳预热温度为400℃。
本模型中各个零件的各个部位的网格大小设置的并不一样。
铸件的网格需要划分的较为精细，模壳网格数可以相对较少。
采用这种划分方式不仅可以保证计算精度，而且可以减少计算时间。
在网格划分后，需要修复质量不好的网格，直到网格质量达标。
经过反复修改，型腔模型共生成体网格988849个。
将网格文件导入CAST模块后，需要对其进行前处理。
具体设置见表1。
二、计算结果1.充型过程分析三种方案的充型过程基本相似，金属液充满型腔的时间也基本相同，充型过程如图2所示。
图2充型过程（a）1.5s （b） 3.6s（c）6s由上图可知，在充型的过程中，金属液填充过程平稳，无严重飞溅现象，无孤立的空间，避免了裹气；填充的顺序也较为合理，由3个竖浇道进入，基本上依照从下到上的顺序填充，同时，充型的时间比较短，6秒钟即可完成整个充型过程。
此外，在整个充型的过程中，没有见到浇不足的地方。
2.缩孔缩松分析在凝固过程分析中可以明显看到浇口部分的收缩很严重，该部分可能会产生缩孔缩松。
同时蒙乃尔合金的体收缩较大，故对其缩孔缩松发生可能性和部位进行分析。
在铸件凝固时，如果形成孤立的液态区域，那么该区域可能就会形成缩孔缩松。
在ProCAST中可以通过Cut–off查看温度场或者凝固分数或者运用Niyama准则。
本文采用POROS=1的缩孔模型，对于其中的缩松量进行分析，用Shrinkage porosity来进行显示，单位为体积分数。
正常来说，当Shrinkage porosity高于0.01体积分数时为宏观缩松，低于0.01体积分数时为微观缩松，本文只考虑宏观缩松。
结果如图3所示。
图3缩孔缩松（a）方案11400℃ （b）方案2 1450℃（c）方案3 1500℃由上图可知，各个方案在浇冒口位置的Shrinkage porosity体积分数都有部分高于0.01，即为图示的紫色区域，在该区域内会产生为宏观缩松。
从方案一到方案三，发生缩松的体积逐渐变大，但三种方案的缩松发生区域均不在铸件上，对于铸件的质量影响不大。
3.冷却过程应力分析冷却过程中，由于温度降低，完全凝固的铸件可能会产生冷裂。
ProCAST软件可通过计算有效应力来判断冷却过程是否有发生冷裂的倾向。
经过分析，各个方案的有效应力分布相似，最大值差距不大。
分布状况如图4所示：图4有效应力分布从图中可以看出，在竖浇道和叶轮盖板交界的区域和叶片出口的区域，有效应力值很大，而叶轮背面相对来说有效应力值很小。
其中叶轮进口边缘以及竖浇道和叶轮盖板交界区域有效应力值较大可能是由于建模中未对其进行特殊处理，而实际生产中会在交界边缘做圆角处理，有效应力值应该有所减小。
总的来说，由于竖浇道的影响，叶轮盖板会承受一定的力，可能会产生冷裂。
三、生产验证根据上述数值模拟分析出的最佳浇注温度方案，对其进行了实际的生产验证。
图5为制模和加工完成之后的叶轮.Chenmical Intermediate当代化工研究2016·0164科研开发图5铸造后的叶轮图5试制图从图中可以看出，用上节所选择的工艺精铸出的蒙乃尔叶轮外观良好，没有可见的缩孔缩松和气孔，在盖板上也没有裂纹或者冷隔产生。
在实际使用中，该叶轮运行状况良好。
结论通过对蒙乃尔合金的叶轮铸造工艺进行数值模拟可以得到：在充型和凝固过程中，浇注温度的变化对其影响不大，缩孔缩松的产生虽然随着浇注温度的提高，范围越来越大；由于蒙乃尔合金的易吸气，要采用低温快浇的办法进行浇注，1400℃的浇注温度为最佳的浇注温度；在竖浇道和叶轮盖板交界的区域和叶片出口的区域，有效应力值较大，需要对该部位进行处理；边界处尽量不要出现尖角，且在浇注完成的一小时后，将其放入热处理炉中保温后随炉冷却。