ProCAST软件的特点及其在铸件成形过程中的应用_胡红军
procast在铸造中的应用
对于我们学铸造专业的学生来说，掌握几款铸造方面的软件是很有必要的，有了一定的软件基础在以后的铸造设计、模拟中都是很有用的。
下面介绍下ProCAST软件在铸造中应用。
一、概述∙ProCAST是为评价和优化铸造产品与铸造工艺而开发的专业CAE系统，借助于ProCAST系统，铸造工程师在完成铸造工艺编制之前，就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案。
∙ProCAST可以模拟金属铸造过程中的流动过程，精确显示充填不足、冷隔、裹气和热节的位置以及残余应力与变形，准确地预测缩孔、缩松和铸造过程中微观组织的变化。
∙作为ESI集团热物理综合解决方案的旗舰产品，ProCAST是所有铸造模拟软件中现代CAD/CAE集成化程度最高的。
它率先在商用化软件中使用了最先进的有限元技术并配备了功能强大的数据接口和自动网格划分工具。
∙全部模块化设计适合任何铸造过程的模拟；∙采用有限元技术，是目前唯一能对铸造凝固过程进行热－流动－应力完全耦合的铸造模拟软件；∙高度集成。
二、发展历程∙Procast自1985年开始一直由位于美国马里兰州首府Annapolis的UES Software进行开发，并得到了美国政府和诸多研究机构的大力资助。
为了保证模拟的精度，Procast一开始就采用有限元方法作为模拟的技术核心。
∙1990年后，位于瑞士洛桑的Calcom SA和瑞士联邦科技研究院也加入了Procast部分模块的开发工作，基于其强大的材料物理背景，Calcom在Procast 的晶粒计算模块和反求模块开发上贡献良多。
∙2002年，Procast和Calcom SA先后加入ESI集团，并重新组建为Procast Inc. (美国马里兰州)和Calcom ESI (瑞士洛桑)。
ESI也重新整合了其原有的热物理模拟队伍如PAM-CAST和SYSWELD，这样Procast（有限元铸造仿真），PAM-CAST（有限差分元铸造仿真）, Calcosoft（连续铸造仿真）和SYSWELD （热处理与焊接模拟）一起组成ESI完整的热物理综合解决方案。
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。
铸造模拟软件procast在课堂中的应用
2019年11月铸造模拟软件ProCAST 在课堂中的应用李维俊黄耀光（百色学院材料科学与工程学院，广西百色533000）摘要：工科类课程在以往的教学中存在着较多的教学难点，如原理抽象、结构复杂、过程不可见等。
解决这些教学难点，对于提高工科类教学质量有着重要的意义。
以铸造工艺学为例，讨论了授课过程中遇到的教学难点，通过引入铸造模拟软件ProCAST ，对教学效果进行研究，证明了其促进效果。
关键词：ProCAST ；课堂；教学效果在建设应用型高校、普及工程教育专业认证的大背景下，如何培养具有实践能力、行业认可的学生，成为了一个重要任务。
而要实现这一任务的重要前提，就是提高工科类课程的教学质量。
工科类课程有着概念抽象、逻辑性强的特点，所以学生在学习时，难度是比较大的，下面就以铸造工艺学为例，阐述其教学过程中的难点及ProCAST 软件在教学过程中的作用。
1铸造课程在教学中遇到的问题铸造工艺学在材料成型及控制工程专业中是一门较为重要的专业课，其主要内容包括铸造工艺设计的基本概念、铸造方案的确定、浇注系统设计、铸件的凝固与补缩、铸造工装设计等内容。
在教学过程中，主要遇到的教学难点可以归为以下3个方面：（1）原理抽象：在整个铸造过程中，涉及到了很多物理参数及公式，比如黏度、热导率、比热、热焓、传热公式等，这些参数概念抽象，不易理解，很难通过简单的图片或者描述将其向学生解释清楚，但其又对理解铸造过程有着重要的影响。
所以，很有必要把这些概念向学生讲解清楚。
（2）铸造生产设备结构复杂：铸造工艺多种多样，课程中介绍的包括重力铸造、低压铸造、高压铸造、离心铸造、消失模铸造等。
每种工艺都有其特点，设备也不尽相同，并且结构都比较复杂，要讲清楚每一个构件的作用比较困难。
（3）生产过程不可见：虽然可以通过生产视频来向学生展示整个铸造过程，但是学生只是看到了生产设备的外观、液态的金属、开模后的铸件，得到的只是直观的感受。
而充型过程、铸件的凝固这些内在的现象，是无法展示的。
ProCAST软件在铸造凝固模拟中的应用
图 5 初始模型的宏观孔隙预测
图 6 修改后的 3D 模型
4 结 论
用有限元软件 ProCAST预测铸件中存在的 宏观缩孔 ,直观地显示出充型凝固的温度场分布 、 温度梯度 、金属液流动行为 、热节部位 、缩松缩孔 等. 针对模拟的结果 ,修改铸件工艺设计的 3D 模 型 ,修改了原始的浇冒口设计. 实验表明应用修改 后的铸造工艺进行铸造 ,提高了铸件的质量 ,提高 了工艺出品率 ,降低了成本.
在砂铸中 ,有时冲砂是不可避免的. 如果冲砂 发生在铸件的关键部位 ,将影响铸件的质量. Pro2 CA ST可以通过对速度场和压力场的分析确认冲 砂的产生. 通过虚拟粒子跟踪则能很容易确认最 终夹砂的区域. 215 冷隔及浇不足
在浇注成型过程中 ,一些不当的工艺参数如型 腔过冷 、浇速过慢 、金属液温度过低等会导致一些缺 陷的产生. 通过传热和流动的耦合计算 ,设计者可以 准确计算充型过程中的液体温度下降. 在充型过程 中凝固了的金属将会改变充型的流动形式. ProCAST 可预测这些铸造充型过程中发生的现象 ,并可以随 后快速地检验相应的改进设计方案. 216 压铸模寿命
摘 要 : 为研究铸造工艺对铸件质量的影响 ,利用计算机进行了铸件的凝固模拟. 介绍了有限元软件 Pro2 CAST的组成模块 、功能以及应用 ,在应用实例中利用 ProCAST软件模拟预测了铸件砂铸工艺中产生的宏观 缩孔缺陷. 研究表明 :铸件中存在模拟预测的宏观缩孔缺陷 ;对浇注系统和冒口设置参数进行了优化 ,优化后 的工艺提高了铸件产量 ,降低了成本 ;模拟结果表明 ,铸造模拟软件 ProCAST能够准确地预测铸件在充型凝 固过程中可能产生的缺陷. 关键词 : FEM 模拟 ; ProCAST软件 ;凝固模拟 ;浇注系统 中图分类号 : TP311113 文献标识码 : A 文章编号 : 1005 - 0299 (2006) 03 - 0293 - 03
ProCAST软件在铸造凝固模拟中的应用
ProCAST软件在铸造凝固模拟中的应用
胡红军;杨明波;罗静;王春欢;陈康
【期刊名称】《材料科学与工艺》
【年(卷),期】2006(014)003
【摘要】为研究铸造工艺对铸件质量的影响,利用计算机进行了铸件的凝固模拟.介绍了有限元软件Pro-CAST的组成模块、功能以及应用,在应用实例中利用ProCAST软件模拟预测了铸件砂铸工艺中产生的宏观缩孔缺陷.研究表明:铸件中存在模拟预测的宏观缩孔缺陷;对浇注系统和冒口设置参数进行了优化,优化后的工艺提高了铸件产量,降低了成本;模拟结果表明,铸造模拟软件ProCAST能够准确地预测铸件在充型凝固过程中可能产生的缺陷.
【总页数】3页(P293-295)
【作者】胡红军;杨明波;罗静;王春欢;陈康
【作者单位】重庆工学院,材料科学与工程学院,四川,重庆,450050;重庆工学院,材料科学与工程学院,四川,重庆,450050;重庆工学院,材料科学与工程学院,四川,重庆,450050;重庆工学院,材料科学与工程学院,四川,重庆,450050;重庆工学院,材料科学与工程学院,四川,重庆,450050
【正文语种】中文
【中图分类】TP311.13
【相关文献】
1.ProCAST软件在熔模铸造工艺优化中的应用 [J], 周君华;孙长波;尚伟;李波
2.计算机铸造凝固模拟软件在我厂的应用 [J], 彭松涛
3.凝固模拟技术在轴承座铸造中的应用 [J], 郭林;纪云玲;李宝伟
4.ProCAST软件在铸造模拟中的应用 [J], 孙治国
5.铸造模拟软件ProCAST在课堂中的应用 [J], 李维俊; 黄耀光
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ProCAST铸造模拟分析解决方案
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i A p p l i c a 。。n
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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
ProCAST在铸件精铸工艺确定过程中的应用
ProCAST在铸件精铸工艺确定过程中的应用马军义1，高 华2，王飞超2（１．中铝郑州有色金属研究院有限公司，河南 郑州 ４５００４１；２．郑州轻研合金科技有限公司，河南 郑州 ４５００４１）摘 要：在研发生产特定成分、形状的某合金新型铸件前期，根据确定的精密铸造制备工艺，采用 ＰｒｏＣＡＳＴ软件对其浇铸成型及凝固过程开展模拟仿真，分析不同浇铸方案的优缺点，预测缩孔、疏松、浇不足、表面夹杂等可能出现的铸件缺陷，提前采取预防性措施，实现浇铸系统的最优化，不仅可以有效提高产品内外在质量，最大化原料的有效重量利用率，还可以有效减少模具设计制作费用，同时缩短试制周期，满足市场供货要求。
关键词：ＰｒｏＣＡＳＴ；精铸工艺；浇铸模拟中图分类号：ＴＧ２４９．５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）１８－０２０７－２Application of ProCAST in the determination of investment casting processMA Jun-yi1, GAO Hua2, WANG Fei-chao2（１．Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ｎｏｎｆｅｒｒｏｕｓ ｍｅｔａｌｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｌｔｄ ｏｆ Ｃｈａｌｃｏ，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００４１，Ｃｈｉｎａ； ２． Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｌｉｇｈｔ Ａｌｌｏｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５００４１，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｓｔａｇｅ ｏｆ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ａ ｎｅｗ ａｌｌｏｙ ｃａｓｔｉｎｇ ｗｉｔｈ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｈａｐｅ， ＰｒｏＣＡＳＴ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｆｏｒｍｉｎｇ ａｎｄ ｓｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｃａｓｔｉｎｇ， ａｎｄ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ａｎｄ ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｃｈｅｍｅｓ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ， ａｎｄ ｔｈｅ ｐｏｓｓｉｂｌｅ ｃａｓｔｉｎｇ ｄｅｆｅｃｔｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｓｈｒｉｎｋａｇｅ ｃａｖｉｔｙ， ｐｏｒｏｓｉｔｙ， ｉｎｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔ ｐｏｕｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｉｎｃｌｕｓｉｏｎ ｗｅｒｅ ｐｒｅｄｉｃｔｅｄ， ａｎｄ ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ ｍｅａｓｕｒｅｓ ｗｅｒｅ ｔａｋｅｎ ｉｎ ａｄｖａｎｃｅ． Ｔｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃａｓｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｃａｎ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎａｌ ａｎｄ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｑｕａｌｉｔｙ ｏｆ ｐｒｏｄｕｃｔｓ， ｍａｘｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｒａｔｅ ｏｆ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗｅｉｇｈｔ ｏｆ ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ｂｕｔ ａｌｓｏ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｒｅｄｕｃｅ ｔｈｅ ｃｏｓｔ ｏｆ ｍｏｌｄ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ， ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｔｒｉａｌ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｃｙｃｌｅ， ａｎｄ ｍｅｅｔ ｔｈｅ ｍａｒｋｅｔ ｓｕｐｐｌｙ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．Keywords: ＰｒｏＣＡＳＴ； ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ； ｃａｓｔｉｎｇ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ在合金的实际研发生产过程中，经常会碰到到客户带着样品或是一张图纸甚至是一个思路，要求我们提供样件或批量合金铸件产品。
135.基于ProCAST软件的低压铸造充型过程的研究
基于ProCAST软件的低压铸造充型过程的研究王超 ，游龙 ，王自东，冯建，林国标，刘航（北京科技大学材料科学与工程学院，北京 100083）摘要：由于低压铸造充填速度较慢, 充型平稳, 因而充型计算采用层流模型。
论述了低压铸造充型模拟的数学模型，算法上采用目前充型过程数值模拟中应用最为普遍的方法SOLA-VOF 方法，其中SOLA 法用于求解流体的速度场和压力场, VOF 法处理自由表面。
采用UG进行三维造型，用ProCAST进行了网格划分并对铸件进行了充型过程的模拟。
关键词：低压铸造；数学模型；ProCAST；充型模拟Study of Mold Filling Simulation on Low Pressure Die Casting Basedon ProCAST SoftwareWang Chao,You Long,Wang Zidong,Feng Jian,Lin Guobiao,Liu Hang（School of Material Science and Engineering,University of Science & Technology Beijing，Beijing 100083,China）Abstract:As the low pressure die casting fills slow, smooth filling, so laminar flow model is used in filling calculated. Discusses the low pressure die casting filling simulation of mathematical model, algorithm on the filling process using numerical simulation of the current application of the most common method of SOLA-VOF method, which SOLA method used to solve the fluid velocity and pressure field, VOF solve free treatment surface. UG is used to set three-dimensional modeling, meshing with procast ,and use procast to show filling and casting process simulation.Key words:low pressure die casting;mathematical model;procas;mold filling simulation由于低压铸造具有铸件尺寸精度较高、充型平稳、充型速度可控等优点，近年来使其在铸造行业中占据着越来越重要的位置。
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ProCAST软件的特点及其在铸件成形过程中的应用Function of FEM Software ProCAST and Application in Casting
胡红军
(重庆工学院材料科学与工程学院,重庆400050)
摘 要:介绍了商品化有限元软件P ro CA ST的组成模块、功能以及在铸件成形、缺陷预测方面的应用。
关键词:有限元模拟;Pr oCA ST;凝固模拟;缺陷预测
中图分类号:T G244 文献标识码:B 文章编号:1001-3814(2005)01-0070-02
Pr oCAST软件从1985年开始将最先进的有限元技术用在铸造模拟中,有效地提高了铸造工艺的正确性。
借助于ProCAST系统,铸造工程师在完成铸造工艺编制之前,就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案,通过对金属流动过程的模拟,可以精确显示浇不足、冷隔、裹气和热节的位置及残余应力和变形的大小,准确地预测缩孔缩松和微观组织。
1 ProCAST软件的组成模块
Pro CA ST是针对铸造过程进行流动-传热-应力耦合作出分析的系统,共有8个模块,用户可以比较灵活地租用或购买这些模块。
对于普通用户,一般应有传热分析及前后处理、流动分析、应力分析和网格划分等基本模块。
对于铸造模拟有更高要求的用户则需要有更多功能的其它模块,例如热辐射分析,显微组织分析,电磁感应分析,反向求解,应力分析等模块。
这些模块既可以一起使用,也可以根据用户需要有选择地使用。
2 ProCAST软件的特点
2.1 可重复性
即使一个工艺过程已经平稳运行几个月,意外情况也有可能发生。
由于铸造工艺参数繁多而又相互影响,因而在实际操作中长时间连续监控所有的参数是不可能的。
任何看起来微不足道的某个参数的变化都有可能影响到整个系统,但又不可能在车间进行全部针对各种参数变化的试验。
ProCAST可以让铸造工程师快速检查每个参数的影响,从而得到可重复的、连续平稳生产的参数范围。
2.2 可虚拟试验
在新产品市场定位之后,就应开始进行生产线的开发和优化。
ProCAST可以虚拟试验各种革新设计而取之最优。
因此大大减少工艺开发时间,同时又把成本降到最低。
2.3 灵活性大
ProCAST采用基于有限元法(FEM)的数值计算方法,与有限差分法相比,具有较大的灵活性,特别适用于模拟复杂铸件成型过程中的各种物理现象。
2.4 模拟功能强大
ProCAST作为针对铸造过程进行流动、传热、应力求解的软件包,能够模拟铸造过程中绝大多数问题和许多物理现象。
在铸造过程分析方面,ProCAST提供了能够考虑气体、过滤、高压、旋转等对铸件充型的影响,能够模拟出气化模铸造、低压铸造、压力铸造、离心铸造等几乎所有铸造工艺的充型过程,并且对注塑、压制腊模、压制粉末等的充型过程进行模拟;在传热分析方面,ProCAST能够对热传导、对流和辐射等三种传热方式进行求解,尤其是引入最新“灰体净辐射法”模型,使ProCAST擅长于解决精铸及单晶铸造问题;在应力分析方面,通过采用弹塑性和粘塑性及独有的处理铸件/铸型热和机械接触界面的方法,使其具有分析铸件应力、变形的能力;在电磁分析方面,Pro CA ST 可以分析铸造过程所涉及的感应加热和电磁搅拌等。
以上的分析可以获得铸造过程的各种现象、铸造缺陷形成及分布、铸件最终质量的模拟和预测。
2.5 界面人性化
ProCAST的前后处理完全基于Window s的用户界面,通过提供交互菜单、数据库和多种对话框完成用户信息的输入。
ProCAST具有全面的在线帮助,具有良好的用户界面;通过提供和通用机械CAD系统的接口,可直接获取铸件实体模型的IGES文件或通用CAE系统的有限元网格文件;可以将模拟结果直接输出到CAD系统接口,尤其可以通过I-DEAS直接读取
70 APPLICATION Hot W orking Technology 2005No.1
收稿日期:2004-10-27
作者简介:胡红军(1976-),男,湖北人,讲师,硕士,现从事材料成型
CAD/CAE软件研究和开发。
Pro CAST 结果文件。
这使得Pr oCAST 极易与具有设计、加工功能的CAD/CAM /CAE 系统相集成,实现数据共享,大幅度提高生产效率。
3 ProCAST 软件的应用
Pro CA ST 几乎可以模拟分析任何铸造生产过程中可能出现的问题,为铸造工程师提供研究铸造过程的新的途径,使他们有机会看到型腔内所发生的一切,从而产生新的设计方案。
其模拟结果可以由网络浏览器来显示,从而使比较复杂的铸造过程能够通过网络进行有效的讨论分析和研究。
Pro CA ST 软件在铸造凝固模拟中应用很广泛。
3.1 缩孔
缩孔是由于凝固收缩过程中液体不能有效地从浇注系统和冒口得到补缩造成的。
ProCAST 可以确认封闭液体的位置。
使用特殊的判据,例如宏观缩孔或Niyama 判据,来确认缩孔缩松是否会在这些敏感区域内发生。
同时,还可以计算与缩孔缩松有关的补缩长度。
在砂铸中,可以优化冒口的位置和大小以及绝热保温冒口的选用。
在压铸中,可以详细准确计算模型中的热节、
冷却加热通道的位置和大小以及溢流口的位置。
利用宏观缩孔判据,可进行可靠的缩孔预测。
这个判据有助于识别封闭的金属液穴,定量地计算出由于凝固收缩而导致的缩孔量。
如图1是大型船
用发动机球墨铸铁缸体的冷
却过程模拟,图中深颜色表示图1 大型船用发动机球铁可能发生缩孔的位置。
缸体冷却过程模拟
3.2 裹气
由于液体充填受阻而产生的气泡和氧化夹杂物会影响铸件的力学性能。
ProCAST 能够非常清楚地表明充型过程中的紊流可以导致氧化夹杂物的产生。
这些缺陷的位置可以在计算机上通过显示进行跟踪。
由于能够直接监视裹气的运行轨迹,从而使优化设计浇注系统、合理安排出气孔和溢流孔变得轻而易举。
车轮铸件的模拟,铸件缺陷的预测,显示出在铸件冒口底部的气孔,并采用工艺模拟的方法来消除,见图2。
图2 车轮铸件的模拟
3.3 裂纹
铸造在凝固过程中容易产生热裂以至在随后的冷
却过程中产生裂纹。
利用热应力分析,Pro CAST 可以模拟凝固和随后冷却过程中产生的裂纹。
在真正的生产之前,这些模拟结果可以用来检验为防止缺陷产生而进行的各种工艺尝试。
3.4 冲砂
在砂铸中,有时冲砂是不可避免的。
如果冲砂发生在铸件的关键部位将影响铸件的质量。
ProCAST 可以通过对速度场和压力场的分析确认冲砂的产生。
通过虚拟的粒子跟踪则能很容易确认最终夹砂的区域。
3.5 冷隔及浇不足
在浇注成型过程中,一些不当的工艺参数如型腔过冷、浇速过慢、金属液温度过低等会导致一些缺陷的产生。
通过传热和流动的耦合计算,设计者可以准确计算充型过程中的液体温度下降。
在充型过程中凝固了的金属将会改变充型的流动形式。
ProCAST 可以预测这些铸造充型过程中发生的现象,而且可以随后快速地检验相应的改进设计方案。
3.6 压铸模寿命预测
热循环疲劳导致压铸模使用寿命的降低。
ProCAST 能够预测压铸模中的应力周期和最大抗压应力,见图3,结合与之相应的温度场便可准确预测关键部位进而优化设计以延长压铸模的使用寿命。
图3 在压力铸造过程中压力的分布情况
4 结语
用有限元软件ProCAST 能预测铸件中存在的宏观缩孔、直观反映出充型凝固的温度场、温度梯度、金
属液流动行为、热节部位、缩松缩孔等。
预测结果与实际铸造结果相吻合。
Pro CA ST 软件对铸造工艺的模拟,为预测铸件缺陷、生产高质量铸件提供了强有力的辅助工具,在铸造工艺优化设计中具有广泛意义。
71
《热加工工艺》 2005年第1期
生产技术与应用 。