ProCAST软件在铸造凝固模拟中的应用
铸造模拟软件ProCAST
Ｐ ｒ ｏ Ｃ Ａ Ｓ Ｔ 由美国 Ｕ Ｅ Ｓ 软件公司开 发， １９８８ 年发布第 １ 版， 经过多年的开 发完善，至今已成为世界上著名的铸 造凝固仿真软件之一。 Ｐ ｒ ｏ Ｃ Ａ Ｓ Ｔ 是铸造工艺人员的有力 工具，可以提供新的途经来解决铸造 过程中遇到的困难。ＰｒｏＣＡＳＴ 的 ＣＡＤ／ Ｃ Ａ Ｅ 集成化程度很高，它使用有限元 技术，同时拥有功能强大的能直接利 用三维 Ｃ Ａ Ｄ 进行完全自动网格划分的 软件Ｍｅｓｈｃａｓｔ。
图２ 缩孔预测
过程中可能出现的问题，为铸造工程 师提供新的途经来研究铸造过程，使 他们有机会看到型腔内所发生的一切， 从而得到新的设计方案。模拟结果可 以由计算机屏幕直接显示，从而使比 较复杂的铸造过程能够通过网络得到 有效的讨论分析和研究。 （２） 缩孔 收缩缺陷在铸造中占很大比例。 ＰｒｏＣＡＳＴ 可以确认封闭液体的位置， 并 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， 同时可以计算与 缩孔缩松有关的补缩长度，如图２所 示。在砂铸中，ＰｒｏＣＡＳＴ 可以优化冒口 的位置、大小及绝热保温冒口的效果。 在压铸中， ＰｒｏＣＡＳＴ 可以模拟计算模型 中的热节、 冷却加热通道的位置和大小 以及溢流槽的位置对铸件的影响。
一、ＰｒｏＣＡＳＴ 模块设置
ＰｒｏＣＡＳＴ 共有 １０ 个模块，其中包 括 Ｍｅｓｈｃａｓｔ （网格划分） 用户可以根 。 据需要灵活购买这些模块。对于普通 用户， ＰｒｏＣＡＳＴ 有基本模块、 流动分析 模块、应力分析模块和网格划分模块。 对铸造模拟有更高要求的用户则需要 有更多功能的其他模块。 Ｐ ｒ ｏ Ｃ Ａ Ｓ Ｔ 的基本模块包括前处理 模块、 热分析模块和后处理模块。 功能 模块包括流动分析模块、应力分析模 块和辐射分析模块。高级模块包括晶 粒结构分析模块、微观组织分析模块、 电磁分析模块和射芯流动分析模块。 工具模块包括网格生成模块、反向求 解模块。
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。
铸件缺陷形成的PROCAST数值模拟
实验四 铸件缺陷形成的PROCAST 数值模拟一、实验目的1）利用ProCAST 软件，对照模拟同一铸件的不同铸造方案，了解铸件在铸造过程中可能出现的缺陷；2）分析缩松缩孔、裂纹等缺陷可能出现的原因，并尝试更改铸造工艺，以减少缺陷，改善铸件质量。
二、实验原理ProCAST 可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂、冷隔、浇不足、应力、变形、模具寿命、工艺开发，并且具有可重复性。
而在实际模拟过程中，常见的铸造缺陷有缩松缩孔、裂纹和气孔等。
1. 缩松缩孔金属铸件在凝固过程中，由于合金的体积收缩，往往会在铸件最后凝固部位出现孔洞。
容积大而集中的孔洞被称为集中缩孔；细小而分散的孔洞被称为缩松。
一般认为，金属凝固时，液固相线之间的体积收缩是形成缩孔及缩松的主要原因；当然，溶解在金属液中的气体对缩孔及缩松形成的影响有时也不能忽略。
当金属液补缩通道畅通、枝晶没有形成骨架时，体积收缩表现为集中缩孔且多位于铸件上部；而当枝晶形成骨架或者一些局部小区域被众多晶粒分割包围时，金属液补缩受阻，于是体积收缩表现为缩松。
图4-1 缩孔形成过程示意图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1来确定缩孔缩松是否会在这些敏感区域内发生。
同时ProCAST 可以计算与缩孔缩松有关的补缩长度。
在砂型铸造中，可以优化冒口的位置、大小和绝热保温套的使用。
在压铸中，ProCAST 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。
2. 裂纹金属液接近凝固温度时，收缩量较大，塑性较差，铸件自由收缩受阻而造成热裂以至在随后的冷却过程中产生裂纹，一般位于铸件最后凝固的部位。
热裂形成的过程如图4-2所示，图中c p 为空隙压1即为新山英辅判据，NiYam a C R G /， G —判别区域的局部温度梯度，R —冷却速度，NiYama C —有量刚量。
研究表明，NiYama C 值随铸件大小变化，大件取1.1，小件取0.8。
ProCAST
ProCAST简介ProCAST由法国ESI公司开发的综合的铸造过程软件解决方案，有20多年的历史，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。
基于强大的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。
下面简单介绍一下它的适用范围，特点及其模拟过程。
适用范围ProCAST适用于砂型铸造、消失模铸造、高压铸造、低压铸造、重力铸造、倾斜浇铸、熔模铸造、壳型铸造、挤压铸造、触变铸造、触变成形、流变铸造。
由于采用了标准化、通用的用户界面，任何一种铸造过程都可以用同一软件包ProCASTTM进行分析和优化。
实践证明，ProCASTTM可以准确地模拟型腔的浇注过程，精确地描述凝固过程。
可以精确地计算冷却或加热通道的位置以及加热冒口的使用。
模拟分析能力ProCAST可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂、冷隔、浇不足、应力、变形、模具寿命、工艺开发及可重复性。
ProCAST几乎可以模拟分析任何铸造生产过程中可能出现的问题，为铸造工程师提供新的途径来研究铸造过程，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。
其结果也可以在网络浏览器中显示，这样对比较复杂的铸造过程能够通过网际网络进行讨论和研究。
[分析模块ProCAST是针对铸造过程进行流动一传热一应力耦合作出分析的系统。
它主要由8个模块组成：有限元网格划分MeshCAST基本模块、传热分析及前后处理(BaseLicense)、流动分析(Fluidflow)、应力分析(Stress)、热辐射分析(Rediation)、显微组织分析(Micromodel)、电磁感应分析(Electromagnetics)、反向求解(Inverse)，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。
对于普通用户，ProCAST应有基本模块、流动分析模块、应力分析模块和网格划分模块。
ProCAST特点ProCAST采用基于有限元法(FEM)的数值计算方法与有限差分(FDM)相比，有限元法具有较大的灵活性，特别适用于模拟复杂铸件成形过程中的各种物理现象。
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。
ProCAST软件的特点及其在铸件成形过程中的应用_胡红军
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。
铸件缺陷形成的PROCAST数值模拟
实验四 铸件缺陷形成的PROCAST 数值模拟一、实验目的1）利用ProCAST 软件，对照模拟同一铸件的不同铸造方案，了解铸件在铸造过程中可能出现的缺陷；2）分析缩松缩孔、裂纹等缺陷可能出现的原因，并尝试更改铸造工艺，以减少缺陷，改善铸件质量。
二、实验原理ProCAST 可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂、冷隔、浇不足、应力、变形、模具寿命、工艺开发，并且具有可重复性。
而在实际模拟过程中，常见的铸造缺陷有缩松缩孔、裂纹和气孔等。
1. 缩松缩孔金属铸件在凝固过程中，由于合金的体积收缩，往往会在铸件最后凝固部位出现孔洞。
容积大而集中的孔洞被称为集中缩孔；细小而分散的孔洞被称为缩松。
一般认为，金属凝固时，液固相线之间的体积收缩是形成缩孔及缩松的主要原因；当然，溶解在金属液中的气体对缩孔及缩松形成的影响有时也不能忽略。
当金属液补缩通道畅通、枝晶没有形成骨架时，体积收缩表现为集中缩孔且多位于铸件上部；而当枝晶形成骨架或者一些局部小区域被众多晶粒分割包围时，金属液补缩受阻，于是体积收缩表现为缩松。
图4-1 缩孔形成过程示意图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1来确定缩孔缩松是否会在这些敏感区域内发生。
同时ProCAST 可以计算与缩孔缩松有关的补缩长度。
在砂型铸造中，可以优化冒口的位置、大小和绝热保温套的使用。
在压铸中，ProCAST 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。
2. 裂纹金属液接近凝固温度时，收缩量较大，塑性较差，铸件自由收缩受阻而造成热裂以至在随后的冷却过程中产生裂纹，一般位于铸件最后凝固的部位。
热裂形成的过程如图4-2所示，图中c p 为空隙压1即为新山英辅判据，NiYam a C R G /， G —判别区域的局部温度梯度，R —冷却速度，NiYama C —有量刚量。
研究表明，NiYama C 值随铸件大小变化，大件取1.1，小件取0.8。
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
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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.
热循环 疲劳 导致 降低 压铸 模的 使用 寿 命. P roCA ST能够预测压铸模中的应力周期和最大抗 压应力 ,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.
3 典型应用实例
图 4是用 UG软件绘制的铸件、冒口、浇注系统的
第 3期
胡红军 ,等 : ProCAST软件在铸造凝固模拟中的应用
2 应 用
211 缩孔预测 缩孔是由于凝固收缩过程中铸件不能有效地
从浇注系统和冒口得到补缩造成的. 利用 Pro2 CAST可以确认缩孔的位置. 使用特殊的判据 ,如 宏观缩孔或 N iyama判据确认缩孔缩松是否会在 这些敏感区域内发生. 同时 ProCAST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 、大小和绝热保温冒口的使用. 在压铸 中 , ProCAST可以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. 这一判据有 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 2 大型船用发动机 球墨铸铁缸体的冷却过程模拟 ,下面红色表示可 能发生缩孔的位置 [ 6, 7 ] . 212 裹气模拟
本文针对某砂型铸造铸件 ,以铸造专业模拟 软件 ProCAST为工具 ,对该铸件凝固过程进行了 数值模拟 ,预测了该铸件的质量和可能发生的缺 陷 ,针对模拟出现的缺陷 ,在 UG软件中改造浇冒 口系统的三维模型 ,然后再次应用 ProCAST软件 进行模拟 ,直到模拟结果符合工艺的要求. 应用该 软件进行模拟分析的流程见图 1.
3D模型 ;用 MeshCAST模块对模型进行网格划分 ,由 于几何模型是中心对称的 ,可以对模型进行简化 ,只选 取对称面一侧进行分析 ;在前处理模块中对模型的表 面条件、边界条件、初始条件进行了设定 ,见表 1,这样 就形成了一个虚拟的模具及浇注环境.
·295·ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
图 4 铸件的 3D 模型 表 1 初始条件
1 P roCA ST软件的组成模块
ProCAST是针对铸造过程进行流动 - 传热 应力耦合做出分析的系统 ,共有 8个模块 ,可以灵 活地选用其中的模块. 对于普通用户 , ProCAST应 有基本模块 - 传热分析及前后处理 ,流动分析模 块 ,应力分析模块和网格划分模块. 对于铸造模拟 有更高要求的用户则需要有更多其他功能的模 块. 基本模块 (传热分析模块 ) ,是进行传热计算 并包括 ProCAST的前后处理功能. 前处理用于设 定各种初始和边界条件. 边界条件可以是常数或 是时间或温度的函数. 后处理功能可以显示温度 、 压力和速度场 ,同时可以将这些信息与应力和变 形的信息集于一体. ProCAST还可以使用 X射线 的方式确定缩孔的位置. 缩孔和缩松还可以使用 缩孔判据或 N iyama 判据进行评估. 流体分析模 块 ,该模块可以模拟包括充型在内的液体和固体 流动的效应 ,通过完全的 NavLer - Stocks流动方 程对流体流动和传热进行耦合计算. 该模块还包 括非牛顿流体的分析计算等 ,可以模拟紊流 、触变 行为及多孔介质流动如过滤网中的流动. 流动分 析模块包括以下求解模型 : NavLer - Stocks流动 方程 ;自由表面的非稳态充型 ;气体模型 ;滤模型 ; 牛顿流体模型 ;紊流模型 ;消失模模型 ;倾斜浇注 模型等 [ 4, 5 ] .
液体充填受阻而产生的气泡和氧化夹杂物会 影响铸件的机械性能 , ProCAST能够非常清楚地 证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. 能够直接监视裹气的运行轨迹 ,优化设计 浇注系统 、合理安排出气孔和溢流孔. 图 3是车轮 铸件的裹气模拟 ,并预测了铸件中的缺陷 ,可以看 到冒口低部有很多气孔.
图 2 大型船用发动机球墨铸铁缸体的冷却过程模拟
图 3 车轮铸件的模拟
213 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 , Pro2 CA ST可以模拟凝固和随后冷却过程中产生的裂 纹. 在实际生产之前 ,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设计尝试. 214 冲砂
第 14卷 第 3期 2 0 0 6年 6月
材 料 科 学 与 工 艺
Vol114 No13
MATER IALS SC IENCE & TECHNOLOGY
June, 2006
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
(重庆工学院 材料科学与工程学院 ,四川 重庆 450050, E2mail: hhj@ cqit. edu. cn)
[ 4 ]周业明 ,李 莉 ,胡志男 ,等. 铸造有限元模拟预测铸 钢件的宏观缩孔缺陷 [ J ]. 铸造 , 2001, 11: 743 - 745.
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
模具温度 / ℃
金属液温度 / ℃ 填充速度 / (m ·s- 1 )
25
1634
0108
通过定量分析发现 , 在 ProCAST的基本模块 中 ,宏观孔隙占铸件体积的 0108 % (见图 5) ,这 不能满足该铸件的要求 ,因此必须修改模型. 对浇 注系统进行了修改 (见图 6 ) ,同样进行网格划分 和边界条件设置 ,然后进行模拟 ,评估铸件的质 量 ,直到符合铸件的要求为止. 通过实验验证 ,改 进后的工艺提高铸件产量 9% ,模具的体积显著 减小 (大约 22% ) ,同时降低了成本.
铸造 CAE模拟技术是利用计算机技术改造和 提升传统铸造技术 ,对降低产品的成本 、提高铸造 企业的竞争力有着不可替代的作用 ,它的应用和推 广为铸造行业带来很大的经济和社会效益. 传统铸 件的生产主要依靠工程技术人员的实际工作经验 , 缺乏科学的理论依据. 特别对于复杂件和重要件 , 生产中往往要反复地修改铸件结构或铸造工艺方 案来达到最终的技术要求 ,这种“经验 +实验 ”的 工艺方法 ,导致铸件的研制周期长、成本高、质量不 可靠等弊端 ,已不能适应工业发展的要求 [1～3 ].
Abstract: For researching the influence of casting p rocess on the quality of castings, the solidification simulation of casting is developed by computer. Composing modules and functions of the FEM software ProCAST are intro2 duced and the defects of the casting p rocess are simulated. W e then p resent an examp le for the ProCAST soft2 ware to instruct the design of casting p rocess. Workflow of ProCAST is described. The shrinkage defects of cast2 ings cast by sand molding p rocess have been p redicted using FEM software ProCAST. The simulated result laid down a foundation for imp roving the cast technology of the castings. The parameters of pouring system and riser system are op tim ized. The op tim ized p rocess imp roved the casting yields and decreased the costs. The simulation way and app roach used in this paper can be seen as a guideline in the design of other casting p rocesses. Key words: FEM simulation; ProCAST software; solidification simulation; pouring system
Applica tion of the software ProCAST in the ca sting of solid if ica tion sim ula tion
HU Hong2jun, YANG M ing2bo, LUO J ing,WANG Chun2huan, CHEN Kang
(Chongqing Institute of Technology, College of Material Science and Engineering, Chongqing 400050, China, E2mail: hhj@ cqit. edu. cn)