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    ProCAST-鑄造模擬解決方案

    ProCAST-鑄造模擬解決方案

    • 所屬分類:工藝軟件和仿真模擬軟件
    • 瀏覽次數:
    • 發布日期:2021-05-28 14:13:59
    • 產品概述
    • 性能特點
    • 技術參數

    ProCAST-鑄造模擬解決方案

    ProCAST是一款使用有限元方法(FEM)的鑄造仿真軟件??梢詫Π紤]角度因子的熱輻射在內的熱傳導(熱對流),包括鑄型填充的流體流動以及全耦合溫度場計算(熱力學)的應力進行模擬。 此外,軟件還可以進行微觀組織、熱處理、晶粒結構和縮孔縮松等模擬。

    功能介紹

    縮孔

    通過ProCAST的標準求解器可以計算出宏觀縮孔的位置。ProCAST還具備一個更精細的模型來模擬氣孔位置,該模型通過精確計算枝晶收縮和氣體含量模擬出氣孔位置

     

    應力分布與變形

    ProCAST具備獨特的熱、流動及應力耦合分析能力,并且,這種完全的耦合分析可以同時在同一網格上進行。ProCAST能夠檢查充型過程中產生的熱沖擊,以及凝固過程中鑄件和模具之間間隙的影響。解決熱裂、塑性變形、殘余應力和扭曲變形等當前工業用戶關心的主要問題。

     

    微觀組織及性能

    基于合金成分的不同,軟件自動計算相應的微觀組織及性能預測。如:可精確的考慮球鐵類鑄件的石墨化膨脹問題,從而獲得有意義的模擬計算結果。耦合微觀組織模塊精確計算鑄鐵件的致密度缺陷。同時可以基于相成分來預測鑄件的強度、硬度、延展率等性能。

     

    CAFE晶粒形貌

    鑄件的晶粒組織結構是冶金學家最希望控制的鑄造參數。典型的案例是運用定向凝固的方法制造的燃氣渦輪葉片。在這種熔模鑄造過程中,鑄件和冷鐵接觸的地方,合金以很細的晶粒開始凝固。在這個等軸晶粒區域,晶粒結晶方向優先按照熱流方向生長,抑制了其它方向晶粒的生長。極端的情況是,在需要單晶的特殊應用場合,在嚴格控制的凝固條件下,使一個晶核生長成整個單晶零件。

    ProCAST可以計算凝固過程中晶粒結構的變化,被很多高端工業用戶用來控制鑄造條件,優化零部件性能。ProCAST將有限元熱流計算與CACellular Automation)模型進行耦合,因此ProCAST的晶粒組織模塊常被工業界的專家稱為CAFE模塊。

     

    高級縮孔縮松

    大多數模擬軟件局限于通過識別孤立液相區來預測縮孔,這種簡化的方法沒有考慮氣孔的影響。

    ProCAST是第一個基于物理方法實現收縮和氣孔模擬的商用軟件,它耦合了宏觀縮孔和縮管的預測。糊狀區域的流動計算以及基于達西方程(Darcy,s equation)的相關壓降。另外,ProCAST具備一個聯合考慮溶解度和微孔形核長大的氣體偏析模型。這種綜合的處理方法擴展了鑄造專業人士探索并理解鑄造工藝條件、合金純度和縮孔縮松預測之間的復雜相互關系。

     

     

    并行求解

    ProCAST鑄造分析軟件中的有限元模塊求解器和差分模塊求解器都支持并行計算。ProCASTDMP解決方案(內存分布式并行計算)使用了最新的動態體劃分和信息通訊技術。DMP版本包括了軟件的主要的填充和凝固模塊功能,包括輻射、應力計算、微觀組織結構計算,并且使用于LinuxWindows平臺。為了模擬金屬鑄造中實際的工業條件,ProCAST提供了熱循環模擬以達到模具的穩定溫度狀態,若采用并行計算可在數分鐘內完成求解。

     

    優化計算

    優化就是自動找到最優的條件(如工藝設計方案及參數)以達到設計目標(縮孔縮松最小化、提高工藝出品率等等),而不用在每次模擬后人為判定。

    設計優化

    通過Visual-OPT可以自動找出最優的設計方案:

    冒口尺寸及位置、冷鐵位置、澆口位置、澆道尺寸

    工藝參數優化

    通過Visual-OPT可以自動找出最優的工藝參數:

    澆注溫度、澆注速度、模具溫度

    對于客戶的要求,如縮孔最小化,氧化夾渣最小化、提高模具壽命、避免壓室中產生裹氣等等。。。相對于傳統的試錯法,Visual-OPT是成本最低,經濟性最好的工具。

    工藝穩定性及實驗設計

    作為鑄造工程師還必須要評估工藝穩定性及各工藝參數的影響,如澆注溫度、模具溫度等。通過優化算法,經過很少的幾次計算(基于隨機方法)就能得到縮孔缺陷與這些工藝參數之間的關系。例如,使用Visual-OPT的這個功能,用戶可以根據零件的縮孔敏感性,很容易就能確定最安全的工藝參數值。

     

    流程模板

    VE環境中按工藝劃分提供Workflow功能,能夠引導使用者快速地、準確地完成參數設置。流程化設置能夠有效提高設置效率,同時降低設置的出錯率。目前VE環境中針對鑄造工藝提供的流程模板有:重力工藝流程模板、高壓鑄造工藝流程模板、高壓壓鑄機選擇流程模板和優化流程模板,在后序的開發中還會相應的增加其他流程模板。

     

     

    多工序流程

    針對一般工藝加強了多階段流程模板,這種流程模板可以一次性設置鑄造仿真過程中的多個階段,如鑄型的移除、澆注系統清除以及鑄型移除后的鑄件加熱和冷卻過程。設置完成提交計算時,軟件可自動生成所需的計算文件。

     

    ProCAST工藝應用

    熔模精密鑄造

    ProCAST基于有限元網格可以自動生成模殼及保溫層網格,能夠設置保溫層網格為各向異性,從而隨時調節厚度參數而不需要重新生成網格。針對高溫合金 真空下的凝固過程,擁有專業的輻射換熱求解器。

     

     低壓金屬型/砂型鑄造

    真實復現工業生產條件,實現模具溫度的多次模擬直至穩定狀態。在此條件下進行鑄件充型/凝固過程的仿真計算,優化工藝參數,減少試制,縮短產品生產周期。

     

     重力鑄造(砂型,金屬型,傾轉)

    對于重力鑄造而言,關鍵因素在于如何優化澆注系統以及如何消除可能的縮孔區域。ProCAST可以進行澆注,凝固,應力及微觀組織的模擬,將工藝人員的設計方案在計算機上復現,幫助判定其可執行性。

     

     

    高壓鑄造

    高壓鑄造過程與模具及壓鑄機設備密切相關,ProCAST軟件可以就高壓鑄造生產全過程進行模擬,包括壓室內的金屬液注入,多級壓射過程等。同時擁有壓鑄機數據庫,可根據實際鑄造工藝與鑄件參數,分析PQ2圖,確定工藝窗口,結合模擬效果,優化相關參數。

     

    離心鑄造

    ProCAST軟件具有專業的立式離心鑄造仿真模塊,求解不同離心轉速參數下,鑄件的充型及凝固過程。

     

    連續鑄造

    ProCAST提供了連鑄和半連鑄工藝仿真的完整解決方案。能夠通過兩種方式對連鑄工藝進行模擬:1、穩態模擬,固定模型,固態金屬以鑄造速度穿過模型區域;2、非穩態模擬,瞬態模擬,模型隨鑄造過程延伸,該區域延伸采用MiLE算法-Mixed lagrangian –Eulerian。

     

    消失模鑄造

    消失模鑄造模擬需要考慮泡沫燃燒區域和產生的壓力對充型過程的影響,以及燃燒后產生的氣體與砂的滲透作用。ProCAST軟件具有專業的物理模型,精確處理消失背后的復雜過程。

     

    半固態鑄造

    當一種半固態材料被注入模具型腔后,他的速度取決于它自身及之前注入型腔中的材料的剪切速率。如果剪切速率很大,那么已凝固枝晶就被破壞,流動性就會增加,ProCAST開發了專業模型來解決這類問題。

     

    射砂制芯

    射砂制芯模塊是ESI GROUP Asland,CTI,CTIF,IMFT,Infun,Laempa,TeksidWeir鑄造廠聯合開發。

    ProCAST制芯工藝模塊能夠精確的預測射砂過程和氣體缺陷,包括不完全填充,抵抗壓強度和低硬度區域。

     

     

    QuikCAST 聚焦于鑄造工的基礎:充型、凝固及縮孔縮松預測。ProCAST基于有限元技術,可以預測變形及殘余應力,還可用于更多的特殊工藝,如半固態、射砂制芯、離心鑄造、消失模與連續鑄造等。2006年,ProCAST獲得了由Frost & Sullivan頒發的年度歐洲技術領先獎。

     

    2.1 ProCAST2019產品技術配置

    序號

    產品名稱

    數量

    主要參數指標

    1

    ProCAST界面核心模塊

    VTS-E-01 Visual Core (1)  g

    1

    用于支持圖形界面

    2

    ProCAST前處理器

    VTS-E-45 Visual-Cast

    1

    前處理模塊,用于工藝參數、界面及邊界條件設置及與仿真過程控制相關的模擬參數設置。

    3

    ProCAST后處理器

    VTS-E-30 Visual-Viewer for Casting

    1

    后處理模塊,主要進行結果分析,可以進行云圖、曲線、切片顯示、等值面等結果分析功能,同時還可以很方便得進行圖片、動畫的生成。

    4

    ProCAST網格劃分工具

    VTS-E-02 Visual-Mesh for Casting

    1

    網格劃分模塊,用于對求解區域進行網格離散,具體實現2D/3D網格劃分,從網格種類上,可實現結構及非結構網格劃分。

    5

    ProCAST熱并行求解器

    PRO-S-35 ProCAST DMP Thermal solver

    1

    溫度場求解器,鑄造充型、凝固過程中溫度變化情況

    6

    ProCAST流動并行求解器PRO-S-36- PRO-S-36 ProCAST DMP Flow solver

    1

    流場求解器,計算流場的速度、壓力、湍流、自由液面、氧化夾渣、充型時間裹氣、氣孔等

     


    2.2 ProCAST2019產品技術服務范圍

    序號

    服務類別

    主要服務內容

    投入人/

    1

    ProCAST軟件總體概述、MESH

    ProCAST功能介紹

    ProCAST軟件安裝、調試;license管理

    仿真流程介紹

    介紹新MESH工具-Visual MESH

    簡單模型的模擬過程演示

    復雜模型的模型處理:

    VE環境下面生成

    模型裝配

    模型剪切等

    網格劃分:

    面網格劃分

    面網格簡單修復

    體網格劃分

    1

    2

    復雜模型網格劃分、砂型重力鑄造

    面網格手工修復方法:

    NODE的移動/合并

    面網格生成技巧(減少網格數量)

    重力鑄造工藝仿真流程及方法介紹:

    材料參數計算、設置;

    邊界條件設置

    初始條件設置

    仿真控制參數設置

    1

    3

    結果查看、低壓鑄造介紹

    復習重力鑄工藝仿真流程

    仿真結果查看、分析:

    充型、凝固結果說明;

    切片、X-RAY等查看方法介紹;

    曲線、圖片、動畫輸出;

    低壓鑄造工藝仿真流程及方法介紹:

    循環過程計算

    狀態(溫度、速度等)抽取方法

    模具循環過程溫度場計算介紹:

    界面換熱設置方法

    循環參數設置方法

    1

    4

    低壓鑄造

    低壓鑄造工藝仿真

    模具溫度場抽取方法

    壓力曲線設置方法

    材料計算等

    工廠零件-導航培訓:

    模具循環參數設置

    澆注過程參數設置

    1

    5

    低壓鑄造仿真結果查看、答疑

    復習重力鑄工藝仿真流程

    仿真結果查看、分析:

    充型、凝固結果說明;

    切片、X-RAY等查看方法介紹;

    曲線、圖片、動畫輸出;

    1

     


    2.3 ProCAST2019技術功能說明

    序號

    技術條款

    1

    *ProCAST軟件采用有限元算法對鑄造過程中的流場、溫度場、等進行分析,并能夠實現場耦合計算,除此之外軟件需要具備強大的熱處理分析功能。軟件可以對以下鑄造工藝方式進行仿真:重力鑄造、傾轉鑄造、低壓鑄造、高壓鑄造、差壓鑄造等。鑄件材料可以是鑄銅、鑄鋼、鑄鋁等。

    2

    *材料數據庫ProCAST軟件應具有常用鑄造材料(鑄鋼、鑄鋁、鑄銅等)、模型材料(砂型、金屬型、保溫冒口、發熱冒口、過濾網)、傳熱系數等數據庫。軟件具有傳熱數據庫,如:空氣、水、油、常用淬火油等屬性數據。且支持數據庫的編輯、創建添加。

    3

    *沖型分析ProCAST軟件具有沖型過程模擬功能,能進行流動場與溫度場的耦合分析,預測充型過程中的速度場、溫度場的分布,并能預報沖砂、卷氣、二次氧化渣追蹤、冷隔、澆不足等鑄造缺陷。

    4

    *熱分析ProCAST軟件具有凝固過程分析功能,能進行凝固過程的溫度場分析,預測鑄件鑄型在凝固過程的溫度場分布,并能預報縮松、縮孔、粘砂等缺陷;局部熱節預測,熱模數計算。通過凝固溫度場計算,系統可單獨顯示鑄件局部熱節模數值大小,為冒口計算與放置提供數據。軟件具有縮松、縮孔等缺陷的定量預測,定量模擬縮孔縮松的形成過程、位置、形狀和大小。

    可根據現場實際情況和模擬結果的反復對比,調整得到合適的判據值大小,以對應不同級別的探傷要求。

    5

    ProCAST軟件具有強大的幾何模型接口,應具備UG三維造型軟件專用接口,同時可以支持IGS 、 STL等通用格式導入,并且也支持如ANSYS ABAQUS IDEAS等其他軟件生成的網格文件讀取。

    6

    ProCAST軟件能夠按設置自動劃分網、可以對零件局部進行網格細劃,顯示網格缺陷,并自動修復,幾何特征表達清晰,薄壁、曲面等復雜形狀不允許有較大失真,網格數量僅受硬件限制。

    7

    為進行后零件強度校驗和結構優化,軟件的仿真結果(溫度場、縮孔縮松缺陷、機械性能等)可以輸出成ANSYS、NASTRAN 、VPS等通用結構分析軟件能識別的格式文件。

    8

    ProCAST軟件可為流動、溫度、液相分布構造二維、三維圖、色標圖,為速度、溫度梯度構造矢量分布圖,可以任意選擇多個部位構造多點溫度曲線。

    9

    ProCAST軟件具有鑄件重量計算、鑄件模數計算等輔助計算功能。

    10

    ProCAST軟件具有快速的模擬分析過程、結果顯示功能,能夠快速顯示流動分析的速度場、溫度場和凝固分析的液相分布、鑄件色溫、鑄型色溫等。

    11

    ProCAST軟件具有動畫合成、動畫分解、動畫播放功能。

    12

    ProCAST軟件應支持包括LINUX、WINDOWS等在內的主流操作系統,許可證可以在內部局域網上浮動使用。

    13

    ProCAST軟件能夠按照自定義格式自動生成分析報告,包括:模擬分析內容、模擬分析結果等內容。

    14

    ProCAST對圖形可任意比例縮放、旋轉、剖切,可顯示局剖、斷面,可透視。

    15

    *ProCAST軟件支持4核DMP并行計算功能。

    16

    *現場安裝調試,以及客戶現場軟件操作使用技術培訓。

    17

    *提供從安裝驗收合格日起1年免費升級服務。

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