铸造过程仿真 ProcastTM 软件介绍

HEATS 发表于 2010-9-12 18:23:49

作为铸造设计的重要工具，ProcastTM能够帮助你快速形象地在计算机上显示出你的设计结果， 从而消除昂贵的反复尝试试验。      ProcastTM可以模拟金属的流动过程，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.引言      作为ProcastTM软件的开发公司，美国UES软件公司从1985年就已经开始将最先进的有限元技术用在铸造模拟中的应有领域。UES软件公司有六个子公司和遍布全球的销售服务网络，是你提高业绩的可靠合作伙伴。      ProcastTM是有效提高铸造工艺的正确选择。它可以提供新的途经来解决铸造实际过程中遇到的困难。                      在所有铸造软件包中，ProcastTM是现代CAD/CAE集成化程度最高的。它使用先进的有限元技术,同时拥有功能强大的能直接利用三维CAD设计进行完全自动网格划分的软件MeshcastTM。      * 全部模块化设计适合任何铸造过程的模拟；      * 是唯一能对铸造过程进行完全耦合的传热-流动-应力分析的有限元软件；      * 高度集成于CAD/CAE有限元；      * 自1988年以来一直保持技术领先。      2.适用范围       由于采用了标准化的、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。它可以用来研究设计结果，例如浇注系统、通气孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。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。       ProcastTM开发组集合了冶金、铸造、物理、计算力学、流体力学和计算机等多学科的专家，不断扩充已被工业验证的材料数据库。这些数据库用户自己也可以更新和扩展。      * 砂型铸造、消失模铸造;      * 高压、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、触变成型、流变铸造。      除了基本的材料数据库外，ProcastTM还拥有基本合金系统的热力学数据库。这个独特的数据库使得用户可以直接输入化学成分，从而自动产生诸如液相线温度、固相线温度、潜热、比热和固相率的变化等热力学参数。此数据库由英国的ThermoTech公司开发。      ProcastTM可以用来模拟任何合金，从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金，以及非传统合金和聚合体。      3.模拟分析能力      ProcastTM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，从而产生新的设计方案。ProcastTM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。      4.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。ProcastTM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ProcastTM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和绝热保温冒口的使用。在压铸中，ProcastTM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。      5.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，ProcastTM可以模拟凝固和随后冷却过程中产生的裂纹。在真正的生产在前，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。      6.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机械性能。ProcastTM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。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。      7.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那将影响铸件的质量。ProcastTM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。      8.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。ProcastTM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。      在压铸过程中压铸模达到稳定温度所需的循环次数可以通过数值模拟来优化砂铸中充型过程中热和流动的耦合计算模拟。       9.压铸模寿命      热循环疲劳导致降低压铸模的使用寿命。ProcastTM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。      10.工艺开发和优化　       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。ProcastTM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。      11.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。ProcastTM可以让铸造工程师快速检查每个参数的影响，从而确定为了得到可重复的、连续平稳生产的参数范围。      12.分析模块      ProcastTM共有8个模块，其中包括MeshcastTM。用户可以比较灵活地租用或购买这些模块。实际上所有模块都已同时安装了，只是其它没有选择的模块被上锁罢了。对于普通用户，ProcastTM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。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。      标准模块：        * 基本模块（传热分析模块）        * 流体分析模块      附加模块：        * 应力分析模块        * 辐射分析模块      高级模块：        * 晶粒结构分析模块        * 微观组织分析模块      工具模块：        * 网格生成模块 MeshcastTM        * 反向求解模块      13.基本模块(传热分析模块)　      本模块进行传热计算并包括ProcastTM的所有前后处理功能。传热包括导热、对流换热和辐射换热。使用热焓方程式计算液相和固相转变过程中的潜热。      ProcastTM的前处理用于设定各种初始和边界条件。可以准确设定所有已知的铸造工艺的边界和初始条件。边界条件可以是常数，或者是时间或温度的函数。ProcastTM的后处理功能既强大又灵活。与其它模拟软件一样，它可以显示温度、压力和速度场，但又同时可以将这些信息与应力和变形的信息集于一体。不仅如此，ProcastTM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Niyama判据进行评估。      简单的热应力分析计算可以说明一些基本的特性，例如：气隙的形成和应力集中,除了可以读入从MeshcastTM产生的网格外，ProcastTM也可以直接使用其它商业软件如I-DEAS、Patran或ANSYS产生的网格。用同样的文件格式，ProcastTM的结果也可以输出到其它CAE软件包中去。      14..流体分析模块      流体分析模块可以模拟所有包括充型在内的液体和固体流动的效应。ProcastTM通过完全的Navier-Stocks流动方程对流体流动和传热进行耦合计算。本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。也可以模拟注塑过程。      15.应力分析模块      本模块可以进行完全的热、流动和应力的耦合计算。可以显示由于铸件变形而产生的铸件和模型的间隙。更可进一步确定由于这种间隙的出现而影响到的铸件冷却时间和模型中热节的产生。本模块包含多个描述材料机械性能的模型。可以对铸件或模进行弹性、弹塑性或弹粘塑性中任何一个或几个组合设定。      16.辐射分析模块      本模块大大加强了基本模块中关于辐射计算的功能。专门用于精确处理熔模铸造过程热辐射的计算。特别适用于高温合金例如铁基或镍基合金。此模块被广泛用于涡轮叶片的生产模拟。由于在辐射计算时考虑了视角因子和影印效应等，一旦部件之间有相互运动视角因子将重新自动进行计算。      17.晶粒组织结构模块      本模块用于精确的冶金分析。ProcastTM使用最新的晶粒结构分析预测模型进行柱状晶和轴状晶的生核与长大的计算。一旦液体中的过冷度达到一定程度，随机模型就会确定新的晶粒的位置和晶粒的取向。可以用来确定工艺参数对晶粒形貌和柱状晶到轴状晶的转变的影响。      18.微观组织模块      本模块专门用于满足铸铁、铸钢件生产的需要。它能够定性和定量地计算固相转变。通过微观组织模型计算各相如奥氏体、铁素体、渗炭体和珠光体的成分、多少以及相应的潜热释放。      19.网格生成模块MeshcastTM      MeshcastTM自动产生有限元网格。这个模块与商业化CAD软件的连接是天衣无缝的。它可以读入标准的CAD文件格式如IGES、Step、STL或者Parsolids。同时还可以读诸如I-DEAS或Patran格式的表面或三维体网格。MeshcastTM同时拥有独一无二的其它性能，例如初级CAD工具、高级修复工具、不一致网格的生成和壳型网格的生成等。      20.反算求解模块      本模块适用于科研或高级模拟计算之用。通过反算求解可以确定边界条件和材料的热物理性能。虽然ProcastTM提供了一系列可靠的边界条件和材料的热物理性能，但有时模拟计算对这些数据有更高的精度要求，这时反算求解可以利用实际的测试温度数据来确定边界条件和材料的热物理性能。        * 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

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