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。可以對(duì)包括考慮角度因子的熱輻射在內(nèi)的熱傳導(dǎo)（熱對(duì)流），包括鑄型填充的流體流動(dòng)以及全耦合溫度場(chǎng)計(jì)算（熱力學(xué)）的應(yīng)力進(jìn)行模擬。 此外，軟件還可以進(jìn)行微觀組織、熱處理、晶粒結(jié)構(gòu)和縮孔縮松等模擬。
功能介紹
縮孔
通過(guò)ProCAST的標(biāo)準(zhǔn)求解器可以計(jì)算出宏觀縮孔的位置。ProCAST還具備一個(gè)更精細(xì)的模型來(lái)模擬氣孔位置，該模型通過(guò)精確計(jì)算枝晶收縮和氣體含量模擬出氣孔位置
應(yīng)力分布與變形
ProCAST具備的熱、流動(dòng)及應(yīng)力耦合分析能力，并且，這種的耦合分析可以同時(shí)在同一網(wǎng)格上進(jìn)行。ProCAST能夠檢查充型過(guò)程中產(chǎn)生的熱沖擊，以及凝固過(guò)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(yīng)力和扭曲變形等當(dāng)前工業(yè)用戶關(guān)心的主要問(wèn)題。
微觀組織及性能
基于合金成分的不同，軟件自動(dòng)計(jì)算相應(yīng)的微觀組織及性能預(yù)測(cè)。如：可精確的考慮球鐵類鑄件的石墨化膨脹問(wèn)題，從而獲得有意義的模擬計(jì)算結(jié)果。耦合微觀組織模塊精確計(jì)算鑄鐵件的致密度缺陷。同時(shí)可以基于相成分來(lái)預(yù)測(cè)鑄件的強(qiáng)度、硬度、延展率等性能。
CAFE晶粒形貌
鑄件的晶粒組織結(jié)構(gòu)是冶金學(xué)家最希望控制的鑄造參數(shù)。典型的案例是運(yùn)用定向凝固的方法制造的燃?xì)鉁u輪葉片。在這種熔模鑄造過(guò)程中，鑄件和冷鐵接觸的地方，合金以很細(xì)的晶粒開(kāi)始凝固。在這個(gè)等軸晶粒區(qū)域，晶粒結(jié)晶方向優(yōu)先按照熱流方向生長(zhǎng)，抑制了其它方向晶粒的生長(zhǎng)。的情況是，在需要單晶的特殊應(yīng)用場(chǎng)合，在嚴(yán)格控制的凝固條件下，使一個(gè)晶核生長(zhǎng)成整個(gè)單晶零件。
ProCAST可以計(jì)算凝固過(guò)程中晶粒結(jié)構(gòu)的變化，被很多工業(yè)用戶用來(lái)控制鑄造條件，優(yōu)化零部件性能。ProCAST將有限元熱流計(jì)算與CA（Cellular Automation）模型進(jìn)行耦合，因此ProCAST的晶粒組織模塊常被工業(yè)界的專家稱為CAFE模塊。
高級(jí)縮孔縮松
大多數(shù)模擬軟件局限于通過(guò)識(shí)別孤立液相區(qū)來(lái)預(yù)測(cè)縮孔，這種簡(jiǎn)化的方法沒(méi)有考慮氣孔的影響。
ProCAST是個(gè)基于物理方法實(shí)現(xiàn)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(yù)測(cè)。糊狀區(qū)域的流動(dòng)計(jì)算以及基于達(dá)西方程（Darcy,s equation）的相關(guān)壓降。另外，ProCAST具備一個(gè)聯(lián)合考慮溶解度和微孔形核長(zhǎng)大的氣體偏析模型。這種綜合的處理方法擴(kuò)展了鑄造專業(yè)人士探索并理解鑄造工藝條件、合金純度和縮孔縮松預(yù)測(cè)之間的復(fù)雜相互關(guān)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(jì)算。ProCAST的DMP解決方案（內(nèi)存分布式并行計(jì)算）使用了的動(dòng)態(tài)體劃分和信息通訊技術(shù)。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(yīng)力計(jì)算、微觀組織結(jié)構(gòu)計(jì)算，并且使用于Linux和Windows平臺(tái)。為了模擬金屬鑄造中實(shí)際的工業(yè)條件，ProCAST提供了熱循環(huán)模擬以達(dá)到模具的穩(wěn)定溫度狀態(tài)，若采用并行計(jì)算可在數(shù)分鐘內(nèi)完成求解。
優(yōu)化計(jì)算
優(yōu)化就是自動(dòng)找到的條件（如工藝設(shè)計(jì)方案及參數(shù)）以達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)（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(shè)計(jì)優(yōu)化
通過(guò)Visual-OPT可以自動(dòng)找出的設(shè)計(jì)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(shù)優(yōu)化
通過(guò)Visual-OPT可以自動(dòng)找出的工藝參數(shù)：
澆注溫度、澆注速度、模具溫度
對(duì)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(chǎn)生裹氣等等。。。相對(duì)于傳統(tǒng)的“試錯(cuò)法”，Visual-OPT是成本，經(jīng)濟(jì)性工具。
工藝穩(wěn)定性及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
作為鑄造工程師還必須要評(píng)估工藝穩(wěn)定性及各工藝參數(shù)的影響，如澆注溫度、模具溫度等。通過(guò)優(yōu)化算法，經(jīng)過(guò)很少的幾次計(jì)算（基于隨機(jī)方法）就能得到縮孔缺陷與這些工藝參數(shù)之間的關(guān)系。例如，使用Visual-OPT的這個(gè)功能，用戶可以根據(jù)零件的縮孔敏感性，很容易就能確定的工藝參數(shù)值。
流程模板
在VE環(huán)境中按工藝劃分提供Workflow功能，能夠引導(dǎo)使用者快速地、準(zhǔn)確地完成參數(shù)設(shè)置。流程化設(shè)置能夠有效提高設(shè)置效率，同時(shí)降低設(shè)置的出錯(cuò)率。目前VE環(huán)境中針對(duì)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(jī)選擇流程模板和優(yōu)化流程模板，在后序的開(kāi)發(fā)中還會(huì)相應(yīng)的增加其他流程模板。
多工序流程
針對(duì)一般工藝加強(qiáng)了多階段流程模板，這種流程模板可以一次性設(shè)置鑄造仿真過(guò)程中的多個(gè)階段，如鑄型的移除、澆注系統(tǒng)清除以及鑄型移除后的鑄件加熱和冷卻過(guò)程。設(shè)置完成提交計(jì)算時(shí)，軟件可自動(dòng)生成所需的計(jì)算文件。
ProCAST工藝應(yīng)用
熔模精密鑄造
ProCAST基于有限元網(wǎng)格可以自動(dòng)生成模殼及保溫層網(wǎng)格，能夠設(shè)置保溫層網(wǎng)格為各向異性，從而隨時(shí)調(diào)節(jié)厚度參數(shù)而不需要重新生成網(wǎng)格。針對(duì)高溫合金 真空下的凝固過(guò)程，擁有專業(yè)的輻射換熱求解器。
低壓金屬型/砂型鑄造
真實(shí)復(fù)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)條件，實(shí)現(xiàn)模具溫度的多次模擬直至穩(wěn)定狀態(tài)。在此條件下進(jìn)行鑄件充型/凝固過(guò)程的仿真計(jì)算，優(yōu)化工藝參數(shù)，減少試制，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期。
重力鑄造（砂型，金屬型，傾轉(zhuǎn)）
對(duì)于重力鑄造而言，關(guān)鍵因素在于如何優(yōu)化澆注系統(tǒng)以及如何消除可能的縮孔區(qū)域。ProCAST可以進(jìn)行澆注，凝固，應(yīng)力及微觀組織的模擬，將工藝人員的設(shè)計(jì)方案在計(jì)算機(jī)上復(fù)現(xiàn)，幫助判定其可執(zhí)行性。
高壓鑄造
高壓鑄造過(guò)程與模具及壓鑄機(jī)設(shè)備密切相關(guān)，ProCAST軟件可以就高壓鑄造生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行模擬，包括壓室內(nèi)的金屬液注入，多級(jí)壓射過(guò)程等。同時(shí)擁有壓鑄機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)，可根據(jù)實(shí)際鑄造工藝與鑄件參數(shù)，分析PQ2圖，確定工藝窗口，結(jié)合模擬效果，優(yōu)化相關(guān)參數(shù)。
離心鑄造
ProCAST軟件具有專業(yè)的立式離心鑄造仿真模塊，求解不同離心轉(zhuǎn)速參數(shù)下，鑄件的充型及凝固過(guò)程。
連續(xù)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(guò)兩種方式對(duì)連鑄工藝進(jìn)行模擬：1、穩(wěn)態(tài)模擬，固定模型，固態(tài)金屬以鑄造速度穿過(guò)模型區(qū)域；2、非穩(wěn)態(tài)模擬，瞬態(tài)模擬，模型隨鑄造過(guò)程延伸，該區(qū)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(qū)域和產(chǎn)生的壓力對(duì)充型過(guò)程的影響，以及燃燒后產(chǎn)生的氣體與砂的滲透作用。ProCAST軟件具有專業(yè)的物理模型，精確處理消失背后的復(fù)雜過(guò)程。
半固態(tài)鑄造
當(dāng)一種半固態(tài)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(dòng)性就會(huì)增加，ProCAST開(kāi)發(fā)了專業(yè)模型來(lái)解決這類問(wèn)題。
射砂制芯
射砂制芯模塊是ESI GROUP 與Asland，CTI,CTIF,IMFT,Infun，Laempa，Teksid和Weir鑄造廠聯(lián)合開(kāi)發(fā)。
ProCAST制芯工藝模塊能夠精確的預(yù)測(cè)射砂過(guò)程和氣體缺陷，包括不填充，抵抗壓強(qiáng)度和低硬度區(qū)域。
QuikCAST 聚焦于鑄造工的基礎(chǔ)：充型、凝固及縮孔縮松預(yù)測(cè)。ProCAST基于有限元技術(shù)，可以預(yù)測(cè)變形及殘余應(yīng)力，還可用于更多的特殊工藝，如半固態(tài)、射砂制芯、離心鑄造、消失模與連續(xù)鑄造等。2006年，ProCAST獲得了由Frost & Sullivan頒發(fā)的年度歐洲技術(shù)獎(jiǎng)。
2.1 ProCAST2019產(chǎn)品技術(shù)配置
序號(hào) | 產(chǎn)品名稱 | 數(shù)量 | 主要參數(shù)指標(biāo) |
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(shù)、界面及邊界條件設(shè)置及與仿真過(guò)程控制相關(guān)的模擬參數(shù)設(shè)置。 |
3 | ProCAST后處理器 VTS-E-30 Visual-Viewer for Casting | 1 | 后處理模塊，主要進(jìn)行結(jié)果分析，可以進(jìn)行云圖、曲線、切片顯示、等值面等結(jié)果分析功能，同時(shí)還可以很方便得進(jìn)行圖片、動(dòng)畫的生成。 |
4 | ProCAST網(wǎng)格劃分工具 VTS-E-02 Visual-Mesh for Casting | 1 | 網(wǎng)格劃分模塊，用于對(duì)求解區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格離散，具體實(shí)現(xiàn)2D/3D網(wǎng)格劃分，從網(wǎng)格種類上，可實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)及非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分。 |
5 | ProCAST熱并行求解器 PRO-S-35 ProCAST DMP Thermal solver | 1 | 溫度場(chǎng)求解器，鑄造充型、凝固過(guò)程中溫度變化情況 |
6 | ProCAST流動(dòng)并行求解器PRO-S-36- PRO-S-36 ProCAST DMP Flow solver | 1 | 流場(chǎng)求解器，計(jì)算流場(chǎng)的速度、壓力、湍流、自由液面、氧化夾渣、充型時(shí)間裹氣、氣孔等 |
2.2 ProCAST2019產(chǎn)品技術(shù)服務(wù)范圍
序號(hào) | 服務(wù)類別 | 主要服務(wù)內(nèi)容 | 投入人/天 |
1 | ProCAST軟件總體概述、MESH | ProCAST功能介紹 ProCAST軟件安裝、調(diào)試；license管理 仿真流程介紹 介紹新MESH工具-Visual MESH 簡(jiǎn)單模型的模擬過(guò)程演示 復(fù)雜模型的模型處理: VE環(huán)境下面生成 模型裝配 模型剪切等 網(wǎng)格劃分： 面網(wǎng)格劃分 面網(wǎng)格簡(jiǎn)單修復(fù) 體網(wǎng)格劃分 | 1 |
2 | 復(fù)雜模型網(wǎng)格劃分、砂型重力鑄造 | 面網(wǎng)格手工修復(fù)方法: NODE的移動(dòng)/合并 面網(wǎng)格生成技巧(減少網(wǎng)格數(shù)量) 重力鑄造工藝仿真流程及方法介紹： 材料參數(shù)計(jì)算、設(shè)置； 邊界條件設(shè)置 初始條件設(shè)置 仿真控制參數(shù)設(shè)置 | 1 |
3 | 結(jié)果查看、低壓鑄造介紹 | 復(fù)習(xí)重力鑄工藝仿真流程 仿真結(jié)果查看、分析： 充型、凝固結(jié)果說(shuō)明； 切片、X-RAY等查看方法介紹； 曲線、圖片、動(dòng)畫輸出； 低壓鑄造工藝仿真流程及方法介紹： 循環(huán)過(guò)程計(jì)算 狀態(tài)(溫度、速度等)抽取方法 模具循環(huán)過(guò)程溫度場(chǎng)計(jì)算介紹： 界面換熱設(shè)置方法 循環(huán)參數(shù)設(shè)置方法 | 1 |
4 | 低壓鑄造 | 低壓鑄造工藝仿真 模具溫度場(chǎng)抽取方法 壓力曲線設(shè)置方法 材料計(jì)算等 工廠零件-導(dǎo)航培訓(xùn)： 模具循環(huán)參數(shù)設(shè)置 澆注過(guò)程參數(shù)設(shè)置 | 1 |
5 | 低壓鑄造仿真結(jié)果查看、答疑 | 復(fù)習(xí)重力鑄工藝仿真流程 仿真結(jié)果查看、分析： 充型、凝固結(jié)果說(shuō)明； 切片、X-RAY等查看方法介紹； 曲線、圖片、動(dòng)畫輸出； | 1 |
2.3 ProCAST2019技術(shù)功能說(shuō)明
序號(hào) | 技術(shù)條款 |
1 | *ProCAST軟件采用有限元算法對(duì)鑄造過(guò)程中的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、等進(jìn)行分析，并能夠?qū)崿F(xiàn)三場(chǎng)耦合計(jì)算，除此之外軟件需要具備強(qiáng)大的熱處理分析功能。軟件可以對(duì)以下鑄造工藝方式進(jìn)行仿真：重力鑄造、傾轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)庫(kù)：ProCAST軟件應(yīng)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(fā)熱冒口、過(guò)濾網(wǎng)）、傳熱系數(shù)等數(shù)據(jù)庫(kù)。軟件具有傳熱數(shù)據(jù)庫(kù)，如：空氣、水、油、常用淬火油等屬性數(shù)據(jù)。且支持?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)的編輯、創(chuàng)建添加。 |
3 | *沖型分析：ProCAST軟件具有沖型過(guò)程模擬功能，能進(jìn)行流動(dòng)場(chǎng)與溫度場(chǎng)的耦合分析，預(yù)測(cè)充型過(guò)程中的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)的分布，并能預(yù)報(bào)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(guò)程分析功能，能進(jìn)行凝固過(guò)程的溫度場(chǎng)分析，預(yù)測(cè)鑄件鑄型在凝固過(guò)程的溫度場(chǎng)分布，并能預(yù)報(bào)縮松、縮孔、粘砂等缺陷；局部熱節(jié)預(yù)測(cè)，熱模數(shù)計(jì)算。通過(guò)凝固溫度場(chǎng)計(jì)算，系統(tǒng)可單獨(dú)顯示鑄件局部熱節(jié)模數(shù)值大小，為冒口計(jì)算與放置提供數(shù)據(jù)。軟件具有縮松、縮孔等缺陷的定量預(yù)測(cè)，定量模擬縮孔縮松的形成過(guò)程、位置、形狀和大小。 可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和模擬結(jié)果的反復(fù)對(duì)比，調(diào)整得到合適的判據(jù)值大小，以對(duì)應(yīng)不同級(jí)別的探傷要求。 |
5 | ProCAST軟件具有強(qiáng)大的幾何模型接口，應(yīng)具備UG三維造型軟件專用接口，同時(shí)可以支持IGS 、 STL等通用格式導(dǎo)入，并且也支持如ANSYS ABAQUS IDEAS等其他軟件生成的網(wǎng)格文件讀取。 |
6 | ProCAST軟件能夠按設(shè)置自動(dòng)劃分網(wǎng)格、可以對(duì)零件局部進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)劃，顯示網(wǎng)格缺陷，并自動(dòng)修復(fù)，幾何特征表達(dá)清晰，薄壁、曲面等復(fù)雜形狀不允許有較大失真，網(wǎng)格數(shù)量?jī)H受硬件限制。 |
7 | 為進(jìn)行后零件強(qiáng)度校驗(yàn)和結(jié)構(gòu)優(yōu)化，軟件的仿真結(jié)果（溫度場(chǎng)、縮孔縮松缺陷、機(jī)械性能等）可以輸出成ANSYS、NASTRAN 、VPS等通用結(jié)構(gòu)分析軟件能識(shí)別的格式文件。 |
8 | ProCAST軟件可為流動(dòng)、溫度、液相分布構(gòu)造二維、三維圖、色標(biāo)圖，為速度、溫度梯度構(gòu)造矢量分布圖，可以任意選擇多個(gè)部位構(gòu)造多點(diǎn)溫度曲線。 |
9 | ProCAST軟件具有鑄件重量計(jì)算、鑄件模數(shù)計(jì)算等輔助計(jì)算功能。 |
10 | ProCAST軟件具有快速的模擬分析過(guò)程、結(jié)果顯示功能，能夠快速顯示流動(dòng)分析的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)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(dòng)畫合成、動(dòng)畫分解、動(dòng)畫播放功能。 |
12 | ProCAST軟件應(yīng)支持包括LINUX、WINDOWS等在內(nèi)的主流操作系統(tǒng)，許可證可以在內(nèi)部局域網(wǎng)上浮動(dòng)使用。 |
13 | ProCAST軟件能夠按照自定義格式自動(dòng)生成分析報(bào)告，包括：模擬分析內(nèi)容、模擬分析結(jié)果等內(nèi)容。 |
14 | ProCAST對(duì)圖形可任意比例縮放、旋轉(zhuǎn)、剖切，可顯示局剖、斷面，可透視。 |
15 | *ProCAST軟件支持4核DMP并行計(jì)算功能。 |
16 | *現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試，以及客戶現(xiàn)場(chǎng)軟件操作使用技術(shù)培訓(xùn)。 |
17 | *提供從安裝驗(yàn)收合格日起1年免費(fèi)升級(jí)服務(wù)。 |
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