ProCAST是一款使用有限元方法(FEM)的鑄造仿真軟件?？梢詫?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)的模型來模擬氣孔位置，該模型通過計(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具備獨(dú)特的熱、流動(dòng)及應(yīng)力耦合分析能力，并且，這種完全的耦合分析可以同時(shí)在同一網(wǎng)格上進(jìn)行。ProCAST能夠檢查充型過程中產(chǎn)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(yīng)力和扭曲變形等當(dāng)前工業(yè)用戶關(guān)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(dòng)計(jì)算相應(yīng)的微觀組織及性能預(yù)測(cè)。如：可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(jì)算結(jié)果。耦合微觀組織模塊計(jì)算鑄鐵件的致密度缺陷。同時(shí)可以基于相成分來預(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。在這種熔模鑄造過程中，鑄件和冷鐵接觸的地方，合金以很細(xì)的晶粒開始凝固。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)。極端的情況是，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)算凝固過程中晶粒結(jié)構(gòu)的變化，被很多高端工業(yè)用戶用來控制鑄造條件，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)界的稱為CAFE模塊。

縮孔縮松

大多數(shù)模擬軟件局限于通過識(shí)別孤立液相區(qū)來預(yù)測(cè)縮孔，這種簡(jiǎn)化的方法沒有考慮氣孔的影響。

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)展了鑄造人士探索并理解鑄造工藝條件、合金度和縮孔縮松預(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)使用了新的動(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)找到優(yōu)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Visual-OPT可以自動(dòng)找出優(yōu)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Visual-OPT可以自動(dòng)找出優(yōu)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，如縮孔小化，氧化夾渣小化、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是成本低，經(jīng)濟(jì)性好的工具。

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。通過優(yōu)化算法，經(jīng)過很少的幾次計(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，很容易就能確定安全的工藝參數(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)置鑄造仿真過程中的多個(gè)階段，如鑄型的移除、澆注系統(tǒng)清以及鑄型移除后的鑄件加熱和冷卻過程。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 真空下的凝固過程，擁有的輻射換熱求解器。

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)鍵因素在于優(yōu)化澆注系統(tǒng)以及消可能的縮孔區(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)全過程進(jìn)行模擬，包括壓室內(nèi)的金屬液注入，多級(jí)壓射過程等。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模型區(qū)域;2、非穩(wěn)態(tài)模擬，瞬態(tài)模擬，模型隨鑄造過程延伸，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軟件具有的物理模型，處理消失背后的復(fù)雜過程。

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開發(fā)了模型來解決這類問題。

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)合開發(fā)。

ProCAST制芯工藝模塊能夠的預(yù)測(cè)射砂過程和氣體缺陷，包括不完全填充，抵抗壓強(qiáng)度和低硬度區(qū)域。