ProCAST.熔模铸造过程数值模拟精品.pdfVIP

熔模铸造过程数值模拟 —国外精铸技术进展述评 北京航空航天大学 陈 冰 20 世纪 90 年代以来，国外一大批商业化铸造过程数值模拟软件的出现，标志着此项技术已完 全成熟并进入实用化阶段，有相当一部分已成功地用于熔模铸造。其中，AFSolid (3D) （美国）, PASSAGF/POWERCAST （美国）、MAGMA （德国）、PAM-CAST （法国）、ProCAST （美国）等 最具代表性。尤其值得一提的是由美国 UES 公司开发的 ProCAST ，和美国铸造师协会(American Foundrymens Society)开发的 AFSolid(3D) ，它们代表了二种不同类型的软件系统。 一. 熔模精密铸造过程数值模拟的佼佼者——ProCAST 早在 1985 年，美国UES Software Co.便以工程工作站/Unix为开发平台，着手开发ProCAST[1] 。 为了保证模拟结果的准确性，ProCAST一开始就采用有限元方法(FEM)作为模拟的核心技术。自 1987 年起，开发用于熔模铸造（精铸）的专业模块。1990 年后，位于瑞士洛桑的Calcom SA和瑞士联邦 科技研究院也参加ProCAST部分模块的开发工作。2002 年，UES Software和Calcom SA先后加盟ESI 集团（法国）。通过联合，ESI集团在虚拟制造领域的领先地位进一步增强。 现在，ProCAST也有微机/Windows或Windows NT版本。三维几何造型模块支持IGES、STEP、STL 或Parasolids等标准的CAD文件格式。Meshcast模块能自动生成有限元网格。它的凝固分析模块可以 准确计算和显示合金液在凝固过程的温度场、凝固时间，以及固相率变化，同时，从孤立液相区、 缩孔／缩松体积分数、缩孔／缩松Nyiama （新山英辅）判据等三方面，帮助铸造工程师分析判断缩 [2] 。针对熔模铸造热壳浇注的特点，ProCAST传热分析模 孔／缩松产生的可能性和具体位置(见图 1) 块考虑到热辐射对温度场和铸件凝固过程的影响, 这对于经常需要处理热辐射问题的熔模铸造而言 特别重要。例如，对不锈钢人体植入物的凝固过程进行模拟时，发现位于模组中部的铸件由于接收 到的辐射热比周边铸件多，因而温度偏高，不利于铸件顺序凝固，容易产生缩孔、缩松[1] 。特别值 得一提的是，ProCAST特有的辐射分析模块，计及辐射线入射角和遮挡物的影响，模拟对象一旦因 相互运动导致辐射线入射角改变或产生遮挡, 该软件将重新自动进行计算，特别适用于定向凝固和 单晶铸造。 a) 孤立液相区 b) 缩孔／缩松体积分数 c) Nyiama （新山英辅）判据 图 1 ProCAST 缩孔／缩松判据 84 图2 热辐射对模组温度场的影响 图3 流场与温度场耦合计算 自1992 年起，ProCAST 的流动分析模块便能通过Navier-Stocks流动方程进行流场计算，同时与 传热过程耦合( 图3) [2] 。不仅模拟金属液的充型过程和状态，同时还将温度场变化显示出来，预测冷 隔和浇不到等铸造缺陷( 图4) [2] 。此外，它还可以模拟流体通过多孔介质(例如陶瓷过滤器) 的流动状 态，预测放置过滤器后可能出现的倒流、噎流等现象( 图5) 。此外，流动分析模块中，可以对诸如精