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(wǎng)格上進行。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、殘余應力和扭曲變形等當前工業(yè)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希望控制的鑄造參數(shù)。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(qū)域，晶粒結晶方向優(yōu)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(yè)用戶用來控制鑄造條件，優(yōu)化零部件性能。ProCAST將有限元熱流計算與CA（CellularAutomation）模型進行耦合，因此ProCAST的晶粒組織模塊常被工業(yè)界的專家稱為CAFE模塊。

**縮孔縮松

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

ProCAST是個基于物理方法實現(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測。糊狀區(qū)域的流動計算以及基于達西方程（Darcy,se）的相關壓降。另外，ProCAST具備一個聯(lián)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。ProCAST的DMP解決方案（內存分布式并行計算）使用了新的動態(tài)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Linux和Windows平臺。為了模擬金屬鑄造中實際的工業(yè)條件，ProCAST提供了熱循環(huán)模擬以達到模具的穩(wěn)定溫度狀態(tài)，若采用并行計算可在數(shù)分鐘內完成求解。 

優(yōu)化計算

優(yōu)化就是自動找到優(yōu)的條件（如工藝設計方案及參數(shù)）以達到設計目標（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。

設計優(yōu)化

通過Visual-OPT可以自動找出優(yōu)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(shù)優(yōu)化

通過Visual-OPT可以自動找出優(yōu)的工藝參數(shù)：

澆注溫度、澆注速度、模具溫度

對于客戶的要求，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。。。相對于傳統(tǒng)的“試錯法”，Visual-OPT是成本低，經(jīng)濟性好的工具。

工藝穩(wěn)定性及實驗設計

作為鑄造工程師還必須要評估工藝穩(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)過很少的幾次計算（基于隨機方法）就能得到縮孔缺陷與這些工藝參數(shù)之間的關系。例如，使用Visual-OPT的這個功能，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，能夠引導使用者快速地、準確地完成參數(shù)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(huán)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(yōu)化流程模板，在后序的開發(fā)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(tǒng)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(wǎng)格可以自動生成模殼及保溫層網(wǎng)格，能夠設置保溫層網(wǎng)格為各向異性，從而隨時調節(jié)厚度參數(shù)而不需要重新生成網(wǎng)格。針對高溫合金 真空下的凝固過程，擁有的輻射換熱求解器。

 低壓金屬型/砂型鑄造真實復現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)條件，實現(xiàn)模具溫度的多次模擬直至穩(wěn)定狀態(tài)。在此條件下進行鑄件充型/凝固過程的仿真計算，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）

對于重力鑄造而言，關鍵因素在于如何優(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(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設備密切相關，ProCAST軟件可以就高壓鑄造生產(chǎn)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(shù)據(jù)庫，可根據(jù)實際鑄造工藝與鑄件參數(shù)，分析PQ2圖，確定工藝窗口，結合模擬效果，優(yōu)化相關參數(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連鑄工藝進行模擬：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-Mixedlagrangian –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，處理消失背后的復雜過程。

半固態(tài)鑄造

當一種半固態(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，流動性就會增加，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)。

ProCAAST制芯工藝模塊能夠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(qū)域。