ProCAST軟件在鑄造模擬中的應(yīng)用

摘 要：鑄造模擬軟件ProCAST是為評價和優(yōu)化鑄造工藝，而由美國開發(fā)的基于有限元技術(shù)的專業(yè)CAE系統(tǒng)，它為鑄造工程師在鑄造工藝中遇到的困難提供了新的解決方法，它擁有功能強(qiáng)大的自動網(wǎng)格剖分功能，鑄造工程師用ProCAST軟件能夠直觀地展現(xiàn)鑄件在凝固過程中的流動場、溫度場和應(yīng)力場進(jìn)行仿真模擬，優(yōu)化鑄造工藝參數(shù)和工藝方案，同時預(yù)測縮孔縮松缺陷等。

關(guān)鍵詞：ProCAST鑄造模擬；網(wǎng)格劃分；縮孔縮松；縮孔縮松

中圖分類號：TP391.7

ProCAST是由美國ESI公司開發(fā)的基于有限元技術(shù)的專業(yè)鑄造模擬軟件，它為鑄造工程師優(yōu)化鑄造產(chǎn)品質(zhì)量與鑄造工藝解決了新的途徑，ProCAST能為鑄造工程師提供鑄件在形成過程中流動場、溫度場及應(yīng)力場進(jìn)行模擬分析并預(yù)測鑄件的質(zhì)量，優(yōu)化鑄造工藝方案。ProCAST能夠模擬鑄造過程中的流動過程，精確地顯示澆不足、冷隔、夾氣，預(yù)測縮孔、縮松和鑄造過程中微觀組織的動態(tài)變化移。

本文針對某鑄件，用ProCAST模擬軟件對該鑄件凝固過程進(jìn)行了凝固模擬，預(yù)測該鑄件可能出現(xiàn)的缺陷，從而針對該缺陷來用SolidWorks造型軟件來對該鑄造模擬系統(tǒng)進(jìn)行修改，再次運用鑄造模擬軟件對修改后的系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，直至模擬結(jié)果滿足鑄造工藝的需求，ProCAST對鑄件進(jìn)行數(shù)值模擬的流程如下：

1 ProCAST軟件模塊組成

ProCAST鑄造模擬軟件主要由MeshCAST模塊、PreCAST模塊、DataCAST模塊、ProCAST模塊、VisualCASt模塊和Status模塊構(gòu)成。

1.1 ProCAST文件讀入。ProCAST鑄造模擬模擬軟件提供了三種接口方式，用來實現(xiàn)與其它建模軟件的連接。第一種是采用如SolidWorks、Pro/E、AnSys等其它建模軟件先繪制鑄件與澆注系統(tǒng)，再保存為ProCAST能夠接收的通用文件格式，導(dǎo)入到MeshCAST模塊進(jìn)行面網(wǎng)格、體網(wǎng)格的劃分，然后再進(jìn)行軟件的后續(xù)工作。第二種是采用其它建模軟件建模后，用建模軟件對鑄件等進(jìn)行面網(wǎng)格劃分，然后導(dǎo)入到MeshCAST模塊進(jìn)行體網(wǎng)格劃分，然后再進(jìn)行軟件的后續(xù)工作。第三種是采用建模軟件對鑄件等進(jìn)行面網(wǎng)格和體網(wǎng)格的劃分，然后導(dǎo)入到PreCAST模塊進(jìn)行模擬的后續(xù)工作[1-2]。

1.2 PreCAST模塊和ProCAST模塊。PreCAST模塊的工作流程：首先導(dǎo)入后綴為.mesh的體網(wǎng)格文件，然后依次進(jìn)行材料設(shè)置Material、鑄型中各個組件之間界面條件的設(shè)置Interface、邊界條件設(shè)置Boundary、工作環(huán)境設(shè)置Process、初始條件設(shè)置Intital Condition、運行參數(shù)設(shè)置Run parameters等，退出PreCAST模塊時會自動保存為后綴為d.dat文件和p.dat文件。DataCAST將PreCAST中的設(shè)置編譯形成計算文件，ProCAST調(diào)用該計算軟件進(jìn)行運算。

1.3 ViewCAST模塊。ViewCAST模塊是ProCAST的后處理器。它可以將計算結(jié)果可視化，供用戶觀察并分析計算結(jié)果。

2 應(yīng)用

圖2是用SolidWorks軟件繪制的砂箱、冒口、鑄件及冷鐵等的三維模型。首先，用MeshCAST模塊對其模型進(jìn)行面網(wǎng)格和體網(wǎng)格劃分如圖3。其次，對該模型中的表面條件、邊界條件、初始條件進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)定如圖4。最后，對模擬結(jié)果進(jìn)行分析如圖5和圖6.

3 結(jié)束語

用鑄造模擬軟件ProCAST能夠直觀地展現(xiàn)鑄件充型凝固的溫度場分布，金屬液流動過程，溫度梯度分布及縮孔縮松等。針對模擬結(jié)果出現(xiàn)的問題，修改鑄造工藝設(shè)計的三維模型，進(jìn)行鑄造工藝的優(yōu)化，可以提高鑄件的質(zhì)量，縮短鑄件的研制周期，提高鑄造工藝的出品率，降低鑄造工藝的成本[3]。

參考文獻(xiàn)：

[1]王寶順.曲面建模在ProCAST網(wǎng)格劃分中的應(yīng)用[J].鑄造技術(shù)，2009（30）：926-928.

[2]趙云龍.前后處理軟件與ProCAST軟件接口方式的研究[J].沈陽理工大學(xué)學(xué)報，2006（25）：19-21.

[3]胡紅軍.ProCAST軟件在鑄造凝固模擬中的應(yīng)用[J].材料科學(xué)與工藝，2006（14）：293-295.

[4]候華.鑄造過程的計算機(jī)模擬[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[5]李日.鑄造工藝仿真ProCASRT從入門到精通[M].北京：中國水利水電出版社，2010.

作者單位：蘭州工業(yè)學(xué)院 材料工程學(xué)院，蘭州 730050