『轉(zhuǎn)貼』鑄造CAE軟件JSCAST在壓力鑄造中的應(yīng)用
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鑄造CAE軟件JSCAST在壓力鑄造中的應(yīng)用
朱金東1，村上俊彥2，大中逸雄3
1: Multi-Flow Software Co. Ltd; 2: 高力科株式會社; 3: I.E.Solutions
摘要：鑄造CAE軟件在發(fā)達(dá)國家鑄造企業(yè)中已基本普及。國內(nèi)的鑄造產(chǎn)業(yè)，由于來自產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)成本及生產(chǎn)周期的國際及國內(nèi)同行間的競爭日趨激烈，越來越多的鑄造企業(yè)已經(jīng)意識到了應(yīng)用鑄造CAE軟件的重要性。本文簡單介紹了由日本高力科公司（舊小松軟件）和日本大阪大學(xué)大中逸雄研究室聯(lián)合研發(fā)的鑄造專用CAE軟件JSCAST。并介紹了JSCAST在壓力鑄造工藝中的一些應(yīng)用實例。
關(guān)鍵詞：JSCAST, 鑄造CAE, 壓力鑄造，卷氣，背壓，鑄造缺陷
JSCAST是由日本高力科公司（舊小松軟件）和日本大阪大學(xué)大中逸雄研究室聯(lián)合研發(fā)的鑄造專用CAE軟件。第1版本的SOLDIA于1986年首次在日本國內(nèi)開始銷售，至今已有20年的研發(fā)歷史。在日本國內(nèi)，JSCAST已擁有300多家客戶（500多套安裝軟件）。在日本的客戶中，員工人數(shù)為千人以上的大型企業(yè)約占37％，中小企業(yè)占63％。按鑄造工藝劃分，重力鑄造和壓力鑄造客戶最多，各占總用戶的59％和25％，其它有低壓鑄造，精密鑄造，連鑄等。以下以壓力鑄造為例，簡單介紹JSCAST的數(shù)值計算原理及JSCAST在壓鑄設(shè)計及生產(chǎn)中的應(yīng)用實例。
1 數(shù)值解析方法簡介
JSCAST對溫度場（Fourier方程）及流場（Navier-Stokes方程和連續(xù)性方程）的數(shù)值計算，均采用直接差分法1,2)。直接差分法與有限體積法較類似。與有限差分法相比，導(dǎo)入各種物理量和適應(yīng)于各種邊界條件的柔軟性較好。與有限元法相比，其數(shù)值離散化過程更簡單且直觀。流場與溫度場的耦合，采用熱涵法，凝固過程中，潛熱的釋放處理，采用溫度恢復(fù)法1)。另外，自由表面的移動推算，采用了獨自開發(fā)的β法2,3)。JSCAST流動計算采用的主計算器在1995年倫敦召開的國際會議上，曾榮獲最佳充型流動模擬獎4)。
2 考慮背壓的充型流動解析5)
冷隔，澆不足，流痕，氣孔等是壓力鑄造中常見的鑄造缺陷。這些壓鑄常見鑄造缺陷通常與澆鑄溫度及模具溫度過低或充型時間過長有關(guān)。另外，由于壓鑄工藝的特點（壓射速度快，充型時間短，鑄件壁厚薄），澆鑄系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)的不合理設(shè)計易造成卷氣，卷氣通常也是造成各種壓鑄缺陷的主要原因。
圖1和圖2是JSCAST計算背壓（空型腔內(nèi)的氣體壓力）,卷氣和通過排氣孔的排氣流動的示意圖。
1) 各空型腔部位的背壓將用做液體金屬流動計算的邊界壓力。當(dāng)背壓較高時, 液體金屬的流動速度就會受阻而減慢（圖1）。
2) 充型過程中,各未充填部位將按其連續(xù)性分組。圖2中的GP1,GP2和GP3表示3個不連通的未充填部位，或稱為氣體單元組。GP1和GP2與排氣孔的通道已被液體金屬切斷，因此GP1和GP2即為兩處卷氣發(fā)生部位。
3) 與排氣孔不連通的氣體單元組（圖2中的GP1,GP2），其現(xiàn)在時刻的壓力可根據(jù)前一時刻的氣體含量，壓力，體積和現(xiàn)在時刻的體積算出。與排氣孔連通的氣體單元組（圖2中的GP3），需首先計算通過排氣孔排出的氣體量（質(zhì)量或摩爾量），然后才能計算出其現(xiàn)在時刻的最新壓力。
guopeng@brand-e.net zhangbo@brand-e.net
（0411）84755389。（郭）
朱金東1，村上俊彥2，大中逸雄3
1: Multi-Flow Software Co. Ltd; 2: 高力科株式會社; 3: I.E.Solutions
摘要：鑄造CAE軟件在發(fā)達(dá)國家鑄造企業(yè)中已基本普及。國內(nèi)的鑄造產(chǎn)業(yè)，由于來自產(chǎn)品質(zhì)量，生產(chǎn)成本及生產(chǎn)周期的國際及國內(nèi)同行間的競爭日趨激烈，越來越多的鑄造企業(yè)已經(jīng)意識到了應(yīng)用鑄造CAE軟件的重要性。本文簡單介紹了由日本高力科公司（舊小松軟件）和日本大阪大學(xué)大中逸雄研究室聯(lián)合研發(fā)的鑄造專用CAE軟件JSCAST。并介紹了JSCAST在壓力鑄造工藝中的一些應(yīng)用實例。
關(guān)鍵詞：JSCAST, 鑄造CAE, 壓力鑄造，卷氣，背壓，鑄造缺陷
JSCAST是由日本高力科公司（舊小松軟件）和日本大阪大學(xué)大中逸雄研究室聯(lián)合研發(fā)的鑄造專用CAE軟件。第1版本的SOLDIA于1986年首次在日本國內(nèi)開始銷售，至今已有20年的研發(fā)歷史。在日本國內(nèi)，JSCAST已擁有300多家客戶（500多套安裝軟件）。在日本的客戶中，員工人數(shù)為千人以上的大型企業(yè)約占37％，中小企業(yè)占63％。按鑄造工藝劃分，重力鑄造和壓力鑄造客戶最多，各占總用戶的59％和25％，其它有低壓鑄造，精密鑄造，連鑄等。以下以壓力鑄造為例，簡單介紹JSCAST的數(shù)值計算原理及JSCAST在壓鑄設(shè)計及生產(chǎn)中的應(yīng)用實例。
1 數(shù)值解析方法簡介
JSCAST對溫度場（Fourier方程）及流場（Navier-Stokes方程和連續(xù)性方程）的數(shù)值計算，均采用直接差分法1,2)。直接差分法與有限體積法較類似。與有限差分法相比，導(dǎo)入各種物理量和適應(yīng)于各種邊界條件的柔軟性較好。與有限元法相比，其數(shù)值離散化過程更簡單且直觀。流場與溫度場的耦合，采用熱涵法，凝固過程中，潛熱的釋放處理，采用溫度恢復(fù)法1)。另外，自由表面的移動推算，采用了獨自開發(fā)的β法2,3)。JSCAST流動計算采用的主計算器在1995年倫敦召開的國際會議上，曾榮獲最佳充型流動模擬獎4)。
2 考慮背壓的充型流動解析5)
冷隔，澆不足，流痕，氣孔等是壓力鑄造中常見的鑄造缺陷。這些壓鑄常見鑄造缺陷通常與澆鑄溫度及模具溫度過低或充型時間過長有關(guān)。另外，由于壓鑄工藝的特點（壓射速度快，充型時間短，鑄件壁厚薄），澆鑄系統(tǒng)及排氣系統(tǒng)的不合理設(shè)計易造成卷氣，卷氣通常也是造成各種壓鑄缺陷的主要原因。
圖1和圖2是JSCAST計算背壓（空型腔內(nèi)的氣體壓力）,卷氣和通過排氣孔的排氣流動的示意圖。
1) 各空型腔部位的背壓將用做液體金屬流動計算的邊界壓力。當(dāng)背壓較高時, 液體金屬的流動速度就會受阻而減慢（圖1）。
2) 充型過程中,各未充填部位將按其連續(xù)性分組。圖2中的GP1,GP2和GP3表示3個不連通的未充填部位，或稱為氣體單元組。GP1和GP2與排氣孔的通道已被液體金屬切斷，因此GP1和GP2即為兩處卷氣發(fā)生部位。
3) 與排氣孔不連通的氣體單元組（圖2中的GP1,GP2），其現(xiàn)在時刻的壓力可根據(jù)前一時刻的氣體含量，壓力，體積和現(xiàn)在時刻的體積算出。與排氣孔連通的氣體單元組（圖2中的GP3），需首先計算通過排氣孔排出的氣體量（質(zhì)量或摩爾量），然后才能計算出其現(xiàn)在時刻的最新壓力。
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