充型過程仿真的案例
松馳因子對鑄造充型過程模擬軟件的影響
澆注溫度760℃;鑄型溫度100℃;環境溫度20℃.計算對象:英國伯明翰大學所做的標準驗證實驗(Benchmark標準試塊),幾何尺寸見圖1.計算總單元數:402個,10×10×10.方法:選取不同的松馳因子w,用清華大學開發的FT-Star充型過程數值計算模擬軟件進行計算,得到的038
《鑄造技術》9/2005
陳樂平等:松馳因子對鑄造充型過程模擬軟件的影響計算結果與標準試塊充型工程中拍下的X射線透視照片進行對比,并據此驗證充型過程計算的精度,同時記錄計算所耗費的時間.表1 計算熱物性參數Tab.1 Parametersforheat-physicalproperties密度
/(kg m-3)
導熱系數
/(W m-1 K-1)
比熱容
/(kJ kg-1 K-1)
動力粘度
/(N s m-2)
鋁255010010900.001
鑄型15000.63840-
3 試驗結果
3.1 松馳因子對計算速度的影響對應不同的松馳因子w,所耗費的計算時間見表2.
3.2 松馳因子w對模擬精度的影響通過圖形后處理模塊,以直觀的形式顯示充型過程中同一充型時刻的形態,以比較不同松馳因子時計算軟件的模擬精度.其中,圖2為Benchmark標準試塊在充型時間為1.5s時的X射線透視照片,圖3～圖1 Benchmark標準試塊幾何圖Fig.1 Schematicofbenchmarktestrig9分別為不同松馳因子w時的充型時間為1.5s時刻的計算結果.
展開 運用弗勞德數作為鑄造充型過程中的質量評估依據
不良的澆注過程（X-Ray）
Fig2. 良好的澆注過程（X-Ray）
氧化膜的形成原因
氧化膜缺陷
氧化膜的形成原因
什么是弗勞德數（Froude Number）？
弗勞德數是流體質點加速度產生的作用力，以及重力形成的作用力比值的指標。
Froude Number 可以用來判斷流體卷氣的程度。當 Froude Number > 1.7 時，流體就會卷氣，當 Froude Number 在 4~12 之間時，流體會呈現高度卷氣。
利用 FLOW-3D CAST 的定制化功能，研究采用自行開發的子程序嵌入計算。
使用FLOW-3D的低壓鑄造鋁合金鑄件充型過程卷氣行為研究
1.東北大學材料科學與工程學院；2.華晨寶馬汽車有限公司
摘要
使用FLOW-3D軟件對3種不同結構的鑄件進行低壓鑄造充型過程模擬，分析了增壓速度和鑄件結構對充型過程中卷氣量的影響。由模擬結果分別選擇卷氣最嚴重和充型最平穩的兩種結構來進行生產試做，并對其進行了拉伸試驗研究，分析了卷氣含量對力學性能的影響。
1.試驗方法
主要觀察鑄件結構和增壓速度對充型過程的影響，因此，設計了3種不同結構的簡單模型，見圖1。鑄件的尺寸為280 mm×150 mm×30 mm，3個平板型鑄件中心位置分別具有不同高度的下落式（waterfall）結構，其下落高度分別為0、15和30 mm，以此來考察下落式結構對鑄件質量的影響。
圖1 具有3種不同下落式高度的模型
使用FLOW-3D軟件，對3種不同模型和不同充型壓力進行了模擬。應用軟件中的卷氣模型，對不同方案充型過程中的卷氣量進行分析。具體方案的編號見表1
表1 不同模型和不同增壓速度的方案編號
根據模擬結果，選取卷氣量最大和最小的模型，進行生產試做。并對生產的鑄件進行鑄態力學性能分析，每個鑄件取4個M6的拉伸式樣，取樣位置見圖2，每種模型分析6個鑄件，共24個拉伸樣品，拉伸試驗采用國際標準DIN EN ISO 6892-1。取力學性能最低的樣品，用SEM進行斷裂面分析，分析降低力學性能的根本原因。
圖2 拉伸試樣取樣位置示意圖
2.試驗結果與討論
2.1 確定分型面
以V3.1方案為例，觀察充型過程中的卷氣的分布情況，如圖3。
展開 三維鑄件充型及凝固過程數值模擬軟件包--(FT－Star鑄造之星)
三維鑄件充型及凝固數值模擬軟件包（簡稱FT－Star）是具有自主版權的真三維鑄造過程數值模擬軟件包。它可在586 微機和工作站上運行，分別采用WINDOWS和MOTIF圖形界面，對用戶友好。國內專家評價認為主要功能在國內處于領先地位，已達到國際先進水平。
FT－Star可以通過SLA文件接收各大型通用CAD軟件，如CADDS、Pro/E、IDEAS、Autocad、UG等的造型文件進行鑄造過程分析，FT－Star具有以下主要技術特點：
⑴在實驗室及生產性試驗基礎上，建立了多熱節定量預測鑄件縮孔新方法及定量預測球墨鑄鐵縮孔新方法；
⑵采用并改進SOLA/VOF三維流場數值分析方法，提出三維自由表面處理新方法，并提高了運算速度；可以進行充型過程三維流動分析；
⑶采用有限差分/有限元方法集成的技術路線， 能夠分析鑄件的溫度場、應力場和殘余應力；
⑷建立鑄鐵結晶凝固生核及生長模型及微觀組織與機械性能關系的數學方程，初步實現了對球鐵三維微觀組織及鑄態機械性能進行模擬分析；
⑸建立了并行工程環境下的鑄造CAD/CAE集成系統；
⑹在實驗室完成壓鑄及低壓鑄造過程數值模擬功能模塊；商品化后將成為FT－Star的另一個主要功能。
FT－Star已在國內近40家單位得到應用，已成為鑄造工作者在優化鑄造工藝設計，校核工藝方案，預測及控制鑄件質量及新產品研制等方面的得力助手，并取得了顯著的經濟及社會效益。
展開 
ProCAST有限元鑄造工藝模擬軟件 附鑄造工藝仿真ProCAST從入門到精通下載
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基于有限元網格可以自動生成模殼及保溫層網格，能夠設置保溫層網格為各向異性，從而隨時調節厚度參數而不需要重新生成網格。針對高溫合金 真空下的凝固過程，擁有專業的輻射換熱求解器。
低壓金屬型/砂型鑄造
真實復現工業生產條件，實現模具溫度的多次模擬直至穩定狀態。在此條件下進行鑄件充型/凝固過程的仿真計算，優化工藝參數，減少試制，縮短產品生產周期。
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化澆注系統以及如何消除可能的縮孔區域。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，幫助判定其可執行性。
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。同時擁有壓鑄機數據庫，可根據實際鑄造工藝與鑄件參數，分析PQ2圖，確定工藝窗口，結合模擬效果，優化相關參數。
離心鑄造
ProCAST軟件具有專業的立式離心鑄造仿真模塊，求解不同離心轉速參數下，鑄件的充型及凝固過程。
連續鑄造
ProCAST提供了連鑄和半連鑄工藝仿真的完整解決方案。
展開 鋁合金消失模鑄造中縮孔的數值模擬
仿真軟件發展三十多年以來，一直把鑄件孔洞仿真作為仿真軟件的首要任務。如今，大多數商業鑄造軟件已經能夠準確的預測敞口鑄型的縮孔位置，其中一些軟件甚至可以預測消失模鑄造金屬前沿的收縮情況，但這些軟件對縮孔預測并不是很成功，這主要緣于消失模鑄造的充型時間過長（一般來說，比敞口鑄型工藝的時間要多出一個數量級）。尤其對鋁硅合金來說，充型時間越長，溫度梯度變化越復雜。
本文詳細介紹了在伯明翰市由美國鑄造學會消失模鑄造委員會主辦關于阿拉巴馬大學開發的研究工藝，該工藝可大幅度提高鋁合金消失模鑄造的孔洞預測準確性問題。通過修正一套商業模擬軟件及對實驗澆鑄體進行研究，以提高鋁合金消失模鑄造縮孔預測的準確性。研究中所采用的鋁合金為C356 和 A319，仿真結果在實際發動機缸體生產中得到驗證。
原理
鑄造仿真軟件從它誕生之日起，人們把孔洞預測作為計算機仿真重要目標。而首次增加縮孔模型的仿真軟件僅僅被設計成只限于相對較大的黑色金屬鑄件，主要包括一些形狀簡單和厚壁合金鋼。該仿真軟件主要模擬一些冷卻速度相對較快大和補縮范圍及距離較短的鑄件，所以利用仿真軟件找到的鑄件熱點或凝固判據（如凝固時間或凝固速度等）都是相當準確的。然而對于鋁硅合金來說，這些凝固仿真軟件并不能找到縮孔的準確位置，主要因為鋁硅合金具有較長的凝固區間。
早期鋁合金凝固仿真主要集中對高速冷卻的固定模鑄件開發上。快速凝固可以消除凝固區間較寬、負熱對流及枝晶間補縮的影響，這讓仿真以最小的計算力運算變得更可行。近年來，鋁合金凝固仿真重點更多地放在縮松方面，但不得不承認對
宏觀收縮問題仍很難預測。
為了更準確預測鋁鑄件孔洞，軟件需要在鑄件各個位置上預測出準確溫度場。這對消失模鑄造來說極其重要，因為鑄件在充型結束后有時會形成不可預測或不正常的溫度梯度。此外，在敞口鑄型中充型過程速度越慢，熱對流越強，從而使溫度場變得更復雜。
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