鑄造過程模擬的案例
松馳因子對鑄造充型過程模擬軟件的影響
作者簡介:陳樂平(1975- ),江西撫州人,碩士生.研究方向:材料加工
過程的計算機模擬.
Email:chen-leping@126.com
鑄造技術
FOUNDRYTECHNOLOGY
Vol.26No.9
Sep.2005
松馳因子對鑄造充型過程模擬軟件的影響
陳樂平,張希俊,張 方,莫成寧
(昆明理工大學機電工程學院,云南昆明650093)
摘要:通過實際計算比較了松馳因子w對鑄造充型過程模擬軟件中所使用的超松馳迭代法的計算速度的影響,并與英國伯明
翰大學所做的標準驗證實驗對比以驗證模擬精度.在綜合比較了速度和精度的影響后,確定了最佳松馳因子w的取值范圍
在0.5～0.8.
展開 Z-CAST鑄造過程模擬軟件
Z-CAST鑄造過程模擬軟件技術規格1、特點
1)
基于Window 95/98, Windows NT/2000/XP.
2)
包括所有鑄造模擬（前處理器、求解器、后處理器和數據庫）
3)
應用領域：砂型鑄造（自動鑄造線，新取砂，CO2, ,...）、金屬型鑄造、高/低壓模鑄造、擠壓鑄造、澆鑄、熔模鑄造、單晶熔模鑄造等。
2、標準規格
2.1 前處理器
a. 可以讀取STL 數據
b. 支持設計3D固體建模
c. 支持自動生成網格
d. 支持驗證所生成的網格
e. 支持具體“熱偶”定位
f. 支持熱物理特性的編輯和控制
2.2 求解器
a. 支持固化分析
b. 支持流動分析
c. 支持循環鑄造（Cycle Casting）分析
d. 支持低壓鑄造（Low Pressure Casting）分析
e. 支持壓力鑄造（Die Casting）分析
f. 可以考慮粘度和特殊邊界條件
g. 使用非穩態導熱分析、固化分析、直接有限差分法（DFDM）、溫度恢復法（相變潛熱）等作為固化求解器
h. 支持使用固化分析條件值進行流動分析
2.3 后處理器
a. 可以連續觀察截面
b. 可以顯示流動結果（充型過程、溫度分布和流速矢量）
c. 支持顯示固化結果（溫度分布、固化時間、缺陷位置）
d. 支持將分析結果保存為AVI輸出
e. 支持通過簡單的鼠標操作設定各種視圖（透視圖、ISO視圖、放大/縮小、旋轉、移動XY、XZ、YZ視圖、等等）
f. 支持動態的放大/縮小
g. 支持通過鼠標進行動態旋轉功
h. 支持分析過程中的實時結果顯示
2.4 材料數據庫
.有多達150 種材料可供選擇。
.具有“數據庫管理員”功能，因此用戶可以使用該功能修改現有材料數據庫。
展開 Z-CAST鑄造過程模擬軟件技術規格
Z-CAST鑄造過程模擬軟件技術規格1、特點
1)
基于Window 95/98, Windows NT/2000/XP.
2)
包括所有鑄造模擬（前處理器、求解器、后處理器和數據庫）
3)
應用領域：砂型鑄造（自動鑄造線，新取砂，CO2, ,...）、金屬型鑄造、高/低壓模鑄造、擠壓鑄造、澆鑄、熔模鑄造、單晶熔模鑄造等。
2、標準規格
2.1 前處理器
a. 可以讀取STL 數據
b. 支持設計3D固體建模
c. 支持自動生成網格
d. 支持驗證所生成的網格
e. 支持具體“熱偶”定位
f. 支持熱物理特性的編輯和控制
2.2 求解器
a. 支持固化分析
b. 支持流動分析
c. 支持循環鑄造（Cycle Casting）分析
d. 支持低壓鑄造（Low Pressure Casting）分析
e. 支持壓力鑄造（Die Casting）分析
f. 可以考慮粘度和特殊邊界條件
g. 使用非穩態導熱分析、固化分析、直接有限差分法（DFDM）、溫度恢復法（相變潛熱）等作為固化求解器
h. 支持使用固化分析條件值進行流動分析
2.3 后處理器
a. 可以連續觀察截面
b. 可以顯示流動結果（充型過程、溫度分布和流速矢量）
c. 支持顯示固化結果（溫度分布、固化時間、缺陷位置）
d. 支持將分析結果保存為AVI輸出
e. 支持通過簡單的鼠標操作設定各種視圖（透視圖、ISO視圖、放大/縮小、旋轉、移動XY、XZ、YZ視圖、等等）
f. 支持動態的放大/縮小
g. 支持通過鼠標進行動態旋轉功
h. 支持分析過程中的實時結果顯示
2.4 材料數據庫
.有多達150 種材料可供選擇。
.具有“數據庫管理員”功能，因此用戶可以使用該功能修改現有材料數據庫。
.自定義功能，可以根據具體國家的標準提供材料數據庫
展開 Z-CAST鑄造過程模擬軟件技術規格
Z-CAST鑄造過程模擬軟件技術規格1、特點
1)
基于Window 95/98, Windows NT/2000/XP.
2)
包括所有鑄造模擬（前處理器、求解器、后處理器和數據庫）
3)
應用領域：砂型鑄造（自動鑄造線，新取砂，CO2, ,...）、金屬型鑄造、高/低壓模鑄造、擠壓鑄造、澆鑄、熔模鑄造、單晶熔模鑄造等。
2、標準規格
2.1 前處理器
a. 可以讀取STL 數據
b. 支持設計3D固體建模
c. 支持自動生成網格
d. 支持驗證所生成的網格
e. 支持具體“熱偶”定位
f. 支持熱物理特性的編輯和控制
2.2 求解器
a. 支持固化分析
b. 支持流動分析
c. 支持循環鑄造（Cycle Casting）分析
d. 支持低壓鑄造（Low Pressure Casting）分析
e. 支持壓力鑄造（Die Casting）分析
f. 可以考慮粘度和特殊邊界條件
g. 使用非穩態導熱分析、固化分析、直接有限差分法（DFDM）、溫度恢復法（相變潛熱）等作為固化求解器
h. 支持使用固化分析條件值進行流動分析
2.3 后處理器
a. 可以連續觀察截面
b. 可以顯示流動結果（充型過程、溫度分布和流速矢量）
c. 支持顯示固化結果（溫度分布、固化時間、缺陷位置）
d. 支持將分析結果保存為AVI輸出
e. 支持通過簡單的鼠標操作設定各種視圖（透視圖、ISO視圖、放大/縮小、旋轉、移動XY、XZ、YZ視圖、等等）
f. 支持動態的放大/縮小
g. 支持通過鼠標進行動態旋轉功
h. 支持分析過程中的實時結果顯示
2.4 材料數據庫
.有多達150 種材料可供選擇。
.具有“數據庫管理員”功能，因此用戶可以使用該功能修改現有材料數據庫。
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 ADSTEFAN鑄造模擬分析流程
ADSTEFAN的鑄造過程模擬分析模塊通過求解傅立葉熱傳導方程，包括鑄件凝固過程中結晶潛熱的釋放，進行熱流動計算，進而可得到一系列運算結果：流動過程、溫度分布；時間、壓力、速度；固相分數；氣泡、縮孔/縮松等缺陷。
前處理
CAD完成造型以后，將文件轉換為合適的文件格式（STL格式）；再將文件導入ADSTEFAN的網格剖分工具進行網格的生成；進行數值模擬的參數設定：設定鑄件、鑄型以及金屬液的熱物性參數、初始條件、邊界條件及運行參數
數值運算
在前處理中設置完各種參數后，就可以運行ADSTEFAN求解器進行自動數值運算
后處理
利用可視化圖形技術，本模塊可三維動態地顯示鑄件的充填過程、凝固過程的流場、溫度場和應力場等，也可查看熱節或縮孔、縮松、夾渣缺陷的生成分布情況；若發現不合理，可返回工藝CAD造型部分，修改工藝。
展開 結構力學分析（靜力、動力、疲勞）、多體系統仿真、鑄造/成型過程模擬算法分析，及工作站硬件配置推薦
計算特點:
順序性較強: 數值積分過程是按時間步順序進行的，單次仿真的并行化難度高于FEM/CFD。
規模相對較小: 與FEM/CFD的千萬/億級網格相比，MBD的自由度數量通常在幾千到幾萬量級。
對CPU主頻敏感: 求解器內部大量的邏輯判斷和串行計算，使得CPU的單核性能（高主頻）對整體速度影響很大。
計算平臺:
- CPU多核計算 (主要平臺): 現代MBD求解器（如 Adams, Simpack, RecurDyn）通過并行化不同子系統或函數的計算來利用多核，對于包含大量柔體或復雜接觸的系統，多核加速效果明顯。
- CPU單核計算 (重要影響因素): 對于大多數常規MBD分析，CPU的主頻依然是決定性因素之一。高主頻的CPU能顯著縮短單次仿真時間。
- GPU計算 (較少應用): 由于其算法的并行度不如FEM/CFD高，GPU在MBD領域的應用相對較少，不是主流。
3. 鑄造/成型過程模擬
涉及算法:
- 核心算法: 計算流體動力學 (CFD) + 隱式有限元法 (FEM) 的多物理場耦合。
- CFD部分 (有限體積法): 用于模擬熔融金屬/塑料的充填、流動過程。
- FEM部分 (隱式有限元法): 用于模擬冷卻、凝固、相變過程，以及由此產生的熱應力、變形和殘余應力。
計算特點:
- 計算密度極高: 這是所有仿真中計算最密集的領域之一。它同時包含了CFD的流體計算和FEM的傳熱/結構計算。
- 強非線性與強耦合: 流動、傳熱、結構變形、材料相變等多個物理場相互影響，求解過程非常復雜。
- 內存和時間需求巨大: 為了精確模擬，需要精細的網格和極小的時間步長，導致計算時間長，內存占用高。
展開 鑄造工藝設計及模擬軟件CASTSOFT/CAD/CAE
榮獲金獎的鑄造工藝計算機輔助設計CAD軟件和鑄造過程模擬仿真CAE軟件經過近20年的發展，已由1.0版發展到最新的7.6版（2010年7月推出）。軟件的開發與發展獲得國防“八五”、“九五” 、“十五”項目經費及國家科技部2001年中小企業科技創新基金的支持，該軟件由鑄造專業人員自主開發，其功能齊全、全中文界面、操作簡單，已在國內多家軍工、航天、大型國有企業、大型合資企業和具有一定規模實力的民營企業使用。
該套軟件具有：集鑄件重量、體積、模數、補縮、澆鑄等工藝參數計算和工藝圖繪制、三維自動轉二維、工藝卡自動繪制為一體的CASTsoft CAD；集鑄造過程仿真、鑄造缺陷預測及結果顯示為一體的CASTsoft CAE，實現對鑄件中的充型流態、凝固過程、溫度場模擬和缺陷預測，從而對鑄造過程中所涉及的工藝參數和工藝方案做出評價，達到大幅度縮短工藝定型周期、降低廢品率的目的。
根據現場的工藝參數（鑄件原形，砂箱尺寸，工藝位置，澆注及補縮系統，澆注溫度，鑄件材質，砂型材質，涂料材質，模殼焙燒溫度，澆口棒設計等等）模擬鑄造充型過程、凝固過程，預測鑄件各處溫度變化及鑄型溫度的變化、預測鑄件澆不足、卷氣、縮孔、縮松等缺陷，并在后處理中以圖形顯示。
使用這套鑄造軟件，無疑會給鑄造企業帶來較大的經濟效益。實現鑄件工藝設計和模擬的計算機化，將大大縮短設計和修改的周期，提高成品率及工藝出品率。它將促使企業鑄件生產上一個臺階，同時帶動圖紙、設計計算機化，提高企業的競爭能力，并樹立現代企業的形象。
展開 鑄造模擬軟件 CASTsoft
鑄造工藝設計及工藝模擬優化CASTsoft CAE軟件情況介紹
一、
公司介紹：
北京北方恒利科技發展有限公司是中國兵器科學研究院創辦的軍工系統的產、學、研相結合的高新技術企業，公司利用強大的技術優勢，開發生產出一系列國際國內首創、科技含量高、市場前景好的高科技產品。
榮獲金獎的鑄造工藝計算機輔助設計CAD軟件和鑄造過程模擬仿真CAE軟件經過近20年的發展，已由1.0版發展到最新的8.0版（2011年5月推出）。軟件的開發與發展獲得國防“八五”、“九五”、“十五”、“十一五”項目經費及國家科技部2001年中小企業科技創新基金的支持，該軟件由鑄造專業人員自主開發，其功能齊全、全中文界面、操作簡單，已在國內多家軍工、航天、大型國有企業、大型合資企業和具有一定規模實力的民營企業使用。
該套軟件具有：集鑄件重量、體積、模數、補縮、澆鑄等工藝參數計算和工藝圖繪制、三維自動轉二維、工藝卡自動繪制為一體的CASTsoft CAD；集鑄造過程仿真、鑄造缺陷預測及結果顯示為一體的CASTsoftCAE，實現對鑄件中的充型流態、凝固過程、溫度場模擬和缺陷預測，從而對鑄造過程中所涉及的工藝參數和工藝方案做出評價，達到大幅度縮短工藝定型周期、降低廢品率的目的。
根據現場的工藝參數（鑄件原形，砂箱尺寸，工藝位置，澆注及補縮系統，澆注溫度，鑄件材質，砂型材質，涂料材質，模殼焙燒溫度，澆口棒設計等等）模擬鑄造充型過程、凝固過程，預測鑄件各處溫度變化及鑄型溫度的變化、預測鑄件澆不足、卷氣、縮孔、縮松等缺陷，并在后處理中以圖形顯示。
使用這套鑄造軟件，無疑會給鑄造企業帶來較大的經濟效益。實現鑄件工藝設計和模擬的計算機化，將大大縮短設計和修改的周期，提高成品率及工藝出品率。它將促使企業鑄件生產上一個臺階，同時帶動圖紙、設計計算機化，提高企業的競爭能力，并樹立現代企業的形象。
展開 鑄造過程模擬仿真分析軟件 - JSCAST 軟件介紹
一 鑄造CAE的應用背景：
在鑄造領域：
1、產業的全球化導致了鑄造產品競爭的日益激烈。即：低成本化，短生產周期化，高品質化。
2、擺脫[憑傳統經驗和反復試作來解決鑄造缺陷問題]的舊方法。
3、熟練技術工人的高齡化，年輕技術員的制造業脫離等社會現象導致了鑄造技術傳授的日趨困難。
由于上述原因，鑄造工藝設計員渴望用法簡單而又實用的鑄造模擬技術的出現。
二 JSCAST概要：
JSCAST適用于幾乎所有的鑄造工藝及合金的充型及凝固過程的數值解析。通過充型流動形態可預測充填不良?卷氣等缺陷。通過凝固時間?溫度梯度可預測縮孔等缺陷的發生。在縮短試作時間?降低鑄件成本?優化鑄造工藝，及相關技術的累積與傳授等應用方面是最好的C A E鑄造工藝專用系統。
JSCAST是一種可對鑄造工藝中熔化金屬的流動及凝固進行模擬的軟件?？梢燥@示金屬液是如何流動和注入的；可以模擬注入完成后的凝固過程；而且還可以預測各種模具將會產生哪些缺陷，通過電腦確定最佳鑄造方案，并配有圖文、圖表說明，3D的圖示使您一目了然。甚至對壁厚不到1mm且形狀復雜的鑄件也可模擬。另外，即使產品數據與方案數據不同，也可在預處理器上將兩種數據結合起來。該系統采用校準公差（Calibration Tolerance）模型，以及規則和不規則混合要素（增加了三角要素），因此精度較高。
展開 鋁合金鑄造凝固過程中縮松缺陷預測
理論導讀
鋁合金凝固過程（Solidification process of aluminum alloys）
縮松的形成原因
1.氣體造成的縮松
2. 收縮造成的縮松
FLOW-3D CAST 縮松計算原理
驗證一、CTIF Plate 溫度場計算驗證
操作畫面：
鑄造過程中數值模擬與實驗結果驗證對比
驗證二：汽缸頭（Cylinder head）鑄造對比
FLOW-3D CAST 模具熱循環（Thermal die cycling）模擬
FLOW-3D CAST 充型階段（Filling phase）模擬
FLOW-3D CAST 凝固過程中溫度分布
FLOW-3D CAST 冷卻過程中溫度驗證
FLOW-3D CAST 模擬結果與實測結果對比（模具內放置熱電偶 Thermo couple）
FLOW-3D CAST 縮松（Micro-porosity）分析結果
FLOW-3D CAST 縮松模擬結果對比
展開 
『原創』鑄造過程模擬仿真分析軟件 - JSCAST 軟件介紹
鑄造C A E系統——JSCAST簡介
一 鑄造CAE的應用背景：
在鑄造領域：
1、產業的全球化導致了鑄造產品競爭的日益激烈。即：低成本化，短生產周期化，高品質化。
2、擺脫[憑傳統經驗和反復試作來解決鑄造缺陷問題]的舊方法。
3、熟練技術工人的高齡化，年輕技術員的制造業脫離等社會現象導致了鑄造技術傳授的日趨困難。
由于上述原因，鑄造工藝設計員渴望用法簡單而又實用的鑄造模擬技術的出現。
二 JSCAST概要：
JSCAST適用于幾乎所有的鑄造工藝及合金的充型及凝固過程的數值解析。通過充型流動形態可預測充填不良?卷氣等缺陷。通過凝固時間?溫度梯度可預測縮孔等缺陷的發生。在縮短試作時間?降低鑄件成本?優化鑄造工藝，及相關技術的累積與傳授等應用方面是最好的C A E鑄造工藝專用系統。
JSCAST是一種可對鑄造工藝中熔化金屬的流動及凝固進行模擬的軟件。可以顯示金屬液是如何流動和注入的；可以模擬注入完成后的凝固過程；而且還可以預測各種模具將會產生哪些缺陷，通過電腦確定最佳鑄造方案，并配有圖文、圖表說明，3D的圖示使您一目了然。甚至對壁厚不到1mm且形狀復雜的鑄件也可模擬。另外，即使產品數據與方案數據不同，也可在預處理器上將兩種數據結合起來。該系統采用校準公差（Calibration Tolerance）模型，以及規則和不規則混合要素（增加了三角要素），因此精度較高。
展開 ProCAST 2009 (鑄造模擬)
CAE系統，借助于ProCAST系統，鑄造工程師在完成鑄造工藝編制之前，就能夠對鑄件在形成過程中的流場、溫度場和應力場進行仿真分析并預測鑄件的質量、優化鑄造設備參數和工藝方案。
ProCAST可以模擬金屬鑄造過程中的流動過程，精確顯示充填不足、冷隔、裹氣和熱節的位置以及殘余應力與變形，準確地預測縮孔、縮松和鑄造過程中微觀組織的變化。
作為ESI集團熱物理綜合解決方案的旗艦產品，ProCAST是所有鑄造模擬軟件中現代CAD/CAE集成化程度最高的。它率先在商用化軟件中使用了最先進的有限元技術并配備了功能強大的數據接口和自動網格劃分工具。 全部模塊化設計適合任何鑄造過程的模擬；采用有限元技術，是目前唯一能對鑄造凝固過程進行熱－流動－應力完全耦合的鑄造模擬軟件；高度集成；自1986年以來一直保持技術領先。
ESI 集團向市場推出一個最新的 ProCAST 2009 版鑄造模擬系統。該系統主要應用于鑄造領域的完整有限元模擬系統。借助 Procast 2009 系統，用戶可以快速地優化鑄造工藝，所涵蓋的范圍包括高壓鑄造、低壓鑄造、砂模和熔模鑄造工藝等。ProCAST 在進行自動網絡劃分、熱分析、填充計算、應力和變形計算、晶粒結構分析和輻射效果分析等領域都具有獨到的功能。新版本的軟件還提供了許多新的用戶接口，在模擬速度、精度和計算時間等性能上比以前都有顯著提高。
ProCAST 2009是在原ProCAST軟件的基礎上優化后推出的一個新版本。其新的圖形界面為用戶提供了更有效、更直觀的用戶環境。由于采用了新的管理程序，項目的跟蹤管理得到了顯著的改進，從而可以直接進入各種不同的模塊，比如網格劃分模塊，前、后處理模塊合計算模塊等等。
展開 使用FLOW-3D的低壓鑄造鋁合金鑄件充型過程卷氣行為研究
可以看出，在斷裂表面，存在較大的卷入型氧化皮缺陷，結合模擬結果分析，其主要原因為下落結構中產生了較為嚴重的卷氣行為。
圖8 斷裂截面SEM分析結果
3. 結論
(1) 低壓鑄造充型過程中，下落式結構是產生卷氣的主要原因，卷氣量隨著下落式結構的高度增加而增大。
(2) 鑄件中如果存在下落式結構，將會產生湍流，氧化皮折迭，形成卷氣缺陷，并且大大降低鑄件的力學性能。
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
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。能夠通過兩種方式對連鑄工藝進行模擬：1、穩態模擬，固定模型，固態金屬以鑄造速度穿過模型區域；2、非穩態模擬，瞬態模擬，模型隨鑄造過程延伸，該區域延伸采用MiLE算法-Mixed lagrangian –Eulerian。
消失模鑄造
消失模鑄造模擬需要考慮泡沫燃燒區域和產生的壓力對充型過程的影響，以及燃燒后產生的氣體與砂的滲透作用。ProCAST軟件具有專業的物理模型，精確處理消失背后的復雜過程。
半固態鑄造
當一種半固態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開發了專業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鑄造廠聯合開發。
ProCAST制芯工藝模塊能夠精確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域。
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