ProCAST

ProCAST – это профессиональное решения для компьютерного моделирования всех литейных процессов, встречающихся как на отечественных, так и на зарубежных производственных площадках. Система базируется на методе конечных элементов, что обеспечивает высокую точность описание геометрии отливки и формы расчетной модели, учет большинства процессов теплового, кристаллизационного, металлургического, напряжено-деформированного характера.

Виды моделируемых технологий

  • литье в песчаные формы
  • литье в кокиль
  • литье в оболочковые формы
  • литье по выплавляемым моделям
  • литье под высоким давлением
  • литье под регулируемым давлением (включая литье под низким давлением, с противодавлением и вакуумным всасыванием)
  • литье по газифицируемым моделям
  • центробежное литье
  • непрерывное и полунепрерывное литье
  • тиксолитье (литье металла в твердожидком состоянии).

Модули для подготовки расчета в ProCAST

Импорт 3D-геометрии отливки, формы и других элементов (холодильники, стержни, фильтры и др.), а также построение расчетной конечно-элементой сетки. Генерация сетки происходит в автоматическом режиме, также MeshCAST содержит множество инструментов для ручной корректировки геометрии и оптимизации созданной сетки. Функция построения модели оболочки по импортированной геометрии куста отливок значительно упрощает работу по моделированию литья по выплавляемым моделям.

Установка параметров технологического процесса: материалов, граничных условий и параметров расчета. База данных включает специализированный термодинамический модуль для расчета тепловых и механических свойств сплавов по химическому составу. Таким образом, полностью исключается проблема поиска необходимых свойств отечественных марок сплавов или подбор их аналогов. Модуль разработан совместно с компанией CompuTherm LLC, более 20 лет занимающейся исследованием свойств металлов и сплавов.

Расчет свойств возможен для сплавов на основе Fe, Al, Cu, Mg, Ni и Ti с широким интервалом легирующих элементов.

Теплофизические свойства сплава:

  • теплопроводность
  • плотность
  • энтальпия
  • вязкость
  • кривая выделения твердой фазы
  • температуры Ликвидуса и Солидуса

Механические свойства сплава:

  • модуль Юнга
  • коэффициент Пуассона
  • коэффициент линейного расширения
  • предел текучести

Просмотр результатов расчета после окончания моделирования или на текущем этапе расчета. Доступны результаты распределения теплового поля отливки и формы, скорости потока, векторного отображения течения, гидростатического давления металла, количества твердой фазы, усадочной пористости. При подключении специализированных модулей ProCAST появляется возможность просмотра остаточных напряжений в отливке, величины коробления изделия (в форме, после выбивки и удалении литников), распределения микропористости, фазовой структуры, твердости отливки и др.

Основные расчетные модули в ProCAST

Позволяет проводить моделирование заполнения формы сплавом. Расчет гидродинамики в ProCAST описывается полным уравнением Навье-Стокса и может проводиться совместно с анализом кристаллизации (важно при доливке металла в большие формы когда часть металла уже начала затвердевать) и напряжений (важно при ранней кристаллизации сплава в форме для получения более точных результатов моделирования, учета горячих трещин). Гидродинамический решатель учитывает вязкость сплава в зависимости от его температуры. Параметр вязкости сплава также можно рассчитать в термодинамической базе данных ProCAST.

Также доступен газовый режим при заполнении формы, при котором учитывается давление газов, их удаление из формы и влияние на общую картину гидродинамики. При этом для песчано-глинистых форм задается газопроницаемость формовочной смеси, для металлических форм – определяются положение и параметры газоотводящих каналов в форме (параметрическое определение в граничных условиях процесса).

Осуществляет расчет напряженно-деформированного состояния отливки и металлической оснастки. Учитываются напряжения, полученные при неравномерном охлаждении различных частей отливки (термические напряжения), а также при контактном взаимодействии отливки и формы (механические напряжения).

Благодаря передовому методу конечных элементов и алгоритму решателя, при расчете напряжено-деформированного состояния отливки происходит изменение геометрии расчетной сетки (перестройка сетки, изменение координат ее узлов) в зависимости от усадки сплава, полученных напряжений и учета жесткости формы. В результате, можно оценить реальные коробления отливки, определить воздушный зазор между отливкой и формой, учесть его тепловое сопротивление, определить взаимное влияние отливки и формы.

Модуль для расчета тепловой задачи, включающий процессы кристаллизации и образования усадочных дефектов (усадочных раковин и макропористости). Моделирование кристаллизации можно проводить при различных условиях: гравитационной заливке, дополнительной подпитки при литье под низким и высоком давлении.

Также доступно применение специальных условий при охлаждении отливки в форме: экзотермические оболочки, теплоизолирующие покрытия, внутренние и внешние холодильники, охлаждающие/нагревающие каналы в форме.

Специальные расчетные модули в ProCAST

Модуль ProCAST, позволяющий рассчитать пористость и междендритную усадку, с учетом растворенных в металле газов. Модуль учитывает рост дендритных ветвей первого и второго порядка и определяет подпитку металла в твердожидкой зоне, локализованного дендритным каркасом.

Учет подпитки возможен как в условиях гравитационного питания, так и при дополнительном давлении в системе (например при литье под давлением или автоклавном литье).

Модуль применяется для моделирования отливок ответственного назначения, к которым предъявляются требования по структуре зерна отливок. CAFÉ модуль прогнозирует размер и направления роста зерен отливки при ее кристаллизации. Свое название модуль получил из-за совмещения в основе решателя метода клеточных автоматов (CA) и конечных элементов (FE).

Основные направления модуля CAFE:

  • Прогнозирование столбчатой и глобулярной структуры зерна отливки.
  • Определение перехода от столбчатой к глобулярной структуре зерна.
  • Учет направления роста зерен столбчатой структуры.
  • Прогнозирование отклонившихся от общего направления зерен в монокристаллических частях отливки.

Специальный модуль для моделирования заполнения стержневых ящиков песком при пескодувном процессе. Проводится расчет заполнения песчано-воздушной среды с учетом приложенного давления, системы вент стержневого ящика и фильтрации воздуха через стержневую смесь. Для моделирования данного процесса применяются специальные реологические свойства неньютоновской жидкости.

Модуль обратной задачи (Inverse Module) используется для расчета начальных условий процесса по проведенным экспериментальным данным. С помощью него можно определить теплофизические свойства сплава (теплопроводность, теплоемкость, скрытую теплоту кристаллизации), а также граничные условия (коэффициент теплопередачи на границе тел, коэффициент теплоизлучения и др.)

Модуль микроструктуры (Microstructure module) предназначен для расчета фазовых изменений в структуре металла во время кристаллизации и охлаждении чугунной или стальной отливки, а также при моделировании термической обработки.

В результате расчета микроструктуры в ProCAST будут доступны следующие результаты моделирования:

  • Фазовый состав.
  • Средний размер зерна.
  • Междендритное расстояние.
  • Механические свойства (предел текучести, предел прочности, относительное удлинение, твердость материала по Викерсу).