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

Программная оболочка VisualCAST отвечает за настройку всех параметров технологического процесса: материалов, граничных и начальных условий и параметров моделирования. Интегрированная среда Visual позволяет быстро переключиться между основными режимами программы: VisualMESH, VisualCAST и VisualViewer; при этом работа осуществляется в одном окне и с одной моделью, нет необходимости загружать каждый раз сохраненный проект при открытии нового модуля.

Подготовка задачи в VisualCAST значительно упрощена для пользователя за счет более компактного расположения всех необходимых начальных параметров в рабочем меню Cast, возможности группировки элементов модели с одинаковым материалом, переименования каждого объема для более удобной идентификации при задании коэффициентов теплопередачи и граничных условий. Кроме того в оболочку VisualCAST включены инструменты для более точного определения начальных условий технологического процесса: расчет скорости заливки из стопорного ковша, контроль уровня заполнения металла в литниковой воронке, расчет коэффициентов теплоотдачи для каналов охлаждения формы и др.



Настройка контроля уровня заполнения литниковой воронки


Расчет напора металла при заливке из стопорного ковша

Новый инструмент Workflow позволяет начинающему пользователю быстро и удобно настроить все необходимые параметры технологического процесса, необходимые для моделирования конкретного вида литья, типа сплава, вида решаемых задач. При выборе данных параметров, Workflow автоматически генерирует необходимые к заполнению поля в пошаговом режиме. Кроме того, удобная цветовая индикация каждого шага указывает на то, все ли данные заполнены пользователем.


Пошаговое задание начальных условий процесса в режиме Workflow. Шаг 4, установка материалов и начальной температуры каждого тела.

База данных VisualCAST также включает специализированный термодинамический модуль для расчета тепловых и механических свойств сплавов по требуемому химическому составу. Таким образом, полностью исключается проблема поиска необходимых свойств отечественных марок сплавов или подбор их аналогов из зарубежных стандартов. Модуль разработан совместно с компанией CompuTherm LLC, более 20 лет занимающейся исследованием свойств металлов и сплавов.


Зависимость кривой выделения твердой фазы алюминиевого сплава в зависимости от содержания кремния; расчетные характеристики, полученные в базе данных ProCAST

Рассчитываемые теплофизические свойства сплава:

  • Теплопроводность;
  • Плотность;
  • Энтальпия;
  • Вязкость;
  • кривая выделения твердой фазы;
  • температуры Ликвидуса и Солидуса.

Получаемые механические свойства сплава:

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

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.

Модуль, предназначенный для подготовки расчетной сетки по заранее подготовленной в CAD-системе геометрии отливки, формы, холодильников и пр. По сравнению с классическим сеткопостроителем MeshCAST, в VisualMESH значительно упростилась работа по основным этапам подготовки конечно-элементной сетки благодаря более качественному чтению геометрии при импорте, инструментам автоматической корректировки поверхностей загруженной геометрии, поверхностной сетки.

Импорт геометрии из CAD систем осуществляется через промежуточные форматы Iges, Step, Parasolid, а также можно использовать прямой импорт из программ Catia, ProEngineer, Siemens NX.

Также в VisualMESH изменился способ сборки элементов геометрии (определение контактов тел). Теперь определение границы контактной поверхности двух тел проводится не на поверхностной сетке, а непосредственно на геометрии. Это обеспечивает большую точность описания контакта и наиболее быстрое решение задачи, особенно сильно разница чувствуется при сборке большого количества элементов. Поддерживается импорт многотельной геометрии, сборку можно проводить сразу на всех контактах геометрии, автоматический инструмент в большинстве случаев дает хорошие результаты сборки, но также присутствует возможность вручную исправить границу контакта при необходимости.

Все вышеперечисленное обеспечивает быструю подготовку конечно-элементной сетки (в среднем 15-20 минут) даже при сложной геометрии с большим количеством элементов (холодильников, стержней, оболочек и пр.).


Создание и проверка поверхностной сетки для отливки «Корпус электродвигателя»

Обеспечивает просмотр результатов расчета после окончания моделирования или на текущем этапе расчета. Доступны следующие расчетные результаты:

  • Температура в отливке и форме;
  • Скорость потока;
  • Векторное отображение течения потока;
  • Гидростатическое давление металла;
  • Эвакуация воздуха из формы;
  • Трассировка неметаллических частиц в сплаве;
  • Количества твердой фазы;
  • Распределение усадочной пористости.

Просмотр результатов возможен по поверхности геометрии, по сечению или в объеме отливки. Также доступно построение графика изменения любого расчетного параметра от времени в интересующих точках геометрии.

При подключении специализированных модулей ProCAST появляется возможность просмотра остаточных напряжений в отливке, величины коробления изделия (в форме, после выбивки и обрубки литниковой системы), распределения микропористости, фазовой структуры, твердости отливки и др.


Распределение температуры по сечению отливки во время заполнения формы (литье в кокиль)


Вектора течения потока по сечению питателя


Распределение усадочных дефектов по сечению отливки


График изменения температуры в форме в течение 15 циклов литья (литье в кокиль)

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).