CAE剖析技術在鑄造出產中的應用

CAE剖析技術在鑄造出產中的應用1近年來，計算機鑄造工藝摹擬軟件著手被大部分數(shù)鑄造工廠所接納，應用這些個軟件可以較為正確的預先推測各種鑄造欠缺，優(yōu)化澆注系統(tǒng)預設、消弭熱裂等裂紋欠缺、增長工藝出品率。本文紹介了應用ProCAST軟件在實際鑄造工藝優(yōu)化預設中的一點實際的例子，應用表明該軟件能正確的預先推測鑄件的多種鑄造欠缺，有幫助于鑄造工藝的優(yōu)化和鑄件的品質增長。網站關鍵詞:ProCASTCAE數(shù)字摹擬鑄造1引言鑄造是國民經濟的關緊產業(yè)器件之一，它反映了一個國度制作工業(yè)的規(guī)模和水準。隨著航空、航天、船只、交通工具、機械等七十二行的興盛，鑄件的需要量越來越大，對鑄造金屬的性能及鑄件本身的靠得住性等要求越來越高。先進制作技術的進展，要求鑄件的出產向輕型化、非常準確化、強韌化、復合化及無背景污染方向進展。計算機技術的飛速進展及其在2鑄造出產中的廣泛應用，可以經過對制作工藝過程施行數(shù)字摹擬及仿真，要得上面所說的目的得以成功實現(xiàn)。這項辦公以數(shù)字計算為基本辦法，對鑄造過程中流場、溫度場、應力場及微觀團體形貌施行摹擬，因此幫忙工藝預設擔任職務的人對不一樣時候的金屬流態(tài)、凝結過程溫度散布、應力散布、形成晶體晶粒尺寸形貌等關緊物理參變量有所理解，并以資為根據(jù)，預先推測是否有縮孔、疏松、摻雜、偏析及熱裂紋等欠缺顯露出來，可以成功實現(xiàn)鑄造工藝預設——校核——再預設——優(yōu)化預設的全過程，以增長鑄件品質，縮減試著制做周期，減低生產資本，增長市場竟爭有經驗。同時，用計算機等高科技來改造制作傳統(tǒng)產業(yè)是國里外科技進展的并肩發(fā)展方向，是鑄造領域的學科最前沿，也是鑄造工藝由“經驗預設”走向“科學引導”的關緊路徑，具備重大的實際意義。圖1展覽了鑄件工藝優(yōu)化的整個兒流程。2ProC3AST軟件紹介近年來，鑄造CAE商品化軟件功能漸漸增加，那里面主要有美國的ProCAST、德國的MAGMASOFT、芬蘭的CastCAE、法國的Simulor、西班牙的Forcast及東洋的Soldia、Castem等軟件。從功能上看，很多軟件大都基于有限差分法，可以對砂型鑄造、金屬型鑄造、精確鑄造、壓力鑄造等多種工藝施行溫度場、流場的數(shù)字摹擬，并可以預先推測鑄件的縮孔、縮松等欠缺，但對應力場的摹擬及裂紋的預先推測顯得無能為力。ProCAST軟件是由ESI企業(yè)研發(fā)的基于有限元法（FEM）的鑄造過程摹擬軟件，能夠施行流場、溫度場、應力場三場耦合摹擬。ProCAST認為合適而使用基于有限元法（FEM）的數(shù)字計算辦法，與有限差分法（FDM）相形，有限元法具備較大的靈活性，尤其適合使用于摹擬復雜鑄件成型過程中的各種物理現(xiàn)象。P4roCAST供給了能夠思索問題氣體、過淋、高壓、旋轉等對鑄件充型的影響，能夠摹擬出低壓鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等幾乎全部鑄造工藝的充型過程；在應力剖析方面，經過認為合適而使用彈范性和粘范性及獨有的處置鑄件/鑄型熱乎乎機械接觸界面的辦法，使其具備剖析鑄件應力、變型的有經驗。通不為己甚析可以取得鑄造過程的各種現(xiàn)象、鑄造欠缺形成及散布、鑄件最后品質的摹擬和預先推測。圖2為ProCAST軟件施行摹擬剖析的步驟。3應用實際的例子3.1鑄件充型摹擬鑄造充型過程對鑄件的最后品質起著表決性的效用，很多鑄造欠缺，如澆不充足、冷隔、卷氣、氧氣化夾渣乃至于縮松、縮孔等都與鑄造的充型過程關系近有關，利用ProCAST軟件能夠較為正確的表現(xiàn)充型過程和欠缺生成過程，這對于優(yōu)化充型系統(tǒng)預設，防止充型不符合理引動的鑄造欠缺具備關緊的意義。5為了檢查驗看ProCAST軟件在流場預先推測方面的正確性，我們選用了英國伯明翰的J.Campbell施行的純鋁充型的基準嘗試，來證驗軟件的正確性。嘗試最后結果的X-射線充型最后結果如左圖，右圖為ProCAST軟件的摹擬事情狀況，從圖中可以看出，ProCAST軟件能夠正確摹擬整個兒鑄件的充型過程，美好的預先推測出了澆注系統(tǒng)的卷氣欠缺。圖3：實際澆注與ProCAST軟件摹擬最后結果相比較在葉輪鑄件的鑄造工藝預設中，我們應用ProCAST軟件美好的預先推測了葉輪鑄件澆注系統(tǒng)的不符合理預設，并提出了工藝改進，使該鑄件一次澆注成功。原預設工藝中葉輪各個內澆口流量散布極為不符合理，經改進后鑄件充型較為平均，各內澆口流量散布較為平均。圖4：澆注系統(tǒng)改進前后相比較3.2鑄件凝結摹擬鑄造過程中大多欠缺主要是縮松和縮孔欠缺，而這6些個欠缺大都在鑄件凝結過程中形成，故而，比較非常準確的重演鑄件的凝結過程，對縮松和縮孔欠缺的預先推測顯得極為關緊，ProCAST軟件能夠較為正確的預先推測鑄件的縮松和縮孔欠缺，軟件供給多種基于不定導熱計算的鑄件縮松和縮孔欠缺預先推測辦法，常用的有：溫度梯度法、固相率梯度法、凝結時間梯度法、Niyama判據(jù)法及其變種、ProCAST軟件自帶的預疏密程度有關的判據(jù)等。工程師可以經過多種判據(jù)的綜合應用，達到預先推測縮松和縮孔欠缺的目標。我們在優(yōu)化某鑄鋼件時，綜合應用了多種判據(jù)，經清點數(shù)目次摹擬剖析，最后成功地解決了出產中的鑄件縮松和縮孔問題。起初鑄件的工藝經摹擬剖析，應用溫度梯度法和固相率梯度法顯露無損陷，而應用ProCAST軟件自帶的判據(jù)顯露兩處有縮松和縮孔欠缺，這與實際鑄件探傷最后結果完全一樣，通過多次優(yōu)化，最后解決了問7題，所出產的鑄件內里細致精密無損陷。3.3鑄件應力場摹擬在鑄造出產中進場因為鑄件結構方面的端由及工藝處置不合適而顯露出來熱裂，還是在某些部位存在較大的殘存應力或殘存變型，這是在鑄鋼件特別是大型鑄鋼件中存在廣泛存在，這些個欠缺嚴重影響了鑄件的品質和運用生存的年限，而這兩種欠缺都直接和凝結過程中的熱應力的萌生和進展相關，鐵別是熱裂欠缺，普通萌生在準固相區(qū)，并且隨著鑄件的后續(xù)冷卻，裂紋不斷擴張，常常導致鑄件廢棄。我們在出產的某材質為35CrMo的鑄鋼件時，常常在內澆口近旁顯露出來裂紋，況且常常擴展到鑄件內里，嚴重影響了后續(xù)辦公的正常開展，廠房技術員曾在內澆口近旁增加一塊凸臺補貼，以減損裂紋向鑄件的擴展，但并未徹底解決問題，后來，應用ProCAST軟件對鑄件應力場施行了摹擬，根據(jù)摹擬事情狀況，提出了改進處理辦法，徹底消弭了鑄件8中的裂紋欠缺。圖9：改進前后的內