CAE剖析技術(shù)在鑄造出產(chǎn)中的應(yīng)用

CAE剖析技術(shù)在鑄造出產(chǎn)中的應(yīng)用1近年來(lái)，計(jì)算機(jī)鑄造工藝摹擬軟件著手被大部分?jǐn)?shù)鑄造工廠所接納，應(yīng)用這些個(gè)軟件可以較為正確的預(yù)先推測(cè)各種鑄造欠缺，優(yōu)化澆注系統(tǒng)預(yù)設(shè)、消弭熱裂等裂紋欠缺、增長(zhǎng)工藝出品率。本文紹介了應(yīng)用ProCAST軟件在實(shí)際鑄造工藝優(yōu)化預(yù)設(shè)中的一點(diǎn)實(shí)際的例子，應(yīng)用表明該軟件能正確的預(yù)先推測(cè)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(zhì)增長(zhǎng)。網(wǎng)站關(guān)鍵詞:ProCASTCAE數(shù)字摹擬鑄造1引言鑄造是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的關(guān)緊產(chǎn)業(yè)器件之一，它反映了一個(gè)國(guó)度制作工業(yè)的規(guī)模和水準(zhǔn)。隨著航空、航天、船只、交通工具、機(jī)械等七十二行的興盛，鑄件的需要量越來(lái)越大，對(duì)鑄造金屬的性能及鑄件本身的靠得住性等要求越來(lái)越高。先進(jìn)制作技術(shù)的進(jìn)展，要求鑄件的出產(chǎn)向輕型化、非常準(zhǔn)確化、強(qiáng)韌化、復(fù)合化及無(wú)背景污染方向進(jìn)展。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速進(jìn)展及其在2鑄造出產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，可以經(jīng)過(guò)對(duì)制作工藝過(guò)程施行數(shù)字摹擬及仿真，要得上面所說(shuō)的目的得以成功實(shí)現(xiàn)。這項(xiàng)辦公以數(shù)字計(jì)算為基本辦法，對(duì)鑄造過(guò)程中流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)及微觀團(tuán)體形貌施行摹擬，因此幫忙工藝預(yù)設(shè)擔(dān)任職務(wù)的人對(duì)不一樣時(shí)候的金屬流態(tài)、凝結(jié)過(guò)程溫度散布、應(yīng)力散布、形成晶體晶粒尺寸形貌等關(guān)緊物理參變量有所理解，并以資為根據(jù)，預(yù)先推測(cè)是否有縮孔、疏松、摻雜、偏析及熱裂紋等欠缺顯露出來(lái)，可以成功實(shí)現(xiàn)鑄造工藝預(yù)設(shè)——校核——再預(yù)設(shè)——優(yōu)化預(yù)設(shè)的全過(guò)程，以增長(zhǎng)鑄件品質(zhì)，縮減試著制做周期，減低生產(chǎn)資本，增長(zhǎng)市場(chǎng)竟?fàn)幱薪?jīng)驗(yàn)。同時(shí)，用計(jì)算機(jī)等高科技來(lái)改造制作傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是國(guó)里外科技進(jìn)展的并肩發(fā)展方向，是鑄造領(lǐng)域的學(xué)科最前沿，也是鑄造工藝由“經(jīng)驗(yàn)預(yù)設(shè)”走向“科學(xué)引導(dǎo)”的關(guān)緊路徑，具備重大的實(shí)際意義。圖1展覽了鑄件工藝優(yōu)化的整個(gè)兒流程。2ProC3AST軟件紹介近年來(lái)，鑄造CAE商品化軟件功能漸漸增加，那里面主要有美國(guó)的ProCAST、德國(guó)的MAGMASOFT、芬蘭的CastCAE、法國(guó)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(duì)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(chǎng)、流場(chǎng)的數(shù)字摹擬，并可以預(yù)先推測(cè)鑄件的縮孔、縮松等欠缺，但對(duì)應(yīng)力場(chǎng)的摹擬及裂紋的預(yù)先推測(cè)顯得無(wú)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(guò)程摹擬軟件，能夠施行流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)三場(chǎng)耦合摹擬。ProCAST認(rèn)為合適而使用基于有限元法（FEM）的數(shù)字計(jì)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(fù)雜鑄件成型過(guò)程中的各種物理現(xiàn)象。P4roCAST供給了能夠思索問(wèn)題氣體、過(guò)淋、高壓、旋轉(zhuǎn)等對(duì)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(guò)程；在應(yīng)力剖析方面，經(jīng)過(guò)認(rèn)為合適而使用彈范性和粘范性及獨(dú)有的處置鑄件/鑄型熱乎乎機(jī)械接觸界面的辦法，使其具備剖析鑄件應(yīng)力、變型的有經(jīng)驗(yàn)。通不為己甚析可以取得鑄造過(guò)程的各種現(xiàn)象、鑄造欠缺形成及散布、鑄件最后品質(zhì)的摹擬和預(yù)先推測(cè)。圖2為ProCAST軟件施行摹擬剖析的步驟。3應(yīng)用實(shí)際的例子3.1鑄件充型摹擬鑄造充型過(guò)程對(duì)鑄件的最后品質(zhì)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(guò)程關(guān)系近有關(guān)，利用ProCAST軟件能夠較為正確的表現(xiàn)充型過(guò)程和欠缺生成過(guò)程，這對(duì)于優(yōu)化充型系統(tǒng)預(yù)設(shè)，防止充型不符合理引動(dòng)的鑄造欠缺具備關(guān)緊的意義。5為了檢查驗(yàn)看ProCAST軟件在流場(chǎng)預(yù)先推測(cè)方面的正確性，我們選用了英國(guó)伯明翰的J.Campbell施行的純鋁充型的基準(zhǔn)嘗試，來(lái)證驗(yàn)軟件的正確性。嘗試最后結(jié)果的X-射線充型最后結(jié)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(gè)兒鑄件的充型過(guò)程，美好的預(yù)先推測(cè)出了澆注系統(tǒng)的卷氣欠缺。圖3：實(shí)際澆注與ProCAST軟件摹擬最后結(jié)果相比較在葉輪鑄件的鑄造工藝預(yù)設(shè)中，我們應(yīng)用ProCAST軟件美好的預(yù)先推測(cè)了葉輪鑄件澆注系統(tǒng)的不符合理預(yù)設(shè)，并提出了工藝改進(jìn)，使該鑄件一次澆注成功。原預(yù)設(shè)工藝中葉輪各個(gè)內(nèi)澆口流量散布極為不符合理，經(jīng)改進(jìn)后鑄件充型較為平均，各內(nèi)澆口流量散布較為平均。圖4：澆注系統(tǒng)改進(jìn)前后相比較3.2鑄件凝結(jié)摹擬鑄造過(guò)程中大多欠缺主要是縮松和縮孔欠缺，而這6些個(gè)欠缺大都在鑄件凝結(jié)過(guò)程中形成，故而，比較非常準(zhǔn)確的重演鑄件的凝結(jié)過(guò)程，對(duì)縮松和縮孔欠缺的預(yù)先推測(cè)顯得極為關(guān)緊，ProCAST軟件能夠較為正確的預(yù)先推測(cè)鑄件的縮松和縮孔欠缺，軟件供給多種基于不定導(dǎo)熱計(jì)算的鑄件縮松和縮孔欠缺預(yù)先推測(cè)辦法，常用的有：溫度梯度法、固相率梯度法、凝結(jié)時(shí)間梯度法、Niyama判據(jù)法及其變種、ProCAST軟件自帶的預(yù)疏密程度有關(guān)的判據(jù)等。工程師可以經(jīng)過(guò)多種判據(jù)的綜合應(yīng)用，達(dá)到預(yù)先推測(cè)縮松和縮孔欠缺的目標(biāo)。我們?cè)趦?yōu)化某鑄鋼件時(shí)，綜合應(yīng)用了多種判據(jù)，經(jīng)清點(diǎn)數(shù)目次摹擬剖析，最后成功地解決了出產(chǎn)中的鑄件縮松和縮孔問(wèn)題。起初鑄件的工藝經(jīng)摹擬剖析，應(yīng)用溫度梯度法和固相率梯度法顯露無(wú)損陷，而應(yīng)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(shí)際鑄件探傷最后結(jié)果完全一樣，通過(guò)多次優(yōu)化，最后解決了問(wèn)7題，所出產(chǎn)的鑄件內(nèi)里細(xì)致精密無(wú)損陷。3.3鑄件應(yīng)力場(chǎng)摹擬在鑄造出產(chǎn)中進(jìn)場(chǎng)因?yàn)殍T件結(jié)構(gòu)方面的端由及工藝處置不合適而顯露出來(lái)熱裂，還是在某些部位存在較大的殘存應(yīng)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(gè)欠缺嚴(yán)重影響了鑄件的品質(zhì)和運(yùn)用生存的年限，而這兩種欠缺都直接和凝結(jié)過(guò)程中的熱應(yīng)力的萌生和進(jìn)展相關(guān)，鐵別是熱裂欠缺，普通萌生在準(zhǔn)固相區(qū)，并且隨著鑄件的后續(xù)冷卻，裂紋不斷擴(kuò)張，常常導(dǎo)致鑄件廢棄。我們?cè)诔霎a(chǎn)的某材質(zhì)為35CrMo的鑄鋼件時(shí)，常常在內(nèi)澆口近旁顯露出來(lái)裂紋，況且常常擴(kuò)展到鑄件內(nèi)里，嚴(yán)重影響了后續(xù)辦公的正常開(kāi)展，廠房技術(shù)員曾在內(nèi)澆口近旁增加一塊凸臺(tái)補(bǔ)貼，以減損裂紋向鑄件的擴(kuò)展，但并未徹底解決問(wèn)題，后來(lái)，應(yīng)用ProCAST軟件對(duì)鑄件應(yīng)力場(chǎng)施行了摹擬，根據(jù)摹擬事情狀況，提出了改進(jìn)處理辦法，徹底消弭了鑄件8中的裂紋欠缺。圖9：改進(jìn)前后的內(nèi)