基于Procast软件的熔模铸造计算机模拟
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应用[J ]. 热加工工艺 ,2005 , (1) :70271. [ 4 ] 柴增田. 计算机技术与熔 模 精 密 铸 造 [ J ] . 铸 造 纵 横.
·1362 ·
FOUNDR Y TEC HNOLO GY
Vol. 28 No . 10 Oct . 2007
2004 , (2) :4217. [ 5 ] 孙 逊 ,安阁英 ,苏仕方 ,等. 铸件充型凝固过程数值模拟
发展现状[J ] . 铸造 ,2000 ,49 (2) :84288. [ 6 ] Koichi ANZA I ,etal. Predicatio n of defect s in die castings
by quasi t hreedimensional flow analyis [J ] . Imono , 1988 , 60 (12) :7632769. [ 7 ] 韩昌仁 ,周铁涛. 熔模精密铸造蜡模充型过程的数值模拟 [J ] . 特种铸造及有色合金. 2001 , (3) :38239.
wit h t he p ractical result
参考文献 [ 1 ] 柳百成. 铸件凝固过程的宏观及微观模拟仿真研究进展
[J ] . 中国工程科学 ,2000 ,2 (9) :29234. [ 2 ] 张 波 , 于九明 , 由宝财. 铸造过程温度场的数值模拟
[J ] . 热加工工艺. 2004 , (5) :30232. [ 3 ] 胡红军. ProCAST 软件的特点及其在铸件成形过程中的
银行汇款 :冀州市华北铸钉铸造工具总厂 开户行 :市中行 帐 号 :14310908091001 厂 址 :河北省冀州市城南白庄工业区 (053200) 电话/ 传真 :031828682135 联系人 :白英韩 13831863803
白其水 13582484193 网 址 : WWW. HB ZHZ. co m
常用铸造工具规格 (材质为不锈钢或弹簧钢) / mm
名称 型号 规格 名称 型号 规格 名称 型号 规格 名称 型号 规格
刮刀 2 # 尖刮刀 3 #
提勾 2 # 提勾 4 # 钢批勾 1 #
160 ×45 秋叶 1 # 140 ×35 单头钢批 2 # 350 ×15 单头钢批 3 # 300 ×10 法兰勾 1 # 280 ×16 榔头铲 1 #
270 ×50 200 ×30 220 ×35 240 ×40 320 ×12
掸笔 、硬扫笔 :20～120 mm 10 个品种 ; 圆水笔 :12～17 mm 3 个品种 。 铸钉 (芯撑) 有圆 、方 、长方形 ,单 、双 、多柱 、异形铸钉等各种铸铁 、铸钢用铸钉 。
1. 刮刀 3 # 2. 尖刮刀 1 # 3. 单开提勾 4 # 4. 双开提 勾 2 # 5. 鹅脖提勾 1 # 6. 圆竹批 4 # 7. 勾批 2 # 8. 压勺 4 # 9. 图二型压勺 1 # 10. 压勺 1 # 11. 齐头压勺 1 # 12. 双齐头压勺 2 # 13. 秋叶 2 # 14. 法兰勾 2 # 15. 托兰 根 2 # 16. 直角光子 2 # 17. 掸笔 (3 、7 、6CM) 18. 圆水笔 Φ16 19. 泥芯撑 (中下)
通过热辐射和传热分析模块的凝固过程进行模拟 (图 4 左) ,结果发现位于模组中部的铸件由于接收到 的辐射热比位于四周的铸件多 ,因而温度偏高 ,不利于 铸件的顺序凝固 ,容易产生缩孔 、缩松 。通过增大浇道 尺寸 (图 4 右) ,对修改后的模型进行模拟 ,发现可以达 到顺序凝固 。 1. 2 射蜡过程模拟
Procast 流动分析模块通过 Navier2Stocks 流动方 程进行流动和传热耦合计算 ,不仅可以模拟金属液在
《铸造技术》10/ 2007
王春欢等 :基于 Procast 软件的熔模铸造计算机模拟
·1361 ·
图 1 初始的蜡模组布置 ,标示处就是气泡 (左图) ,右图是铸件的气孔缺陷 Fig. 1 Layout of initial wax mold t ree , t he bubble in t he left , blowhole in t he right
gating modificatio n to eliminate shrinkage poro sity
图 4 修改前 (左) 和 修改后 (右) 的模拟 Fig. 4 Simulation result s before and after modification
浇注系统和型腔中的流动状态 ,还可以模拟流体通过 多孔介质 (陶瓷过滤器) 的流动 ,预报倒流 、噎流等现 象 ,预测冷隔和浇不到等铸造缺陷[7] 。图 5 为蜡模充
铸造 CA E 模拟技术是利用计算机技术来改造和 提升传统铸造技术 ,对降低产品的成本 、提高铸造企业 的竞争力有着不可替代的作用 。近年来提出了净形或 近净形化铸造 ,以发挥熔模铸造的优势 ,使熔模铸件向 更轻 、薄及精整化方向发展 ,满足现代工业对高质量零 件的需求 。这就要求熔模精铸件的结构更加合理 ,制 定的工艺方案更加优化 ,对精铸技术提出了越来越高 的要求 。在传统的铸件结构设计 、压型设计 、注蜡工艺 参数制定 、浇注系统设计等过程中 ,主要依靠工程技术 人员的实际工作经验 ,缺乏科学的理论依据 。特别对 于复杂件和重要件 ,生产中往往要反复地修改铸件结 构 、压型或铸造工艺方案来达到最终的技术要求 ,这种 “经验 + 实验”的工艺方法 ,导致铸件的研制周期长 、成 本高 、质量不可靠等弊端 ,已不能适应工业发展的要 求[1～4 ] 。 1 Procast 软件在熔模铸造中的应用实例 1. 1 浇道优化设计
气泡和收缩性孔洞导致多数铸件缺陷 。正确的 布置浇口和冒口位置对改善铸件质量至关重要 。图
收稿日期 :2006202222 ; 修订日期 :2007201205 作者简介 :王春欢 (19792 ) ,女 ,河南焦作人 ,硕士生 ,助教. 现从事铸造
工艺 CAD/ CA E 等方面的研究和开发工作. Email :wchhappy @cqit . edu. cn
180 ×30 三角光子 2 # 240 ×22 蛋圆光子 1 # 210 ×20 压勺 1 # 270 ×14 压勺 2 # 240 ×24 单齐压勺 2 #
50 ×30 东北压勺 1 # 75 ×50 图型勺 2 # 270 ×50 长把压勺 1 # 240 ×45 柳叶勺 1 # 240 ×45 单开提勾 2 #
1 显示了金属液充满 4 个型腔的过程 。可以看出 ,金 属液充满底部 2 个型腔 ,同时金属液从上下 2 个型 腔连接处喷射到下部型腔 。这样所有的气体都难以 排除 ,遗留下气泡 ,因为没有排出通道 ,气泡将变成 如图 2 右所示的气孔缺陷 。另外一个缺陷是凝固过 程中的收缩性孔洞 。在 X 射线下发现不正确的浇注 方法导致 铸 件 上 有 3 个 区 域 有 缩 孔 ( 图 2 左) 。用 procast 软件进行模拟得到同样的结果 (图 2 右) 。找 到了缺陷产生的原因以后 ,设计了一种新的浇口分 布 ,采用水平布置 (如图 3) 代替初始的树状分布 ,用 计算机模拟来验证潜在的内部气泡和收缩缺陷 ,模 拟显示浇注过程中及凝固后不会产生气孔缺陷 。新 的设计 在 批 量 生 产 中 应 用 , 显 著 提 高 了 铸 件 的 质 量[ 5～8 ] 。
型接合线形成模拟和实际情况的对比 。 2 结论
基于 Procast 软件的铸造模拟技术可以用来研究 熔模铸造过程所涉及到的基本问题 。通过对铸件充型 和凝固过程进行数值模拟 ,缩短了铸件的工艺定型和 研制周期 ,降低了铸件成本 ,提高了铸件质量和批量生 产的质量稳定性 。
图 5 蜡模充型接合线形成模拟 (左) 和实际情况的对比 Fig. 5 Predictio n of filling joint lines (left) and comparison
Ema il :HBB YH @HB ZH Z. co m
经销处 :哈尔滨市铸材门市部 13831863803 包头市铸材经销处 13633184318 杭州市中亚铸材有限公司 13932860882 贵阳市忠信铸材公司 13831888322 长沙市铸材办事处 13831823340 西宁市铸材办事处 13931810511 上海市办事处 13932894585 南宁市办事处 077128994686 成都市办事处 02828663064
Co mp ut e r Si m ul a ti o n of In v e s t m e nt Ca s ti n g b a s e d o n Pr o c a s t S of t w a r e
WANG Chun2huan , HU Hong2jun , L UO Jing ( School of Material Science and Engineering , Chongqing Institute of Technology , Chongqing 400050 , China) Abs t rac t : Some simulation example s of inve stment ca sting utilizing Proca st software were introduced. The re sult s show that the software can predict the ca sting defect s formed during filling and solidification proce sse s , thus can aid technologist s to optimize ca sting proce ss and guide the practical production of inve stment ca sting. The simulation method ha s the reference for the de sign of other ca sting proce sse s a s well. Ke y w or ds : Inve stment ca sting ; Ca sting defects ; Ca sting numerical simulation
·1360 ·
铸造技术 FOUNDR Y TEC HNOLO GY
Vol. 28 No . 10 Oct . 2007
基于 Proca st 软件的熔模铸造计算机模拟
王春欢 ,胡红军 ,罗 静
(重庆工学院材料科学与工程学院 ,重庆 400050)
摘要 :介绍了 Procast 软件在熔模铸造中的一些应用实例 ,应用表明铸造模拟软件 Procast 能够预测熔模精Βιβλιοθήκη Baidu铸件在充型凝固 过程中可能产生的缺陷 ,从而辅助工艺人员进行工艺优化 ,指导实际熔模精密铸件生产 。采用的模拟方法和步骤对其它铸造 工艺的确定有借鉴作用 。 关键词 :熔模铸造 ;铸造缺陷 ;铸造数值模拟 中图分类号 : T G250. 6 ; TP391 文献标识码 :A 文章编号 :100028365 (2007) 1021360203
图 2 X 射线和 Procast 模拟下的收缩缺陷 Fig. 2 Shrinkage poro sity inspected by t he X2Ray and t he
simulated result by p rocast
图 3 优化后的设计方案 Fig. 3 Scheme after modificatio n modified gating design
河北省冀州市华北铸钉铸造工具总厂
本单位为一般纳税人 ,增值发票税率 17 %
一握华北手 永远是朋友
冀州市华北铸钉铸造工具总厂是生产铸钉 (泥芯撑) 、羊毛掸笔 、硬扫笔 、圆水笔的专业厂家 。建厂 30 多年来 ,技术设备先进 ,产品销往全国各地 ,深受用户欢迎 。本厂始终承诺 :诚信至上 ,守信誉 ,质高价低 ,实 行三包 。交货及时 ,代办发运 ,可供图定做 。欢迎国内外来人来电选购 。
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FOUNDR Y TEC HNOLO GY
Vol. 28 No . 10 Oct . 2007
2004 , (2) :4217. [ 5 ] 孙 逊 ,安阁英 ,苏仕方 ,等. 铸件充型凝固过程数值模拟
发展现状[J ] . 铸造 ,2000 ,49 (2) :84288. [ 6 ] Koichi ANZA I ,etal. Predicatio n of defect s in die castings
by quasi t hreedimensional flow analyis [J ] . Imono , 1988 , 60 (12) :7632769. [ 7 ] 韩昌仁 ,周铁涛. 熔模精密铸造蜡模充型过程的数值模拟 [J ] . 特种铸造及有色合金. 2001 , (3) :38239.
wit h t he p ractical result
参考文献 [ 1 ] 柳百成. 铸件凝固过程的宏观及微观模拟仿真研究进展
[J ] . 中国工程科学 ,2000 ,2 (9) :29234. [ 2 ] 张 波 , 于九明 , 由宝财. 铸造过程温度场的数值模拟
[J ] . 热加工工艺. 2004 , (5) :30232. [ 3 ] 胡红军. ProCAST 软件的特点及其在铸件成形过程中的
银行汇款 :冀州市华北铸钉铸造工具总厂 开户行 :市中行 帐 号 :14310908091001 厂 址 :河北省冀州市城南白庄工业区 (053200) 电话/ 传真 :031828682135 联系人 :白英韩 13831863803
白其水 13582484193 网 址 : WWW. HB ZHZ. co m
常用铸造工具规格 (材质为不锈钢或弹簧钢) / mm
名称 型号 规格 名称 型号 规格 名称 型号 规格 名称 型号 规格
刮刀 2 # 尖刮刀 3 #
提勾 2 # 提勾 4 # 钢批勾 1 #
160 ×45 秋叶 1 # 140 ×35 单头钢批 2 # 350 ×15 单头钢批 3 # 300 ×10 法兰勾 1 # 280 ×16 榔头铲 1 #
270 ×50 200 ×30 220 ×35 240 ×40 320 ×12
掸笔 、硬扫笔 :20～120 mm 10 个品种 ; 圆水笔 :12～17 mm 3 个品种 。 铸钉 (芯撑) 有圆 、方 、长方形 ,单 、双 、多柱 、异形铸钉等各种铸铁 、铸钢用铸钉 。
1. 刮刀 3 # 2. 尖刮刀 1 # 3. 单开提勾 4 # 4. 双开提 勾 2 # 5. 鹅脖提勾 1 # 6. 圆竹批 4 # 7. 勾批 2 # 8. 压勺 4 # 9. 图二型压勺 1 # 10. 压勺 1 # 11. 齐头压勺 1 # 12. 双齐头压勺 2 # 13. 秋叶 2 # 14. 法兰勾 2 # 15. 托兰 根 2 # 16. 直角光子 2 # 17. 掸笔 (3 、7 、6CM) 18. 圆水笔 Φ16 19. 泥芯撑 (中下)
通过热辐射和传热分析模块的凝固过程进行模拟 (图 4 左) ,结果发现位于模组中部的铸件由于接收到 的辐射热比位于四周的铸件多 ,因而温度偏高 ,不利于 铸件的顺序凝固 ,容易产生缩孔 、缩松 。通过增大浇道 尺寸 (图 4 右) ,对修改后的模型进行模拟 ,发现可以达 到顺序凝固 。 1. 2 射蜡过程模拟
Procast 流动分析模块通过 Navier2Stocks 流动方 程进行流动和传热耦合计算 ,不仅可以模拟金属液在
《铸造技术》10/ 2007
王春欢等 :基于 Procast 软件的熔模铸造计算机模拟
·1361 ·
图 1 初始的蜡模组布置 ,标示处就是气泡 (左图) ,右图是铸件的气孔缺陷 Fig. 1 Layout of initial wax mold t ree , t he bubble in t he left , blowhole in t he right
gating modificatio n to eliminate shrinkage poro sity
图 4 修改前 (左) 和 修改后 (右) 的模拟 Fig. 4 Simulation result s before and after modification
浇注系统和型腔中的流动状态 ,还可以模拟流体通过 多孔介质 (陶瓷过滤器) 的流动 ,预报倒流 、噎流等现 象 ,预测冷隔和浇不到等铸造缺陷[7] 。图 5 为蜡模充
铸造 CA E 模拟技术是利用计算机技术来改造和 提升传统铸造技术 ,对降低产品的成本 、提高铸造企业 的竞争力有着不可替代的作用 。近年来提出了净形或 近净形化铸造 ,以发挥熔模铸造的优势 ,使熔模铸件向 更轻 、薄及精整化方向发展 ,满足现代工业对高质量零 件的需求 。这就要求熔模精铸件的结构更加合理 ,制 定的工艺方案更加优化 ,对精铸技术提出了越来越高 的要求 。在传统的铸件结构设计 、压型设计 、注蜡工艺 参数制定 、浇注系统设计等过程中 ,主要依靠工程技术 人员的实际工作经验 ,缺乏科学的理论依据 。特别对 于复杂件和重要件 ,生产中往往要反复地修改铸件结 构 、压型或铸造工艺方案来达到最终的技术要求 ,这种 “经验 + 实验”的工艺方法 ,导致铸件的研制周期长 、成 本高 、质量不可靠等弊端 ,已不能适应工业发展的要 求[1～4 ] 。 1 Procast 软件在熔模铸造中的应用实例 1. 1 浇道优化设计
气泡和收缩性孔洞导致多数铸件缺陷 。正确的 布置浇口和冒口位置对改善铸件质量至关重要 。图
收稿日期 :2006202222 ; 修订日期 :2007201205 作者简介 :王春欢 (19792 ) ,女 ,河南焦作人 ,硕士生 ,助教. 现从事铸造
工艺 CAD/ CA E 等方面的研究和开发工作. Email :wchhappy @cqit . edu. cn
180 ×30 三角光子 2 # 240 ×22 蛋圆光子 1 # 210 ×20 压勺 1 # 270 ×14 压勺 2 # 240 ×24 单齐压勺 2 #
50 ×30 东北压勺 1 # 75 ×50 图型勺 2 # 270 ×50 长把压勺 1 # 240 ×45 柳叶勺 1 # 240 ×45 单开提勾 2 #
1 显示了金属液充满 4 个型腔的过程 。可以看出 ,金 属液充满底部 2 个型腔 ,同时金属液从上下 2 个型 腔连接处喷射到下部型腔 。这样所有的气体都难以 排除 ,遗留下气泡 ,因为没有排出通道 ,气泡将变成 如图 2 右所示的气孔缺陷 。另外一个缺陷是凝固过 程中的收缩性孔洞 。在 X 射线下发现不正确的浇注 方法导致 铸 件 上 有 3 个 区 域 有 缩 孔 ( 图 2 左) 。用 procast 软件进行模拟得到同样的结果 (图 2 右) 。找 到了缺陷产生的原因以后 ,设计了一种新的浇口分 布 ,采用水平布置 (如图 3) 代替初始的树状分布 ,用 计算机模拟来验证潜在的内部气泡和收缩缺陷 ,模 拟显示浇注过程中及凝固后不会产生气孔缺陷 。新 的设计 在 批 量 生 产 中 应 用 , 显 著 提 高 了 铸 件 的 质 量[ 5～8 ] 。
型接合线形成模拟和实际情况的对比 。 2 结论
基于 Procast 软件的铸造模拟技术可以用来研究 熔模铸造过程所涉及到的基本问题 。通过对铸件充型 和凝固过程进行数值模拟 ,缩短了铸件的工艺定型和 研制周期 ,降低了铸件成本 ,提高了铸件质量和批量生 产的质量稳定性 。
图 5 蜡模充型接合线形成模拟 (左) 和实际情况的对比 Fig. 5 Predictio n of filling joint lines (left) and comparison
Ema il :HBB YH @HB ZH Z. co m
经销处 :哈尔滨市铸材门市部 13831863803 包头市铸材经销处 13633184318 杭州市中亚铸材有限公司 13932860882 贵阳市忠信铸材公司 13831888322 长沙市铸材办事处 13831823340 西宁市铸材办事处 13931810511 上海市办事处 13932894585 南宁市办事处 077128994686 成都市办事处 02828663064
Co mp ut e r Si m ul a ti o n of In v e s t m e nt Ca s ti n g b a s e d o n Pr o c a s t S of t w a r e
WANG Chun2huan , HU Hong2jun , L UO Jing ( School of Material Science and Engineering , Chongqing Institute of Technology , Chongqing 400050 , China) Abs t rac t : Some simulation example s of inve stment ca sting utilizing Proca st software were introduced. The re sult s show that the software can predict the ca sting defect s formed during filling and solidification proce sse s , thus can aid technologist s to optimize ca sting proce ss and guide the practical production of inve stment ca sting. The simulation method ha s the reference for the de sign of other ca sting proce sse s a s well. Ke y w or ds : Inve stment ca sting ; Ca sting defects ; Ca sting numerical simulation
·1360 ·
铸造技术 FOUNDR Y TEC HNOLO GY
Vol. 28 No . 10 Oct . 2007
基于 Proca st 软件的熔模铸造计算机模拟
王春欢 ,胡红军 ,罗 静
(重庆工学院材料科学与工程学院 ,重庆 400050)
摘要 :介绍了 Procast 软件在熔模铸造中的一些应用实例 ,应用表明铸造模拟软件 Procast 能够预测熔模精Βιβλιοθήκη Baidu铸件在充型凝固 过程中可能产生的缺陷 ,从而辅助工艺人员进行工艺优化 ,指导实际熔模精密铸件生产 。采用的模拟方法和步骤对其它铸造 工艺的确定有借鉴作用 。 关键词 :熔模铸造 ;铸造缺陷 ;铸造数值模拟 中图分类号 : T G250. 6 ; TP391 文献标识码 :A 文章编号 :100028365 (2007) 1021360203
图 2 X 射线和 Procast 模拟下的收缩缺陷 Fig. 2 Shrinkage poro sity inspected by t he X2Ray and t he
simulated result by p rocast
图 3 优化后的设计方案 Fig. 3 Scheme after modificatio n modified gating design
河北省冀州市华北铸钉铸造工具总厂
本单位为一般纳税人 ,增值发票税率 17 %
一握华北手 永远是朋友
冀州市华北铸钉铸造工具总厂是生产铸钉 (泥芯撑) 、羊毛掸笔 、硬扫笔 、圆水笔的专业厂家 。建厂 30 多年来 ,技术设备先进 ,产品销往全国各地 ,深受用户欢迎 。本厂始终承诺 :诚信至上 ,守信誉 ,质高价低 ,实 行三包 。交货及时 ,代办发运 ,可供图定做 。欢迎国内外来人来电选购 。