第4章-温度场模拟软件
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第四节 新建工程（3/3）
左图所示 为打开刚 新建的工 程，新工 程一旦建 立就可以 进入前处 理、计算 分析和后 处理。
14
第五节 前处理网格剖分（1/5）
进入华铸CAE控 制平台后，选择 “前置处理”按 钮后，即进入华 铸CAE前置处理 软件，如左图所 示。系统界面包 括：主菜单、工 具栏、状态栏、 进展条、三维图 形显示区、信息 树显示区、剖分 信息显示区和二 维图形显示区等 组成。
10
第三节 工艺三维造型（2/2）
下图所示的为某铸件及工艺的三维实体图（STL文件），下面以此为例 进行凝固过程模拟分析的介绍。
(a) 铸件浇冒口
(b) 铸件浇冒口以及冒口套
图 某铸件及工艺三维实体（STL文件）
11
第四节 新建工程（1/3）
华铸CAE由三个相对独立的 模块组成，即前置处理部分 （网格剖分模块），计算处 理部分和后置处理部分(图形 显示部分)。上述三部分统一 于系统控制平台，成为一个 有机的整体，用户必须通过 控制平台来操作整个华铸 CAE系统。左图所示即为华 铸CAE控制平台的界面，包 括：主菜单，工具栏，状态 栏，三维图形显示区、当前 工程信息显示区以及新近工 程列表区等组成。
低压铸造、差压铸造
高压铸造
旋转铸造
熔模铸造
7
第一节 温度场CAE软件概述 （6/6）- 华铸CAE
•模拟分析范围： 充型流动模拟
流动与传热耦合模拟
结晶凝固模拟
应力应变模拟
缺陷分析与预测(缩孔、缩松、卷气、夹杂、 浇不足、冷隔、冲砂)
8
第二节 温度场模拟分析软件操作步骤（1/1）
下面以“华铸CAE”为例，说明如何利用铸件凝固过程模拟 分析软件来进行铸件工艺的分析，主要步骤如下：
华铸CAE计算分析界面
华铸CAE后处理界面
5
第一节 温度场CAE软件概述 （4/6）- 华铸CAE
•适用合金:
铸钢（普通碳钢、低合金钢、高合金钢） 铸铁（灰铁、球铁、特种铸铁） 铸铝 铸铜 铸锌 铸镁
6
第一节 温度场CAE软件概述 （5/6）- 华铸CAE
•铸造方式： 砂型、金属型重力铸造 大型、超大型重力铸造
15
第五节 前处理网格剖分（2/5） 华铸CAE前处理的主要步骤: （1）设定STL材质属性 （2）设定优先级别 （3）设定网格参数 （4）设定其他参数 ** 自动剖分 （5）设定剖分结果显示参数 （6）剖分结果显示 （7）剖分结果连通性检查 （1）设定STL材质属性
16
第五节 前处理网格剖分（3/5）
《材料成形模拟技术》讲义
第4章 温度场模拟软件
华中科技大学
周建新
Tel: 027-87541922 Email: zhoujianxin1975@163.com
主要内容
1、温度场CAE软件概述 2、温度场模拟分析软件操作步骤 3、工艺三维造型 4、新建工程 5、前处理网格剖分 6、计算分析 7、后处理数据可视化
（1）工艺三维建型； （2）新建工程； （3）前处理网格剖分； （4）参数设定与计算分析； （5）后处理数据可视化。
9
第三节 工艺三维造型（1/2）
三维造型工作是利用商品化的三维造型软件来完成的。华铸CAE集成 系统可以与目前几乎所有流行的三维CAD系统进行数据交换，这些系统包括： AutoCAD、MDT、UG、SolidEdge、PRO/ENGINEER、I-DEAS、CADAM、 SolidWorks、EUCLID、CATIA 等。用户可以任意选择上述CAD系统，华铸 CAE对这些CAD系统的唯一要求是：这些系统必须提供STL接口。而实际上上 述绝大部分CAD系统都带有导出STL文件功能，是它们的标准配置。 华铸CAE对三维造型有如下要求：1）要求准确地、全面地进行三维造 型。分析对象的各个组成部分应全部进行三维造型，例如铸件、浇注系统、 冒口、砂芯、冷铁、冒口套、铸型等，只要实际生产有的实体，造型时均应 输入到电脑中去。2）不同材质的实体，造型时必须分开。例如铸件与冷铁 必须是两个实体，分开造型。3）相同材质的实体，可分开，也可不分开。 例如铸件、浇注系统与冒口的材质相同（充满时都是金属），造型时可以将 此三部分作为一个实体进行造型，也可分开作为三个实体。系统建议最好分 开造型，这样会带来很多好处。4）各个实体必须按实际生产情况进行正确 的装配。5）三维造型工作是一个繁琐的工作，占整个分析中工作量的90% 以上。
33
第七节 后处理数据可视化（7/9）
铸件凝固过程同时也是缩松缩孔的形成过程，华铸CAE软 件采用了重力补缩技术，能够计算缩松缩孔形成过程以及定量地预测缩松缩孔的 位置大小形状等。下图是铸件凝固后的缩松缩孔分布。
（6）定量缩孔
（a）显示铸件及浇冒口中的缩松缩孔
（b）仅显示铸件中的缩松缩孔
34
第七节 后处理数据可视化（8/9） （7） Nyma缩松
28
第七节 后处理数据可视化（2/9）
铸件凝固过程中，随着热量的散失，温度不断降低。用不同的 颜色对应不同的温度，适当的色标对应，绘出不同时刻的铸件图，能贴切形象地表现铸件凝 固过程中温度的变化。下图即为铸件在凝固过程中某一时刻铸件色温。
（1） 铸件色温
（a）整体
（b）剖切
29
第七节 后处理数据可视化（3/9）
（3）铸型色温
（a）铸件/冒口套/铸型全部显示
（b）不显示铸件
31
第七节 后处理数据可视化（5/9）
取某一临界固相率温度，高于此温度的网格单元以颜色 填充显示，而低于此温度的网格单元以线条轮廓显示。由此可观察凝固过程中的 相变细节，可观察液相补缩通道的断开，孤立液相区的形成过程，为改进工艺、 判断工艺的可行性提供科学的依据。下图是铸件在凝固过程中不同时刻液相分布。
充 型 过 程
有传热，第3种计算
凝 固 过 程
第4种计算
进入华铸CAE控 制平台后，选择 “计算分析”按 钮后，即进入华 铸CAE计算分析 系统，如左图所 示。系统界面包 括：主菜单、工 具栏、状态栏、 进展条、图形显 示区、任务命令 区、信息树显示 区以及曲线显示 区等组成。
20
第六节 计算分析（2/8）
25
第六节 计算分析（7/8）
（8）设置数据自动保存参数
（9）设置计算时温度数据图形显示方式
26
第六节 计算分析（8/8）
（10）本次计算任务总结
27
第七节 后处理数据可视化（1/9）
凝固过程模拟其后处理的功能是海量温度场数据可视化，华铸CAE凝固过程后处理主要包 含（1）铸件色温（2）温度梯度（3）铸型色温（4）凝固液相（5）凝固次序（6）定量缩孔 （7）Nyma缩松（8）温度曲线等功能，如下图所示，下面简要介绍。
铸件凝固过程中不同部位，其温度变化有很大差异， 下 图即为铸件在凝固过程中某一时刻铸件温度梯度分布。
（2）温度梯度
（a）带箭头的线段表示
（b）颜色表示
30
第七节 后处理数据可视化（4/9）
在模拟分析中，不仅要计算铸件浇冒口系统的温度场， 而且要计算与传热相关的铸型、冷铁、冒口套等温度场分布，下图是铸型色温分 布图，即显示铸件/冒口套/铸型的温度分布。
2
第一节 温度场CAE软件概述 （1/6）
经过四十多年的发展，目前铸造领域商品化数 值模拟软件较多，国内外著名的软件系统有德国 的“MAGMASOFT”、美国的“PROCAST”、国内 华中科技大学的“华铸CAE”、清华大学“FTSTAR”等。这些软件在铸造领域得到了较为广泛 的应用，取得了良好的应用效果。
凝固过程计算（第1种计算）的主要步骤：
（1）设定计算分任务 （2）设置合金属性 （3）设置铸件铸型等物性参数 （4）设置界面参数 （5）设置凝固计算中其它参数 （6）设置重力补缩参数 （7）设置计算结束参数 （8）设置数据自动保存参数 （9）设置计算时温度数据图形显示方式 （10）本次计算任务总结
21
12
第四节 新建工程（2/3）
华铸CAE定义一个铸件的某一工艺的分析任务就是一个工程，不同的铸件毫对应不同的工程， 同一铸件不同工艺也对应不同的工程。一个工程也就是一个工艺的分析可以对应不同的计算 任务，如充型过程分析、凝固过程分析等。华铸CAE规定做一个剖分或者一个计算都必须建立 一个工程，或者打开一个已有的旧工程。为此系统的控制平台提供了新建工程、打开旧工程 和工程管理维护等功能。 左图所示即为新建一个工程，要 输入单位、操作人、铸件名、工 艺号、材质、铸件描述、工艺描 述等参数；选择容量大的硬盘分 区，选定后系统会自动填写“工 作路径”和“工程命名”。 “工 作路径”如与已有的路径重名， 或者当前工程与工程库中的工程 重名时系统会提示。这时用户需 要更改铸件名或者工艺号。工作 路径定义方式：盘符\铸件名 \PRO_工艺号。工程命名方式： 铸件名_PRO_工艺号.TSK
第六节 计算分析（3/8）
（1）设定计算分任务
(2) 设 置 合 金 属 性
22
第六节 计算分析（4/8） （3）设置铸件铸型等物性参数
（a）铸件物性参数
（b）铸型物性参数
23
第六节 计算分析（5/8）
（4）设置界面参数
（5）设置凝固计算中其它参数
24
第六节 计算分析（6/8） （6）设置重力补缩参数 （7）设置计算结束参数
（8） 温度曲线
（a）放置热电偶
（b）温度曲线
36
日本的Niyama教授提出了G/R1/2判据来预测微观缩松，华 铸CAE利用该判据能够有效地预测微观缩松分布，下图是不同临界值下的Nyma缩松 分布。
（a）较大的Niyama值
（b）较小的Niyama值
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第七节 后处理数据可视化（9/9）
华铸CAE能够获取铸件/铸型中某一点的不同时刻的温度值， 下图所示的就是铸件/铸型是不同点温度曲线图。
下面以国内铸造行业著名的“华铸CAE”系统 为例，介绍铸造充型凝固过程模拟软件的特点及 应用。
3
第一节 温度场CAE软件概述 （2/6）- 华铸CAE
华铸CAE/InteCAST 透视铸型、铸件, 洞观充型、凝固!
4
第一节 温度场CAE软件概述 （3/6） - 华铸CAE
华铸CAE总控平台界面
华铸CAE前处理界面
（3）设定网格参数
（2）设定优先级别
17
第五节 前处理网格剖分（4/5）
（4）设定其他参数
(5)设定剖分结果显示参数
18
第五节 前处理网格剖分（5/5）
（6）剖分结果显示
（7）剖分结果连通性检查
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第六节 计算分析（1/8）
无传热，第2种计算 第1种计算
华铸CAE计算模块总计有4种计算，如右所示，分 别为纯凝固传热计算[第1种计算]、纯充型流动计算 [第2种计算]、充型与传热耦合计算[第3种计算]、基 于耦合的凝固计算[第4种计算]。
（4）凝固液相
（a）显示铸件及浇冒口中的液相
（b）仅显示铸件中的液相
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第七节 后处理数据可视化（6/9） （5）凝固次序
铸来自百度文库浇冒口不同部位其凝固时间不一样，凝固次序是将铸 件及浇冒口某部位的凝固时间用颜色表达出来，这样在同一画面即可看出铸件的 凝固次序。下图是铸件浇冒口的凝固次序。
（a）整体
（b）剖切
第四节 新建工程（3/3）
左图所示 为打开刚 新建的工 程，新工 程一旦建 立就可以 进入前处 理、计算 分析和后 处理。
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第五节 前处理网格剖分（1/5）
进入华铸CAE控 制平台后，选择 “前置处理”按 钮后，即进入华 铸CAE前置处理 软件，如左图所 示。系统界面包 括：主菜单、工 具栏、状态栏、 进展条、三维图 形显示区、信息 树显示区、剖分 信息显示区和二 维图形显示区等 组成。
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第三节 工艺三维造型（2/2）
下图所示的为某铸件及工艺的三维实体图（STL文件），下面以此为例 进行凝固过程模拟分析的介绍。
(a) 铸件浇冒口
(b) 铸件浇冒口以及冒口套
图 某铸件及工艺三维实体（STL文件）
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第四节 新建工程（1/3）
华铸CAE由三个相对独立的 模块组成，即前置处理部分 （网格剖分模块），计算处 理部分和后置处理部分(图形 显示部分)。上述三部分统一 于系统控制平台，成为一个 有机的整体，用户必须通过 控制平台来操作整个华铸 CAE系统。左图所示即为华 铸CAE控制平台的界面，包 括：主菜单，工具栏，状态 栏，三维图形显示区、当前 工程信息显示区以及新近工 程列表区等组成。
低压铸造、差压铸造
高压铸造
旋转铸造
熔模铸造
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第一节 温度场CAE软件概述 （6/6）- 华铸CAE
•模拟分析范围： 充型流动模拟
流动与传热耦合模拟
结晶凝固模拟
应力应变模拟
缺陷分析与预测(缩孔、缩松、卷气、夹杂、 浇不足、冷隔、冲砂)
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第二节 温度场模拟分析软件操作步骤（1/1）
下面以“华铸CAE”为例，说明如何利用铸件凝固过程模拟 分析软件来进行铸件工艺的分析，主要步骤如下：
华铸CAE计算分析界面
华铸CAE后处理界面
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第一节 温度场CAE软件概述 （4/6）- 华铸CAE
•适用合金:
铸钢（普通碳钢、低合金钢、高合金钢） 铸铁（灰铁、球铁、特种铸铁） 铸铝 铸铜 铸锌 铸镁
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第一节 温度场CAE软件概述 （5/6）- 华铸CAE
•铸造方式： 砂型、金属型重力铸造 大型、超大型重力铸造
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第五节 前处理网格剖分（2/5） 华铸CAE前处理的主要步骤: （1）设定STL材质属性 （2）设定优先级别 （3）设定网格参数 （4）设定其他参数 ** 自动剖分 （5）设定剖分结果显示参数 （6）剖分结果显示 （7）剖分结果连通性检查 （1）设定STL材质属性
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第五节 前处理网格剖分（3/5）
《材料成形模拟技术》讲义
第4章 温度场模拟软件
华中科技大学
周建新
Tel: 027-87541922 Email: zhoujianxin1975@163.com
主要内容
1、温度场CAE软件概述 2、温度场模拟分析软件操作步骤 3、工艺三维造型 4、新建工程 5、前处理网格剖分 6、计算分析 7、后处理数据可视化
（1）工艺三维建型； （2）新建工程； （3）前处理网格剖分； （4）参数设定与计算分析； （5）后处理数据可视化。
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第三节 工艺三维造型（1/2）
三维造型工作是利用商品化的三维造型软件来完成的。华铸CAE集成 系统可以与目前几乎所有流行的三维CAD系统进行数据交换，这些系统包括： AutoCAD、MDT、UG、SolidEdge、PRO/ENGINEER、I-DEAS、CADAM、 SolidWorks、EUCLID、CATIA 等。用户可以任意选择上述CAD系统，华铸 CAE对这些CAD系统的唯一要求是：这些系统必须提供STL接口。而实际上上 述绝大部分CAD系统都带有导出STL文件功能，是它们的标准配置。 华铸CAE对三维造型有如下要求：1）要求准确地、全面地进行三维造 型。分析对象的各个组成部分应全部进行三维造型，例如铸件、浇注系统、 冒口、砂芯、冷铁、冒口套、铸型等，只要实际生产有的实体，造型时均应 输入到电脑中去。2）不同材质的实体，造型时必须分开。例如铸件与冷铁 必须是两个实体，分开造型。3）相同材质的实体，可分开，也可不分开。 例如铸件、浇注系统与冒口的材质相同（充满时都是金属），造型时可以将 此三部分作为一个实体进行造型，也可分开作为三个实体。系统建议最好分 开造型，这样会带来很多好处。4）各个实体必须按实际生产情况进行正确 的装配。5）三维造型工作是一个繁琐的工作，占整个分析中工作量的90% 以上。
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第七节 后处理数据可视化（7/9）
铸件凝固过程同时也是缩松缩孔的形成过程，华铸CAE软 件采用了重力补缩技术，能够计算缩松缩孔形成过程以及定量地预测缩松缩孔的 位置大小形状等。下图是铸件凝固后的缩松缩孔分布。
（6）定量缩孔
（a）显示铸件及浇冒口中的缩松缩孔
（b）仅显示铸件中的缩松缩孔
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第七节 后处理数据可视化（8/9） （7） Nyma缩松
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第七节 后处理数据可视化（2/9）
铸件凝固过程中，随着热量的散失，温度不断降低。用不同的 颜色对应不同的温度，适当的色标对应，绘出不同时刻的铸件图，能贴切形象地表现铸件凝 固过程中温度的变化。下图即为铸件在凝固过程中某一时刻铸件色温。
（1） 铸件色温
（a）整体
（b）剖切
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第七节 后处理数据可视化（3/9）
（3）铸型色温
（a）铸件/冒口套/铸型全部显示
（b）不显示铸件
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第七节 后处理数据可视化（5/9）
取某一临界固相率温度，高于此温度的网格单元以颜色 填充显示，而低于此温度的网格单元以线条轮廓显示。由此可观察凝固过程中的 相变细节，可观察液相补缩通道的断开，孤立液相区的形成过程，为改进工艺、 判断工艺的可行性提供科学的依据。下图是铸件在凝固过程中不同时刻液相分布。
充 型 过 程
有传热，第3种计算
凝 固 过 程
第4种计算
进入华铸CAE控 制平台后，选择 “计算分析”按 钮后，即进入华 铸CAE计算分析 系统，如左图所 示。系统界面包 括：主菜单、工 具栏、状态栏、 进展条、图形显 示区、任务命令 区、信息树显示 区以及曲线显示 区等组成。
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第六节 计算分析（2/8）
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第六节 计算分析（7/8）
（8）设置数据自动保存参数
（9）设置计算时温度数据图形显示方式
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第六节 计算分析（8/8）
（10）本次计算任务总结
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第七节 后处理数据可视化（1/9）
凝固过程模拟其后处理的功能是海量温度场数据可视化，华铸CAE凝固过程后处理主要包 含（1）铸件色温（2）温度梯度（3）铸型色温（4）凝固液相（5）凝固次序（6）定量缩孔 （7）Nyma缩松（8）温度曲线等功能，如下图所示，下面简要介绍。
铸件凝固过程中不同部位，其温度变化有很大差异， 下 图即为铸件在凝固过程中某一时刻铸件温度梯度分布。
（2）温度梯度
（a）带箭头的线段表示
（b）颜色表示
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第七节 后处理数据可视化（4/9）
在模拟分析中，不仅要计算铸件浇冒口系统的温度场， 而且要计算与传热相关的铸型、冷铁、冒口套等温度场分布，下图是铸型色温分 布图，即显示铸件/冒口套/铸型的温度分布。
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第一节 温度场CAE软件概述 （1/6）
经过四十多年的发展，目前铸造领域商品化数 值模拟软件较多，国内外著名的软件系统有德国 的“MAGMASOFT”、美国的“PROCAST”、国内 华中科技大学的“华铸CAE”、清华大学“FTSTAR”等。这些软件在铸造领域得到了较为广泛 的应用，取得了良好的应用效果。
凝固过程计算（第1种计算）的主要步骤：
（1）设定计算分任务 （2）设置合金属性 （3）设置铸件铸型等物性参数 （4）设置界面参数 （5）设置凝固计算中其它参数 （6）设置重力补缩参数 （7）设置计算结束参数 （8）设置数据自动保存参数 （9）设置计算时温度数据图形显示方式 （10）本次计算任务总结
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第四节 新建工程（2/3）
华铸CAE定义一个铸件的某一工艺的分析任务就是一个工程，不同的铸件毫对应不同的工程， 同一铸件不同工艺也对应不同的工程。一个工程也就是一个工艺的分析可以对应不同的计算 任务，如充型过程分析、凝固过程分析等。华铸CAE规定做一个剖分或者一个计算都必须建立 一个工程，或者打开一个已有的旧工程。为此系统的控制平台提供了新建工程、打开旧工程 和工程管理维护等功能。 左图所示即为新建一个工程，要 输入单位、操作人、铸件名、工 艺号、材质、铸件描述、工艺描 述等参数；选择容量大的硬盘分 区，选定后系统会自动填写“工 作路径”和“工程命名”。 “工 作路径”如与已有的路径重名， 或者当前工程与工程库中的工程 重名时系统会提示。这时用户需 要更改铸件名或者工艺号。工作 路径定义方式：盘符\铸件名 \PRO_工艺号。工程命名方式： 铸件名_PRO_工艺号.TSK
第六节 计算分析（3/8）
（1）设定计算分任务
(2) 设 置 合 金 属 性
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第六节 计算分析（4/8） （3）设置铸件铸型等物性参数
（a）铸件物性参数
（b）铸型物性参数
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第六节 计算分析（5/8）
（4）设置界面参数
（5）设置凝固计算中其它参数
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第六节 计算分析（6/8） （6）设置重力补缩参数 （7）设置计算结束参数
（8） 温度曲线
（a）放置热电偶
（b）温度曲线
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日本的Niyama教授提出了G/R1/2判据来预测微观缩松，华 铸CAE利用该判据能够有效地预测微观缩松分布，下图是不同临界值下的Nyma缩松 分布。
（a）较大的Niyama值
（b）较小的Niyama值
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第七节 后处理数据可视化（9/9）
华铸CAE能够获取铸件/铸型中某一点的不同时刻的温度值， 下图所示的就是铸件/铸型是不同点温度曲线图。
下面以国内铸造行业著名的“华铸CAE”系统 为例，介绍铸造充型凝固过程模拟软件的特点及 应用。
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第一节 温度场CAE软件概述 （2/6）- 华铸CAE
华铸CAE/InteCAST 透视铸型、铸件, 洞观充型、凝固!
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第一节 温度场CAE软件概述 （3/6） - 华铸CAE
华铸CAE总控平台界面
华铸CAE前处理界面
（3）设定网格参数
（2）设定优先级别
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第五节 前处理网格剖分（4/5）
（4）设定其他参数
(5)设定剖分结果显示参数
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第五节 前处理网格剖分（5/5）
（6）剖分结果显示
（7）剖分结果连通性检查
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第六节 计算分析（1/8）
无传热，第2种计算 第1种计算
华铸CAE计算模块总计有4种计算，如右所示，分 别为纯凝固传热计算[第1种计算]、纯充型流动计算 [第2种计算]、充型与传热耦合计算[第3种计算]、基 于耦合的凝固计算[第4种计算]。
（4）凝固液相
（a）显示铸件及浇冒口中的液相
（b）仅显示铸件中的液相
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第七节 后处理数据可视化（6/9） （5）凝固次序
铸来自百度文库浇冒口不同部位其凝固时间不一样，凝固次序是将铸 件及浇冒口某部位的凝固时间用颜色表达出来，这样在同一画面即可看出铸件的 凝固次序。下图是铸件浇冒口的凝固次序。
（a）整体
（b）剖切