Созданный компанией ESI Group программный комплекс для моделирования литья — один из лучших инструментов проверки решений на этапе разработки технологии для любого литейного производства.
ProCAST — передовой продукт, являющийся результатом длительного сотрудничества с крупными предприятиями и академическими институтами всего мира.
С версией 2016.0 поставляется интерфейс Visual Environment 12.0, который полностью поддерживает функционал ProCAST и более легкого решения QuikCAST.
Оптимизация параметров технологического процесса стала возможной благодаря специальному пакету PAM-OPT.
Новый интерфейс Gravity Workflow препроцессора Visual-CAST позволяет легко задать все необходимые параметры для литья в песчаную форму.
Новая база данных машин литья под давлением и ряд других инструментов упрощают моделирование ЛПД.
Основа ProCAST — единый графический интерфейс Visual Environment с интегрированными в него генератором конечно-элементных сеток, препроцессором, базами данных, постпроцессором и двумя решателями: гидродинамическим (Flow solver) и тепловым (Thermal solver). В качестве дополнительных опций предлагается большой список модулей, расширяющих базовые возможности программы.
![Модульная структура ProCAST]()
Модульная структура ProCAST
Почти все модули ProCAST используют для решения соответствующих дифференциальных уравнений метод конечных элементов (МКЭ). Исключение составляют модуль расчета газовой и усадочной микропористости (Advanced Porosity Module), использующий метод конечных разностей (МКР), и модуль расчета процесса зарождения и роста зеренной структуры (CAFE), сочетающий в себе МКЭ и клеточные автоматы.
Для подготовки сеточной модели в ProCAST используется автоматизированный генератор 2D- и 3D-конечно-элементной сетки Visual-Mesh. Он позволяет импортировать CAD-модели в форматах IGES, STEP, CATIA, ProE, UG и Parasolid, а также сеточные 2D- и 3D-модели в форматах NASTRAN, PATRAN, I-DEAS, ANSYS, ABAQUS и др. В составе Visual-Mesh есть алгоритмы для автоматического создания многослойных сеточных оболочек, что позволяет формировать модели керамической формы, теплоизоляционных материалов и т.п., не прибегая к моделированию в CAD-системе. Специальная среда выполнения типовых операций использует пошаговую схему работы и проводит пользователя через необходимые этапы построения сетки до полного завершения ее генерации.
![ProCAST/Visual-Mesh (Cast). Сеточная модель литейного блока (ЧАО «АЗОВЭЛЕКТРОСТАЛЬ»)]()
ProCAST/Visual-Mesh (Cast). Сеточная модель литейного блока (ЧАО «АЗОВЭЛЕКТРОСТАЛЬ»)
ProCAST Flow solver — модуль, рассчитывающий заполнение формы жидким расплавом. Расчет течения описывается полным уравнением Новье-Стокса и может проводиться вместе с анализом температуры и напряжений. В решатель добавлена специальная модель для анализа турбулентных потоков. ProCAST Flow solver позволяет получить представление о характере заполнения формы расплавом, размывании песчаной формы, воздушных карманах, турбулентном течении, засорах, непроливах и холодных спаях. С помощью дополнительных опций можно моделировать центробежное литье, литье по выжигаемым моделям, изготовление песчаных стержней и литье тиксоматериалов.
![ProCAST. Заполнение формы расплавом (ОАО «Тушинский машиностроительный завод»)]()
ProCAST. Заполнение формы расплавом (ОАО «Тушинский машиностроительный завод»)
ProCAST Thermal solver — решатель, моделирующий тепловые явления в процессе заливки формы и кристаллизации отливки и позволяющий рассчитывать температурные поля в отливке и форме с учетом теплопроводности, конвекции и излучения (в окружающую среду). С помощью энтальпии учитывается тепловыделение, связанное с изменением фазового состава при кристаллизации и в твердом состоянии. ProCAST Thermal solver решает следующие задачи: вычисление температурных полей в отливке и форме, выявление тепловых узлов в отливке и мест перегрева формы, расчет усадочной раковины и макропористости. Эффективно моделируется многоцикловое литье в постоянные формы (учитываются все стадии процесса: заливка, выдержка, извлечение отливки, охлаждение, обдув воздухом), что позволяет получать правдоподобное температурное поле формы в процессе выпуска партии деталей.
С помощью дополнительных опций возможно моделирование сложного теплообмена излучением с эффектами переизлучения и затенения, непрерывного и полунепрерывного литья.
![ProCAST. Тепловые узлы в отливке]()
ProCAST. Тепловые узлы в отливке
ProCAST Stress solver — решатель напряжений, работающий совместно с термическим и гидродинамическим решателями. ProCAST Stress solver реализует следующие модели поведения материалов отливки и формы: линейная упругая, упругопластическая, вязкопластическая, вязкоупругая, жесткая и свободная. Совместный расчет напряжений позволяет с высокой точностью прогнозировать термический и механический контакты, остаточные напряжения, коробление и деформации, горячие трещины и разломы, напряжения в отливке и форме, усталость.
![ProCAST. Коробление отливки]()
ProCAST. Коробление отливки
Кроме основных решателей и опций к ним, ProCAST содержит большое количество дополнительных модулей:
-
CAFE module — модуль, моделирующий структуру зерен во время затвердевания. Зеренная структура отливки — важный параметр, контролируемый металлургами. ProCAST совмещает модель клеточных автоматов (CA) с конечно-элементным (FE) расчетом тепловых потоков. По этой причине модуль расчета структуры зерен ProCAST обычно называют CAFE;
![ProCAST/CAFE. Микроструктура литого образца (ОАО «НПО «Сатурн»)]()
ProCAST/CAFE. Микроструктура литого образца (ОАО «НПО «Сатурн»)
- Microstructure module — модуль расчета микроструктуры литейных чугунов и сталей. ProCAST реализует детерминистический подход к расчету микроструктуры, который позволяет учитывать фазовые превращения в сталях и литейных чугунах. Результатами расчета по такой модели будут: средний размер зерна, междендритное расстояние, фазовый состав, механические свойства (предел текучести, предел прочности, удлинение и твердость). В Microstructure module включены модели Phase Field, Pseudo-Front Tracking, модель чугуна с вермикулярным графитом (CGI), модель коррозионно-стойкого чугуна (Ni-Resist) и модель макросегрегаций в сталях, которые дают прямое описание развития морфологии зерен и микросегрегаций в заданных зонах отливки;
- Inverse module — модуль, предназначенный для уточнения граничных условий и свойств материалов. Граничные условия и свойства материалов могут быть определены в ProCAST с помощью инверсных методов. Эти методы основаны на минимизации разницы между рассчитанными и экспериментальными температурами, измеренными в определенных местах в определенное время;
-
Advanced Porosity Module (APM) — модуль, рассчитывающий макро- и микропористость в отливке. В отличие от стандартной модели пористости, включенной в ProCAST Thermal solver, Advanced Porosity Module позволяет рассчитывать междендритную усадку с учетом растворенных газов, присутствующих в расплаве. В модуле используется модель, основанная на решении уравнения Дарси и микросегрегации газа, которая объединена с моделью макропористости и прогнозом образования усадочной раковины;
![ProCAST. Пористость]()
ProCAST. Пористость
- User functions — модуль, с помощью которого возможно гибкое управление граничными условиями. User functions позволяет задавать граничные условия (например, коэффициент теплопередачи), зависящие от времени, температуры или положения в пространстве. Это дает возможность более точно моделировать разные специфические литейные технологии, например, направленную кристаллизацию (в том числе с жидкометаллическим охладителем);
- Hot Cracking module (только для Continuous casting) — модуль, проводящий критериальный анализ возможности образования горячих трещин при непрерывном и полунепрерывном литье. Возникновение горячих трещин при непрерывном литье отрицательно сказывается на производительности, особенно для сплавов, чувствительных к этому дефекту. Hot Cracking module содержит новый критерий образования горячих трещин, разработанный специально для процессов непрерывного литья;
-
CompuTherm Material Thermodynamic Database (Fe, Ni, Al, Mg, Ti, Cu) — уникальная термодинамическая база данных, которая позволяет пользователю, введя химический состав сплава, автоматически получить температурные кривые свойств, необходимые для проведения точного расчета литейного процесса. С помощью Thermodynamic Database можно рассчитать кривые энтальпии, доли твердой фазы, плотности, вязкости, коэффициента теплопроводности в зависимости от химического состава и скорости охлаждения. Также с помощью Thermodynamic Database можно рассчитать упругие свойства материала (в виде температурных кривых): модуль Юнга, коэффициент Пуассона, коэффициент линейного температурного расширения. Для сплавов на основе Al и Mg возможен расчет предела текучести c учетом скорости охлаждения;
![ProCAST/Visual-Cast. Термодинамическая база данных свойств сплавов]()
ProCAST/Visual-Cast. Термодинамическая база данных свойств сплавов
- PAM-OPT — модуль оптимизации геометрии и параметров литейного процесса. Помогает исследовать устойчивость производственного процесса к изменению различных параметров. Например, модуль может выполнить минимальное количество вычислений для оценки риска появления пористости в зависимости от возможных отклонений значений этих параметров;
- SALSA3D — отдельный модуль от компании CTIF, позволяющий рассчитать и создать литниковую систему для процесса литья под давлением. Сконструированная система может быть передана в ProCAST для моделирования и анализа.
