CADmaster

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

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 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 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 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

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»)
• 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
• 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
• 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.