应用分享 | 铸造工艺仿真赋能部件制造及缺陷预测

评价和优化铸造产品与铸造工艺而开发的专业 CAE 系统，借助于铸造工艺仿真系统，铸造工程师在完成铸造工艺编制之前，就能够对铸件在形成过程中的流场、温度场和应力场进行仿真分析并预测铸件的质量、优化铸造设备参数和工艺方案。

准确模拟金属铸造过程中的流动过程，精确显示冷隔、裹气和氧化夹杂的位置。凝固过程中凝固收缩、微观组织的形成、转变及残余应力与变形，热裂纹、冷裂纹，可准确地预测缩孔、缩松和铸造过程中微观组织的变化。

是所有铸造模拟软件中现代 CAD/CAE 集成化程度最高的。因为有限元算法的原因，是目前唯一能对铸造凝固过程进行热－流动－应力完全耦合的铸造模拟软件。

铸造工艺仿真提供了能够预测评估整个铸造过程的完整软件解决方案，包括模型充填、凝固、微观组织和应力的模拟。能够快速可视化铸造过程，在制造过程的前期做出正确的决策。

流体求解器：

使用流体流动功能来模拟充填，求解全三维 N-S方程并耦合能量方程。自由表面跟踪方法利用体积流体方法（VOF）。可以在整个凝固过程模拟自然对流和收缩导致的流动。主要用来解决冲砂、紊流、浇不足、冷隔、裹气、夹渣、流动距离。

热求解器：

热求解器通过考虑传导、对流和辐射计算传热。通过焓的形式来描述凝固和固相转变中的潜热。主要特点是可以解决热节、缩孔、微观缩松、模具冷却、优化浇口、冒口设计。

应力求解器：

本模块可以进行完整的热、流场和应力的耦合计算。应力分析模块用以模拟计算领域中的热应力分布，包括铸件、铸型、型芯和冷铁等。采用应力分析模块可以分析出残余应力、塑性变形、热裂、冷裂纹、铸型疲劳预测和铸件最终形状等。主要应对热、热裂纹、冷裂纹、扭曲变形、模具疲劳、铸件应力集中及模具残余应力。

辐射 ：

辐射模块扩展了热求解器辐射的功能，包括角系数的影响。这个模块对熔模铸 造过程是必需的，从模壳的一个区域到另一个区域的自辐射影响是非常显著的 （尤其是高温合金）。

反向模拟：

根据实测模型或铸件上某点的温度曲线，通过反向求 解确定材料属性或边界条件，提高后续计算的准确度。

高级疏松模块（APM 模块）：

大多数模拟方案限定孔隙的预测为基于金属液体演变的宏观孔隙。这种简化方法没有考虑气体溶解和局部收缩起点的显微孔隙度，基于显微孔隙度模拟的方法解决这种物理问题。

微观组织：

微观模块进行铸造过程中任意位置热历程连同成核和显微结构生长耦合模拟。运用这些模型能够定性和定量地计算固相转变、各相如奥氏体、铁素体、渗碳体和珠光体的成分、多少以及相应的潜热释放。同时，应用该模块还可以进行铸件热处理模拟，计算得到奥氏体、贝氏体、铁素体、马氏体等+残余应力+变形。

晶粒结构模拟：

晶粒结构模块基于随机方法（细胞自动机（cellular automation））和有限元（CAFÉ 模型）的耦合，能够预测晶粒结构的凝固。

优化模块：

可以用来计算出最佳设计参数。（计算得到最好生产效果的边界条件）可以制定边界条件（浇注速度、浇注温度、模具初始边界条件）的范围，软件自动优化出最 优的搭配结果。