华铸CAE操作方法——小H

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1、1 华铸 CAE概述华铸 CAE/InteCast 铸造工艺分析软件集成系统是分析和优化铸件铸造工艺的重要工具， 是华中科技大学经二十多年研究开发，并在长期的生产实践检验中不断改进、完善起来的一项软件系列产品。华铸CAE/InteCast 集成系统是目前国内铸造行业最为著名的工艺分析系统，六百多套华铸CAE 系统正在国内近两百家工矿企业和科研院所运行使用，深受广大用户的好评44。(1) 华铸 CAE 软件及其应用华铸 CAE/InteCast 集成系统是以铸件充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心对铸件进行铸造工艺分析。可以完成多种合金材质（包括铝合金）、多种铸造方法下铸件的凝固分析、 流动分析

2、以及流动和传热耦合计算分析。实践应用证明，本系统在预测铸件缩孔缩松缺陷的倾向、改进和优化工艺，提高产品质量，降低废品率、减少浇冒口消耗，提高工艺出品率、缩短产品试制周期，降低生产成本、减少工艺设计对经验对人员的依赖，保持工艺设计水平稳定等诸多方面都有明显的效果。华铸 CAE/InteCast经过多年的努力，目前已成为一个比较成熟的商品化、实用化、集成化铸造工艺CAE 系统。该系统在国际上已有一定的影响，已销往新加坡、马来西亚、泰国，是国内唯一走出国门的铸造CAE 系统。(2) 华铸 CAE 软件结构特点华铸 CAE/InteCast 集成系统由前置处理模块、计算处理模块和后置处理模块三个相对独

3、立的模块组成。 上述三部分统一于系统控制平台，成为一个有机的整体，用户通过控制平台来操作整个华铸CAE 系统。前置处理模块是软件的一个重要模块，主要负责网格剖分。 它既是一个通过STL 文件格式接收其它CAD 软件，如 UG，PRO/E，AUTOCAD ，CATIA 等诸多三维造型平台的接口。计算处理模块是软件的一个重要组成部分，主要用于铸造的充型过程、 凝固过程以及流动与传热的耦合计算，并为后续的后处理模块提供TEM、FLD 等文件。后置处理模块是一套将繁杂数据可视化、动画化的图形处理工具，是华铸CAE/InteCast 集成系统的第三大模块。经前两大模块处理后，华铸CAE/InteCast

4、集成系统从计算中得到铸件浇注、凝固过程流动场、 温度场以及结晶相变等物理过程详尽、完整的大量数据。由于这些数据是基于时空四维空间的场物理量数值，非常繁琐、非常庞杂（一般都在几百兆以上），不经过处理是无法阅读、无法识别的。后置处理模块的任务就是分析、识别这些琐碎的数据，将其组织起来，够建出可视的三维图形，以模拟充型、凝固过程的视觉效果，让实物立起来、让过程动起来。2 华铸 CAE充型与凝固过程的模拟本文以缸座为例，详述华铸CAE 充型与凝固过程的模拟。(1) 前置处理的使用在进行前处理之前，要把浇注系统和铸件通过UG 导出成 STL 格式文件。并将其分别命名为zhujian.stl,jiaozh

5、u.stl。前处理过程中的注意事项：(1) 重力方向为 Z 轴方向，既重力铸造时冒口应向上。(2) 优先级别功能可以简化三维模型的构建。(3) 最佳剖分网格大小原则是温度场计算保证最薄处有两个或两个以上网格，流动场计算要确保铸件网格间连通（无线、点接触网格）。并非网格越多越好，网格太多计算速度会慢下来。一般说来，满足上述原则的条件下，网格不需要太多。(4) 流动场或耦合场计算应避免大量完全线接触网格出现。(5) 重力铸造设置浇注入口依据形式分为“满口浇注”及“开口浇注”，具体造型及 STL 选择不同。1）满口浇注：液态金属开始就占满直浇道，可以将直浇道（或浇口杯）对应的 STL 文件直接选为“

6、浇注入口1”即可。2）开口浇注：液态金属开始不占满直浇道，不能将直浇道（或浇口杯）对应的 STL 文件直接选为“浇注入口1” 。直浇道（或浇口杯）对应的STL 文件应选为“直浇道”，同时应在三维造型时创建一个假想的“浇注入口”实体，输出单独的 STL 文件，在 STL 选择时，将该 STL 选为“浇注入口 1”即可。一般情况浇注入口可以是一个圆柱形， 圆柱形的直径就是液流的直径， 圆柱形的高度则至少应保证三个网格。下面对缸座的前处理给以详细的介绍。(1)进入华铸 CAE 后，单击新建工程，设置对话框，如图1-1 所示。然后单击前置处理，进入前置处理模块，单击新建，进入剖分模块，如图1-2 所示

7、。依次通过设置 STL 赋材质属性，优先级别选择，网格参数设置和其他参数设置，如图 1-3，1-4 所示。图 1-1 新建任务图 1-2 剖分任务图 1-3 网格参数图 1-4 其他参数设置(2) 接受网格剖分设置后，系统会自动进行网格剖分。剖分结果如图1-5 所示。图 1-5 剖分结果网格剖分完毕后， 前置处理就结束了， 接下来将会在前置处理得基础上进行计算分析。(2) 计算分析模块的使用华铸 CAE重力铸造总计有 4 种计算，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 ，适用范围如下：纯凝

8、固传热计算（第 1 种计算）只考虑凝固过程，没有考虑充型的影响，基于“瞬间充型，初温均布”假设。第一种计算虽然最快，也最常用，但用户希望能够提供更全面的解决方案，应选基于耦合的凝固计算（第4 种计算） 。基于耦合的凝固计算的初始条件是来自充型耦合计算的最后的温度场，而非 “瞬间充型，初温均布”。因此第四种计算是先算耦合计算，后算凝固。四种计算中，基于耦合的凝固计算（第4 种计算）不仅考虑凝固过程，同时充型过程凝固过程无传热，第 2种计算有传热，第 3种计算第4种计算第1种计算也考虑充型的影响，在计算任务设置时是最全面的。结合本缸座尺寸小的特点， 虽然采取一型八件， 但是尺寸还是不大， 在前置处

9、理时候网格数目不多， 因此适合第四种计算， 整个计算过程时间不是太长，而且能够全面的计算出凝固和充型过程，具有很好的模拟效果。依次通过任务设置 (如图 1-6)、流场参数设置、界面参数设置、物性参数设置以及其它参数设置后，接受任务开始计算（如图1-7） 。图 1-6 任务设置图 1-7 接受任务(3) 后置处理的使用1) 凝固过程的数值模拟结果凝固结果最终目的是预测铸造缺陷，优化铸造工艺。 缩孔缩松是常见的铸造凝固过程产生的缺陷，预测缩孔、缩松缺陷需注意以下问题。(1) 需进行纯凝固传热计算（第1 种计算）或基于耦合的凝固计算（第4 种计算） 。 华铸 CAE 系统建议对于新产品可以先采用第1

10、 种计算比较几个铸造工艺方案选出最优方案，然后再用第4 种计算进行分析。(2 ) 注意合金的属性设置，特别是“相变收缩”和“液态收缩率”将影响缩孔缩松的大小和严重程度。(3) 对于一般的重力铸造，最好选择“重力补缩”功能，系统可以计算出缩孔、缩松缺陷。由于缸座材料为 QZT1， 属于灰铁，因此不适合做 Nyma 缩松(适合铸钢材料 ),因此只判断定量缩孔缩松缺陷。合理的缩孔缩松缺陷判断要经过液相分布到缩孔形成两步来判断。第一步：液相分布主要是观察铸件凝固期间液态分布情况，尤其是补缩通道的畅通情况， 孤立液态区的状况等， 以此来判断铸造的凝固收缩缺陷可能发生的部位。孤立液相区会进一步冷却凝固，

11、最后有可能产生缩孔缩松缺陷。 因此比较同一铸件的不同铸造工艺，如果从孤立液相分布来判断工艺的优劣。应遵循以下三条原则：(1) 对于同一部分出现的孤立区而言，出现的时间晚比早好。晚意味着补缩通道断开的迟，补缩效果较好。(2) 对于同一部位出现的孤立区而言，孤立区体积小比大好。(3) 对于同一部位出现的孤立区而言，孤立区分散比集中好。经过软件分析，结果如图1-8(其中黄色部分为液相区 )所示：1-8 液相分布1-9 定量缩孔第二步：定量缩孔主要是利用重力补缩原理来预测缩孔/缩松的形成。重力补缩原理为，液态区域开始时全部为液体，随着温度降低，部分液体变为固体，同时体积会收缩。因为在重力的作用下，该区

12、域的上端会产生孔隙，从而形成缩孔、缩松。分析结果如图 1-9 定量缩孔所示，黑色表现缩孔，紫色表现缩松，黄色表现液相。经过以上的分析可知，整个凝固过程，有9 个孤立液相区，比较分散，最终只是在浇口杯的地方形成了缩孔，没有可见的缩松形成。2) 充型过程的模拟结果(1)卷气、夹杂的预测华铸 CAE 有三种计算方式均可以得到预测卷气、夹杂的数据， 包括：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） 。与卷气夹杂有很大关系的参数包括合金的粘度以及浇注速度。可以通过压力分布、 体积充填、 色温填充、 以及充填速度等结果来判断铸件中可能存在

13、的卷气、 夹杂缺陷。分析结果如图 1-8 体积填充，1-9 色温填充， 1-10压力分布， 1-11充填速度所示。(2)浇不足、冷隔的预测华铸 CAE 有两种计算方式均可以得到浇不足、冷隔的数据， 包括：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） 。与浇不足、冷隔有很大关系的参数包括合金的粘度、浇注速度、 浇注温度、 合金及铸型的热容、导热系数等。充型固相：如果某部分出现过多的固相带（红色报警区域），则说明此处充型中降温幅度过大，容易出现浇不足、冷隔缺陷，应引起注意。分析结果如图1-8 充型固相所示。另外通过“色温填充”也可以得到充型过程中降温状态，观察容

14、易出现浇不足、冷隔缺陷的危险部分，分析结果1-9 所示。1-8 体积填充1-9 色温填充1-10 压力分布1-11 充填速度另外可以通过将 BMP 图片合成 AVI，这样可以动态的观察整个过程，能够更直观的分析整个凝固充型过程通过分析可以得出缸座摸具浇注系统的设计通过模拟，结果复合要求。3 小结(1) 华铸可以完成多种合金材质（包括铸钢、球铁、灰铁、铸造铝合金、铜合金等） 、多种铸造方法（砂型铸造、金属型铸造、压铸、低压铸造、熔模铸造等）下铸件的凝固分析、 流动分析以及流动和传热耦合计算分析。本章通过对砂型铸造灰铁材料的缸座凝固充型模拟，可以直观的观测出将回出现的缩松缩孔，夹杂、卷气以及冷隔浇不足等缺陷，以便及时的改善工艺，提高生产率。(2)通过以上的模拟可知，设计的浇注系统复合要求，整个缸座铸件不会出现特别大的缺陷，可以使用上述工艺进行大批量生产。