ProCAST軟件是一款基于有限元算法的鑄造仿真軟件?；诖怂惴?，一方面ProCAST網(wǎng)格可以非常精確的貼合復(fù)雜鑄件的幾何外形，另一方面在邊界處的流動計算以及應(yīng)力計算方面ProCAST軟件的精度更高。

同等條件下，ProCAST軟件在計算壓鑄件，尤其是薄壁件時精度比有限差分軟件要高得多。同時，有限元網(wǎng)格可以很好的處理幾何模型中不同體之間的“接觸”問題，因此ProCAST軟件不僅可以對鑄件的澆注凝固過程進行分析，也可以對模具進行溫度和應(yīng)力分析。

△左圖為模具溫度實測結(jié)果，右圖為仿真結(jié)果，兩者非常接近

長期以來，絕大多數(shù)國內(nèi)的客戶在進行壓鑄仿真時，很少對模具進行分析。一部分原因是，相當(dāng)多的壓鑄客戶使用有限差分軟件進行壓鑄仿真，而有限差分軟件的網(wǎng)格為一個個小立方格，有限差分軟件難以處理復(fù)雜鑄件與模具界面的接觸的問題，通常是使用簡單的立方塊或者虛擬鑄型對完整模具進行替代。如果要對模具結(jié)果進行分析，則在邊界處需要劃分非常細的網(wǎng)格，這就會造成網(wǎng)格數(shù)量很大，計算時間過長。同時，由于有限差分網(wǎng)格不能很好的擬合鑄件的幾何輪廓，因此在計算鑄件與模具的熱交換上也不如有限元軟件準確。ProCAST軟件可以很好的處理復(fù)雜鑄件與模具界面的接觸問題，鑄件與模具網(wǎng)格可以完美貼合，因此能對模具結(jié)果進行深入分析。

△有限元（FEM）網(wǎng)格與有限差分（FDM）網(wǎng)格的區(qū)別

△完整模具的ProCAST壓鑄模型

△ProCAST鑄件網(wǎng)格與模具網(wǎng)格匹配良好

△網(wǎng)格的剖面圖

有限差分網(wǎng)格鑄件與模具的接觸面

有限差分網(wǎng)格擬合鑄件的外部輪廓

ProCAST軟件在進行壓鑄仿真時不僅僅只是用于設(shè)計方案的驗證，ProCAST的仿真結(jié)果可以貫穿于壓鑄設(shè)計的全流程，對壓鑄設(shè)計進行指導(dǎo)。通常來說，使用ProCAST軟件進行壓鑄模擬仿真分為四個步驟：

● 零件的可制造性檢查

● 流道設(shè)計

● 模具熱循環(huán)/熱平衡仿真

● 模具熱循環(huán)/熱平衡仿真&工藝過程驗證

第一步：零件的可制造性分析

這一步的目的是對零件快速分析，包括零件的幾何特征和零件的快速成型分析。ProCAST軟件內(nèi)置了Co-design模塊，能快速分析零件的壁厚以及拔模角度等信息。

快速成型分析是指可以單獨對零件進行澆注和凝固分析，進行澆注分析時指定理想的內(nèi)澆口，對零件各部分充型順序，充型后的凝固過程以及凝固過程中形成的缺陷進行快速分析。如果在這個過程中發(fā)現(xiàn)零件存在設(shè)計問題，比如某處加強筋過厚，則可快速返回幾何模型進行修改。

在這一步中可以使用簡單鑄型或者虛擬鑄型來模擬實際金屬模具。

△幾何特征分析以及零件快速成型分析

第二步：流道分析

在第一步分析的基礎(chǔ)上，更加詳細的設(shè)計澆道，溢流道以及排氣孔位置。

ProCAST軟件在進行流道分析時一般要分析料管的進料過程，沖頭推動金屬液壓進型腔的過程以及充滿后鑄件的凝固過程。在這前兩個過程中要進行卷氣分析，沖頭在進行慢壓和快壓切換時，金屬液容易形成波浪，造成卷氣。

金屬液壓進型腔的過程要重點關(guān)注金屬液的速度，不同內(nèi)澆口進入的金屬液流向以及鑄件上各部分金屬液的流動長度。鑄件凝固過程中要關(guān)注孤立液相區(qū)的形成位置，缺陷的位置以及熱節(jié)位置等信息。

除了這些，ProCAST還可以分析很多其他的結(jié)果，比如型腔內(nèi)壓強的變化，沖頭所受的反作用力大小,氣體的流動過程（VOF）等等結(jié)果，這里不再一一贅述。

△金屬液的速度結(jié)果

△氣體的速度結(jié)果

第三步：模具熱循環(huán)仿真

目前國內(nèi)絕大多數(shù)客戶進行壓鑄仿真時并不計算模具的結(jié)果，但其實這一步對于模具設(shè)計來說是必不可少的。

對于壓鑄來說，模具的溫度分布，水路的設(shè)計，水冷的作用時間以及各工序的參數(shù)等對于壓鑄結(jié)果非常重要。尤其是對于一體化壓鑄，一體化鑄件質(zhì)量大，同時壁厚薄，模具的溫度分布更容易影響鑄件質(zhì)量。

ProCAST軟件可以對模具各部分溫度進行熱循環(huán)的仿真，在對模具進行初步仿真時，可以建立簡單的模具外形，預(yù)設(shè)開模時間，合模時間以及噴涂時間等信息來模擬熱循環(huán)過程中模具的溫度分布。

得到模具的溫度分布結(jié)果后，將鑄件上的熱節(jié)與模具上相應(yīng)點位的溫度進行對比分析，進行下一步的水路設(shè)計。

△模具上與熱節(jié)對應(yīng)的位置

△模具上與熱節(jié)對應(yīng)的位置

第四步：模具的熱循環(huán)分析&工藝過程驗證

△水冷管道示意圖

得到第三步的結(jié)果后，需要根據(jù)第三步的結(jié)果對水道進行設(shè)計，綜合考慮模具各個區(qū)域的冷卻順序以及冷卻強度等信息。在ProCAST中，設(shè)置水冷有三種方式：

1、1D cooling channel：這適用于對模具進行快速的水路設(shè)計，使用這種方法不需要在模具上畫出具體的水道，可以僅僅使用坐標來進行定義，這種方式適用于對初始水道方案進行快速迭代。

△紅色線條為水路位置

2、水道表面施加冷卻條件：這種方法是目前最常用的方法，不僅僅是ProCAST軟件，其他鑄造仿真軟件也使用此方法。此種方法是在水冷管道表面施加冷卻條件，來等效模擬水路對于模具的冷卻狀態(tài)。

△需要在模具上留出水道的孔位

3、CFD方法：這是一種高精度的水路模擬方法，使用此種方法需要建立水路的幾何模型，如果是點冷，則需要把完整水冷裝置的模型建立出來。模擬時，軟件可以計算冷卻水在水路中的流動狀態(tài)以及水溫。

△水冷裝置溫度變化

除了水路設(shè)計，還需要對模具的噴涂時間，噴涂順序以及噴涂路徑進行設(shè)計。ProCAST軟件可以對上述過程進行仿真。

△需要定義噴涂定位，噴涂范圍，噴涂路徑以及噴涂作用時間

△噴涂仿真結(jié)果示意圖

△噴涂過程動畫

參數(shù)設(shè)置完畢后，可以對完整的模具進行熱循環(huán)的仿真，查看結(jié)果，進行多次迭代。

△完整設(shè)計方案進行迭代仿真，顯示方式為隱藏鑄件以及部分模具

下面是一個低壓鑄造模具設(shè)計的設(shè)計迭代案例，相比于第一次的方案，最終方案可以使缺陷降低44.7%。

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△第一次方案

△最終方案

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ProCAST軟件在一體化壓鑄領(lǐng)域的應(yīng)用

ProCAST軟件相比與其他鑄造仿真軟件，在進行薄壁件仿真時精度更高，同時又能很好的仿真模具的結(jié)果，因此非常適合于對一體化壓鑄件進行仿真。

△某一體化壓鑄件充型過程（初始設(shè)計方案）

編輯：黃飛

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