hướng dẫn procast tiếng việt full

CHƯƠNG GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM PROCAST VÀ QUY TRÌNH MƠ PHỎNG 2.1 GIỚI THIỆU VỀ PROCAST VÀ ỨNG DỤNG CỦA PHẦN MỀM 2.1.1 Giới thiệu chung phần mềm ProCAST Trong năm 1980, Tiến sỹ Mark Samonds bắt đầu phát triển phần mềm ProCAST phòng Phát triển Khoa học UES Inc Trong năm tiếp theo, có cộng tham gia phát triển dựa tảng Mark, phần mềm nhanh chóng ứng dụng rộng rãi sau Trong năm 1900, phần mềm tích hợp thêm module chuyên dụng để giải vấn đề vật lý liên quan đến trình đúc bao gồm: Các modun tính tốn xạ, phân tích ứng suất, xác định cấu trúc hạt phần tử vi mô Năm 1994, UES Inc ký thỏa thuận với Calcom SA Lausanne, nhà phát triển phần mềm mô đúc Calcosoft, để phân phối độc quyền phần mềm ProCast Châu Âu Calcom tiến tới xa việc phân phối phần mềm hợp tác với EPFL (Viện Công nghệ Thụy Sỹ), tham gia vào dự án nghiên cứu Thụy Sỹ, Châu Âu Quốc tế nhằm mục đích thu hẹp khoảng cách thực thể vĩ mô khía cạnh kim loại học xảy q trình đơng đặc Kết hợp tác tạo hai module ProCast bao gồm modun CAFÉ (Cellular Automaton and Finite Elements) modun cho việc dự đoán cấu trúc hạt Vào tháng 12 năm 2002, ESI Group (Pháp) mua lại ProCAST Calcom SA ESI Group nhà cung cấp hàng đầu giới giải pháp ảo hóa nhằm ứng dụng phát triển sản phẩm sản xuất Việc ESI Group mua lại nhanh chóng mở rộng thương hiệu ProCAST nhóm nghiên cứu bao gồm 100 nhân viên đúc 40 quốc gia Dựa tảng mơ hình phần tử hữu hạn, kết hợp với tiện ích tích hợp sẵn hệ thống sở liệu ngày hoàn thiện ProCAST thực trở thành công cụ mạnh mẽ giúp nhà sản xuất giảm giá thành sản phẩm, tăng suất đúc, tăng chất lượng vật đúc Ngày nay, ProCAST cho phép kết hợp mơ hình phân tích ứng suất - dịng chảy - nhiệt các trình đúc, cho loại hợp kim Từ đó, phần mềm có khả dự đoán khuyết tật, ứng suất dư, biến dạng chi tiết, cấu trúc vi mơ tính vật đúc 2.1.2 Khả phần mềm a Xây dựng mơ hình hình học & chia lưới phần tử hữu hạn ProCAST cung cấp khả xây dựng, điều chỉnh mơ hình hình học chia lưới với 3D với trình đọc file CAD cơng cụ phân tích giúp thuận lợi cho việc liên kết môi trường CAD thao tác chia lưới Các file CAD sử dụng ProCAST là: IGES, STEP, VDA, STL, Parasolid, Unisurf, ACIS, UNIGRAPHICS, AutoCAD, CATIA v4 v5 Khả tự động chia lớp tích hợp cho phép tạo lớp vỏ đúc khn mẫu chảy Ngồi phần mềm ProCAST cho phép người dùng chia lưới tùy chọn theo vùng cụ thể để tăng độ xác b Mơ hình tính tốn dịng chảy Ứng dụng mơ hình phân tích phần tử hữu hạn cho phép ProCAST để dự đốn dịng chảy kim loại lỏng bên khn giúp ta đánh giá khuyết tật xảy bao gồm:  Xói mịn khn  Chế độ chảy dịng kim loại lỏng  Tạp chất, khí lẫn dịng kim loại lỏng  Vị trí khơng điền đầy, rót hụt, khuyết tật khớp, nhăn bề mặt… c Mơ hình tính tốn nhiệt Mơ hình tính tốn nhiệt cho phép tính tốn dịng nhiệt thơng qua dạng truyền nhiệt bao gồm: dẫn nhiệt, đối lưu xạ Các vấn đề liên quan đến tính tốn nhiệt bao gồm:  Trường nhiệt độ hốc khuôn, nút nhiệt  Các vị trí xuất rỗ co  Ứng suất co ngót vật đúc đơng đặc nguội d Mơ hình tính tốn ứng suất Mơ hình tính tốn trạng thái ứng suất cho phép kết hợp mô hình tính tốn nhiệt dịng chảy Thêm vào đó, phần mềm có khả mơ trạng thái ứng suất vật liệu đàn hồi dẻo nhớt dẻo Ngồi ra, phần mềm có sẵn mơ hình vật liệu như: Vật liệu đàn hồi, cứng tuyệt đối Mơ hình tính tốn ứng suất dự đốn tương đối xác:  Mối quan hệ tính chất học nhiệt độ  Nứt nóng gãy  Biến dạng  Phá hủy mỏi  Nội ứng suất 2.1.3 Ứng dụng phần mềm thiết kế đúc Phần mềm ProCAST có khả mơ tương đối xác q trình đúc phổ biến Ngồi ra, ProCAST cịn có khả dự đốn số dạng khuyết tật xảy q trình đúc a Đúc khn cát Trong đúc khn cát, yếu tố cần quan tâm bao gồm tối ưu hóa hệ thống rãnh dẫn loại bỏ vùng co ngót ProCAST cho phép mơ q trình điền đầy, q trình đơng đặc dự đốn tổ chức tế vi Vị trí đậu ngót việc sử dụng vật liệu cách nhiệt vật làm nguội ảnh hưởng chúng co ngót nghiên cứu máy tính qua sát trực tiếp hình để tối ưu chất lượng sản phẩm b Đúc liên tục ProCAST cung cấp khả mô trình đúc liên tục bán liên tục ProCAST cung cấp cho người sử dụng chức để điều chỉnh chương trình theo u cầu cụ thể Ví dụ chức cho phép người dùng xác định điều kiện biên thời gian, nhiệt độ để mơ tương đối xác q trình đúc cụ thể c Đúc áp lực ProCAST đáp ứng nhu cầu cụ thể đúc áp lực bao gồm đúc ép q trình đúc bán lỏng Tính toán áp lực đẩy tối ưu, thiết kế hệ thống rót vị trí tràn cấu trúc thành mỏng Thực phép tính nhiệt không để giải vấn đề tuổi thọ khn mà cịn thể hiệu suất q trình khai thác, giảm rủi ro chi phí sản xuất d Đúc khn mẫu chảy ProCAST có modun riêng để giải vấn đề cụ thể đúc khn mẫu chảy Ví dụ, tự động tạo chia lưới cho vỏ khn, cho phép chia lưới lớp vỏ có độ dày không đồng gồm nhiều lớp chồng lên e Đúc khuôn mẫu cháy Trong modun đúc khuôn mẫu cháy, bao gồm tính tốn truyền nhiệt kim loại lỏng mẫu xốp, q trình hóa lỏng q trình nhiệt phân mẫu xốp, trình vận chuyển sản phẩm khí cháy, ảnh hưởng lớp vỏ gốm ảnh hưởng bọt khí bị lẫn dòng kim loại lỏng f Đúc ly tâm Đúc ly tâm phương pháp đúc mà khuôn đúc quay tốc độ cao xung quanh trục thẳng đứng rót kim loại lỏng Các phương trình dịng chảy chất lỏng tính tốn xác khung tham chiếu tương đối vận tốc g Dự đoán khuyết tật đúc  Rỗ xốp gang Mơ hình tính tốn ProCAST tính tốn dự đoán thay đổi pha khác thay đổi mật độ cục kim loại diễn q trình đơng đặc Dựa vào kết tính tốn mật độ đó, phần mềm dự đốn tương đối xác vị trí rỗ xốp vật đúc  Không điền đầy Trong số điều kiện sản xuất định, chẳng hạn khn có tốc độ nguội nhanh, tốc độ điền đầy chậm, rót đúc nhiệt độ thấp dẫn đến vấn đề trình điền đầy khn Việc kết hợp hai mơ hình tính tốn nhiệt tính tốn dịng chảy cho phép đánh giá giảm nhiệt độ kim loại lỏng trình rót vào khn ProCAST dự đốn đâu kim loại lỏng điền đầy khơng điền đầy Từ đó, ta thay đổi thiết kế để đạt chất lượng vật đúc tối ưu với chi phí thấp  Nứt nóng gãy ProCAST cho phép kết hợp tính tốn nhiệt, dịng chảy ứng suất với phần mềm tìm điểm sốc nhiệt q trình điền đầy ảnh hưởng việc hình thành khe hở vật đúc khuôn trình đơng đặc Các vị trí dễ xảy nứt nóng, biến dạng dẻo, ứng suất dư biến dạng dự đốn trước  Lõm co Q trình đơng đặc thường diễn thuận lợi bề mặt, khuyết tật lớn xuất bên vật đúc Ví dụ, đậu ngót khơng cung cấp đủ kim loại lỏng, khuyết tật co ngót lớn dạng đường ống xảy Với khả dự đốn xác khuyết tật lõm co cho tất loại hợp kim, ProCAST cho phép nhanh chóng sửa đổi xác định vị trí kích cỡ đậu ngót  Rỗ khí, tạp chất oxit Các bọt khí lớp oxit bị lẫn dịng kim loại kim lỏng làm suy yếu tính chất độ bền vật đúc Dịng chảy bị hỗn loạn nguyên nhân làm cho oxit bọt khí lẫn vào dịng chảy Ta dễ dàng xác định vị trí khuyết tật phần mềm ProCAST 2.2 QUY TRÌNH MƠ PHỎNG Q TRÌNH ĐÚC 2.2.1 Quy trình tổng quát Quy trình tổng quát trình mơ đúc Procast sau: CAD Mesh Cast Viewer  CAD: Dựng mơ hình chi tiết cần mô đưa vào phần mềm  Mesh: Chia lưới chi tiết cần mô khuôn (nếu cần), trình chia lưới bao gồm chia lưới bề mặt chia lưới thể tích  Cast: Xác định điều kiện ban đầu, điều kiện biên cho q trình đúc Xác định thơng số cần thiết, tiến hành mô  Viewer: Quan sát kết mơ 2.2.2 Trình tự bước thực Bước 1: Khởi động modun Mesh Để vào modun Mesh, chọn Applications > Mesh Tại modun Mesh ta tiến hành chia lưới vật đúc khuôn Bước 2: Nhập file CAD vật đúc Chọn Open File > Chọn file File CAD đưa vào phần mềm cần số định dạng sau: IGES, STEP, VDA, STL, Parasolid, Unisurf, ACIS, UNIGRAPHICS, AutoCAD, CATIA v4 v5 Các định dạng ta vẽ phần mềm vẽ thông dụng như: Inventor, SolidWorks, NX Bước 3: Kiểm tra hình học vật đúc Trước tiến hành chia lưới, cần kiểm tra lỗi hình học vẽ bao gồm lỗi liên quan đến bề mặt, điểm mặt giao  Repair ( ): Phát sửa lỗi liên kết bề mặt vẽ vật đúc  Assembly (  Intersection ( ): Phát kết nối bề mặt trùng khối ): Phát tách điểm giao khối Bước 4: Chia lưới bề mặt chia lưới thể tích vật đúc ProCast dựa vào phương pháp phần tử hữu hạn để mơ q trình lí hóa xảy đúc như: mơ dịng chảy, q trình đơng đặc, trình truyền nhiệt Trong ProCast, trình chia lưới bao gồm chia lưới bề mặt chia lưới thể tích Surface Mesh: Có cách để chia lưới bề mặt ProCAST: Dùng nút biểu tượng sử dụng Menu chọn 2D Mesh > Surface Mesh Bằng cách sử dụng cơng cụ chia lưới này, chỉnh sử kích thước lưới vùng khác vật đúc khuôn Sau chia lưới bề mặt sử dụng nút Check and Correct Surface Mesh để kiểm tra sửa lỗi chia lưới bề mặt có Volume Mesh: Chọn 3D Mesh > Volume Mesh dùng nút biểu tượng Sau chia lưới thể tích, sử dụng nút Check Solid Mesh để kiểm tra sửa lỗi chia lưới Bước 5: Chọn modun Cast Sau chia lưới vật đúc, ta tiến hành mơ q trình đúc modun Cast Để vào modun Cast, chọn Applications > Cast Bước 6: Quản lý khối Quản lý khối (volume manager) dùng thiết lập tùy chọn vật đúc vật liệu, nhiệt độ ban đầu, ứng suất  Name: Đặt tên cho khối  Type: Xác định loại vật liệu khối hệ thống, bao gồm loại sau: Kim loại, rãnh dẫn, ruột, vật làm nguội, màng lọc, mẫu cháy, mẫu chảy, khuôn  Material: Xác định mác vật liệu tương ứng với loại vật liệu khối hệ thống Ngoài sở liệu có sẵn, ta thêm vào mác vật liệu tùy chọn Edit material  Fill: Xác định phần trăm điền đầy vật liệu khối  Initial Temp: Xác định nhiệt độ ban đầu khối Ta chọn đơn vị độ C độ K  Stress Type: Xác định kiểu ứng suất Ngồi ra, ta cịn có số tùy chọn khác Volume Manager kích chuột phải vào phần Name bao gồm:  Extract: Trích xuất kết phần tính tốn trước để áp dụng vào phép tính  Computer Weight: Tính tốn khối lượng khối theo nhiệt độ  Define pouring cup control: Xác định thơng số cốc rót Bước 7: Thiết lập chế độ truyền nhiệt Để thiết lập hệ số truyền nhiệt ta vào Cast > Interface HTC Manager sử dụng biểu tượng Trong phần thiết lập chế độ truyền nhiệt có ba chế độ bao gồm: EQUIV, COINC NCOINC  EQUIV: Khi hai vùng vật (nghĩa hai thuộc vật với tính chất vật liệu tương tự nhau, chia lưới khác lý kỹ thuật), ta thiết lập mặt tiếp xúc "tương đương" chúng (Equivalence interface) Tức có liên tục hai miền, với thông số nhiệt độ liên tục mặt tiếp xúc  COINC: Tại mặt tiếp xúc hai loại vật liệu khác (ví dụ mặt tiếp xúc vật đúc khn) thường có giảm nhiệt độ Trong trường hợp này, nút mặt tiếp xúc phải tăng gấp đơi để có nhiệt độ khác bên mặt tiếp xúc (Coincident interface)  NCOINC: Trong trường hợp chia lưới không trùng (tức nơi mà nút hai mặt bề mặt tiếp xúc khơng trùng nhau), ta thiết lập chế đọ truyền nhiệt cách thêm nút mặt chia lưới khơng trùng (Non- Coincident mesh) Bước 8: Thiết lập điều kiện đúc Để thiết lập điều kiện đúc ta vào Cast > Process Condition Manager chọn biểu tượng Đây bước tương đối quan trọng số bước mô đúc Nó cho phép đặt giá trị điều kiện ban đầu, điều kiện biên để mơ cách xác q trình lý hóa xảy tiến hành đúc Trong phần Process Condition Manager bao gồm điều kiện ban đầu sau: Nhiệt độ:  Heat: Xác định trình truyền nhiệt bề mặt vùng với môi trường xung quanh  Wrap: Xác định hệ số truyền nhiệt dựa chiều dày thành vật đúc  Temperature: Xác định giá trị nhiệt độ vị trí (hoặc khn hoăc vật đúc)  Enclosure Radiation: Sử dụng để tính tốn độ xạ khn, mặt thống bề mặt đúc  Filter Heat: Xác định hệ số truyền nhiệt bề mặt dòng chất lỏng vật liệu làm màng lọc  Volumetric Heat: Xác định giá trị nhiệt độ sinh bên vật liệu Dòng chảy:  Velocity: Xác định vận tốc dòng kim loại lỏng theo phương x,y,z  Pressure: Xác định áp suất lên vùng (có thể khn kim loại lỏng)  Inlet: Thường dùng để xác định giá trị tương đương tốc độ rót kim loại nhiệt độ rót thời điểm  Vent: Xác định thơng số lỗ khí (nếu có) bao gồm: đường kính, độ dài, độ nhám áp suất khí  Wall: Dùng để thiết lập vùng có vận tốc khơng (vị trí khơng có khn)  Flow Colored path: Sử dụng để phân biệt dòng kim loại lỏng từ rãnh dẫn khác theo màu sắc rót vào khuôn  Turbulence: Xác định trạng thái hỗn loạn kim loại lỏng  Inject: Xác định lượng khí nén sử dụng (trong đúc áp lực thấp)  Mass Source: Xác định tổng lượng kim loại đưa khuôn  Momentum Source: Xác định động lượng dòng chảy Tính chất cơ:  Displacement: Xác định chuyển vị khuôn theo phương  Pin Squeeze Node, Pin Squeeze Surface: Xác định tải trọng tác động lên ống nén nút vùng (trong đúc áp lực)  Point load, Surface load: Sử dụng tính tốn ứng suất, dùng để đặt tải lực lên vị trí bề mặt xác định Dự đoán tổ chức tế vi: Modun cấu trúc tế vi tự động dự đốn cấu trúc tế vi dựa thành phần hợp kim sở liệu nhiệt động phần mềm Dựa tên tính chất hóa học ngun tố hợp kim, modun tự động phát pha xuất dạng cấu trúc tế vi Đặc tính hình học:  Symetry: Miêu tả tính đối xứng vật đúc Procast có khả xử lý vật đúc có mặt đối xứng, mặt đối xứng vng góc, trục quay với góc kết hợp tất  Translation: Miêu tả thay đổi vị trí vật thể Sự thay đổi mô tả theo vectơ tọa độ, hàm vận tốc theo thời gian, hàm vận tốc theo tọa độ  Rotation: Xác định trạng thái quay vật đúc quay vịng  Revolution: Xác định trạng thái quay vật đúc quay nhiều vịng Đặc tính bề mặt:  HTC Region: Xác định hệ số truyền nhiệt vùng định  Die Coating: Xác định ảnh hưởng lớp sơn khuôn Bước 9: Thiết lập thông số trọng lực, độ nghiêng Để thiết lập giá trị trọng lực góc nghiêng ta vào Cast > Gravity vector/Tilt chọn biểu tượng Trọng lực:  Magnitude: Giá trị độ lớn trọng lực (mặc định 9,8 m/s2)  Direction: Thiết lập hướng trọng lực (theo phương x,y,z phương bất kì) Độ nghiêng: Ta chọn trục quay giá trị góc quay cho vật đúc Bước 10: Thiết lập thông số mô Các thơng số mơ bao gồm: Các thông số bản:  NSTEP: Xác định số bươc tối đa q trình tính tốn mơ phỏng, số bước ngắn thời gian mô ngăn kết xác đầy đủ  TFINAL, TSTOP: Xác định thời gian tối đa q trình tính tốn mơ nhiệt độ dừng mô  DT, DTMAX: Xác định thời gian ban đầu thời gian tối đa cho bước tính tốn  TUNITS, QUNITS, VUNITS, PUNITS: Xác định đơn vị nhiệt độ, dòng nhiệt, vận tốc áp suất Các thông số mô nhiệt độ:  THERMAL: Xác định modun tính tốn nhiệt bao gồm: Khơng sử dụng modun tính tốn nhiệt, dùng modun tính tốn nhiệt với hàm nhiệt độ dùng modun tính tốn nhiệt với hàm entapy  TFREQ: Xác định tần suất ghi liệu nhiệt độ  POROS: Xác định modun tính tốn rỗ xốp bao gồm: Khơng sử sử dụng modun tính tốn rỗ xốp, sử dụng modun tính tốn rỗ xốp nâng cao  HOTSPOTS: Xác định modun tính tốn nút nhiệt Các thơng số mơ dịng chảy:  FLOW: Xác định modun tính tốn dịng chảy  VFREQ: Xác định tần suất ghi liệu vận tốc áp suất  TILT: Xác định chế độ nghiêng khuôn rót Ngồi thơng số trên, phần Simulation Parameters cịn nhiều thơng số khác như: Thơng số mô xạ, thông số mô ứng suất, thông số mô cấu trúc tế vi Thông thường thông số đặt sẵn tương ứng với phương pháp đúc khác nhau, bao gồm modun: Đúc ly tâm, đúc liên tục, đúc trọng trường, đúc áp lực cao, đúc áp lực thấp, đúc khuôn mẫu cháy, đúc khuôn mẫu chảy, đúc nghiêng khuôn Bước 11: Chạy chương trình mơ Sau hồn tất q trình thiết lập thơng số, ta tiến hành chạy trương trình mơ Để chạy trương trình mô ta vào Cast > Start Simulation chọn biểu tượng Run Trong thẻ Run ta lựa chọn nhiều modun tính tốn khác bao gồm: Modun mặc định, modun APM, modun CAFE, modun HCS Sau chọn vị trí lưu modun tính tốn, chọn Run để chạy chương trình mơ Trong chạy chương trình tính tốn, ta quan sát thông số phần trăm điền đầy, tốc độ đông đặc, thời gian mô phỏng, mức độ sử dụng CPU Bước 12: Quan sát kết mô Để qua sát kết mô ta vào Applications > Viewer Tại modun Viewer ta qua sát trình giống đúc thật bao gồm: trình điền đầy khn, q trình đơng đặc, co ngót vật đúc, vị trí khuyết tật có  ... hệ thống sở liệu ngày hồn thiện ProCAST thực trở thành cơng cụ mạnh mẽ giúp nhà sản xuất giảm giá thành sản phẩm, tăng suất đúc, tăng chất lượng vật đúc Ngày nay, ProCAST cho phép kết hợp mơ hình... sử dụng ProCAST là: IGES, STEP, VDA, STL, Parasolid, Unisurf, ACIS, UNIGRAPHICS, AutoCAD, CATIA v4 v5 Khả tự động chia lớp tích hợp cho phép tạo lớp vỏ đúc khn mẫu chảy Ngồi phần mềm ProCAST. .. mỏi  Nội ứng suất 2.1.3 Ứng dụng phần mềm thiết kế đúc Phần mềm ProCAST có khả mơ tương đối xác q trình đúc phổ biến Ngồi ra, ProCAST cịn có khả dự đốn số dạng khuyết tật xảy trình đúc a Đúc