基于ProCAST浇注系统模拟实验的开发

一、 引言

本课题根据《铸造工艺设计》讲授的铸造工艺设计的理论和方法，要借助铸造模拟软件ProCAST开发一套浇注系统的模拟实验。我们可以设计出不同类型不同结构的浇注系统，并模拟充型。在模拟浇注的过程中，用ProCAST软件在计算机屏幕上展示铸件充型凝固过程中液态金属自由表面、压力场、速度场和温度场等的变化，方便我们更直观观察流动景象和测定有关参数，更好的了解和探索浇注系统的相应的规律。

二、ProCAST软件的应用

ProCAST差不多可以模拟分析任何铸造生产过程中可能出现的问题，为铸造工程师提供了研究铸造过程的新的途径，使他们有机会看到型腔内发生的一切，从而可以产生新的设计方案。其模拟的结果可以由网络浏览器来显示，从而恩能使比较复杂的铸造过程能够通过网络进行有效的讨论和分析。ProCAST软件在铸造凝固模拟中应用很广泛。

2.1 ProCAST软件介绍

如图 图

1

ProCAST是针对于铸造过程进行流动- 传热-应力耦合做出分析的系统，一共有8个

模块，可以灵活地选用其中的模块。对于普通用户，ProCAST有基本模块传热分析及前后的处理，流动分析模块，应力分析模块和网格划分模块。对铸造模拟有更高要求的用户则需要有更多其他的功能模块。基本模块(传热分析模块)，是进行传热计算并包括ProCAST的前后处理的功能。前处理应用于设定各种初始和边界条件。边界条件则可以是常数或是时间或温度的函数。后处理功能能显示温度、压力和速度场，同时也可以将这些信息与应力和变形信息集于一体。ProCAST还可以使用X 射线的方式确定缩孔的位置。 ProCAST模拟过程可分为六个部分：

1）创建模型可以分别用IDEAS，UG，PATRAN，ANSYS作为前处理软件创

建模型，输出ProCAST可接受的模型或网格格式的文件。

2）模块MeshCAST对输入的模型或网格文件进行剖分，最终产生四面体网格，生成XX．mesh文件，文件中包含节点数量、单元数量、材料数量等信息。

3）模块PreCAST分配材料、设定界面条件、边界条件、初始条件、模拟参数，生成xxd．dat文件和xxp．dat文件。

4）模块DataCAST检查模型及PreCAST中对模型的定义是否有错误，若有错误则输出错误信息，若无错误则将所有模型的信息转化为二进制，生成xx．unf文件。

5）模块ProCAST对铸造过程模拟分析计算，生成XX．unf文件。

6）模块ViewCAST显示铸造过程模拟分析结果。PostCAST对铸造过程模拟分析结果进行后处理。

三. ProE软件的介绍

ProEngineer操作软件是美国参数技术公司旗下的的三维软件。ProEngineer软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在三维造型软件领域中占有着重要地位，ProEngineer作为当今世界机械CAD与CAE及CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。是现今主流的三维绘制软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。

ProE第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决特征

的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。

ProE的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。另外ProE采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。

在这里选择ProE进行三维立体图绘制是因为和其他三维绘制软件相比，ProE操作相对简单，但在草图绘制及三维处理上可以满足绝大部分工作任务。

四、 浇注系统模拟实验设计

4.1 浇注系统类型的选择

4.1.1 封闭式和开放式浇注系统

1）封闭式浇注系统可理解为在正常浇注条件下，所有组元能为金属液充满的浇注系统，也称为充满式浇注系统，因其全部截面上的金属液压力均高于型壁气体压力，故是有压或正压系统。

2）这种浇注系统是指阻流截面在直浇道下端或在其附近的横浇道上的浇注系统。因为金属液不能充满所有组元，故又将它称为非充满式或非压力式浇注系统。

4.1.2 开设和不开设直浇道窝的浇注系统

金属液对直浇道底部有强烈的冲击作用，并产生涡流和高度紊流区，常引起冲砂、渣孔和大量氧化夹杂物等铸造缺陷。设置浇道窝可改善金属液流动状况，

具有缓冲作用，利于渣、气与金属液分离并上浮缩短直-横拐弯处的高度紊（过渡）区，减小直-横拐弯处的局部阻力和压头损失等。

根据以上直浇道窝的理论特点，我们可以分别用ProCAST模拟2组实验，开有封闭式和开放式浇注系统的件当不开设浇道窝时可以和开设时分别做对比，可以用ProCAST软件观察液流在流入横浇道时是否产生涡流，是否能缩短直-横拐弯处的高度紊流（过渡）区，是否能减缓由直浇道流进横浇道后的速度。

4.1.3 加长横浇道末端长度的浇注系统

横浇道的功用有：（1）向内浇道分配洁净的金属液；（2）储留最初浇入的含气和渣污的低温金属液并阻留渣滓；（3）使金属液流平稳和成少产生氧化夹渣物，为了节约.中小铸件多不用浇口杯，主要靠横浇道阻渣，故横浇道又称为捕渣道。

根据液体在横浇横浇道的末端长度应合理，其作用为容纳最初浇注的低温、含气及渣污的金属液，防止其进入型腔；吸收液流动能，使金属液流入型腔平稳道的流动状况和阻渣原理。因此，它应有一定的高度和长度。

以此我们可以用ProCAST模拟2组实验（封闭式和开放式浇注系统各一组），适当延长横浇道末端长度和延长前做对比，横浇道末端延长段延长长度40mm和没有延长末端长度的作对比，可以观察测定适当延长末端长度后是否起到液流充型平稳、缓速的作用。

用ProCAST模拟开有封闭式和开放式浇注系统的件当不开设浇道窝时（图2）可以和开设时（图3）做对比，用ProCAST软件模拟观察。适当延长横浇道末端长度和延长前做对比，用ProCAST软件观察其不同流态。 不同形式的浇注系统如图：

图2封闭式浇注系统

图3封闭式浇注有直浇窝的浇注系统

图4横浇道末端加长40mm的封闭式浇注系统

开放式浇注系统以球墨铸铁为例，不同形式如图：

开放式浇注系统开设和不开设直浇道窝时做对比（图5与图6比较）

图5开放式无直浇道窝 图6开放式有直浇道窝

开放式浇注系统适当延长横浇道末端长度和延长前做对比（图6与图7比较）

图7横浇道末端加长40mm的开放式浇注系统

五、 铸件的网格划分及参数设置的具体步骤

5.1 铸件网格划分的步骤

将Pro/E中的三维模型，以标准接口*.igs格式输出，用MeshCAST打开划分面网格。最后得到体网格。其过程如下图所示（本文采用开放式图6的铸件为例来说明划分网格步骤）。

1）在MeshCAST中导入由三维实体造型后输出的x_t文件

图8 MeshCAST操作界面

图9 面网格划分

2）对零件进行面网格划分

为减少计算工作量，视铸件的具体尺寸设置单元网格大小，以在不影响计算准确性的前提下扩大单元，减小运算量。由于铸件是模拟对象，且砂箱尺寸相比铸件较大，本文对铸件和砂箱等分别采用不同的网格单元大小。

3）进行体网格划分，导出mesh文件

由上可看到软件通过公共面的识别自动将体网格分为砂箱、铸件二部分。图10 体网格的划分

根据信息窗口的显示，总共有8049个节点，44151个单元.

5.2 在ProCAST中各参数设置的具体步骤

1）用ProCAST对已生成的体网格mesh文件进行材料、传热系数、初始温度、浇注速度等参数的设置，其中材料设置中，选择砂箱材料设置为树脂砂“RESIN-BONDED-SAND”，铸件材质设置为球墨铸铁“Fe-GGG-50”（图11）将砂箱的温度设置成室温25℃，浇注温度设置成1450℃，如下图所示。

图13 定义边界条件

图11 材料选定 定

图12 设定重力方向为Z轴正方向

图14 运行参数选项卡卡

2）对用封闭式浇注系统件用ProCAST对已生成的体网格mesh文件进行材料初始温度、浇注速度等参数的设置，选择砂箱材料设置“RESIN-BONDED-SAND”，铸件材质设置“Fe-Eutectic-Gray-Iron”，将砂箱的温度设置成室温25℃，浇注温度设置成1350℃。

六、充型过程

6.1 开放式浇注系统（有直浇道窝）

图15 充型18秒时液体在浇注系统的流动状况

图16 封闭式浇注系统液体在浇注系统的流动状况

开放式浇注系统（无直浇道窝）

图17 充型34秒时液体在浇注系统的流动状况

6．2 开放式浇注系统有直浇道窝充型18秒时液体用ProCAST画出其随时间推移浇注速度，凝固分数及温度的变化状况图。

图18温度和时间曲线图

图19压力与时间曲线图

图20凝固分数与时间曲线图

七、小结

通过这段时间的学习，熟悉了运用软件ProCAST进行铸件砂型铸造浇注过程的模拟。懂得了基于有限元法的铸件成型过程数值模拟软件ProCAST的基本原理及基本的操作过程，通过使用铸造模拟软件ProCAST模拟设计的6组不同类型不同结构的浇注系统。采用ProCAST软件剖分成千上万个网格仅在几秒钟内完成，且计算的精度较高，而模拟过程中的速度场、温度场、压力场显示清晰明确。网格划分是一个重要部分，它的大小要合适，否则，容易引起运行计算的负担，零件图尽量简化，这样有利于剖分网格，减少坏面。进入设置参数的界面后，要力求精确地设置必要参数，参数的选择一定要正确，否则，容易引起结果的错误。但是，本身对ProCAST软件还不是特别的了解，存在着许多未知的问题，有待进一步的学习和努力，因此，还有很大的提升空间，需要继续学习与研究。

第二篇：个性教育

尊重个体差异，展真我风采

成师附小华润分校 朱珠

我国著名教育家胡克英说过:“教育的最大价值在于发展个性。教育最伟大的力量也在于发展个性。”

作为一名只有两年教龄的青年教师，我还不敢要求自己成为多么成功的老师，因为评价一个老师是否优秀是否成功的标准仁者见仁智者见智，我没有信心能够达到那么多的衡量标准，但是我拒绝做一个平庸的，学生一毕业就想不起来名字的老师，成为一名有个性的、与众不同的老师是我的职业追求。教育贵在创新，创新需要个性。当然，个性需要冒险，但为了自己喜爱的教育事业，冒一点风险，做一个有个性的教师，既是提升自身素质的需要，也是新时期教育发展的需要。

这两年的教育教学中，刚开始我思考较多的是如何提高自身的业务水平，学习各种体育教学方法，后来随着教学经验的积累，我逐渐学会研究学情，根据学生的个性特点、教材特点、教学环境的变化，发挥自身优势用创新的、独具个性的教学手段激活课堂，尊重学生的个体差异，因材施教。

下面想跟大家分享一下我的一些教学小故事，也是我追求个性的一些小小尝试。

我最先接触到的学生是和我一样对这个校园游无限憧憬的一年级的小朋友，那个时候的体育课堂完全是照搬黄林箭老师的教学模式。在学习他的教学方法的同时我也有了自己的一点想法：比如在前滚翻的教学中，为了让学生能够体会后脑勺着垫子的感觉我设计了一个“低头看天识字”的环节。通过识别“华枝春满 润物无声”以及“惜时 勤奋 自信 自强”，学生不仅领会了技术要领还学习了我校的教育理念。

刚开始的时候我对学生的要求都是一样的，每个学生都要达到我设定的学习标准。但是后来我发现由于学生的个体差异，有部分学生一直不能让我满意，他们对体育课的兴趣也越来越小了。就拿我校的校本教材跳绳来说，在练习星级达标项目的时候，最开始的时候我让能够一次性全部过关的学生自由选择体育器材

进行活动，而其他没有过关的学生就继续练习。慢慢下来我就发现每节课全部过关的就是那几个孩子，其他孩子不但技术进步不大就连上体育课的兴趣都变小了。仔细思考后我发现很多孩子达到五星要求并不难，他们有的是速度不快，有的是花样不熟悉，其实只要针对练习了就很容易成功。从那以后我就改变了通过关要求，每节课只针对练习一个星级达标内容。同学们对我的这个决定都非常喜欢，我还提前将下节课要练习的内容告诉他们，孩子们为了能够在上课一开始就过关，在课间、放学的时候都很认真的再练习，这样的小小改变收到了大大的效果。

双摇跳对学生的身体素质要求比较高，在教学这个动作的时候一班的陶家好和2班的郑羽同学给我留下了很深的印象。这两个孩子的技术很好，初学时双摇跳轻轻松松就能达到一次性七八十个以上，但是他们的稳定性不够，。在三年级的团体操展示中我设计了一个双摇跳大擂台的环节，在整个三年级选择了30名双摇跳比较优秀的孩子进行一次性双摇跳大比拼。在几次排练中我发现每次他们两个中的一人都能坚持到最后，但是比赛的效果还没有达到我想象中的那么激烈，于是我将他们两人安排在一起，并且告诉所有的孩子，一次性双摇个数最多的人将得到一枚金牌。最后一次彩排的时候陶家好同学坚持到最后，我奖励给他一枚金牌。郑羽同学不高兴了，我告诉他还有一次机会，在表演的那天我还是会奖励给获胜者一枚金牌。果然，表演当天的大比拼他们两个人的精彩表现赢得了教育局领导、区上所有体育教师以及家长们的阵阵掌声，郑羽同学也顽强的坚持到了最后赢得了属于他的金牌。

每一次的带队比赛对我来说都是历练，四川省排舞比赛对我的影响非常大，通过这次比赛我体会到，要想成为一名个性教师创造力是不可缺少的重要元素。

这次的比赛项目是小学组规定曲目《红星闪闪》，比赛的音乐、动作都是规定的。要想取得比赛的胜利就要在队形和服装上想办法。参赛队员主要是三、四年级的女生，从身高、相貌、基本功、表现力、队形编排等等方面我选择了16名女生。在教授动作的时候我采用了集体教学和分组练习的方式，每一组都指定一名动作最规范的学生当小老师，分组练习分组过关。我花了很多时间在编排队形上面，除了常规的队形变化加入了“十字”变化、不同方向的同时动作等等。

当然重点还是开始和结束造型：开始的时候是围绕红歌主体摆了一个守护城墙造型，因为规则规定使用的道具不能离开身体，所以我将红领巾藏在了一名学生的衣服里面，在结束的时候拿出来。

这次比赛的服装也让我们费劲了心思。因为是红歌，很多参赛队就选择了八路军的服装以及迷彩服。在音乐、动作动一样的情况下这样的服装不能够吸引裁判的眼球。于是我们就请裁缝师父根据我们的要求重新设计制作了比赛服。学生的精彩表现证明我之前的一切努力都是值得的！

个性教师，我离这个目标还有很长的路要走，在以后的教学中我会不断学习新的教学理论扎实教学基本功，认清自己的个性与气质，充分发挥自己的特长，勇于表现自己的个性，我还会认真研究学情，用创新的、独具个性的教学手段激活课堂。