NOVACAST：一款强大的铸造工艺仿真软件

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了针对浇冒系统级模具等的专用建模功能，包括浇铸系统模型导入、压铸工艺参数优化设计、CVM网格处理方法、双网格控制技术、多种铸造工艺边界条件设置等。同时，还提供了双金属铸造分析能力、缺陷分析能力以及铸造应力分析模块等功能。此外，还介绍了模块描述，包括凝固分析模块、充型流动分析模块、铸造应力分析模块以及铸造系统CAD专业建模模块等。这些功能和应用案例可帮助用户更好地进行铸造工艺分析和优化。

关键词

1、性能概括：速度更快、精度更高、更易使用。

2、铸造工艺，包括压铸、低压铸造、重力砂铸、重力倾转铸造、金属型铸造、半固态铸造、精密熔模铸造、真空压铸、差压铸造、连续（循环）、铸造、消失模铸造、双金属铸造、离心铸造等。

3、设计计算系统：CAD 模型设计系统、专用浇冒口结构设计计算系统、压铸工艺参数优化设计系统。

4、分析系统：充型计算系统、凝固计算系统、热应力计算系统、浇冒补缩计算系统。

5、缺陷预测：缩松、缩孔、浇不足、冷镉、卷气、夹渣、粘砂、气孔、夹杂、偏析、热裂及冷裂、强度等。

6、专业铸造材料库：依据合金相图构成高级数据库，铸造材料包括铸铁、铸钢、镁铝合金、有色金属、发热材料、保温材料、冷却材料、砂型、金属模具等。

7、网格功能：CVM 控制体积网格、Dual-mesh 网格法、网格编辑。

基于以上关键词，让我们一起来详细解读下Novacast的特色功能，以及到底能带来哪些实实在在的价值？

NOVACAST 铸造仿真模拟系统采用了先进的CVM 控制体积法计算机数值模拟技术，是一个专门为分析、评价和优化铸造工艺方案而开发的软件工具。借助该软件系统，铸造技术人员能够在设计工艺方案时通过对现有方案下铸件形成的过程做计算机模拟，以形象准确的可视化效果，通过计算机显示铸造过程温度、充型速度、压力和凝固时间变化，并对可能产生的缺陷提出预报。

通过对铸件充型和凝固过程的模拟，可以形象准确的显示在给定浇冒口系统下物理场的变化情况，夹渣和其他非金属夹杂物可以引入金属液流中并模拟其运动轨迹。通过优化浇冒口系统和出气系统可以避免由于紊流情况引起的氧化物夹杂、冷隔、缩松、缩孔和气孔等缺陷。

先进的CVM 网格处理计算方法可以采用更少的网格数量处理复杂、薄壁的铸件产品，其网格计算速度可达普通有限元法及有限差分法的数倍，实现了快速、高精度的计算效能。NOVACAST 操作简单、功能齐全、模拟精度高、计算速度快，广受客户好评，在全球范围内具有广泛的客户群体。

NOVACAST 通过在计算机上模拟整个铸造加工过程，帮助工程师和设计人员：

① 评价铸造工艺方案，预测铸造缺陷；

② 优化浇注系统，通过优化浇冒口系统和排气系统可以避免铸造缺陷；

③ 提高批量生产的产品品质和成品率；

④ 实现计算机“试模”，节省能源、降低成本；

⑤ 强化生产、设计、技术各部门间的连接；

⑥ 提升企业铸造技术实力等。

重力浇铸工艺

压铸工艺

一、NOVACAST 的特色功能

1、友好的图形界面

NOVACAST 专为铸造企业进行铸造工艺模拟而设计，WINDOWS 风格，简单易用，实现浇冒系统的组件管理，可随时加入铸件、冷却加热管道、浇道、冷铁、套筒、型芯等并能自动生成浇冒系统的装配模型。

2、高度模块化、集成化的控制体积法模拟系统

NOVACAST 是一个高度模块化、集成化的有限差分模拟系统，它主要包括前处理器、求解器、后处理器三大模块。

前处理器完成浇注系统的几何信息、材料信息、工艺参数的输入，并建立边界条件。

求解器采用独特的CVM 控制体积法求解充型过程，求解速度快；CVM 的高效算法可以采用较粗的网格尺寸获得高的求解精度。

后处理器是将模拟结果可视化，采用全图形化界面，可输出动画、图像、各场变量曲线、标识及场变量云图、缩孔疏松缺陷等。更具有直观的缺陷判别，如CT 扫描、旋转动画、缺陷部位高亮显示功能等。

3、方便、专业的铸造几何结构设计计算系统

Foundry CAD 和Foundry Tech 模块具有专业快捷的浇铸系统结构优化设计功能，通过Foundry CAD 进行浇铸结构的几何建模，要比普通CAD 软件更快更方便。建立的几何模块可直接导入铸造工艺分析系统进行计算。Foundry Tech 具有浇流道、冒口、冒口颈、套筒、过滤网、热模量、补缩量、补缩距离、重量等优化设计计算功能，能够帮助用户达到最佳设计效果。

铸造系统结构优化设计建模

4、算法独创，计算速度快，模拟精度高

采用先进独特的CVM 控制体积网格处理计算方法，结合传统FDM差分法和FEM 有限元法的优点，能够快速划分网格并准确离散模型边界，使得模型网格处理精度极大地高于FDM 法，划分速度及方便性优于FEM 法。CVM 的离散方法能够采用粗网格处理复杂及薄壁模型并能保证很高的计算精度，使得其计算速度为普通算法的5-10 倍，大大提高了铸造分析的效能。

  左图是传统FDM 网格处理，右图是先进的CVM 网格处理

CVM 法精准化薄壁件网格处理

5、依据合金相图的材料数据库

NOVACAST 的材料库具备热流动物理特性、机械物理特性等内容，并依据合金相图构架完备的铸造材料性能，使得材料数据更加准确完善，其材料数据库囊括数百种材料种类及数据，包括合金成分、密度变化、比热、热导热容、粘度、传热系数、奥氏体及铁素体等，所含材料类别包括：

● 铸铁、铸钢、灰铸铁、球墨铸铁、合金钢、不锈钢、可锻铸钢等；

● 纯金属、铝合金、镁合金、铜合金、锌合金、镍铬合金、钛合金等；

● 发热材料、保温材料、绝热材料、涂层等；

● 冷铁、冷却水、冷却空气、加热器等；

● 金属模具、砂型、型壳、型芯、泡沫、过滤网材料等。

用户也可方便地进行材料热物性参数的自定义，建立自己的企业标准数据库。另外，NOVACAST 具有与Jmatpro 软件的直接接口，可根据特殊材料合金元素的配比情况通过Jmatpro 计算其材料性能参数，从而用于NOVACAST 进行铸造模拟计算。

6、功能全面的仿真体系

NOVACAST 可模拟从金属液浇注开始到产品最终成形的整个阶段，从浇注、充型、凝固再到冷却完毕，各个阶段的成形现象及缺陷均可获得直观的结果。在铸造系统结构设计方面，同样具有专业的结构设计计算功能。

● 浇冒补缩结构设计计算系统：优化设计浇流道、冒口、套筒、过滤网、铸件几何建模、补缩距离等；

● 充型计算系统：预测流动缺陷（填充不良、冷镉、夹杂、卷气、粘砂路径等）；

● 凝固计算系统：预测凝固缺陷（缩孔、疏松、偏析、气孔等）；

● 热应力计算系统：预测热应变缺陷（变形、冷热裂纹、收缩、残余应力、机械强度等）。

铸件热裂位置预测

7、功能全面的仿真体系

NOVACAST 可模拟从金属液浇注开始到产品最终成形的整个阶段，从浇注、充型、凝固再到冷却完毕，各个阶段的成形现象及缺陷均可获得直观的结果。在铸造系统结构设计方面，同样具有专业的结构设计计算功能。

● 浇冒补缩结构设计计算系统：优化设计浇流道、冒口、套筒、过滤网、铸件几何建模、补缩距离等；

● 充型计算系统：预测流动缺陷（填充不良、冷镉、夹杂、卷气、粘砂路径等）；

● 凝固计算系统：预测凝固缺陷（缩孔、疏松、偏析、气孔等）；

● 热应力计算系统：预测热应变缺陷（变形、冷热裂纹、收缩、残余应力、机械强度等）。

浇冒系统设计方案优化

二、NOVACAST 的实用价值

● 可进行几乎所有的铸造工艺过程模拟，包括：砂铸、压铸、低压铸造、重力铸造、倾转铸造、金属型铸造、半固态铸造、精密熔模铸造、真空压铸、差压铸造、连续（循环）铸造、消失模铸造、离心铸造等。

● 具有STL、STEP 等的几何接口，可导入多种主流CAD 软件如UG、PRO/E、CATIA、soliderworks 的铸造几何模型。

● 具有方便快捷的浇铸系统CAD 建模工具，可实现专业的几何模型建立。

● 可自动产生砂型模型，自动检查铸造系统各组件间的装配间隙并进行填充修补。

● 提供多种铸造材料数据库，包括铸铁、铸钢、球墨铸铁、合金材料及砂型、金属模具、空气、冷却水、涂层材料等。并提供用户自定义材料参数方式，可建立企业自身材料库。CAD 建模工具，比普通CAD 软件更加易用，具有针对浇冒系统级模具等的专用建模功能。

浇铸系统模型导入

● 具有浇冒系统自动设计计算功能，可设计计算冒口、冒口颈、浇道、套筒、过滤器、补缩距离等结构尺寸，优化设计方案。

● 压铸工艺参数优化设计模块，可最优化设计压铸工艺及浇铸结构，可计算最大充型时间、总浇口面积、锁模力等，具备压铸机设备库。

● 具有与材料性能计算软件Jmatpro 的接口，可实现Jmatpro 计算的材料热物性参数直接导入NOVACAST 用于铸造计算。

● 具有先进的CVM 网格处理方法，简单快速地处理铸件模型，特别是复杂及薄壁铸件。

● 可采用dual-mesh 双网格控制技术，充型流动采用粗网格，凝固过程采用细网格，并能够实现流动数据向凝固过程的传递，极大提高凝固计算精度。

● 采用较少数量的网格处理复杂薄壁件，计算速度快、精度高。

● 提供多种铸造工艺边界条件，包括压铸料筒、升液管、活塞、压力、速度、切换时间、水管、型壳、浇包等。

● 具有压铸料筒的液体金属流动分析能力，可实现浇注后压射前的静止过程及压射过程的模拟。

压铸工艺参数优化

CVM 模型边界处理

工艺类型参数设置

● 独特的双金属铸造分析能力，可计算不同浇口、不同浇注速度条件下两种金属的浇铸成形过程计算。

● 具有全面的缺陷分析能力，包括疏松、缩孔、浇不足、冷镉、卷气、气孔、夹杂、冷热裂、粘砂、收缩、残余应力、偏析等。

考虑料筒的压铸

双金属铸造

●可计算不同大小和密度的夹杂物及砂粒在充型过程中随金属液的流动现象，预测其最终分布位置。

●区别显示自不同内浇道流入的金属液，从而间接评价浇注系统设计的合理性。

●可模拟表面张力及铸型与金属液间的润湿性对充型流动的影响，精确计算自由表面形状及位置。

●考虑型腔中气体压力及气体通过砂型间隙中的排气。

●考虑球墨铸铁奥氏体的凝固收缩、球墨体积膨胀、石墨颗粒尺寸的变化。

●可计算凝固过程冒口部位的宏观与微观缩孔缺陷。

●可进行压铸工艺中铸造压力（保压）的增压模拟，评价增压效果。

●充型过程可分析微量气体的卷入、排气孔（集渣包）的排出。

......

三、模块描述

1、模块1 Novasolid CV 凝固分析模块

铸造凝固过程模拟模块，主要用于分析求解各种铸造工艺的凝固过程，预测凝固过程的多种缺陷，包括缩孔、疏松等。

2、模块2 NovaFlow CV 充型流动分析模块

本模块进行所有铸造工艺的金属液充型流动过程分析，计算浇铸温度场、夹杂、粘砂、冷隔、浇不足、卷气、偏析等缺陷，并可将缩孔结果输出。

3、模块3 NovaStress CV 铸造应力分析模块

本模块为附加模块，用于计算由凝固过程造成的铸件铸造应力结果，包括残余应力分布、铸件收缩变形、冷裂、热裂及应力输出等。

4、模块4 NovaMethod-Foundry CAD 铸造系统CAD 专业建模模块

本模块可单独使用或作为附加模块使用，用于建立、编辑浇冒系统、铸件等CAD 模型，具有与多种主流CAD 软件的几何模型接口，并能实现模型修改、快速建立浇流道及冒口模型等功能。

5、模块5 Foundry Tech 浇注及补缩系统设计计算模块

用于浇流道系统、冒口、过滤网、套筒、补缩距离等结构优化设计计算的模块，适用于各种铸造工艺。

6、模块组合包1 NovaFlow&Solid CV 充型及凝固分析组合包

用于计算铸造充型及凝固过程的组合包，适用于各种铸造工艺。

7、模块组合包2 NovaFlow&Solid&Stress CV 充型、凝固及应力分析组合包

用于计算铸造充型、凝固过程及应力结果的分析组合包，适用于各种铸造工艺。

8、模块组合包3 NovaFlow&Solid&Stress CV NovaMethod 充型、凝固及应力分析 CAD 建模组合包

用于计算铸造充型、凝固过程及应力结果并含有CAD 建模工具的完整组合包，适用于各种铸造工艺。

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作者：安世亚太，仿真秀科普作者

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