計算機仿真和試驗設計技術在鑄造工藝設計上的應用分析

李耀宗劉淑清

（1.七一一研究所，上海 201108；2.上海凱士比泵有限公司，上海 200245）

計算機仿真和試驗設計技術在鑄造工藝設計上的應用分析

李耀宗1劉淑清2

（1.七一一研究所，上海 201108；2.上海凱士比泵有限公司，上海 200245）

目前情況來看，我國在當今的世界上是一個鑄件產量大國，其總產量已經超過了1700萬噸，居于世界首位。但并不是鑄造技術強國。總體來說我國的鑄造工藝水平還是相對落后。隨著經濟全球化的不斷發展，我國為了可以更好的適應這個形勢必須要對鑄造行業進行有效的改革。本文就是對計算機仿真和試驗設計技術的在鑄造工藝設計上的應用進行分析，并且提出相關的意見和應用對策。

計算機仿真 試驗設計技術 鑄造工藝 應用

計算機仿真和試驗設計技術的在鑄造工藝設計上的應用已經成為了大勢所趨，是鑄造行業方面的前沿領域，是對傳統的鑄造行業進行改革的必經之路。在鑄造工藝設計方面有效的進行計算機仿真和試驗設計技術可以在很大程度上幫助相關工作人員在進行鑄造工藝這一階段對鑄件中可能出現的各種缺陷進行校準。讓鑄造工藝設計方案得到最優化處理，從而有效的提升并確保鑄件的質量，提高鑄造行業經濟效應。因此對計算機仿真和試驗設計技術的在鑄造工藝設計上的應用分析便尤為重要了。

1　國內外現狀

1.1國外現狀

隨著信息化領域和計算機應用領域科技的不斷發展，國際上在鑄造工程方面的領域也在不斷的進步當中。國內外對于鑄造工藝仿真設計方面的應用以及研究也開始逐漸的關注和重視。在目前世界上比較發達的工業國當中，比如德國、日本以及美國等，近些年，這些國家已經將計算機仿真和試驗設計技術開始應用到鑄造工藝的實際科研以及生產實踐當中，從而有效的降低了產品的研發實踐，對產品的生產成本進行大幅度的降低，為該國家的企業聽了顯著的經濟利益。

1.2國內現狀

雖然我國在對待鑄件方面的研究也是非常的重視，但是從目前的情況來看我國去沒有從真正的意義上形成一家真正實現鑄造工藝仿真設計的應用的公司。從而使得這項先進的技術沒有還不能有效的滿足于我國國內市場的要求。為了可以更好的滿足于現在市場的要求，就必須有效的解決這種應用方面的之后性。

通過分析和調查，現階段我國國內上擁有各種鑄造模擬技術的軟件用戶超過300家，這里包括：Anycasting、Magma、ProCAST等，但是一些客戶在購買軟件后就沒有長期的使用，據調查長期使用軟件的客戶不超過最初購買軟件客戶的32%，真正讓軟件體現出效益的客戶不足50家，從而致使軟件的效果得不到完全的體現。現階段可以將這項應用進行廣泛的應用并且形成顯著經濟效益的企業差不多還沒有。

造成我國計算機仿真技術不能進行良好運用的主要原因：（1）生產環境的客觀條件、鑄件質量的問題和不同仿真軟件的模塊這幾點的功能特性的認知度不足，從而導致客戶出現軟件購買不合理的現象。（2）單一軟件的數據庫中的數據不完整，有的數據庫甚至是出現數據缺失的現象，從而導致軟件的實際生產能力不能滿足客戶生產的需求。（3）產品設計人員在使用計算機仿真技術制作工藝方案時，缺乏一定的制作經驗，不能完全掌握計算機仿真技術的優勢和工作特點，加上技術人員缺乏專業的技術支持和一定的實踐經驗，最終導致工藝方案的實際設計水平較低。（4）在進行正式生產之前沒有指定出相應的技術和生產管理方案和實體的文件，從而導致生產崗位的生產參數和鑄造仿真工藝所設置的參數出現差異，并且還讓仿真數據的最終參數出現錯誤，讓其無法成為產品生產的支撐點。（5）所購買的仿真軟件無法為企業帶來可觀的經濟利益，多數客戶認為這些仿真軟件的價格過高。

2　現階段計算機仿真和試驗設計技術在鑄造工藝設計上的應用分析

目前計算機仿真和試驗設計技術在鑄造工藝設計上的應用主要分為以下幾種：砂型鑄造驗證工藝、消失模鑄造驗證工藝、壓力鑄造驗證工藝、熔模鑄造驗證工藝、離心鑄造驗證工藝、金屬型鑄造驗證工藝。下面我們就以砂型鑄造工藝仿真設計為例進行有效的分析。

砂型鑄造工藝仿真設計。在進行砂型鑄造工藝仿真設計的時候使用ProCAST2015的時候有著以下幾點優點：（1）在軟件上有著有限元的網格劃分，這就在一定程度上導致其不容易失真，模擬精確度較高，特別是在應力分析上面。（2）擁有的熱動力數據庫，這樣就可以有效的根據材料的成分計算出其熱物性以及應力模型。（3）ProCAST這個軟件是唯一一個可以有效實現溫度—流動—應力耦合的仿真軟件。（4）后期處理操作十分的方便，對其變量進行有效的分析可以獲得鑄件上每一點的值。

缺陷：（1）在軟件的使用上，網格操作的劃分十分復雜，并且非常容易出錯，需要和其他的軟件進行合作使用。（2）在使用軟件進行模擬的時候，模擬花費時間較長。（3）在材料數據庫中由于材料使用了多個國家的編號，比如：美國、歐盟以及德國等，這就在一定程度上使得編號十分容易出現混亂。

3　現階段計算機仿真和試驗設計技術在鑄造工藝設計上的意見和對策

3.1優化鑄造工藝形體的構架

鑄造工藝形體構架主要是指系統冒口各系統單元組在空間位置的擺放與單元系統之間的組合方式，其形式可以分為兩類，即：（1）澆筑系統；（2）冒口系統。澆口杯、直澆道、橫澆道、內澆道是建筑系統中最為主要的結構；冒口系統就包括了冒口和冷鐵。

優化澆造工藝形體的構架通常情況下使用正交實驗的設計方式，根據無缺陷實驗指標的實際情況，選擇澆筑系統、冒口系統中的單元組件作為實驗的基礎要素，設計實驗的方案，最終得到最優化的工藝形體構架。

3.2系統工藝方法以及其余參數的設置優化

系統的工藝方以及技術的參數準確性的好壞將會直接影響到工藝仿真設計、工藝形體架構以及最終產品的質量，如果通過系統工藝或其他方式對其進行優化，那么將提系統各個方面的指標。

4　結語

本文就是將計算機仿真和試驗設計技術在鑄造工藝設計上的應用進行有效的分析，分析我國計算機仿真和試驗設計技術和國外計算機仿真和試驗設計技術之間的差距，并且根據我國現階段計算機仿真和試驗設計技術在鑄造工藝設計上存在的問題提出相應的解決措施。并且將傳統的仿真技術工藝和計算機仿真和試驗設計技術進行有效的研究和分析，提出計算機仿真和試驗設計技術在鑄造工藝設計上存在的優勢。

［1］徐岳.基于CAD/CAE/CAM技術的砂型鑄造工藝研發［D］.河北工程大學，2014.

［2］陳艷惠.基于HZCAE的熔模鑄造工藝優化研究［D］.沈陽大學，2014.

［3］馬玉樂.計算機仿真技術在消失模鑄造工藝設計中的應用［D］.安徽工程大學，2012.