計算機模擬在鑄造領域中的應用

魏國倫

摘 要：鑄件的形成是一個動態(tài)、高溫、瞬時的變化，無法利用肉眼直接進行觀察，隨著技術水平的提升，計算機模擬開始逐漸應用在鑄造領域中，促進了鑄造領域的進一步發(fā)展，將計算機模擬技術應用在鑄造領域中有效提升了制造行業(yè)的成功率。本文主要就這一技術的應用展開分析。

關鍵詞：計算機模擬；鑄造領域；應用

鑄件的鑄造是一個比較復雜的過程，鑄件形成需要高溫的環(huán)境，且變化快，很難觀察。并且對于鑄件的鑄造我們?nèi)鄙偾袑嵖尚械睦碚撘罁?jù)，只能通過長期的實踐經(jīng)驗來進行鑄件的設計。在鑄造領域，大型鑄件的制造一向是重大機電設備的研制的難點，而大型鑄件制造的關鍵技術就是熱加工。由于大型鑄件體積龐大，生產(chǎn)批量小，生產(chǎn)周期還非常長，這就造成其生產(chǎn)成本非常高，這些大型鑄件在冶金、礦山等行業(yè)的需求較大，所以我們對于這些鑄件的生產(chǎn)要求一次成功，盡量避免報廢造成巨大的經(jīng)濟損失。但是傳統(tǒng)的鑄造技術主要依靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗，沒有科學的、準確的理論依據(jù)，所以在生產(chǎn)過程中經(jīng)常生產(chǎn)出不合格的產(chǎn)品，或者報廢或者帶傷運行。

隨著科技的進步，計算機技術逐漸形成，對于鑄件理論的深化也起到了一定的推動作用，利用數(shù)值模擬以及物理模擬，可以幫助人們看到模擬逐漸的整個過程，這就為大型鑄件的建造技術的提高起到了重要作用。計算機模擬技術有效降低了大型鑄件的失敗機率，為鑄造技術的發(fā)展做出了重大貢獻。

一、鑄造工藝分析軟件集成系統(tǒng)

對于石油鉆機、修井機上的一些比較重要的鑄件，要求它們的安全性和使用性都非常好，這樣單純利用傳統(tǒng)的經(jīng)驗型制造技術就很難做到，這就造成不合格產(chǎn)品產(chǎn)生量多。目前，我國應用最多的是華鑄CAE/inteCAST鑄造工藝分析軟件，該種軟件在數(shù)據(jù)分析上與鑄造工藝的優(yōu)化上有著突出的優(yōu)勢，可以模擬凝固過程與鑄件填充過程的各類數(shù)據(jù)，分析鑄件制造工藝的精確性，還可以預測出鑄件的缺陷情況，對于加工工藝的改良，鑄件質(zhì)量的提高，廢品率的降低都有著明顯的作用。這樣就有效降低了生產(chǎn)的成本，也減少了建筑經(jīng)驗對工作人員的影響，對保持工藝設計水平的穩(wěn)定性也有很好的作用。

二、YG225鉤體的模擬

在石油鉆機和修井機提升技術上，一項重要的加工工藝就是對鉤體的制造工藝。這種鉤體制造材料重達一千多千克，需要能夠承擔的拉力能達到2000kn，并且這些拉力主要作用在了主鉤和副鉤之上，所以這就對主鉤和副鉤的要求較高，不允許有縮孔和氣孔等缺陷的存在。鉤體的形狀比較復雜，曲面比較多，鉤體各部件的厚薄也不均勻，所以在加工過程中如果單憑設計者的經(jīng)驗很難做出合格的產(chǎn)品。目前，多個企業(yè)都開始應用華鑄CAE/inteCAST凝固模擬分析系統(tǒng)對鑄件的各類情況進行模擬，有效提升了鑄件制造的成功率。

YG225大鉤計算機模擬分析步驟可以分為以下幾步：

1）三維實體造型。利用計算機軟件對構件進行分析、模擬，利用三維實體進行模擬實驗，并將PT格式轉(zhuǎn)化為STL格式。

2）選擇合適的網(wǎng)絡。利用軟件的網(wǎng)格對鑄件進行自動的剖析，得到需要的離散數(shù)據(jù)。

3）耦合計算。利用計算機對鑄件建造環(huán)境進行耦合計算，把它的流動場合溫度場都精確計算，進而計算出鑄件繼續(xù)進行凝固的過程的溫度場計算，得到科學合理的數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)做成可視的圖形圖像、曲線和過程圖畫，為工作人員提供直觀的經(jīng)驗為他們進行工藝決策和工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)。

4）做可視動畫。利用計算機模擬處理程序，把鑄件的制造過程做成可視動畫，幫助工人判斷各種鑄造缺陷的具體位置和數(shù)量，也幫助工人尋找出更為科學合理的加工工藝來消除這些缺陷，或者把這些缺陷轉(zhuǎn)移到受力小的部位。

5）新工藝方案。在大型鑄件鑄造過程中，主要的缺陷集中在了兩個區(qū)域，因此澆注系統(tǒng)和冒口的大小及位置保持不變。需要采取的措施就是要把副鉤上部的冷鐵去掉，把補縮通道進行暢通處理，為了加快末梢的凝固速度可以把圓筒段部下面放置隨形冷鐵。在主鉤的根部進行冷鐵處理，在冒口的兩側(cè)和主鉤都形成順序凝固，補縮通道暢通。通過計算機模擬系統(tǒng)我們可知，主鉤位置縮松面積較小，可以提升逐漸關鍵位置組織的致密性，雖然還存在一定的弊病，但是與傳統(tǒng)的工藝相比而言，數(shù)量大大減小，且體積小，分布分散，也能夠滿足使用者的需求。

三、結語

總之，將計算機模擬技術應用在鑄件制造領域中，可以預測出各類缺陷，及時發(fā)現(xiàn)鑄造中可能存在的問題，幫助技術人員優(yōu)化現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，制定出最優(yōu)的解決方案，提高生產(chǎn)質(zhì)量，降低次品的產(chǎn)生率，從而有效節(jié)省成本。

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