泵体铸件凝固过程模拟

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铸造凝固过程数值模拟

铸造凝固过程数值模拟-简介1.铸造凝固过程数值模拟1.1 概述在铸造生产中，铸件凝固过程是最重要的过程之一，大部分铸造缺陷产生于这一过程。

凝固过程的数值模拟对优化铸造工艺，预测和控制铸件质量和各种铸造缺陷以及提高生产效率都非常重要。

凝固过程数值模拟可以实现下述目的：1）预知凝固时间以便预测生产率。

2）预知开箱时间。

3）预测缩孔和缩松。

4）预知铸型的表面温度以及内部的温度分布，以便预测金属型表面熔接情况，方便金属型设计。

5）控制凝固条件。

6）为预测铸应力，微观及宏观偏析，铸件性能等提供必要的依据和分析计算的基础数据。

4铸件凝固过程数值模拟开始于60年代，丹麦FORSUND把有限差分法第一次用于铸件凝固过程的传热计算。

之后美国HENZEL和KEUERIAN应用瞬态传热通用程序对汽轮机内缸体铸件进行数值计算，得出了温度场，计算结果与实测结果相当接近。

这些尝试的成功，使研究者认识到用计算数值模拟技术研究铸件的凝固过程具有巨大的潜力和广阔的前景。

于是世界上许多国家都相继开展了铸件凝固过程数据模拟以及与之相关的研究工作。

1.2 数学模型的建立和程序设计液态金属浇入铸型，它在型腔内的冷却凝固过程是一个通过铸型向环境散热的过程。

在这个过程中，铸件和铸型内部温度分布要随时间变化。

从传热方式看，这一散热过程是按导热，对流及辐射三种方式综合进行的。

显然，对流和辐射的热流主要发生在边界上。

当液态金属充满型腔后，如果不考虑铸件凝固过程中液态金属中发生的对流现象，铸件凝固过程基本上看成是一个不稳定导热过程。

因此铸件凝固过程的数学模型正是根据不稳定导热偏微分方程建立的。

但还必须考虑铸件凝固过程中的潜热释放。

基于分析和计算模型开发相应的程序，即可实现铸造凝固过程温度场的计算。

温度场的数值模拟在热模拟中,温度场的数值模拟是最基本的，以三维温度场为主要内容的铸件凝固过程模拟技术已进入实用阶段,日本许多铸造厂采用此项技术。

英国的Solstar系统由三维造型,网格自动剖分,有限差分传热计算,缩孔缩松预测,热物性数据库及图形处理等模块组成。

ZL102凝固过程瞬态温度场的模拟与验证

ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
铸造过程数值模拟技术正逐渐成为铸造工艺设计和优化的主要工具，而凝固过程温度场的数值模拟是
１凝固过程数值模拟数学模型
其核心内容之一，是预测缩孔、缩松、热裂和宏观偏析等铸造缺陷的基础［１－２］。自２０世纪６０年代以来，各国学者围绕材料参数、初始条件、边界条件和结晶潜热的处理方法，各种数值算法的具体实现等问题，对凝固过程温度场的数值模拟开展了一系列研究［３－７］。对于凝固过程温度场的数值模拟，目前的研究重点是如何进一步提高模拟精度和计算效率［８］。笔者针对一具体砂型铸造工艺方案，利用有限单元法进行凝固过程温度场的数值模拟。模拟过程充分考虑材料和边界条件等模拟参数的非线性特征，采用等价比热容法处理结晶潜热。同时，对该铸造工艺进行测温实验，测温曲线
开始浇注时，砂型的初始温度为３０．０ ℃，ＺＬ１０２的浇注温度为６８０．０ ℃，三个热电偶的测量温度（分别用ＴＣ１Ｍ、ＴＣ２Ｍ和ＴＣ３Ｍ表示）曲线如图２所示。
３温度场的数值模拟
３．１数值模拟已知条件为保证模拟精度，充分考虑了材料参数的非线性
特征，ＺＬ１０２和干砂型的密度、导热系数和比热容均随温度变化，具体数值如表１所示。ＺＬ１０２的固相线温度为Ｔｓ＝５７４．０ ℃，液相线温度为ＴＬ＝５８０．０ ℃，结晶潜热为Ｌ＝４８０．０ｋＪ／ｋｇ。另外，砂型表面与外界空气的对流换热系数为１５．０Ｗ／ｍ２Ｋ。
ｃｐｅ＝ｃｐ－
Ｌ
"ｆｓ "Ｔ
（７）
若结晶潜热在凝固区间均匀释放，则固相率ｆ（ｓＴ）与温度Ｔ的关系满足式（６），此时等价比热容的表达式为：

第1章-凝固过程模拟仿真_614204941

3!
3
y '" ( x) O x

x y ' " ( x) O x 3 O[x 2 ] y ( x x) y ( x x) y ' x 2x 3!
2

y ( x x) 2 y ( x) y ( x x) 2 y" ( x) O x (x) 2
有限差分法
差商的概念
dy y f ( x x) f ( x) lim lim dx x 0 x x 0 x
y x
为函数f(x)对自变量的差商
差商与微商
y
向前差商向后差商
差商的基本形式
dy dx
向前差商：向后差商：中心差商：二阶差商：
dy y( x x) y ( x) dx x
模拟仿真技术可以缩短产品开发周期、节省材料消耗、降低成本、确保产品质量，提高产品设计创新能力
1
传输现象流动, 热和溶质传输
铸造过程模拟仿真技术
潜热释放, 界面形貌,晶粒结构,微观偏析, 热物性
裂纹 , 热裂 , 孔洞
温度场，冷却曲线速度场，溶质分布
固体变形应力，应变等
晶粒结构,机械性能应力和应变场
0.45m/s: 0.4s
0.4m/s2 0.94s 0.376m/s
1.4m/s2 0.5s 0.70m/s
0.6m/s2 0.2m/s: 0.89s 0.55m/s: （临界值） 0.32s 0.77s 0.46m/s 0.8m/s2 0.67s 0.3m/s: 0.59s 0.6m/s: 0.3s 0.53m/s 1m/s2 0.6s 0.6m/s 0.4m/s: 0.45s 0.8m/s: 0.22s 1.2m/s2 0.54s 0.65m/s

低压铸造浇注过程水力模拟试验

低压铸造浇注过程水力模拟试验
低压铸造是一种常见的金属铸造工艺，其浇注过程对于铸件的质量和性能具有重要影响。

为了更好地掌握低压铸造浇注过程的规律，水力模拟试验成为了一种有效的手段。

水力模拟试验是通过模拟低压铸造浇注过程中的流体动力学特性，对铸件的形成过程进行分析和优化。

在试验中，通过将模拟液体注入铸型，观察液体的流动情况，以及铸型内部的压力变化，从而得到铸件形成过程中的关键参数。

水力模拟试验的优点在于可以在实验室环境下进行，不需要进行大量的实际生产试验，从而节省了成本和时间。

同时，试验结果可以直接用于优化铸造工艺，提高铸件的质量和性能。

在进行水力模拟试验时，需要注意以下几点：
1. 选择合适的模拟液体。

模拟液体应该具有与实际铸造材料相似的物理特性，如密度、粘度等。

2. 设计合理的试验方案。

试验方案应该考虑到铸型的形状、尺寸、材料等因素，以及模拟液体的注入速度、压力等参数。

3. 采用合适的测量方法。

在试验中需要对液体的流动情况、压力变化
等进行实时监测和记录，以便后续分析和优化。

4. 分析试验结果。

通过对试验结果的分析，可以得到铸件形成过程中
的关键参数，如液体的流速、压力分布等，从而优化铸造工艺，提高
铸件的质量和性能。

总之，水力模拟试验是一种有效的低压铸造浇注过程分析和优化手段，可以帮助铸造企业提高生产效率和产品质量。

在实际应用中，需要根
据具体情况选择合适的试验方案和测量方法，以获得准确可靠的试验
结果。

离心泵壳铸造凝固过程应力场模拟

第4期在铸造过程中，裂纹和变形是铸钢件尤其是大型铸钢件中普遍存在的铸造缺陷，给工业生产造成了巨大损失。

铸造凝固过程中产生的热应力是由于铸件在冷却过程中各部分冷却不均匀，在同一时刻各部分收缩量不同，受阻碍而产生的。

当最大应力超过铸件在该温度下的最大抗拉强度，而此时液态金属的补缩又不充足时，可能导致铸件产生变形或裂纹，局部残余应力的存在可能导致零件使用寿命变短。

因此，对铸件凝固过程中进行热应力数值模拟，可以有效研究和预测热裂，为实际生产提供科学指导[1，2]。

目前，应力场模拟以成熟的温度场数值模拟技术作为基础，对应力场分析时需要综合运用流体流动、热传递、材料高温力学性能分析等技术[3]。

ProCAST 软件对铸造过程中的热应力模拟主要分为固液两相区的应力分布模拟和凝固以后的数值模拟两部分，目前凝固过程中的应力数值模拟主要集中在凝固以后阶段[4]。

本文以一种308L 不锈钢离心泵泵壳铸件为例，利用ProCAST 有限元铸造模拟软件对其铸造过程进行数值模拟，研究了在应力场下浇注时间和浇注温度对铸件有效应力的影响，从而为确定最佳工艺方案，优化铸造工艺参数，确保铸件质量，缩短产品试制周期，降低生产成本提供科学依据。

1数值模拟前处理1.1力学模型和热学边界条件1.1.1力学模型目前热应力数值模拟主要采用热弹塑性模型，默认材料屈服前为弹性，屈服后为塑性，弹性模量与屈服应力是温度的函数，且当材料接近熔点时，弹性模量与屈服应力均变为零。

本文研究采用ProCAST 软件中提供的热弹塑性模型。

热应变增量包括温度变化产生的收缩以及弹性模量和线膨胀系数随温度变化而引起的增量，可以表示为：{d εt }={α}d T +（T-T 0）ə{α}əT +ə[D ]e-1əT{σ}（1）式中，T 0是初始温度；T 是瞬时温度；α是线膨胀系数。

收稿日期：2018-04-16；修订日期：2018-05-11基金项目：辽宁省科技创新重大专项项目（201410003）作者简介：杨继伟（1982-），男，工程师，主要从事高性能铸钢成型技术研究。

凝固模拟技术在铸钢件上的应用研究

凝固模拟技术在铸钢件上的应用研究发布时间：2022-09-27T08:20:12.989Z 来源：《工程建设标准化》2022年第37卷第5月第10期作者：仲涛陈军利[导读] 将现成的软件FT-STAR应用于某电机厂仲涛陈军利中车大连机车车辆有限公司铸锻分公司摘要：将现成的软件FT-STAR应用于某电机厂，对铸钢件的凝固过程和铸模填充的数值模拟，有助于工厂预测大型铸钢件的气孔缺陷和缩松，为工厂优化铸钢提供技术支持，但在应用中发现一些软件缺陷，为促进铸件充型凝固技术的持续发展，本文分析了凝固模拟技术在铸钢件上的应用分析。

关键词：凝固模拟技术；铸钢件；应用研究迄今为止，新铸件的质量已通过试铸得到充分验证，大型铸钢多为小批量生产，与普通铸钢一样反复调整工艺，浪费非常严重。

利用凝固数值模拟技术，找出缺陷形成的区域，对大型铸钢件的铸造过程进行分析，，缩短产品的试制周期，优化工艺设计，降低制造成本。

某铸造分公司产品多为汽轮机、水轮机、发电机等电力设备的铸件，一般为大型铸钢件，产量小。

以前，流程设计主要是经验性的，如果设计不合理，就会产生浪费，或者全部报废或耗费大量人力物力修复，造成严重浪费。

在实际生产中伴随铸件分析软件的发展，及其逐步应用，科学技术为古老的铸造业带来了生机。

本文根据工厂实际情况，使用模拟分析软件FT-STAR对典型铸件的原有工艺进行优化，制定新产品的最优工艺方案，为工厂带来经济效益的开展。

一、凝固模拟的意义决定产品质量的主要环节是金属凝固和铸造过程，一直受到工程技术师的深入研究和密切关注，以及材料工程领域和金属材料的科学发展。

但由于影响因素多，过程复杂，迄今为止对其客观规律尚未达成广泛统一的认识，对许多现象和机制存在不同的看法。

近年来，计算机数值模拟技术迅速发展并得到广泛应用，在许多工程领域取得了经济效果和显着的技术。

在铸造领域和金属的凝固也越来越显示出巨大的优势，其他研究和测试方法预测和预防各种缺陷，揭示凝固过程的规律，提高产品质量和节省资金，优化铸造工艺、生产成本。

连铸过程中板坯凝固的数值模拟

(5-18) 这样在物理平面的求解区域边界上规定 ( x, y ) 、 ( x, y ) 的取值方法，就形成了物理平面上的第一类边界条件的Laplace问题。虽然对于这类问题已研究得很成熟，但是由于物理平面上是个不规则区域，于是在物理平面上解这一问题又碰到了不规则边界的困难。
连铸过程中板坯凝固的数值模拟
QS C PVT
(5-10) 由式(5-9)与式(5-10)等量置换可得
f S C P T / L
(5-11) 此法采用固相率的增加来代替前热的放出，如果 f S 1 ，则表明该领域 V 的凝固结束。
热焓法
凝固过程金属的焓可定义为
H cdT (1 f s ) L
L ——潜热， J / kg ；
f s ——固相率；
T ——温度， C ；
——时间， s ；
连铸过程中板坯凝固的数值模拟
——导热系数， W /(m K ) ；
x, y ——二维坐标， m 。
对于实用多元和金，要确定固相率和温度的关系，通常可以先采用热分析法求出凝固开始温度 TL （液相线温度）和结束温度 TS （固相线温度），假定如下： (1)假定为线性分布时
式中， L ——补偿对流换热的等效导热系数；
m ——经验常数，钢液导入区， m 4 ~ 8 ；
S ——静止钢液的导热系数。
热物性参数的数值处理方法
由于导热系数、比热和密度是随温度变化的，其处理方法一般有常数法、线形函数法和插值法等，在不同的温度区间内用二次曲线拟合的方法得到温度导热系数、温度-比热之间关系的曲线，来确定导热系数、比热值。对于板坯密度的取值，可在不同相区内取不同的值。 (1) 固相区： S 7.6 10 3 kg / m 3 ；

用动态边界条件计算法模拟典型铸件凝固进程①

第13卷　第3期1997年云　南　工　业　大　学　学　报Journal of Yunnan Polytechnic University Vol.13　No.31997①收稿日期:　1996-12-12;本文为云南工业大学校自立资助课题论文用动态边界条件计算法模拟典型铸件凝固进程①李　莉1 吕　宁2(1:　机械工程学院,云南工业大学,昆明,650051;2:计算中心,云南工业大学,昆明,650051)摘要　运用动态边界条件计算法对典型铸件凝固进程进行了数值模拟,其结果与实际情况吻合较好.节省了实测边界条件的大量工作,为模拟大型复杂铸件得到通用边界方程打下了基础.关键词:动态边界条件,　数值模拟,　凝固过程前　言边界条件说明了物体边界上传热过程进行的特点.铸造系统中铸件/铸型边界条件的正确处理是铸件凝固过程数值模拟中关键而又困难的问题之一.传统的铸件凝固过程数值模拟需要把铸件和铸型系统在空间上离散成许多小的体积元,并且有50%以上的离散化单元是安排在铸型一侧上,浪费了大量的人力和计算机内程及机时.如果不计算铸型区域,就必须给定铸件区域的边界条件.曾出现过的界面温差函数法、无量纲界面温度法等都必须做大量的试验,才能获得模拟计算所需的边界条件.本文运用文献[1]提出的动态边界条件计算法对典型铸件凝固进程进行了数值模拟,其结果与实际吻合较好,为动态边界条件模型用于大型复杂铸件的凝固过程预测打下了基础,节省了为获得边界条件所进行的大量实验,在经济上和实用上有很大的优越性.1　铸件/铸型界面的动态边界条件计算铸件的凝固冷却过程属于第三类边界条件下的不稳定传热过程.在某一瞬间,从物体表面流入周围介质的热流与物体表面层中的导热热流相等[4].第三类边界条件的数学表达式为: α(T w -T f )=-λ5T 5N|w (1)式中:　α—放热系数,W /m 2・℃;T w —界面温度,℃;T f —环境温度,℃;λ—导热系数,W /m ・℃.在计算边界条件时,可以把铸件以外的铸型(含砂箱)视为一种特殊介质,其温度为T f .这样,铸件的凝固冷却过程就可以看做是铸件与温度为T f 的特殊介质进行热交换的过程,界面放热系数就代表了铸型对铸件在凝固冷却过程热交换的影响[3].　由式(1)可得某一时刻α的求解公式:　α=-λ5T 5N |w /(T w -T f )=-λT i -1-Ti X i -1-X i/(T i -T f )(2)式中:T i —铸件界面节点温度,℃;　T i -1—铸件中铸件界面相邻节点温度,℃;　X i —铸件界面节点的位移,m ;　X i -1—铸件中铸件界面相邻节点的位移,m .将用式(2)求出的各个时刻的α值分别对时间τ拟合,便得出界面放热系数函数α(τ),即动态边界条件.式(2)是用来解决一维传热模型的动态边界条件,对于二维、三维问题必须进行修正,根据毕渥准则和付里叶准则,得出:α′=α・(δ/δ′)・(λ′/λ)Δτ′=Δτ・(ΔL ′/ΔL )2・(a/a ′)式中:　δ—模数或折算厚度,m ;　δ=V /A ;　V —体积,m 3;　A —表面积,m 2;　Δτ—时间步长,s ;　ΔL —节点间位移差,m ;　a —导温系数,m 2/s.如果两系统的材质相同,即λ′/λ=1,a/a ′=1.　为计算界面放热系数α′简便起见,取Δτ=Δτ′,ΔL =ΔL ′,那么α′=α・δ/δ′(3)Δτ′=Δτ(ΔL ′/ΔL )T2(4)这样可以保证两个界面放热系数α′和α在每一时刻都有直接对应值,即可用α(t )求出二维或三维模拟中的动态边界条件α′(t ).2　典型铸件凝固进程数值模拟模型的建立211　几何模型及网格划分对所研究的“工”字型、“L ”型、“T ”型典型铸件,取ΔX =ΔY =10mm 进行网格划分,如图一所示“工”字型铸件的网格划分.图1　“工”字型铸件的网格划分图2　铸件/铸型边界212　数学模型及其离散化采用二维直角坐标下的非稳定态热传导模型,即:5T 5τ=λC ρ(52T 5X 2+52T 5Y 2)式中:　c —比热,J/Kg ・℃;　ρ—密度,Kg/m 3.利用元体平衡法,采用显示差分进行离散化,且ΔX =ΔY (取正方形单元),则得:T p +1i ,j =F 0(T p i -1,j +T p i +1,j +T p i ,j -1+T p i ,j +1)+(1-4F 0)T p i ,j (5)式中:　P —时间序号,τ=P Δτ,P =0,1,2,…….　F 0=a ・Δτ/(ΔX )22云南工业大学学报第13卷显式差分方程稳定性条件为:F 0=a ・Δτ/(ΔX )2≤1/4,即:Δτ≤(ΔX )2/(4a )213　边界条件铸件/铸型边界用动态边界条件计算.　计算机根据单元信息用此条件自动建立各种边界的差分方程.　如图二所示的边界方程为:　(ΔX =ΔY )T p +1i ,j =F 0(T p i ,j -1+T p i ,j +1+2T p i -1,j )+(1-4F 0-2α′Δτρc ΔX )T p i ,j +2α′ρc ΔτΔX T f(6)214　初始条件假定瞬时充满铸型,只有在界面上有温度降,内部温度均匀分布,即τ=0时,铸件初始温度为640℃,铸型初始温度为25℃.　按文献[2]的方法算出铸件与铸型交界面的初始温度为619℃.215　热物性值及潜热处理铸件所用材质为ZL 105合金,　其λ=193W /m ・℃,　c =1340J/kg ・℃,ρ=2680kg/m 3.　铸型用天然粘土砂湿型,其λ=01565W /m ・℃,C =950J/kg ・℃,ρ=1520kg/m 3.Z L105合金的T L =620℃,T S =573℃,L =385kJ/kg.凝固过程的结晶潜热按热焓法处理.3　程序研制及模拟结果讨论根据上述模型,利用True Basic 语言[5]编制了“工”字型、“L ”型、“T ”型铸件凝固进程数值模拟软件,其主程序框图如图三所示.图3　典型铸件凝固数值模拟主程序框图采用动态边界条件计算法对“工”字型、“L ”型、“T ”型铸件凝固进程进行数值模拟,软件运行后,计算机屏幕上彩色显示的凝固动态推移过程符合铸造实际情况.　模拟计算出的“工”字型、“L ”型、“T ”型铸件的凝固时间分别为2213分、1712分、18分,实测这三种铸件的凝固时间分别为21分、16分、17分,其误差分别为518%、619%、516%.　所以模拟结果与实际情况吻合较好.4　结　论 1)　动态边界条件计算法作为抛开铸型,只对铸件体积元计算的一种简化方法是实际可行的. (下转第54页)3第3期李　莉,吕宁:用动态边界条件计算法模拟典型铸件凝固进程45云南工业大学学报第13卷efficiency and meets the accuracy requirement of the calculating result.K ey w ords:　Sliding scale,Coefficient of sliding scale,Equation of sliding scale(上接第3页)2)动态边界条件计算法通过在典型试件上的应用,为模拟大型复杂铸件打下了基础.3)采用动态边界条件计算法模拟铸件凝固进程可节省计算机内存和机时以及实测边界条件的大量工作.参　考　文　献1　赵良毅.铸件凝固快速数值模拟法.铸造,1990(8):7～102　陈海清,李华基,曹阳.铸件凝固过程数值模拟.重庆:重庆大学出版社,1991,72～753　C.S.Wei,J.T.Berry.AFS Trans,1983,509～5134　许肇钧.传热学.北京:机械工业出版社,1980,159～1605　John G.K emeny and Thomas E.Kurtz.谢丽华等译.True Basic.北京:中国科学院软件研究所,1986 Numerical Simulation of Typical C astings Solidif ication Processes Using Dynamic Boundary Condition C alculation MethodLi Li1 Lu Ning2(1:School of Mechanic Engineering,YPU,Kunming,China,650051;2:Computer Centre,YPU,Kunming,China,650051)Abstract　The numerical simulation had been done with the t ypical castings solidification pro2 cesses using dynamic boundary condition calculation method.The results was agreeable to the ac2 tual situation.A lot of work for measuring boundary condition was omited.G etting at the cur2 rent boundary equation lay down a foundation for numerical simulation of heavy and complex castings.K ey w ords:　Dynamic boundary condition,Numerical simulation,Solidification processes。

华铸CAE铸件凝固模拟分析报告(桨毂)

阀体工艺充型凝固过程模拟分析报告华铸软件2011年01月1 华铸CAE10.0系统简介华铸CAE10.0 ——铸造工艺分析软件系统是分析和优化铸件铸造工艺的重要工具，是华中科技大学（前华中理工大学）经二十多年研究开发，并在长期的生产实践检验中不断改进、完善起来的一项软件系列产品。

它以铸件充型过程、凝固过程数值模拟技术为核心，对铸件进行铸造工艺分析。

可以完成多种合金材质（包括球铁、灰铁、铸钢、铸造铝合金等）、多种铸造方法（砂型铸造、金属型铸造、铁模覆砂铸造、压铸、差压、低压铸造、熔模铸造等）下的流动分析、凝固分析以及流动和温度的耦合计算分析，曾在多种不同材质复杂铸件的工艺改进、工艺优化中圆满地完成增收降废的任务，创造了显著的经济效益和社会效益，博得了众多生产厂家和同行的好评，得到众多厂家或公司的青睐。

目前，HZCAE10.0系统已集成在Windows98、Windows2000、NT 以及XP 下运行。

应用实践证明，本系统能预测铸件缩孔缩松缺陷的倾向、改进和优化工艺，提高产品质量，降低废品率，减少浇冒口消耗，提高工艺出品率。

图1是HZCAE10.0的基本模块和功能。

图1 华铸CAE10.0的基本模块和功能2 模拟分析内容利用华铸CAE10.0来进行铸件凝固模拟分析，首先要依据图纸和工艺方案进行三维实体造型，生成若干个STL格式文件，然后利用前处理模块的网格自动剖分功能对铸件、铸型等实体进行网格剖分，得到计算部分所需的离散模型。

接着利用计算处理模块进行流动场与温度场的耦合计算，耦合计算后得到铸件铸型各部分的初始温度继续进行凝固过程的温度场计算。

从这些计算中得到的流动场、温度场数据，再通过后处理功能将其可视化为各种可视的图形图象、曲线和过程动画，以揭示充型过程和凝固过程的行为细节，为工艺设计人员进行工艺决策和工艺优化提供可靠的定性定量的依据。

华铸CAE软件系统通过STL文件格式可以和UG(Unigraphics)、PRO/E(Pro/Engineer)、AutoCAD、Solidworks 、SolidEdge等诸多三维造型平台接口。

铸件凝固过程数值模拟的新进展

度等性能。
在处理奥氏体生长过程时
,Fras[ 4 ]等人采用了不
同于
Goettsch和
Dantzig的作法
,Fras等人认为奥氏
体枝晶的生长贯穿整个凝固过程
,并分别采用
:
xE = 1 -exp (-xe) (5)
xD = 1 -exp (-xd)= 1 -exp (-fix) (6)
μeΔTe
将共晶团内片层间距与晶粒半径相联系的模拟研究。
式
(9)中
,ε是共晶团的片层系数
;ΔTe是共晶生长的
—35 —
. 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
以模拟铸件凝固过程中温度场变化规律为基础
内容的数值模拟
,如今已被许多学者称之为铸件凝固
过程的宏观模拟
(Macro2Modelling) [1～4]。铸件凝固
过程的宏观模拟经
30多年的不断发展
,目前已是成
熟技术
,它可以预测与铸件温度场直接相关的铸件的
宏观缺陷
,如
,有学者
[7、8 ]提出
:球墨铸铁凝固
的传统理论可能是不正确的。
在铸件凝固过程微观模拟的早期研究中
,研究者
们皆采用了完全形成共晶组织的合金或完全形成枝
晶组织的合金
,并且都是针对形状简单的小试样
(Biot数
< 0. 1)进行模拟研究的。显然
,这与实际铸
件的情况有很大差异
Rappaz对定向凝固的灰

小家电压铸件充型凝固建模及仿真

小家电压铸件充型凝固建模及仿真佚名【摘要】Simulation of filling and solidification of aluminum alloy roasting pan was done through mathematical and physical model of casting filling and solidification. Results of original project and new one were listed and defects were predicted. All mentioned were compared with real manufacture. The results indicated that numerical simulation was accu-rate and could be on the basis of improving die casting design. With the help of Simulation Analysis System of Die Casting CAE,die casting reject rate was reduced to 2% and the production cycle of the mold was shorten by about half.%通过建立铝合金烤盘压铸件充型和凝固过程的数学物理模型，对充型和凝固过程进行模拟。

比较改进前和改进后方案的不同模拟结果，预测缺陷的产生，并与实际生产状况对比。

结果显示，数值模拟结果较为准确，可作为改进压铸模设计的依据。

由此建立的压铸模CAE体系可使产品废品率降到2%以下，模具生产周期缩短一半左右。

【期刊名称】《长春理工大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P45-48)【关键词】压铸件;充型;凝固;数值模拟;缺陷预测【正文语种】中文【中图分类】TG249.2小家电产量大，零配件种类和数量较多，压铸生产以其较高的生产效率和成型质量成为小家电产业配件的首选生产工艺。

轴承衬套离心铸造凝固过程的数值模拟_张博

１２］。采度回升法、有效比热法、热焓法和假想热流法等［
２凝固过程的数值模拟
以某型号油膜轴承衬套为研究对象，利用ＡＮＳＹＳ软件对其离心铸造凝固过程的温度场和应力场进行了简化后的几何模型见图１。由于该模型及边数值模拟，／界条件具有周期对称性，因而只对模型的１４进行分析。分析中采用物理环境方法，将热分析得到的温度场作为应力场分析的温度载荷间接实现热－应力的耦合分析。
ＮｕｍｅｒｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｏｌｉｄｉｆｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｃｅｓｓｄｕｒｉｎｇＣｅｎｔｒｉｆｕａｌＣａｓｔｉｎＢｅａｒｉｎＢｕｓｈｉｎｇｇｇｇ
１，２］。得到广泛应用［
铸造凝固过程的温度场和应力场进行了数值模拟分析，研究了不同的浇注温度和铸型预热温度对温度场及应力场的影响，旨在为实际生产中控制和优化离心铸造工艺提供参考。
１凝固过程的理论基础
１．１凝固过程温度场的数学模型假设在离心铸造过程中金属液瞬时充满铸型且在充型过程中无热交换作用，在凝固过程中金属液中无能
１１２１，Ｗ，ＺｈａｎＢｏａｎＪｉａｎｍｅｉｕａｎＹｕｉｎＣａｉＭｉｎ，Ｈｇｇｇｑ（，；１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｉｎｅｅｒｉｎＴａｉｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｇｙｙｇｙ，Ｈ）２．ＤｅａｒｔｍｅｎｔｏｆＳｌｉｄｉｎＢｅａｒｉｎｓａｒｂｉｎＥｌｅｃｔｒｉｃＭａｃｈｉｎｅｒｐｇｇｙ

铸造行业的凝固过程数值模拟技术

铸造行业的凝固过程数值模拟技术
上一章山东伊莱特重工详细描述过铸造行业发展计算机的应用技术，今天，作为环形锻件行业的领军企业，伊莱特继续详细讲述铸造行业的凝固过程数值模拟技术。

即用数值计算方法求解凝固成形的物理过程所对应的数学离散方程，并由计算机显示其计算的结果。

这项技术诞生多年来，近几年获得了很大的进展，在许多方面已达到实用程度，成为提高铸造业技术水平和铸件竞争能力的关键技术之一。

可以实现的目标有：预知凝固时间、开箱时间、确定生产率；预测缩孔和缩松形成的位置和大小；预知铸型的表面及内部的温度分布，方便铸型（特别是金属型）的设计；控制凝固条件，为预测铸件应力、微观及宏观偏析、铸件性能等提供必要的依据和分析计算的数据。

凝固过程数值模拟不仅可以形象地显示液态充填型腔和在型腔中冷却凝固的进程，还可预测可能产生的缺陷，所以可在制造计划现场实施前，综合评价各种工艺方案和参数，优化工艺方案，取代或减少现场试制，这对大型复杂形状或贵重材料凝固成形铸件的生产，其优越性和经济效益尤为突出。

由于凝固过程数值模拟可以揭示许多物理本质过程，所以也促进了凝固理论的发展，近年来研究和发展的微观组织模拟，可预测晶粒大小和力学性能，可望在不久的将来用于生产实际。

铸件充型凝固过程数值模拟实验报告

哈尔滨工业大学《材料加工过程数值模拟基础》实验课程铸件充型凝固过程数值模拟实验报告姓名：学号：班级：材料科学与工程学院铸件充型凝固过程数值模拟实验报告实验一：铸件凝固过程数值模拟一、实验目的1．学习有限差分法温度场模拟的数学模型和基本思路；2．掌握用AnyCasting 铸造模拟软件进行温度场模拟的方法。

二、实验原理1．有限差分法温度场模拟的基本思路：设计铸造工艺方案→根据定解条件求解能量方程→揭示凝固行为细节→预测凝固缺陷→改进工艺方案，返回第二步循环。

2．有限差分法温度场模拟的数学模型：222222T T T T L C t x y z t三、铸件凝固模拟过程及参数设置1．凝固模拟过程铸件、浇冒口等三维实体造型（输出STL 文件）→网格剖分、纯凝固过程参数设置等前处理→凝固温度场和收缩缺陷计算模拟数据→后处理得到动态的液相凝固、铸件色温图和缩孔缺陷等文件。

2．参数设置铸件材质：AC1B铸型材质：SM20C初始条件：上下模500℃，侧模400℃，升液管700℃。

边界条件：所有界面与空气间的界面传热系数都为10W/(m 2∙K)，熔融金属液与模具之间的界面传热系数为4000 W/(m 2∙K)，各部分模具间和模具与升液管间界面传热系数都为5000 W/(m 2∙K)。

四、模拟结果图1 冷却时间由于模拟中设置了水冷和空冷条件，所以铸件冷却速度较快。

由图1可知凝固首先发生在铸件表面，铸件的轮辋区厚度较薄，冷却速度比轮辐处冷却快。

内浇口先于轮辐凝固，在内浇口凝固后升液管内铝合金熔液无法对轮毂进行补缩，则在轮毂中最后凝固处容易产生缩松缩孔。

图2 冷却率由冷却率分布情况可知凝固过程中各部分冷却速率不同，可以判断出凝固时内应力较大的区域，在应力较大区域铸件容易产生裂纹缺陷。

由模拟结果中铸件的温度场情况，合理设置工艺参数减少缩松缩孔及裂纹的产生，合理布置冷却水管的分布位置。

实验二：铸件充型过程数值模拟一、实验目的1．学习有限差分法流动场模拟的数学模型和基本思路；2．掌握用AnyCasting 铸造模拟软件进行流动场模拟的方法。

河北工业大学科技成果——铸件凝固过程模拟与工艺优化

河北工业大学科技成果——铸件凝固过程模拟与工艺优化项目简介铸件的成形过程是在铸型中完成的，因此它的可控性很差。

随着计算机技术的发展，铸件凝固过程计算机模拟仿真技术随之诞生。

本项目利用计算机对铸件的整个生产工艺流程（工艺设计、配料、熔炼、造型、浇铸、炉前分析等）全过程进行计算机辅助设计和工艺分析，对整个生产系统进行时时监控，对工艺参数进行闭环调整，及时发现生产过程中可能出现的漏洞并采取相应措施予以改进，以生产出高品质的铸件。

本项目是铸造行业的前沿技术，研究利用计算机模拟仿真技术控制铸造工艺过程，铸造出精密铸件。

市场前景在我国大多数企业的铸件产品出品率、成品率及质量都不高，铸件缺陷较多，严重的降低了企业的有效生产效率，从而阻碍了企业发展的脚步。

我们通过对现有铸件的工艺方案的分析，应用先进软件进行三维造型，设计合理的浇注工艺，对凝固过程模拟与优化，从而消除缩孔、缩松与冷隔等缺陷。

该技术适用于所有的铸造企业，能够显著提高逐渐的成品率，为企业创造更多利润，提高企业的竞争力。

规模与投资服务器与高配置计算机，资金需求不超过20万元。

生产设备利用企业现有的铸造设备，以及高配置的计算机以和相关的模拟软件。

效益分析年产10000吨，废品率降低按10%计算，可节约成本200万元。

合作方式合作开发。

铸件凝固过程数值模拟

铸件凝固过程数值模拟1．铸件凝固过程数值模拟作为铸造工艺过程计算机数值模拟的基础，温度场模拟技术的发展历程最长，技术也最成熟。

温度场模拟是建立在不稳定导热偏微分方程的基础上进行的。

考虑了传热过程的热传导、对流、辐射、结晶潜热等热行为。

所采用的计算方法主要有：有限差分法、有限元法、边界元法等；所采用的边界条件处理方法有N方程法、温度函数法、点热流法、综合热阻法和动态边界条件法；潜热处理方法有：温度回升法、热函法和固相率法。

自丹麦Forsound于1962年第一次采用电子计算机模拟铸件凝固过程以来，为铸造工作者科学地掌握与分析铸造工艺过程提出了新的方法与思路，在全世界范围内产生了积极的影响，许多国家的专家与学者陆续开展此项研究工作。

在铸造工艺过程中，铸件凝固过程温度场的数值模拟计算相对简单，因此，各国的专家与学者们均以铸件凝固过程的温度场数值模拟为研究起点。

继丹麦人之后，美国在60年代中期开始进行大型铸钢件温度场的计算机数值模拟计算研究，且模拟计算的结果与实测温度场吻合良好；进入70年代后，更多的国家加入了铸件凝固过程数值模拟的研究行列中，相继开展了有关研究与应用，理论研究与实际应用各具特色。

其中有代表性的研究人员有美国芝加哥大学的R.D.Pehlke教授、佐治亚工学院的J.Berry教授、日本日立研究所的新山英辅教授、大阪大学的大中逸雄教授、德国亚探工业大学的P.Sham教授和丹麦科技大学的P.N.Hansen教授等。

我国的铸件凝固过程温度场数值模拟研究始于70年代末期，沈阳铸造研究所的张毅高级工程师与大连工学院的金俊泽教授在我国率先开展了铸造工艺过程的计算机数值模拟研究工作，虽然起步较晚，但研究工作注重与生产实践密切结合，取得了较好的应用效果，形成了我国在这一研究领域的研究特色。

1988年5月，在美国佛罗里达州召开的第四届铸造和焊接计算机数值模拟会议上，共有来自10个研究单位的从事铸造凝固过程计算机数值模拟技术研究的专家和学者参加了会议组织的模拟斧锤型铸件凝固过程的现场比赛。