铸造过程的数值模拟
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。
铸造充型过程的数值模拟
铸造充型过程数值模拟的研究进展（****：**学院：材料科学与工程专业：材料工程学号：20131800103二○一四年二月摘要铸造过程计算机数值模拟技术是当今材料科学的重要前沿领域。
本文从铸件充型数值模拟的发展过程、软件的开发状况、计算方法及验证方法等四个方面介绍了国内外铸件充型过程计算机数值模拟的概况。
关键词: 数值模拟; 充型过程; 铸件; 模拟软件AbstractThe technology of computernumerical simulation on casting process is an importangt frontal field of material science and technolgy.The present foreign and domestic research on compter digital simulation of casting process is summarized in the paper from four respects of evolution of numerical simulation of filling processes of castings,development state of software ,method to calculate and method to prove.Key words:numerical simulation ;filling process;castings;simulation software目录摘要 (1)Abstract (2)一前言 (1)二数值模拟的国内外发展概况 (1)三充型过程数值模拟技术新进展 (3)四铸造模拟软件的开发状况 (3)五充型过程数值模拟的计算方法 (4)4.1充型过程液体流动的数值模拟 (4)4.2 充型过程卷入缺陷的数值模拟 (5)六充型过程实验研究 (6)七结论与展望 (7)参考文献 (8)1 前言铸件充型过程数值模拟是随着电子计算机技术的飞速发展而发展起来的一种现代铸造工艺研究方法。
钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程数值模拟
钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程数值模拟
钢质圆盘类工件挤压铸造是一种重要的金属成形加工方法，其成形过程受多种因素影响，需要通过数值模拟来优化工艺参数和改善成形质量。
本文将采用有限元数值模拟方法，对钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程进行模拟。
该数值模拟方法可以较为准确地预测材料的流动情况、变形和应力分布。
首先，我们需要建立有限元模型。
钢质圆盘类工件的几何形状复杂，需要通过计算机辅助设计软件进行三维建模，并将模型导入有限元分析软件中，进一步生成数值模型。
然后，在数值模型中设置物理参数、材料模型、初始条件和边界条件等。
其次，进行数值模拟。
数值模拟过程中，需要使用合适的数值求解方法，对材料流动、变形和应力分布等物理过程进行模拟。
同时，需要根据实际工艺参数进行仿真计算，如挤压速度、温度、压力等。
通过迭代计算过程，可以得到每个时间步长的应变、应力和变形分布情况。
最后，分析和优化结果。
数值模拟得到的应变、应力和变形分布结果可以用于分析成形过程中的缺陷和质量问题，并在此基础上调整工艺参数，提高产品质量。
同时，也可以通过数值模拟来评估不同的工艺参数对于产品质量的影响，以实现成本优化的目的。
综上所述，钢质圆盘类工件挤压铸造成形过程的数值模拟是一种有效的方法，它可以较为准确地预测材料流动、变形和应力分布等物理过程，对于优化工艺参数和提高成形质量具有重要意义。
《低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》范文
《低压铸造铝合金轮毂的数值模拟与工艺优化》篇一一、引言随着汽车工业的快速发展，铝合金轮毂因其轻量化、高强度、耐腐蚀等优点，已成为现代汽车的重要组成部分。
低压铸造作为一种先进的铸造技术，在铝合金轮毂的生产中得到了广泛应用。
然而，铸造过程中涉及到众多工艺参数，如何通过数值模拟与工艺优化提高铸造质量，减少生产成本，成为行业关注的焦点。
本文将通过数值模拟方法对低压铸造铝合金轮毂的工艺过程进行深入研究，并探讨其工艺优化方法。
二、低压铸造铝合金轮毂的数值模拟2.1 数值模拟方法数值模拟是利用计算机对铸造过程进行仿真模拟，通过建立物理模型、数学模型和求解模型，分析铸造过程中的流动、传热、凝固等物理现象。
在低压铸造铝合金轮毂的数值模拟中，主要采用流体动力学、传热学等相关理论，建立铸造过程的数学模型。
2.2 模拟过程及结果分析通过数值模拟，可以观察到铝合金在低压铸造过程中的流动情况、温度分布、凝固过程等。
模拟结果可以帮助我们了解铸造过程中可能出现的缺陷，如气孔、缩松等，并分析其产生原因。
此外，还可以通过模拟结果优化工艺参数，提高铸件的质量。
三、工艺优化3.1 工艺参数优化在低压铸造过程中，工艺参数对铸件的质量具有重要影响。
通过对铸造温度、压力、浇注速度等工艺参数进行优化，可以提高铸件的充型能力、减少气孔和缩松等缺陷。
此外，合理的模具设计也是提高铸件质量的关键。
3.2 优化措施针对铝合金轮毂的低压铸造过程，可以采取以下优化措施：（1）合理设计模具结构，确保铸件在凝固过程中受到均匀的冷却和压力作用；（2）优化铸造温度和压力，确保铝合金液在模具中充分填充，同时避免过高的温度和压力导致铸件产生缺陷；（3）控制浇注速度，避免因速度过快导致铝合金液卷入气体或因速度过慢导致铸件出现缩松等缺陷；（4）采用先进的合金材料和冶炼技术，提高铝合金的充型能力和抗气孔、缩松等缺陷的能力。
四、实例分析以某汽车厂低压铸造铝合金轮毂为例，通过数值模拟发现铸件在凝固过程中存在气孔和缩松等缺陷。
铸造过程数值模拟综合实验报告书
大连理工大学本科生实验报告课程名称：材料成型过程计算机应用实验学院（系）：材料科学与工程学院专业：材料成型与控制工程班级：学号：学生姓名：年月日铸造过程数值模拟综合实验报告要求铸造过程数值模拟综合实验课程共包含三个实验内容：激光点光源加热过程的ANSYS模拟、小方坯连铸过程数值模拟实验、铸造应力的PROCAST数值模拟实验。
实验前通过实验资料进行预习，实验结束得到的计算结果也上传到自己的邮箱里，课后将下载的适当图片粘贴到实验报告相应位置，并打印实验报告。
具体要求如下：1、六个实验全为必做实验，并完成实验报告（每个实验中的选做部分可根据个人条件选择完成，不做硬性规定）。
2、进行实验之前，学生需要进行课程预习，了解相关原理；同时参照实验说明书（下载打印）完成实验报告的前四项内容（手写）——实验目的、实验原理、实验设备和实验步骤。
实验老师对学生的预习情况进行检查。
实验完成后要填写实验报告中实验数据结果分析以及实验思考题中的相应内容。
3、实验过程中按照实验教材的实验步骤要求展开实验，如遇到难题可向实验指导老师或者助教咨询。
4、实验课资料的下载和实验结果的上传：实验过程中：实验中学生需在工作目录下新建“学号_实验名称”的文件夹，将拟上传的实验结果保存到此文件夹中。
允许同学将实验结果发送到自己邮箱中供自己下载。
5、实验报告的提交：根据教材的输出要求将下载的适当图片粘贴到实验报告相应位置，并打印实验报告，手写补充实验报告的其他内容。
在实验课结束后一周时间内，以班级为单位将实验报告统一提交到实验指导老师处。
6、未提交实验报告，或经查实属于抄袭实验报告或者编造原始数据者，实验课成绩以零分处理。
实验名称：激光点光源加热过程的ANSYS模拟实验目的实验原理和内容实验仪器设备（软件）实验步骤与操作方法实验数据记录与处理实验结果分析实验思考题实验名称：小方坯连铸过程数值模拟实验实验目的实验原理和内容实验仪器设备（软件）实验步骤与操作方法实验数据记录与处理实验结果分析实验思考题实验名称：铸造应力的PROCAST数值模拟实验实验目的实验原理和内容实验仪器设备（软件）实验步骤与操作方法实验数据记录与处理实验结果分析实验思考题10。
铸造数值模拟
铸造过程数值模拟摘要：铸造过程数值模拟技术是当今公认材料科学的重要前沿领域。
铸造过程的数值模拟是本学科发展的前沿之一，包含铸件充型、凝固过程、缩松缩孔的预测、应力场、热裂、微观组织的计算机模拟以及计算机模拟软件开发等研究内容。
关键词：数值模拟；充型过程；微观组织；应力；热裂；计算机技术的飞速发展，已使其自电力发明以来最具生产潜力的工具之一，数字化时代正一步步向我们走来。
计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程分析（CAM）和计算机辅助制造（CAE）等技术在材料科学领域的应用正在不断扩大和深入，已经成为材料科学领域的技术前沿和十分活跃的研究领域。
就铸造领域而言，铸造过程数值模拟已经成为计算机在铸造研究和生产应用中最为核心的内容之一，涉及铸造理论、凝固理论、传热学、工程力学、数值分析、计算机图形学等多个学科，是公认的材料科学的前沿领域。
一、铸件充型过程数值模拟的研究概况液态金属的充型过程是铸件形成的第一个阶段, 许多铸造缺陷, 如卷气、夹渣、浇不足、冷隔及砂眼等都是在充型不利的情况下产生的。
然而由于本身的复杂性, 与凝固过程相比, 充型过程计算机数值模拟技术的起步较晚。
长期以来人们对充型过程的把握和控制主要是建立在大量的试验基础上的经验准则。
从20世纪80年代开始, 在此领域进行了大量的研究, 在数学模型的建立、算法的实现、计算效率的提高以及工程实用化方面均取得了重大突破。
许多铸造缺陷如卷气、夹杂、缩孔等都与液态金属的充型过程有关。
为了控制充型顺序和流动方式，对充型过程进行数值模拟非常必要。
其研究多数以SOLA—VOF法为基础，引人体积函数处理自由表面，并在传热计算和流量修正等方法进行研究改进。
有的研究在对层流模型进行大量实验验证之后，用K一￡双方程模型模拟铸件充型过程紊流现象。
目前，虽然已研究了许多算法，如并行计算法、三维有限单元法等，但最好的算法仍然没有找到。
常用的网格划分为矩形单元(2D)或正交平行六面体(3D)。
procast指导书_实验五实验六
43铸造过程数值模拟综合实验前言一、铸造过程数值模拟的来源、内容和意义为了生产出合格的铸件，就要对影响其形成的因素进行有效的控制。
铸件的形成主要经历了充型和凝固两个阶段，宏观上主要涉及到液态金属充型流动、金属凝固和冷却收缩、高温金属冷却和收缩3种物理现象。
在充型过程中，流场、温度场和浓度场同时变化，凝固时伴随着温度场的变化的同时存在着枝晶间对流和收缩现象；收缩则导致应力场的变化。
与流动相关的主要缺陷有：浇不足、冷隔、气孔、夹渣；充型中形成的温度场分布直接关系到后续的凝固冷却过程；充型中形成的浓度场分布与后续的冷却凝固形成的偏析和组织不均匀有关。
凝固过程的温度场变化及收缩是导致缩孔缩松的主要原因，枝晶间对流和枝晶收缩是微观缩松的直接原因，热裂冷裂的形成归因于应力场的变化。
可见，客观地反映不同阶段的场的变化，并加以有效的控制，是获得合格铸件的充要条件。
传统的铸件生产因其不同于冷加工的特殊性，只能对铸件的形成过程进行粗糙的基于经验和一般理论基础上的控制，形成的控制系统——铸造工艺的局限性表现在：1）只是定性分析；2）要反复试制才能确定工艺。
铸造过程数值模拟的目的就是要对铸件形成过程各个阶段的场的变化进行数值解析以获得合理的铸件形成的控制参数，其内容主要包括温度场、流场、浓度场、应力场等的计算模拟。
二、铸造过程数值模拟原理铸造过程数值模拟技术的实质是对铸件成型系统（包括铸件—型芯—铸型等）进行几何上的有限离散，在物理模型的支持下，通过数值计算来分析铸造过程有关物理场的变化特点，并结合铸造缺陷的形成判据来预测铸件质量。
数值解法的一般步骤是：1）汇集给定问题的单值性条件，即研究对象的几何条件、物理条件、初始条件和边界条件等。
2）将物理过程所涉及的区域在空间上和时间上进行离散化处理。
3）建立内部节点（或单元）和边界节点（或单元）的数值方程。
4）选用适当的计算方法求解线性代数方程组。
5）编程计算。
其中，核心部分是数值方程的建立。
铸造工艺中的数值模拟与优化研究
铸造工艺中的数值模拟与优化研究第一章：引言铸造工艺是制造业中一项重要的制造技术，它涉及到金属材料的熔化、铸型和凝固等过程。
随着现代科学技术的不断发展，数值模拟与优化研究成为铸造工艺改进的重要手段。
本文将从数值模拟和优化两个方面进行研究，以探索如何利用现代技术提高铸造工艺的效率和质量。
第二章：数值模拟在铸造工艺中的应用数值模拟是通过使用计算机模拟铸造过程中的物理现象和工艺参数，以预测和改进铸造工艺的一种方法。
在铸造过程中，流体力学、传热学和固相变化等多种物理现象相互作用，对铸件的性能和质量产生重要影响。
利用数值模拟方法可以定量地解决这些问题，并优化铸造工艺参数。
3.1 流体力学模拟铸造过程中，熔融金属流动的方式和路径对铸件质量和内部缺陷的形成有重要影响。
数值模拟可以利用计算流体力学（CFD）方法，分析流动行为、温度分布和气体冲击等因素，并通过调整浇注方式、浇注温度和铸型设计等工艺参数，优化铸造工艺，减少缺陷的产生。
3.2 传热学模拟铸造过程中的热传递对铸件的凝固和晶粒生长等过程起着重要作用。
数值模拟可以使用传热学模拟方法，分析热能在铸件中的分布和传递方式，进而优化冷却方式、浇注温度和浇注速度等工艺参数，控制铸件的凝固过程，改善铸件的组织和性能。
3.3 固相变化模拟铸造过程中，熔融金属的凝固过程会引起固态相变。
数值模拟可以模拟和预测这些相变过程，通过调整铸造参数，使固态相变能够更加均匀地进行，从而提高铸件的力学性能和组织均匀性。
第三章：优化方法在铸造工艺中的应用优化方法是指通过数学模型和算法，寻找最优解或接近最优解的一种方法。
在铸造工艺中，优化方法可以应用于铸造工艺参数的调整和铸造工艺方案的选择。
4.1 参数优化在铸造工艺中，有许多参数需要进行调整，如浇注温度、浇注速度、尺寸设计等。
优化方法可以通过建立数学模型，以最小化铸件的缺陷和提高铸件的性能为目标，确定最优的工艺参数。
4.2 工艺方案优化铸造工艺方案的选择对于铸件的质量和产能起着决定性作用。
《挤压铸造过程数值模拟及工艺优化》范文
《挤压铸造过程数值模拟及工艺优化》篇一一、引言挤压铸造是一种重要的金属铸造工艺，广泛应用于各种工程领域。
为了更精确地掌握和控制挤压铸造过程，提升产品的质量、降低成本、优化工艺参数，进行数值模拟及工艺优化至关重要。
本文将对挤压铸造过程进行数值模拟，并通过分析模拟结果来探讨其工艺优化。
二、挤压铸造过程数值模拟1. 模型建立在挤压铸造过程中，模型建立是数值模拟的基础。
通过CAD 软件建立铸件、模具及挤压装置的三维模型，并导入有限元分析软件中。
在模型中考虑材料的物理性能、热传导性能、流变特性等关键因素。
2. 材料选择与参数设置根据所使用的合金材料和实际生产要求，设置合适的材料参数。
这些参数包括材料密度、比热容、热导率等，对于流动性和热物理性质的不同阶段要详细描述。
此外，挤压铸造过程中压力、温度等关键工艺参数也需根据实际进行设置。
3. 数值模拟过程利用有限元分析软件对挤压铸造过程进行数值模拟。
这一过程包括模具填充、冷却凝固、压力释放等关键阶段。
通过数值模拟可以观察材料在各个阶段的流动状态、温度分布以及应力变化等。
三、工艺优化探讨1. 填充过程优化通过数值模拟结果，可以观察到铸件在填充过程中的流动状态。
针对流动不均匀或出现涡流等问题，可以通过调整模具设计、改变浇注速度和压力等措施进行优化。
同时，合理的填充顺序和速度控制也是提高产品质量的关键因素。
2. 冷却凝固过程优化冷却凝固是决定铸件质量的重要环节。
通过数值模拟分析，可以找出温度梯度较大的区域和潜在的热应力集中点。
根据这些信息，可以调整冷却速率和模具温度分布，以改善铸件的凝固过程和力学性能。
3. 工艺参数优化工艺参数的优化包括压力、温度、时间等关键因素的调整。
通过数值模拟分析，可以确定最佳的工艺参数组合，以提高产品质量、降低成本和减少生产周期。
同时，根据生产需求和市场反馈，可以不断调整和优化这些参数，以适应市场的变化。
四、实际生产中的效果与应用通过在生产实践中应用数值模拟的结果和工艺优化的方法，可以实现更好的产品设计和制造。
铸造充型过程的FEM-MAC法数值模拟
!"# $%& # &’( &#)"*+ ,-.#/0123 40.#/0123 40.-32)0*5 *6 (27)058 $033058 9/*1#77
!"# $%&’()，+ *+,- !./01’2.&，+ 3$4,- $%)’2./ （ !"#$%&$’ ($)*+*,*# -. /#0"$-1-’%，!"#$%&$’ %%""%)，2"+$&） ’:7)/21)：2F@ GH?IJKLJ?M HI IK@@ N>KIOG@ PHNJQJH? JN R@KS JLPHKQO?Q T>KJ?M NJL>UOQJ?M QF@ GONQJ?M IJUUJ?M PKHG@NNN，.H QFJN POP@K @VW PUOJ?@T POKQJG>UOKUS FHX QH NHUR@ QF@ PKHYU@L HI IK@@ N>KIOG@ J? NJL>UOQJH?Z 2F@ LOJ? PKHMKOL O?T PHNQ # PKHG@NN PKHMKOL FOR@ Y@@? T@W R@UHP@T YS </2B/C UO?M>OM@，O?T NOQJNIJ@T K@N>UQ FON Y@@? MHQ YS GHLPOKJ?M XJQF QF@ GHLL@KGJOU NHIQXOK@ OUNHZ ;#< =*/+7：8-<（ 8J?JQ@ -U@L@?Q <@QFHT）；?>L@KJGOU NJL>UOQJH?；IK@@ N>KIOG@@
!（ .
铸造过程的数值模拟
铸造过程的数值模拟1零件分析本次铸造过程的数值模拟所用的零件为方向盘，该零件结构复杂，并且在实际使用过程中，需要承受较大的扭转力，因此选用镁合金并采用压铸工艺。
此项工作需要在方向盘上建立合适的浇注系统和溢流槽，进行充型模拟，得到合理的压铸方案。
在建立浇注系统之前，需要合理选择分型面，然后选择浇注系统的内浇口位置，待浇注系统建立好之后，进行一次预模拟，从而确定溢流槽的数量和位置。
2工艺设计2.1浇注系统该铸件的分型面为铸件的最大截面，选定的浇注系统在铸件上的位置如下图所示。
已知数据有：压室直径60mm ，压室速度0.1m/s-3m/s ，铸件材料AM50A ，方向盘质量595g ，压射温度685℃。
查表取值 ：AM50A 镁合金密度 1.75g/cm3；充填时间t= 0.05s ；内浇口厚度b=2.5mm ；取充填速度v1=50m/s 。
铸件的体积3m595v===340000mm 1.75ρ； 根据经验，可以取溢流槽的体积为铸件体积的10%，则溢流槽的体积3134000mm v =。
计算内浇口面积2+34034149.6500.05V S mmvt +===⨯铸件溢流槽（V ）内浇口宽度 冲头速度横浇道 选用等宽横浇道厚度 bh=10mm ，斜度10°，宽度B=（1.25-3）An/bh ；圆角半径 r=2mm ，横浇道宽度为30mm 。
增压时间k=1.5s ， ， 。
直浇道的设计因为压室直径为60mm ，因此可以将直浇道与压室相连处的直径设计为60mm ，直浇道的高度为40mm ，拔模斜度为5°。
2.2排溢系统根据前面所述，溢流槽的总体积设计为铸件总体积的10%，则3134000mm v =。
并且设计三个溢流槽，分布在方向盘的圆周上，具体位置根据铸件最后充型位置确定。
根据经验和查表，溢流槽的桥部的尺寸与内浇道的尺寸的差距不宜过大，因此选取溢流槽的尺寸为A=30mm ，B=35mm ，H=12mm ，a=9mm ，b=22mm ，c=1mm ，溢流槽桥部厚度为h=1.3mm 。
开题报告-轮型铸件充型过程的数值模拟
轮型铸件充型过程的数值模拟1、背景介绍1.1选题背景及意义铸造过程数值模拟技术是当今公认材料科学的重要前沿领域。
铸造过程的数值模拟是本学科发展的前沿之一，包含铸件充型、凝固过程、缩松缩孔的预测、应力场、热裂、微观组织的计算机模拟以及计算机模拟软件开发等研究内容。
随着科学技术的发展，计算机数值模拟技术成为一个强有力的辅助铸造工艺设计的工具。
近20年来，由于计算机模拟方法能弥补试验方法的不足，而且对于解决复杂因素的问题也比较简单，使得铸造凝固过程数值模拟受到了广泛的重视。
迄今为止，有关铸件凝固温度场和铸件充型过程的数值模拟技术已比较成熟，并已经在生产过程中得到广泛应用[1]。
计算机技术的飞速发展，已使其自电力发明以来最具生产潜力的工具之一，数字化时代正一步步向我们走来。
计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程分析（CAM）和计算机辅助制造（CAE）等技术在材料科学领域的应用正在不断扩大和深入，已经成为材料科学领域的技术前沿和十分活跃的研究领域。
就铸造领域而言，铸造过程数值模拟已经成为计算机在铸造研究和生产应用中最为核心的内容之一，及铸造理论、凝固理论、传热学、工程力学、数值分析、计算机图形学等多个学科，是公认的材料科学的前沿领域。
铸造过程数值模拟可以协助铸造工程师改进工艺设计、提高铸件的质量、缩短产品开发周期、减少制作成本。
1.2研究目的通过铸造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基础数据。
2、研究现状2.1国内外研究现状随着科学技术的迅速发展，更多的铸造技术也不断发展起来，突破了传统的铸造方法，目前的铸造技术通常包括砂型、石膏型、垂直分型、微重力和反重力、压铸（包含低压和高压）、熔模铸造、离心铸造等。
铸件充型凝固过程数值模拟
铸件充型凝固过程数值模拟2.1 概述欲获得健全的铸件，必先确定一套合理的工艺参数。
数值模拟或称数值试验的目的，就是要通过对铸件充型凝固过程的数值计算，分析工艺参数对工艺实施结果的影响，便于技术人员对所设计的铸造工艺进行验证和优化，以及寻求工艺问题的尽快解决办法。
铸件充型凝固过程数值计算以铸件和铸型为计算域，包括熔融金属流动和传热数值计算，主要用于液态金属充填铸型过程；铸件铸型传热过程数值计算，主要用于铸件凝固过程；应力应变数值计算，用于铸件凝固和冷却过程；晶体形核和生长数值计算，主要用于金属铸件显微组织形成过程和铸件力学性能预测；传热传质传动量数值计算，主要用于大型铸件或凝固时间较长的铸件的凝固过程。
数值计算可预测的缺陷主要是铸件形成过程中易发生的冷隔、卷气、缩孔、缩松、裂纹、偏析、晶粒粗大等等，另外可以通过数值计算，提出合理的铸造工艺参数，包括浇注温度、铸型温度、铸件凝固时间、打箱时间、冷却条件等等。
目前，用于液态金属充填铸型过程的熔融金属流动和传热数值计算以及用于铸件凝固过程的铸件铸型传热过程数值计算已经比较成熟，逐渐为铸造厂家在实际生产中采用，下面主要介绍这两种数值试验方法。
2.2 数学模型熔融金属充型与凝固过程为高温流体于复杂几何型腔内作有阻碍和带有自由表面的流动及向铸型和空气的传热过程。
该物理过程遵循质量守恒、动量守恒和能量守恒定律，假设液态金属为常密度不可压缩的粘性流体，并忽略湍流作用，则可以采用连续、动量、体积函数和能量方程组描述这一过程。
质量守恒方程∂ u/∂ x+∂ v/∂ y+∂ w/∂ z= 0 (2-1) 动量守恒方程∂（ρ u）/∂t +u ∂（ρ u）/∂ x +v ∂（ρ u）/∂ y +w ∂（ρ u）/∂z= -∂ p/∂ x +μ(∂2u/∂ x2 +∂2v/∂y2 +∂ 2w/∂ z2)+ ρ g x (2-2a) ∂（ρ v）/∂ t +u∂（ρ v）/∂ x +v∂（ρ v）/∂ y +w∂（ρ v）/∂z= -∂ p/∂y+μ (∂2u/∂x2+∂2v/∂y2+∂ 2w/∂ z2)+ρ g y (2-2b) ∂（ρ w）/∂ t +u∂（ρ w）/∂x +v∂（ρ w）/∂ y +w∂（ρ w）/∂ z = -∂ p/∂z+μ (∂2u/∂ x2+∂2v/∂ y2+∂ 2w/∂z2)+ρ g z (2-2c)体积函数方程∂F/∂ t+∂（Fu）/∂ x+∂（Fv）/∂y +∂（Fw）/∂z= 0 (2-3)能量守恒方程∂（ρc p T）/∂t+∂（ρ c p u T）/∂x+∂（ρ c p v T）/∂ y +∂（ρ c p w T）/∂ z= ∂（λT/∂x）/∂x+∂（λT/∂ y）/∂ y +∂（λT/∂ z）/∂ z +q v(2-4)式中u,v,w —— x, y, z 方向速度分量(m/s)；ρ——金属液密度(kg/m3)；t ——时间(s)；p ——金属液体内压力(Pa)；μ——金属液分子动力粘度（Pa.s）；g x, g y, g z —— x, y, z 方向重力加速度(m/s2)；F ——体积函数，0≤F≤1；c p ——金属液比热容[J/(kg.K)]；T ——金属液温度(K)；λ——金属液热导率[W/(m.K)]；q——热源项[J/(m3.s)]。
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。
铸造过程数值模拟综合实验说明书
铸造过程数值模拟综合实验前言一、铸造过程数值模拟的来源、内容和意义为了生产出合格的铸件，就要对影响其形成的因素进行有效的控制。
铸件的形成主要经历了充型和凝固两个阶段，宏观上主要涉及到液态金属充型流动、金属凝固和冷却收缩、高温金属冷却和收缩3种物理现象。
在充型过程中，流场、温度场和浓度场同时变化，凝固时伴随着温度场的变化的同时存在着枝晶间对流和收缩现象；收缩则导致应力场的变化。
与流动相关的主要缺陷有：浇不足、冷隔、气孔、夹渣；充型中形成的温度场分布直接关系到后续的凝固冷却过程；充型中形成的浓度场分布与后续的冷却凝固形成的偏析和组织不均匀有关。
凝固过程的温度场变化及收缩是导致缩孔缩松的主要原因，枝晶间对流和枝晶收缩是微观缩松的直接原因，热裂冷裂的形成归因于应力场的变化。
可见，客观地反映不同阶段的场的变化，并加以有效的控制，是获得合格铸件的充要条件。
传统的铸件生产因其不同于冷加工的特殊性，只能对铸件的形成过程进行粗糙的基于经验和一般理论基础上的控制，形成的控制系统——铸造工艺的局限性表现在：1）只是定性分析；2）要反复试制才能确定工艺。
铸造过程数值模拟的目的就是要对铸件形成过程各个阶段的场的变化进行数值解析以获得合理的铸件形成的控制参数，其内容主要包括温度场、流场、浓度场、应力场等的计算模拟。
二、铸造过程数值模拟原理铸造过程数值模拟技术的实质是对铸件成型系统（包括铸件—型芯—铸型等）进行几何上的有限离散，在物理模型的支持下，通过数值计算来分析铸造过程有关物理场的变化特点，并结合铸造缺陷的形成判据来预测铸件质量。
数值解法的一般步骤是：1）汇集给定问题的单值性条件，即研究对象的几何条件、物理条件、初始条件和边界条件等。
2）将物理过程所涉及的区域在空间上和时间上进行离散化处理。
3）建立内部节点（或单元）和边界节点（或单元）的数值方程。
4）选用适当的计算方法求解线性代数方程组。
5）编程计算。
其中，核心部分是数值方程的建立。
金属铸造成形过程的数值模拟
金属铸造成形过程的数值模拟金属铸造是一种复杂的成形工艺，在这个过程中，金属经历了从液态到固态的转变。
为了了解金属铸造过程中的物理和化学变化，生产厂家通常会使用数值模拟技术来模拟这个过程。
数值模拟技术是一种预测性技术，它可以模拟金属铸造的温度场、压力等参数，甚至可以预测颗粒的行为。
在这篇文章中，我们将深入探究金属铸造成形过程的数值模拟技术。
首先，让我们简要介绍金属铸造成形的过程。
通常，金属铸造分为砂型铸造、金属型铸造和压铸等几种类型。
每种类型的铸造工艺都有其独特的特点，但它们的基本处理程序是相似的。
在标准的金属铸造过程中，首先熔化金属，随后将熔化的金属倒入模具或模型中，然后等待金属冷却成形。
数值模拟是一种可以预测金属铸造成形的过程，可帮助制造商优化成形过程并减少生产成本。
铸造数值模拟的过程包括数学描述、数值方法、计算机仿真等几个步骤。
数学描述是指将铸造过程中涉及到的物理各参数用数学公式表示出来，包括温度、流体力学、热力学和相变等。
数值方法是指使用计算机模拟数学公式，对金属铸造过程进行数值计算。
这个过程中，需要选取合适的数值方法、计算模型和模拟系统。
最后，计算机仿真帮助生产厂商检查结果并进行模拟验证。
在金属铸造成形的数值模拟过程中，最重要的功能之一是热仿真模块。
这个模块使用计算机模拟成形过程中金属的温度场变化。
不同铸造过程中的有不同的需求——砂型铸造需要精确地控制铸型的壁厚和冷却速度，而金属熔模铸造需要保证金属的温度始终保持在一定范围内。
在这个过程中，需要研究的一些关键问题是：铸造过程中温度场的分布情况，铸件表面和内部的固相发展、应力态、收缩和裂缝分布、铸件质量等。
通过数值模拟技术，生产厂商可以对这些问题进行系统的研究并改进生产工艺，以提高金属铸造的质量和效率。
除了热仿真模块以外，金属铸造成形过程中的还需要进行液态流体力学模块的建模。
这个模块可以模拟固液相态变化以及流体动力学等过程。
在这个模块中，铸造中的流体力学问题涉及到：流动场、流体力学性质、子集模型的分析等等。
《挤压铸造过程数值模拟及工艺优化》范文
《挤压铸造过程数值模拟及工艺优化》篇一一、引言挤压铸造是一种重要的金属铸造工艺，它通过高压力将熔融金属挤压入模具中，以获得所需的形状和尺寸。
随着计算机技术的发展，数值模拟技术在挤压铸造过程中得到了广泛应用。
本文旨在探讨挤压铸造过程的数值模拟方法及工艺优化策略，以提高产品质量、降低生产成本。
二、挤压铸造过程数值模拟1. 模型建立数值模拟的第一步是建立准确的物理模型。
这包括确定铸件、模具和压铸机的几何尺寸、材料属性以及它们之间的相互作用。
此外，还需要考虑热传导、流体流动、压力传递等物理现象。
2. 数值方法在模型建立的基础上，采用合适的数值方法进行求解。
常用的方法包括有限元法、有限差分法和边界元法等。
这些方法可以有效地解决复杂的物理问题，并得到较为准确的结果。
3. 模拟过程模拟过程主要包括熔融金属的填充、保压和冷却三个阶段。
通过模拟这些过程，可以预测铸件的质量、尺寸精度以及可能出现的缺陷。
三、工艺优化策略1. 模具设计优化模具设计是挤压铸造过程中的关键因素。
通过优化模具的结构、材料和热处理工艺，可以提高铸件的成型质量和生产效率。
例如，采用合理的冷却系统可以降低铸件的温度梯度，减少热应力，从而降低裂纹和变形的风险。
2. 工艺参数优化工艺参数包括压铸速度、压力、温度等。
通过优化这些参数，可以获得更好的铸件质量。
例如，适当的压铸速度和压力可以确保熔融金属充分填充模具，避免气孔和缩孔等缺陷。
而合适的温度则可以保证金属的流动性和与模具的热传递效率。
3. 数值模拟与实际生产的结合数值模拟结果可以为实际生产提供指导。
通过将模拟结果与实际生产数据进行对比，可以验证模拟的准确性，并进一步优化工艺参数。
此外，还可以通过模拟预测可能出现的问题，以便提前采取措施进行预防。
四、实例分析以某铝合金铸件为例，通过数值模拟技术对其挤压铸造过程进行模拟。
首先建立物理模型，确定铸件、模具和压铸机的几何尺寸和材料属性。
然后采用有限元法进行求解，得到铸件的填充、保压和冷却过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
铸造过程的数值模拟1零件分析本次铸造过程的数值模拟所用的零件为方向盘，该零件结构复杂，并且在实际使用过程中，需要承受较大的扭转力，因此选用镁合金并采用压铸工艺。
此项工作需要在方向盘上建立合适的浇注系统和溢流槽，进行充型模拟，得到合理的压铸方案。
在建立浇注系统之前，需要合理选择分型面，然后选择浇注系统的内浇口位置，待浇注系统建立好之后，进行一次预模拟，从而确定溢流槽的数量和位置。
2工艺设计2.1浇注系统该铸件的分型面为铸件的最大截面，选定的浇注系统在铸件上的位置如下图所示。
rr 口斗+带〒 *”斗-T已知数据有：压室直径60mm，压室速度0.1m/s-3m/s，铸件材料AM50A，方向盘质量595g，压射温度685C。
查表取值：AM50A 镁合金密度1.75g/cm3;充填时间t= 0.05s;内浇口厚度b=2.5mm ;取充填速度v仁50m/s。
铸件的体积v= — = —95 =340000mm 3; P 1.75根据经验，可以取溢流槽的体积为铸件体积的10%，则溢流槽的体积v^ 34000mm3。
计算内浇口面积（V铸件+ V溢流槽）vt 二340 34-50 0.05二149.62mm内浇口宽度s c2 b冲头速度4v 1s 4x 50 x149.6 “ , V222.65 m / snd兀汽60横浇道选用等宽横浇道厚度 bh=10mm ，斜度10°，宽度B=（ 1.25-3）An/bh ;圆角半径 r=2mm ,横浇道宽2度为 30mm 。
增压时间 k=1.5s ，:=0.005 t = k ： b 1.5 0.005 9 = 0.0675s 直浇道的设计因为压室直径为60mm ，因此可以将直浇道与压室相连处的直径设计为 60mm ，直浇道的高度为40mm ，拔模斜度为5 °。
2.2排溢系统根据前面所述，溢流槽的总体积设计为铸件总体积的10%,则v^ 34000mm 3。
并且设计三个溢流槽，分布在方向盘的圆周上，具体位置根据铸件最后充型位置确定。
根据经验和查表，溢流槽的桥部的尺寸与内浇道的尺寸的差距不宜过大，因此选取溢流槽的尺寸为 A=30mm ， B=35mm ， H=12mm ，a=9mm ， b=22mm ， c=1mm ，溢流槽桥部厚度 为h=1.3mm 。
则溢流槽的仓部体积和为 v 溢=3 ^B_H = 3 30 3537800mm 3。
149.6 22.5治 30 mm2.3铸件的CAD三维图'Wi'i. 血心：书罠底i xlii «K-a! Mu- irfiijj ■直获n富口创也工t・亀野俱二；一上*-“二A、E.i.：?*slid« s isw 小冷• • ’ .6|?】才71匸卓⑥<>1出丿底*3数值仿真Wdv "P NUM SKH1譬F F EJ! - ILrnittMlLjj* 17回H毕囚国-；.z Z i 「1「E工削：」=F~聲』击隔&iWv H TF gm牺钾pw-SKtwi H眄i辔)^pw U«4v M1如* Qt*巴暂•制# •爭屯卫旳讯MMJb >'__________i dawi M UWIMMI书臼疋栩密V*riwrwl|-€l® FwwK-u^ ^JUwT-Vmpnnl:l9K PTKBdiR- OUDMiri NJCUef 5«L OvAJurrwAh U-匚TWt Kxiffli 知JViEA [rrm*；]^6it*C J □ t^far^nr,“Eswrri hfflit%13H3H.H N U1.Z?1刖强2 3955*(]* □ mw t*ir[ukmTj mm IJGuTd x ll^BO x M.1J ZM»；*.L ：I3S3nj U b CW呻阳H«n«LkIM7J19 0] »Il7CiaH 4 b 卜 \ 1 J 2 £|瓷礁 2 /Launchnp CtK«5 Hx-dr划分网格为80,000,000个。
fta "DCY yut jftfiuuun 如4血1则啊引 邸 aaw 申事 D AM■—0：』引站工也i)首P 辽护 r 回耳影茫F f, ilH 缶 u!D pLl^ .;. z .-■ .<.?.3盘呼，，念0 2孚de PigdMmtnrdH^du 靶5rt 3n 竝 E?n\Lawnding Eantttcnh 效果如图。
Prupsd, VrfirthMBuid Unfixm M^hSDicwg ¥ (曲I - ] 3弟;Egrifrq Along J [dr| - |, i环q 『忖X (™1 "T 伽呦■2 A M[Ml) ■3I6S.L5LH1] 3E^.Lj2DQ{> □ iVMer E 口■ Mr p 伽X An [Nx] ■ 5«eaFMSpacing .Uang X [dkj ■ModUa irn-idcM fl M Htd) (ittMilEMri 0 loRdl HurtMi of CalfttnwSrr LiLf -：&hZt^Henti)Li -!ljKk r<rvMi!f|MQjfrlQE'UJVvwpoM VPtichH J-1!=■ 盘加5WH0.-M.I 申E M U -^'I 阳TH] tJS HMh[-tv] ® BadnaiiK^) 密 FemnlC+x] uJ'User VlewointMjme NltC-iSSKiinTTi)Virtue (etf apamgnfi MTCCAWW)Nar<3jE3.l5M3M.il N 12U3 LS*W233SW |D*p] EAsHmn fifaneLM.??x L25.Mx3Hn?3 Z5W L LSJW bC*51tG*H]N?HW«mtrl>l.pQx LCL»7M9W3BI71-3£□ □口HI H T 叫 V k Ewtihf/2 Gno \ 3 S HHW /Task Deign"get ^mets A JU J/H Tfl»兑色Bon or Taiflt< ProcwQ 审ig Prgpws grift®GTDUp3 ( PTESSUnHij jCifUig P TQIT 9»¥|Huh PT MHJIU die CjjtEULow Pressure Die CasthflVacuum Dv CacriQ 刃 uEWgil 。
Thpo^-RHTnw^PrKVHOK1 C WKE IAppfer设置材料Set MaterialMaterialMBterial PropertiesNo Property Name Value Unit* 1Density1780ka/m^32Specific Heat1050J/kg T K3Thermal Con duct tufty62J 4Liquidus Temperature6205Sobdus Temperature S436Latent Heat373000J/kg7Dynamic Viscosrt^0.001264kg/m*s1_il 8Tlhermal Expansion Coefficient2,&e-005/K9VoL Change of Sol. Shrinkage 4.1%-r Database General Dahbase 〒OK Cancel 设置温度曰晦■ 曲叶- Dcaib-Cator-LKFifttflEl iHMiMT UXdbw u* C MI佃;[ranjffwnuM HTBTw*linjTtrflMnWKCAVP¥) 晒T witcAvmdI L U ^KOATEJ 翻KXAD肉曲：知曲"will 罚区TrarMmiqf Ip J 口 口啊3仲ii ・—.厂&I[£AV IT 忖361_L 5X S4_IJ15+642D_SW2 J□ nwCAST!如 IT¥>AM5CM ]2DJGiK]25_8£i54.Ga 25B5?.I LS53M 27栖 J □ t.CAS-HGATE^ M4SMfia.Ml«O.>][iKia.M 7SHJ3 2SJ7BJ B.OSDL口 Mfltt 幅 GWIEtMUNQUU7 M215K334.L] K ]^»Q1ZLMD2LiSWTlfrMM?珀話阕1 百 i 卜 *|\ lEnER^^2$Kq \ 3 釜 <■« /9 W输出形式 □.轴ntrdl ^AlfK® WlSttO甲 M1-WJrtl Iflifrl-v)帝禺l —mH) ®伽nil 直樹U Ufor ViewportFAP NIM HF计算U.O'OGDDO%Status Tme :0 secttenoon: oTme Step : G.OOCQe+OOO sec Convergent Iteration : 0How Rate : O.OOOOe+OOO cm A 3/sn.ooonoo%StatusProject Narr>e : UntitledlProject Path :CAUsers'^ingtao' Desktop^件孕it 交件英Endng Condition : Filing rate - 100 %Filing feteanySOLVERS anySOLVER vi.^.0.24 Soldifica^n Ratea.oaooon%Trrw0.0712579 sec Reraton :1639Tme Step : Ftow Rate :2.0160e-005 sec O.OOQOe+OOO cm^/sConvergent Iterabon : 0町其.TernDeratue :亠 q 厂_*>■_C-tsf/vp *ft.「片-b'9■一anySOLVEROpen ProjectProject FUrrie : UntrtSediProject Patti ;C:\Users-.W3ngi ：3o\Desktop\^ 件计键文件主审 anySOLVER v2.4Q.2jEndng Condon : Filing rate - 100 %事—tap. F Cfr » » - a O i : ¥1newnanm ■«*■iV HK3immaB K I4HD IMT1t MOM加入溢流槽完整模拟也 迪励咖 住巴铀CI 邸 冷 Cfi^UuiKVtaai 用p*WG SfM Aw 伽的 邸*w HA# OtiwAcfi 档却沪鱼也SJ 立□豆圭ETTOF5T □ TT^ 月 « □口 &en£MlVte^p£<iW«ti.-X] EHd>c] _ EwiJif-Yl® EadiMaiiXJ) 励 hxviardtu] —Uwr VtewiKHitTma *3 Q-R332 a.UM I*3乱* 屮 3.MKLE.斗科5 a.DW* JQg & Q 冋G12-VW何血Ei*£W4 K* G H«meTrotHesh VsUnfl 1imr3ji HMh Hirtwr mV □ h^^aippaA oancAviTYi 3SHZ? 3BHW 1 就□ pvtgL wn^mTi ]533M HliW 3 足口串 C *HIWE \ZIW«WEQ 3歴口裁3T3BAA 皿 j對谢由2Hta电FWui9 X4 3引H 占OHadwa P 问 ^tdi ；9 X:h+?-!riIdSKBDrJ46ra ：iD.awini“225ED.fllSXC DGCC ™ DEOCn骑VrviTur^Flllln-W 0J Q?6]oaniz LW .W 4H 就齢OauSmte SWoie ■M EI 刖 CM^ngKimJrui lur* Fbiifcgn F II UA JI ^4小结通过An yeast ing软件模拟，此浇注系统合理，能够实现快速平稳充型。