数值模拟在铸造中的应用
数值模拟在材料铸造中的应用
第一节 凝固过程的模拟
• 最一般的目的是推测,预防和消除铸造收缩(缩孔)缺陷, 为确定合理冒口工艺提供科学的依据。
未凝固部分可被补缩
随着凝固的进行,无法补缩
凝固结束留下缩孔
凝固模式图
缩孔的推断方法
等温曲线法
计算预测和实验的比较
温度梯度法
G=max{(Tj-Ts)／Δ l} (Tj为未凝固要素的温度, Δ l为要素间的 距离,TS为固相线温度。) 流动传导法 Kd=max{K／(μ f1Δ l)} (K是平均透过率, f1是平均液相率)
浇注初期
稳定期
过滤器内部流量分布与夹杂物分布的比较
第三节 应力解析初步
弹塑性转变温度
铸件形状
冷却曲线
变形
思考题,习题
• 学会分析和理解凝固,流动过程模拟的结果 • 理解并会推导应力解析模型
第二章 数值模拟在材料加工中的应用
• 自编软件 （步骤 ）： (1)明确模拟的目的, (2)建立数学模 型, (3)将模型进行差分处理, (4)确定物性值和边界条件, (5) 编写计算流程和程序, (6)调试程序,实施计算,分析处 理结果, (7)试验验证,调整物性值,再计算。循环至理想 的结果 • 应用专业软件（步骤 ）: (1)理解相应软件的内部数学模 型, (2)确立模拟的目的, (3)三维图形的建立, (4)模拟的 实施, (5)试验验证,调整物性值,再计算, (6)后处理。 本课程的中心: 铸造过程
Al-Si-Mg合金砂型铸造的工艺方案
Al-Si-Mg合金砂型铸造的凝固解析的结果
实际浇铸的结果
低压铸造镁合金铸件的铸造缺陷
固相率梯度分布图
压力铸造的缩孔对策例 (此处内部有缺陷)
凝固时间分布图
数值模拟技术在《铸造工艺与设备》课程教学中的应用
数值模拟技术在《铸造工艺与设备》课程教学中的应用【摘要】本文探讨了数值模拟技术在《铸造工艺与设备》课程教学中的应用。
在介绍了课程背景和数值模拟技术的概述。
正文分别阐述了数值模拟技术在铸造工艺、设备设计、铸造工艺参数优化、实验教学以及学生影响方面的具体应用。
通过数值模拟技术，可以提高铸造工艺的精度和效率，帮助学生更好地理解和掌握相关知识。
在总结了数值模拟技术对《铸造工艺与设备》课程教学的价值，并展望了未来的应用前景。
数值模拟技术的不断发展，将为铸造工艺与设备领域带来更多创新与进步。
通过本文的研究，可以更好地认识数值模拟技术在教学中的重要作用，以及其对学生学习和未来发展的积极影响。
【关键词】铸造工艺、设备、数值模拟技术、教学应用、参数优化、实验教学、学生影响、教学价值、应用前景、课程背景、概述。
1. 引言1.1 课程背景《铸造工艺与设备》是一门重要的工程课程，旨在培养学生掌握铸造工艺的基本原理和实践技能。
在这门课程中，学生将学习如何设计和优化铸造工艺，以及选择和应用适当的铸造设备。
铸造是制造业中的重要工艺之一，广泛应用于汽车、航空航天、机械制造等领域。
随着科学技术的不断发展，数值模拟技术在《铸造工艺与设备》课程中的应用也日益重要。
数值模拟技术是一种通过计算机模拟实际过程的方法，可以帮助工程师们更好地理解和优化铸造工艺。
通过数值模拟技术，学生可以在虚拟环境中进行实验和优化，提高工艺设计的准确性和效率。
本文将重点探讨数值模拟技术在《铸造工艺与设备》课程教学中的应用，希望通过深入研究和讨论，为学生提供更好的学习体验和提升其工程实践能力。
1.2 数值模拟技术概述数值模拟技术是一种通过计算机进行模拟和分析工程问题的技术手段。
它利用数学模型和计算机算法对复杂的工程问题进行模拟和仿真，从而更好地理解和优化工艺过程。
在铸造工艺与设备课程中，数值模拟技术被广泛应用于模拟铸造过程中的流体力学、热传导、凝固等物理现象，为工艺参数优化和设备设计提供重要参考。
数值模拟在曲轴铸件工艺优化中的应用
数值模拟在曲轴铸件工艺优化中的应用
曲轴铸件工艺是一种常用的机械零件制造工艺，其重要的技术要求是材料的分散性和质量的可控性。
为了保证其质量，在曲轴铸件生产过程中，曲轴铸件的工艺参数需要经常进行调节和优化，以获得最优的曲轴铸件产品性能。
数值模拟是一种能够对工艺参数在任意给定情况下的变化及其影响进行计算的现代工程技术，它的特点是精确且速度快，具有自适应的优势。
此外，它还可以模拟复杂场景，恢复曲轴铸件工艺参数和优化的实际概况。
在曲轴铸件工艺优化中，数值模拟的应用（建立一个三维的曲轴模型）能有效帮助我们更客观地理解曲轴的制造过程，从而协助我们优化各类工艺参数，提供更恰当的工艺设计，给出更符合实际的结果。
数值模拟也可以帮助我们理解浇筑及冷却过程，从而帮助我们优化工艺，提高制造质量。
此外，还可以利用数值模拟对变形和强度进行分析，以提高曲轴铸件的可靠性和耐用性。
这一过程可以建立一个三维的曲轴力学模型，帮助企业更加客观地评估各个参数的影响，设计更佳的力学性能过程。
总的来说，数值模拟可以很好地用来帮助企业优化曲轴铸件的工艺，提高曲轴铸件的品质，延长使用寿命。
它的可视化技术可以模拟更复杂的场景，建立可靠的理论模型，从而有效帮助企业降低成本，提高生产效率。
《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。
计算机数值模拟技术在铸造工艺优化中的应用
１０４３
９０３
应用计算机模拟技术， 对原工艺进行了模拟分析。
孔洞
７６３ ６２３
４８４
３４４
２０４
６４
图 １ 差速器原铸造工艺
１ 原工艺模拟分析
模拟结果表明， 差速器铸件中心热节较大， 铸 件凝固约 ９００ ｓ 时冒口颈就被切断， 此时铸件内 尚有大量液体， 而冒口因没有补缩通道无法向铸 件中心补缩， 造成铸件产生缩孔缺陷（ 图 ２） 。冒口 先于铸件凝固， 说明冒口尺寸偏小， 需增加冒口 和冒口颈尺寸。而且原工艺中两个铸件各自用各 自的冒口， 工艺出品率不高， 有必要加以改进。
参考文献：
［１］ 郭 玉 玺． 辗 钢 车 轮 的 低 应 力 设 计 与 制 造 ［Ｊ］． 太 重 技 术 导 报， １９９７，（１）：２１－３３．
［２］ 郑伟生， 刘会英． 我国大园弧辐板系列高速辗钢车轮的研制 与开发［Ｊ］． 铁道车辆， ２０００， ３８（ ３） ： １５－１８．
［３］ Г．А．比 比 克．火 车 车 轮 的 制 造［Ｍ］． 北 京： 冶 金 工 业 出 版 社， １９９０．
板拉伸时金属沿轴向等值移动是不贴切的， 其金属 补偿量均匀分布于辐板中部两侧， 这与辐板压弯拉 缩变形不一致。按“数值模拟法”设计 Ｓ 形辐板车 轮， 相对于“等值移动法”获得了较高的综合技术指 标。图 ５ 是某产品按两种设计方法设计的 Ｓ 形辐板 的试验比较， 由（ ａ） 图看出， 等值移动法得到的压弯 辐板形状较差， 预留的金属余量集中在过渡辐板中 部， 在被拉缩的区域金属并未得到补偿。（ ｂ） 图显示 按数值模拟思路设计的压弯辐板形状合理。
闭， 冒口和铸件连通的时间大大延长， 而且冒口晚 于铸件凝固， 这有利于提高冒口的补缩能力， 降低 铸件的缩孔（ 松） 倾向， 这说明工艺改进后冒口的 补缩能力有了提高。
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。
数值模拟在大型铸锻件中的应用
数值模拟在大型铸锻件中的应用学院：材料科学与工程学院姓名：董璠学号：S12080502011专业：材料学班级：硕研13班数值模拟在大型铸锻件中的应用摘要：本文首先介绍数值模拟技术在现代制造中的地位和作用，然后举例说明数值模拟在铸造和锻造中的应用，最后介绍数值模拟在铸造和锻造中的应用展望。
关键词：数值模拟铸造锻造应用一、引言随着计算机技术的飞速发展，人类社会已经步入了信息时代。
计算机及网络不仅改变了人们生活方式，也同样改变了传统机械制造的概念与方法。
随着计算机辅助技术(CAX)的广泛应用，计算机已经深入到工业生产的各个环节之中。
一个现代的产品制造过程可以这样来描述：当接到生产任务时，首先采用CAD(Computer AidedDesign)系统进行产品设计，其设计结果将由CAE(Computer Aided Engineering)系统对其生产工艺的可行性及合理性进行评估，如果其不满足制造要求或所需要成本太高，将返回到CAD系统中进行重新设计：如果通过了CAE 的评估，就将采用CAM(ComputerAided Manufacturing)系统进行实际的生产制造。
这一生产模式已在工业发达国家得到了广泛的应用。
将产品设计、工艺制定、生产制造及管理中的计算机辅助技术，通过先进的信息技术结合起来，从而达到进一步缩短产品设计、制造周期，提高产品质量，降低成本，增强产品竞争能力的目的是非常有意义的。
二、数值模拟技术的有关介绍数值模拟技术是CAE的关键技术。
通过建立相应的数学模型，可以在昂贵费时的模具或辅具制造之前，在计算机中对工艺的全过程进行分析。
不仅可以通过图形、数据等方法直观地得到诸如温度、应力、载荷等各种信息，而且可预测可能存在的缺陷；通过改变工艺参数对不同方案进行模拟分析，可以从各方案的对比中总结出规律，进而实现工艺的优化。
数值模拟技术在保证工件质量，减少材料消耗，提高生产效率，缩短试制周期等方面显示出无可比拟的优越性。
数值模拟技术在摇枕铸造工艺设计中的应用
１ 摇枕铸件简介及零件模拟结果
１１ 铸件 简介 ．
摇枕材质为Ａ ＲＭ．０ ＋ Ａ ２ １ 级钢 （Ｇ２ Ｍｎ ｒ Ｍｏ ， Ｂ Ｚ ５ ＣＮｉ ）
Ｚ 部位 Ａ
区 Ｂ 塞 部位
图１ 摇枕示意图及关键受力区域 （ Ａ、Ｂ 部位）
Ｆｇ １ ｏｓ ｒ ｉｇａ ａｄｋ ｙｌａｉｇａｅｓ （ａｔＡ．Ｂ） ｉ． ｌｅ ａｒｍ ｅ ｄｎ ａ ｐｒ Ｂ ｔｄ ｎ ｏ ｒ ｓ
收稿 日期 ：２ １ — １２ 收到初稿 ，２ １－ １ ３ 收到修订稿 。 ０ ０ １－ ６ ０ １０— １
作者简介 ：凌云飞 （ ７ 一 ， ，工程师 ，主要从事现场铸造工艺研究开发及管理。 １ ７） 男 ９
Ｊｎ ｕ ．２ １ ０ １ ＶＯ ． Ｏ Ｎ ６ Ｉ Ｏ． ６ ・５ ５ ・ ６
数值模拟技术在摇枕铸 造工艺设计 中的应用
凌 云 飞 ，杨 军 ，刘胜 田。
（． １ 中国北车集团齐车公 司，黑龙江齐齐哈 尔 １ １０ ；２ 大连 交通 大学材料科 学与工程学院 ，辽宁大连 １６ ２ ） ６０ ２ ． １０ ８
Ａｂ ｔ ｃ ： Ｔｈ ｅｏ ｉ ｎ ｅ ｐ ｒ ｔｒ ｉｌｓ ｏ ｈ ｏｓｅ ｒ ｇ ｆｌ ｇ ａ ｄ ｓ ｌ ｉｃ ｔ ｎ ｐｏ ｅ ｓ ｓｒ ｔ ａ ｅ ｖ ｌｃｔ ａ ｄ ｔ ｍ ｅ ａ ｕ ｅ ｆ ｄ ｆｔｅ ｂ ｌｔ ｒ ｙ ｅ ｄｕ ｉ ｉｉ ｎ ｏｉ ｆ ａ ｉ ｒ ｃ ｓ ｎ ｌｎ ｄｉ ｏ ｗｅ ｅ ｃ ｌｕａ ｅ ｙ ｕ ｉｇ ｏ ａ ｔ ｇ ｓｍ ｕａ ｉｎ ｓ ｆ ｒ ｒ ａｃ ｌｔ ｄ ｂ ｓｎ ｆｃ ｓ ｉ ｉ ｌｔ ｏｔ ｎ ｏ ｗａ ｅ ＺＣＡＳＴ． ｅ ｐｏ ｌｍ ｓ ｏ ａ ｔ ｇ ｐｏ ｅ ｓ Ｔｈ ｒ ｂｅ ｆｃ ｓｉ ｒ ｃ ｓ ｎ ｄ ｓｇ ｒ ｏ ｎ ． ｅ ｒ ｓ ｌ ｆｎ ｍ ｅ ｉａ ｉ ｕａ ｉｎ ａ ｄ ｐ ａ ｔ ｅ ｓ ｏ ｔ ａ ｓｎ ｈ ｕ ｅ ｉａ ｅ ｉｎ ｗｅ ｅ ｆ ｕ ｄ Ｔｈ ｅ ｕｔ ｏ ｕ ｓ ｒ ｌ ｍ ｌｔ ｎ ｒｃ ｉ ｈ ｗ ｈ ｔｕ ｉｇ ｔｅ ｎ ｍ ｒ Ｉ ｃ ｓ ｏ ｃ ｃ
数值模拟技术在《铸造工艺与设备》课程教学中的应用
数值模拟技术在《铸造工艺与设备》课程教学中的应用【摘要】本文旨在探讨数值模拟技术在《铸造工艺与设备》课程教学中的应用。
在将介绍研究背景、研究意义以及研究目的。
在将详细阐述数值模拟技术在铸造工艺与设备课程教学中的基本概念，应用案例分析，实践教学设计，教学效果评价以及未来发展方向。
在将总结数值模拟技术在铸造工艺与设备课程教学中的推动作用，提升学生综合能力的表现，以及在教学改革和创新中的重要性。
通过本文的探讨，期望对铸造工艺与设备课程教学的发展提供一定的参考和启示，推动教学方法的创新和改进。
【关键词】数值模拟技术、铸造工艺与设备、课程教学、基本概念、应用案例、实践教学设计、教学效果评价、未来发展方向、推动作用、学生综合能力、教学改革、创新、重要性。
1. 引言1.1 研究背景铸造工艺与设备是制造业中一个重要的领域，其教学内容涉及到金属、非金属和合金材料的熔化、浇注、凝固和成形过程，以及相关设备的设计和使用。
随着现代科技的发展，数值模拟技术在铸造工艺与设备领域的应用越来越广泛。
传统的教学方法主要依靠课堂讲解和实验演示，学生往往难以深入理解复杂的铸造工艺原理和设备操作方法。
而数值模拟技术可以通过计算机模拟熔化、浇注和凝固等全过程，直观地展示每个环节的变化规律，帮助学生更好地理解和掌握相关知识。
数值模拟技术还可以模拟各种不同情况下的工艺优化和设备设计，帮助学生学会利用科技手段进行问题分析和解决。
在铸造工艺与设备课程教学中引入数值模拟技术，有助于提升教学质量和学生学习效果。
1.2 研究意义数要求、格式要求等。
以下是关于的内容：数值模拟技术在铸造工艺与设备课程教学中的应用具有重要的意义。
通过数值模拟技术的引入，可以提高学生对铸造工艺与设备的理解和掌握程度，使他们在学习过程中更加直观地了解铸造过程中的各种现象和规律。
数值模拟技术可以帮助学生在实践中更好地掌握铸造工艺与设备相关知识，促进他们的动手能力和实践能力的提升。
数值模拟在熔模铸造中的应用
数值模拟在熔模铸造中的应用作者：王祯来源：《汽车世界·车辆工程技术（中）》2019年第02期摘要：凝固是决定铸件质量的关键过程，各种铸造缺陷如缩孔、缩松、变形等产生于这一过程或与之密切相关。
液态金属进入型腔之后，温度如何变化，凝固如何进行，缺陷如何形成，这些对铸造工作者来说均为不可视过程。
如何通过科学计算和形象描绘，优化最佳方案并形成工艺文件，尽可能以较少的人力物力生产出优质铸件，是铸造凝固过程数值模拟的主要任务。
关键词：数值模拟;AnyCasting;充型凝固过程;缩孔缩松判定0 前言目前，大多数铸造企业采用传统工艺试错法进行铸件生产。
传统的铸造工艺设计方法往往依赖于直觉经验，在铸件结构较为简单和铸造类似铸件时，经验可能起到一定的作用;在浇铸大型、复杂铸件且无相关经验时，只能通过反复工艺实验来确定工艺;当工艺存在重大失误时，可能使得工艺方案被彻底推翻。
通过工艺反复实验来确定工艺的方法，可能导致先前制作的模具报废，对于大型铸件来说模具费用会相当高，这会造成重大经济损失，同时严重影响新产品的试制，延长新产品的试制周期。
随着各行业技术的发展，铸件毛坯件的形状更加复杂，铸件质量要求不断提高，出品周期要求越来越短;传统的生产方式越来越不能满足实际生产需要。
在铸件生产中，合理的铸造工艺确定是决定铸件质量和保证工期的最重要因素。
传统工艺试错法不能满足实际生产需要。
1 数值模拟的意义随着计算机硬件和软件业的发展，铸造信息化得到了很快的发展，目前铸造模拟技术在实际生产中得到很好的应用，使得通过铸造模拟来确定铸造工艺成为可能，铸造过程计算机模拟可以减少或取消新产品的工艺实验，能够有效地避免可能出现的铸造缺陷，保证工艺的可靠性，缩短新产品的试制周期。
本文主要通过AnyCasting技术介绍铸造工艺设计及铸造工艺模拟在精密铸造工艺中的应用。
通过模拟分析得出铸件毛坯模数、铸件毛坯热节位置和大小、进行浇口棒设计，预测浇不足、气孔、缩孔缩松、冷隔、夹渣、变形等缺陷，解决工艺上问题，调整优化工艺指导实际铸件生产，降低铸造成本等。
数值模拟技术在镁铝合金铸件工艺设计和优化中的应用
数 值模拟技术在镁铝合金铸件工艺设计 和 优 化 中 的应 用
Ａ ｐｐｌ ｉ ｃ ａｔ ｉ ｏｎ ｏｆ ｎｕｍ ｅｒ ｉ ｃａｌ ｓｉ ｍ ｕｌ ａｔ ｉ ｏｎ ｔ ｅｃｈｎｏｌ ｏｇｙ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｄｅｓｉ ｇｎ ａｎｄ ｏｐｔ ｉ ｍｉ ｚ ａｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ ｍ ａｇｎｅｓ ｉ ｕｍ ａｌ ｌ ｏ ｙ ｃａ ｓｔ ｉ ｎｇ ｐｒ ｏｃｅｓｓ
品 。这 些 软 件 产 品都 是 基 于 有 限差 分 法 （ Ｆ ＤＭ ） 或 有 限 元法 （ Ｆ Ｅ Ｍ ）的数 值 计 算 方 法 ，能 模拟 铸 件 的 充 型过 程 和 凝 固过 程 的 流 场 、 温 度场 分 布 ， 铸 件 的缺 陷 分布 口 。因此 ，可 以说 铸 造模 拟软 件 的
浇 铸 、 消失 模 浇 铸 、熔 模 浇 铸 和 泥 模 浇铸 等 ，本 文 中镁铝 合金 铸件 的浇 铸方 式为金 属型 浇铸 。
Ｄ ｏ ｉ ：１ ０ ． ３ ９ ６ ９ ／ Ｊ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ ９ － ０ １ ３ ４ ． ２ ０ １ ３ ． １ １ （Ｉ － ） ． １ １
０ 引言
镁 铝 合 金 因其 优 良的 特 性 而 被 广 泛 使 用 。镁 铝 合 金 相较 于 其 他 应 用 广泛 的 金 属具 有 密 度 小 、 刚性 好 和 强度 高 等 特 点 ，而 其 优 良 的导 热 性 和 电
和Ａｎ ｙ Ｃａ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ 、美 国Ｆ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅ Ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ 公 司设 计 的 Ｓ ｏ ｌ ｉ ｄ ｃ ａ ｓ ｔ 、法国Ｅ Ｓ Ｉ 公 司 设 计 的Ｐ ｒ ｏ ｃ ａ ｓ ｔ 等 软 件 产
造 工 艺 方 案 将 会 提 高 铸 件 的 质 量 和成 品率 ，保 证
优选铸造过程数值模拟及应用实例
JSCAST在铸造行业中的应用
JSCAST系统各功能模块
JSCAST:按用户的铸造工艺分类
JSCAST:按用户类别分类
JSCAST的概要
CAD I/O
三维CAD：STL
－要在铸造技术人员的日常 工作中得到广泛的应用：
直浇口：HZTJ1-120，L=300（共1个，芯盒内刻定位）
冒口：30×100/80×150，l=150（共4个）
滑枕3D模型
冒口 铸件
型芯
直浇道 横浇道
冷铁 内浇道
网格的剖分
<网格形状> <总网格数> <铸件网格数> <重力方向> <终止条件>
立方体网格
2505510
304631
Z轴负方向
流动 充填率99.0 [％] 凝固
考虑背压的充型解析（实例1）
仅在左侧上部 开设排气孔
在两侧上部同时 开设排气孔
資料提供：大阪大学
考虑背压的充型解析（实例2）－机动车引擎盖
气体卷入：缺陷和解析结果
(a) 实际生产结果
(b) 模拟解析结果
資料提供：大阪大学
考虑背压的充型解析（实例3）－箱型
資料提供：東芝机械㈱
考虑背压的充型解析（事例3）－箱型
铸 造
CAE
在
铸 造
优选铸造过程数值模拟及应用
中 的 应
实例
用
内容简要
1.高力科公司概要 2.关于铸造CAE 3.JSCAST的概要 4.JSCAST的适用材质及铸造工艺 5. 实际案例解析
高力科公司概要
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。
数值模拟在单晶高温合金熔模铸造中的应用
精 密 成 形 工 程第16卷 第4期 180JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年4月收稿日期：2024-01-29 Received ：2024-01-29基金项目：国家自然科学基金资助项目（U1508213）；国家科技重大专项资助项目（J2019VI00230139）；山东省自然科学基金资助项目（ZR2020ME110）；潍坊市科技发展计划（2022ZJ1097）；鸢都学者青年专家项目Fund ：The National Natural Science Foundation of China (U1508213); National Key R&D Program of China (J2019VI00230139); Provincial Natural Science Foundation of Shandong (ZR2020ME110); Science and Technology Development Plan of Weifang (2022ZJ1097); Yuandu Scholar Youth Expert Project引文格式：孟祥斌, 邹明科, 张朝威, 等. 数值模拟在单晶高温合金熔模铸造中的应用[J]. 精密成形工程, 2024, 16(4): 180-189. MENG Xiangbin, ZOU Mingke, ZHANG Chaowei, et al. Application of Numerical Simulation in Investing Casting Technology of Single Crystal Superalloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(4): 180-189. *通信作者（Corresponding author ）数值模拟在单晶高温合金熔模铸造中的应用孟祥斌1,2,3,4*，邹明科5，张朝威5，周宝玲6，李金国5*（1.潍坊科技学院，山东 潍坊 262700；2.潍坊市先进动力系统用热端材料及单晶部件制备技术重点实验室，山东 潍坊 262700；3.山东省农机装备用材料工程高校特色实验室，山东 潍坊 262700；4.山东半岛蓝色经济工程研究院，山东 潍坊 262700；5.中国科学院金属研究所，沈阳 110016；6.中国航发动力股份有限公司，西安 710021） 摘要：由于单晶高温合金消除了晶界这一高温薄弱结构，已成为航空发动机首选的热端部件材料。
数值模拟技术在压铸中的应用
2.2 汽车结构件案例
Example of Automobile Structural Parts
A
汽车轻量化结构件——顶部横梁 Automotive Lightweight Structural Parts—Beam
A处原有缺陷消除
Defects in region A is eliminated
3 冷室压铸压室情况模拟
Simulation of Shot Sleeve ▪ 3.1 压室模拟案例
Example of Shot Sleeve Simulation
▪ 3.2 压室流态研究
Analysis of Flow Pattern in Shot Sleeve
来源：大型复杂铝合金压铸件成型数值模拟及工艺优化—李世钊
原工艺 Original Process：三块钣金件焊接 Welding 新工艺 New Process：压铸 HPDC 产品重量 Weight：减轻28% Weight loss
来源： Flow Science Deutschland
2.2 汽车结构件案例
产品材料 Alloy
浇注温度
Metal Temperature
模具温度
Mold Temperature
慢压射速度
Slow Shot Speed
快压射速度
Fast Shot Speed
内容 Content 420×400×420mm
6.6mm YL112（AlSi9Cu4）
670℃ 190℃ 0.6m/s 5m/s
Viscosity and Turbulence Heat Transfer Surface Defect Tracking Air Entrainment Solidification & Shrinkage Surface Tension Bubble/Voids Model Moving Objects Venting Thermal Stresses and more
铸造过程计算机模拟研究应用现状与发展
铝合金铸造数值模拟的研究现状与发展应用随着计算机技术的飞速发展，铝合金的铸造发展步入了计算机数值模拟时代。
利用高性能的计算机，铸造工厂和工程师可以对铝合金铸造过程进行仿真模拟，在实际生产前对铸造工艺参数进行验证或优化，对铸造结果和缺陷可以做到预先的了解，从而可以大大缩短工艺试验周期、确保铸件质量、提高工艺出品率、降低生产成本和废品损失，对实际生产有着极高的使用价值。
数值模拟在铝合金铸造中应用广泛，根据我的课题，作以下介绍。
一、铝合金铸造中数值模拟的发展现状在铝合金铸造中，金属液充型过程的流动过程非常复杂，准确描述金属液的流动是对流场进行模拟的关键，为此国内外的学者提出了很多有意义的计算方法，以及能够准确地对金属液的充型流动进行描述，最终达到对过程分析的目的。
铝合金铸造过程中的充型凝固过程对产品的质量和性能起着至关重要的作用，国内外的学者经过数十年的研究，取得了很大的进展。
铝合金铸件在凝固过程中。
高温液态金属所含有的热量必须通过各种途径向铸型和周围环境传递，逐步冷却并进行凝固。
铸件凝固过程数值模拟的任务是建立铸件凝固过程汇总传热的数学模型，并通过数值方法进行求解。
从而得到铸件凝固过程的规律，预测铸件缺陷(缩孔、缩松)产生的可能性及位置。
铝合金的铸造缺陷如浇不足、卷气、缩松缩孔等都与液态金属的充型过程有关，因此对充型过程进行数值模拟非常必要。
铸造数值模拟软件通常被分为前处理模块、模拟的计算模块、后处理模块三个部分。
而基于网格的剖分技术是数值模拟前后处理软件中的核心部分,也是前后处理软件所要完成的一项重要工作。
对于铸件凝固过程的数值技术一般有三种方法：有限差分法，有限元法和边界元法。
有限差分法是一种求解偏微分方程数值解的有效方法。
有限差分法最初是应用于铸件凝固过程的传热计算中。
该方法具有以下优点:差分公式易导出、数据准备简单以及计算成本低,基于以上优点,FDM已经是目前最为广泛的数值算法。
同时,FDM有一定的局限性,它的计算网格一般都是正六面体单元,对于铸件壁厚比较薄以及曲面形状的就不能保证网格的精度准确性。
《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。
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稳定期
过滤器内部流量分布与夹杂物分布的比较
第三节 应力解析初步
弹塑性转变温度
铸件形状
冷却曲线
变形
思考题,习题
• 学会分析和理解凝固,流动过程模拟的结果 • 理解并会推导应力解析模型
求解温度分布(压力铸造)
(a)表面温度分布
(b)设置冷却管
冷却方案的改进 (该处放冷铁)
通过凝固模拟进行确认
因为缩孔泄漏产生的位置 改良后封闭环发生移动并变小
第二节 流动过程的模拟
• 流动充型过程的数值解析可以得到瞬间的速度 变化,压力变化,以及充填状况,若结合传热凝 固过程实施连动解析,还可获得温度,固相率的 变化,利用这些结果可为铸造生产过程提供极 有价值的参考。比如流动解析可以预测充型过 程的冷隔,浇不足,卷气倾向。最终充填位置的 预测对设计最佳的内浇口,排气口有指导性的 意义。
Al-Si-Mg合金砂型铸造的工艺方案
Al-Si-Mg合金砂型铸造的凝固解析的结果
实际浇铸的结果
低压铸造镁合金铸件的铸造缺陷
固相率梯度分布图
压力铸造的缩孔对策例 (此处内部有缺陷)
凝固时间分布图
封闭环
断面扫描结果和等凝固时间线的比较
现行方案厚壁处的集中缩孔被改善以后,呈明显减少分散的趋势。 这与模拟结果非常一致。
数值模拟在材料加工中的应用
• 自编软件 （步骤 ）： (1)明确模拟的目的, (2)建立数学模 型, (3)将模型进行差分处理, (4)确定物性值和边界条件, (5) 编写计算流程和程序, (6)调试程序,实施计算,分析处 理结果, (7)试验验证,调整物性值,再计算。循环至理想 的结果 • 应用专业软件（步骤 ）: (1)理解相应软件的内部数学模 型, (2)确立模拟的目的, (3)三维图形的建立, (4)模拟的 实施, (5)试验验证,调整物性值,再计算, (6)后处理。 本课程的中心: 铸造过程
压铸充型方案的改进
解析形状 初 始 方 案 流动模拟的结果
改 进 方 案
充 压形 的 压形 充
压铸的改进
浇不足的克服
浇口 铸孔
产生浇不足缺陷处
过渡结构
铸筋
冷隔的消除
浇注系统中考虑 过滤器的流场
在过滤器的内部 (厄冈方程 )
浇注初期
第一节 凝固过程的模拟
• 最一般的目的是推测,预防和消除铸造收缩(缩孔)缺陷, 为确定合理冒口工艺提供科学的依据。
未凝固部分可被补缩
随着凝固的进行,无法补缩
凝固结束留下缩孔
凝固模式图
缩孔的推断方法
等温曲线法
计算预测和实验的比较
温度梯度法 G=max{(Tj-Ts)／Δl} (Tj为未凝固要素的温度, Δl为要素间的 距离,TS为固相线温度。) 流动传导法 Kd=max{K／(μf1Δl)} (K是平均透过率, f1是平均液相率)