铸造CAE的应用现状及未来趋势
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ＭＡＧＭＡ是所有采用有 限差分 （ＦＤＭ）法铸
收 稿 日期 ： ２０１０—０７—０５。 作者简介：刘云峰 （１９８０一），男，工程 师，主要 从事铸造ＣＡＥ的应用研 究。
２０ ｌ ２０ｌ１年第ｌ期
造 系 统 中 的 杰 出 代 表 ， 隶 属 德 国 ＭＡＧＭＡ集 团 。 可 以计 算 处 理 大 多 数 的 铸 造 方 法 ，ＭＡＧＭＡ软 件 对 铸 件 模 型 形 状 要 求 不 高 ， 对 铸 件 ＣＡＤ造 型 中 的 小 瑕 疵 不 敏 感 。 由于 有 限 差 分 网 格 先 天 性 的 缺 陷— — 对 几 何 形 状 描 述 不 精 确 ， 要 求 软 件 的求 解 器 精 度 很 高 来 弥 补 这 一 缺 陷 ，ＭＡＧＭＡ￣ 出色 地 做 到 了这 一 点 。软 件 对 操 作 人 员 要 求 不 高 ， 比较 适 合 于 工 厂 现 场 的ＣＡＥ仿 真 服 务 。 １．３ 国内的华铸 ＣＡＥ铸 造模拟 系统
１ 目前市场 上主要 的商 品化软件
铸 造 ＣＡＥ系 统 的 核 心 思 想 就 是 结 构 的 离 散 化 ， 即 ： 将 实 际铸 件 的 结 构 离 散 为 有 限数 目的 规 则 单 元 组 合 体 ，通 过 对 离 散 体进 行 分 析 得 到 近 似 的 结 果 。这 样 不 但 可 以节 约 大 量 的 时 间 ， 而 且 避 免了很多低水平 的重复性工 作，使铸造工 艺开发 变得 更快、更准确 。 目前 比较 成熟 的离散方 法有
Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ Ｆｕｔｕｒｅ Ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ Ｃａｓｔｉｎｇ ＣＡＥ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
Ｌｉｕ Ｙｕｎｆｅｎｇ’，Ｚｈａｎｇ Ｙａｎｇ
（１．Ｌｕｏｙａｎｇ Ｍｉｎｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１ ００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆｏｒｇｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ ＹＴＯ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｒｔ：Ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ＣＡＥ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ａｃｔｕａｌ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍ ａｄｅ ｔｈｅ ｃｒａｆｔ ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈ ｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｑｕｉｃｋｌｙ ｗｉｔｈｏｕｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｅｓｔｉｎｇ，ｔ ｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔ ｈ ｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓａｖｅｄ ｔｉｍ ｅ ａｎｄ ｃｏｓｔ．Ｉｔ’Ｓ ａ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｔｏｏｌ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔ ｈ ｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｍｐａ ｎ ｙ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｎｅｓｓ，ａ ｎ ｄ ｈａｖｅ ａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄ：ｃａｓｔｉｎｇ ＣＡＥ；ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｎｅｓｓ
有 限元 （ＦＥＭ ）法 和 有 限 差 分 （ＦＤＭ ）法 【２】， 依 据 这 两 种 离 散 方 法 可 以 将 目前 主 要 的 商 品化 铸 造 ＣＡＥ系 统划 分 为 两类 。 １．１ ＰｒｏＣＡＳＴ铸造模 拟仿真 系统
ＰｒｏＣＡＳＴ软件是法国ＥＳＩ集团 向市场推 出的一 个杰 出的铸造模拟软件 ，是 当今世 界铸造领域 内 处 于 领 先 水 平 的 三 大 铸 造 模 拟 软 件 之 一【３】。 该 软 件采用 了先进 的有 限元法 （ＦＥＭ），对模型 的几何 形 状 描 述 精 确 ，可 以对 模 型 的任 意 部 位 进 行 疏 密 不 同 的 网 格 剖 分 ，特 别 适 合 于 复 杂 、薄 壁 件 ，求 解 精 度 高 。拥 有 逆 向计 算 模 块 ，可 对 模 拟 计 算 所 需 的边 界条件 、材 料热物理性 能等进行 反算 ，解 决 了计 算 中常 遇 到 的 数 据 欠 缺 问题 。数 据 库 包 含 铸 钢 类 、 铸 铁 类 、铝 合 金 类 、镍 基 合 金 类 等 多 种 合金材质，可 以模拟几乎现在所有的铸造方法 。 １．２ ＭＡＧＭＡｓｏｆｔ铸造模拟 仿真系统
铸造 是 人类 掌握 最早 的热加 工工 艺 技术 之一 。 而 ＣＡＥ （Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）技 术 则是 一 个 新 兴 的事物 ， 目前 已经成 为 工程 结 构分 析和 产 品 研 发 设 计 中必 不 可 少 的数 值 计 算 工具 ［·】。这 一 古 一 新两种截然不同的事物，在计算机技术高度发展 的 今 天 ， 结合成 一 门全 新 的技 术— — 铸造 ＣＡＥ模 拟 仿 真 。铸造 ＣＡＥ的 出现 ，使铸 造 从业 人 员 从繁 重 的 图 形工 艺设 计 中解 脱 出来 成 为现 实 ，使 铸造 工 艺 的快 速 开发 成 为可 能 。
铸 造 工程
Ｆｏｕｎｄｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
铸 造 ＣＡＥ 应 用 现 状 及 未 来 趋 势
刘 云峰’，张 扬 （１．洛阳矿山机 械工中国一拖集 团铸锻公 司，河南 洛阳 ４７１００３）
摘要 ：铸造ＣＡＥ技术利用计算机模拟仿真 实际的铸造 工艺，使工 艺人 员不必经过 工艺试验就 能 快速 了解工艺结果 ，并根据 结果优化工艺设 计 ，省 时、省力 ，节约成本 。该技 术是提 高传统铸 造行 业质量和企 业竞争力的一个强有力的工具 ，其未来发展应用前景广 阔。 关键词：铸造ＣＡＥ；计算机模 拟；竞争力 中图 分 类号 ：ＴＰ３９１．９ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ： １６７３－３３２０ （２０１１）０１－００２０－０２
收 稿 日期 ： ２０１０—０７—０５。 作者简介：刘云峰 （１９８０一），男，工程 师，主要 从事铸造ＣＡＥ的应用研 究。
２０ ｌ ２０ｌ１年第ｌ期
造 系 统 中 的 杰 出 代 表 ， 隶 属 德 国 ＭＡＧＭＡ集 团 。 可 以计 算 处 理 大 多 数 的 铸 造 方 法 ，ＭＡＧＭＡ软 件 对 铸 件 模 型 形 状 要 求 不 高 ， 对 铸 件 ＣＡＤ造 型 中 的 小 瑕 疵 不 敏 感 。 由于 有 限 差 分 网 格 先 天 性 的 缺 陷— — 对 几 何 形 状 描 述 不 精 确 ， 要 求 软 件 的求 解 器 精 度 很 高 来 弥 补 这 一 缺 陷 ，ＭＡＧＭＡ￣ 出色 地 做 到 了这 一 点 。软 件 对 操 作 人 员 要 求 不 高 ， 比较 适 合 于 工 厂 现 场 的ＣＡＥ仿 真 服 务 。 １．３ 国内的华铸 ＣＡＥ铸 造模拟 系统
１ 目前市场 上主要 的商 品化软件
铸 造 ＣＡＥ系 统 的 核 心 思 想 就 是 结 构 的 离 散 化 ， 即 ： 将 实 际铸 件 的 结 构 离 散 为 有 限数 目的 规 则 单 元 组 合 体 ，通 过 对 离 散 体进 行 分 析 得 到 近 似 的 结 果 。这 样 不 但 可 以节 约 大 量 的 时 间 ， 而 且 避 免了很多低水平 的重复性工 作，使铸造工 艺开发 变得 更快、更准确 。 目前 比较 成熟 的离散方 法有
Ｓｔａｔｕｓ ａｎｄ Ｆｕｔｕｒｅ Ｔｒｅｎｄｓ ｏｆ Ｃａｓｔｉｎｇ ＣＡＥ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
Ｌｉｕ Ｙｕｎｆｅｎｇ’，Ｚｈａｎｇ Ｙａｎｇ
（１．Ｌｕｏｙａｎｇ Ｍｉｎｉｎｇ Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｄｅｓｉｇｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１ ００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｃａｓｔｉｎｇ ａｎｄ Ｆｏｒｇｉｎｇ Ｃｏｍｐａｎｙ ｏｆ ＹＴＯ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｌｕｏｙａｎｇ ４７１００３，Ｈｅｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｒｔ：Ｔｈｅ ｃａｓｔｉｎｇ ＣＡＥ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｕｓｉｎｇ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ａｃｔｕａｌ ｃａｓｔｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ ｍ ａｄｅ ｔｈｅ ｃｒａｆｔ ｐｅｒｓｏｎｎｅｌ ｔｏ ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄ ｔｈ ｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｑｕｉｃｋｌｙ ｗｉｔｈｏｕｔ ｐｒｏｃｅｓｓ ｔｅｓｔｉｎｇ，ｔ ｈｅ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｄｅｓｉｇｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔ ｈ ｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓａｖｅｄ ｔｉｍ ｅ ａｎｄ ｃｏｓｔ．Ｉｔ’Ｓ ａ ｐｏｗｅｒｆｕｌ ｔｏｏｌ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔ ｈ ｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｑｕａｌｉｔｙ ａｎｄ ｃｏｍｐａ ｎ ｙ ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｎｅｓｓ，ａ ｎ ｄ ｈａｖｅ ａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ． Ｋ ｅｙ ｗｏｒｄ：ｃａｓｔｉｎｇ ＣＡＥ；ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｎｅｓｓ
有 限元 （ＦＥＭ ）法 和 有 限 差 分 （ＦＤＭ ）法 【２】， 依 据 这 两 种 离 散 方 法 可 以 将 目前 主 要 的 商 品化 铸 造 ＣＡＥ系 统划 分 为 两类 。 １．１ ＰｒｏＣＡＳＴ铸造模 拟仿真 系统
ＰｒｏＣＡＳＴ软件是法国ＥＳＩ集团 向市场推 出的一 个杰 出的铸造模拟软件 ，是 当今世 界铸造领域 内 处 于 领 先 水 平 的 三 大 铸 造 模 拟 软 件 之 一【３】。 该 软 件采用 了先进 的有 限元法 （ＦＥＭ），对模型 的几何 形 状 描 述 精 确 ，可 以对 模 型 的任 意 部 位 进 行 疏 密 不 同 的 网 格 剖 分 ，特 别 适 合 于 复 杂 、薄 壁 件 ，求 解 精 度 高 。拥 有 逆 向计 算 模 块 ，可 对 模 拟 计 算 所 需 的边 界条件 、材 料热物理性 能等进行 反算 ，解 决 了计 算 中常 遇 到 的 数 据 欠 缺 问题 。数 据 库 包 含 铸 钢 类 、 铸 铁 类 、铝 合 金 类 、镍 基 合 金 类 等 多 种 合金材质，可 以模拟几乎现在所有的铸造方法 。 １．２ ＭＡＧＭＡｓｏｆｔ铸造模拟 仿真系统
铸造 是 人类 掌握 最早 的热加 工工 艺 技术 之一 。 而 ＣＡＥ （Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ａｉｄｅｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）技 术 则是 一 个 新 兴 的事物 ， 目前 已经成 为 工程 结 构分 析和 产 品 研 发 设 计 中必 不 可 少 的数 值 计 算 工具 ［·】。这 一 古 一 新两种截然不同的事物，在计算机技术高度发展 的 今 天 ， 结合成 一 门全 新 的技 术— — 铸造 ＣＡＥ模 拟 仿 真 。铸造 ＣＡＥ的 出现 ，使铸 造 从业 人 员 从繁 重 的 图 形工 艺设 计 中解 脱 出来 成 为现 实 ，使 铸造 工 艺 的快 速 开发 成 为可 能 。
铸 造 工程
Ｆｏｕｎｄｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
铸 造 ＣＡＥ 应 用 现 状 及 未 来 趋 势
刘 云峰’，张 扬 （１．洛阳矿山机 械工中国一拖集 团铸锻公 司，河南 洛阳 ４７１００３）
摘要 ：铸造ＣＡＥ技术利用计算机模拟仿真 实际的铸造 工艺，使工 艺人 员不必经过 工艺试验就 能 快速 了解工艺结果 ，并根据 结果优化工艺设 计 ，省 时、省力 ，节约成本 。该技 术是提 高传统铸 造行 业质量和企 业竞争力的一个强有力的工具 ，其未来发展应用前景广 阔。 关键词：铸造ＣＡＥ；计算机模 拟；竞争力 中图 分 类号 ：ＴＰ３９１．９ 文 献标 识 码 ：Ａ 文章 编 号 ： １６７３－３３２０ （２０１１）０１－００２０－０２