铸造成形工艺过程的数值模拟仿真及其应用

铸造仿真模拟优化软件是为评价 和优化铸 造产品 与
铸造工艺而开发 的，借助于铸造仿 真模拟优化 软件系统 平 台，铸造工程师在完成铸造『 艺 编制之前 ，就能够对 ［
铸 件 在 形 成 过 程 中 的流 场 、温 度 场 和应 力 场 进 行 仿 真 分
通过模拟金属铸造 过程 中的流动过程 ，精确显 示充填不 足 、冷隔 、裹气和热节 的位置 ，以及 残余 应力 与变 形 ， 准确地预测缩孑 、缩松 和铸造过程 中微观组织的变化 。 Ｌ
陷进行 预测 。数 据 库材 料 铸锌等各 类铸造 合金 ；可 针对 砂 型 、金属 型、熔模 、低压 、压力 、倾 斜铸造 及钢锭 模 铸 造等各种铸造方式进行真实 的模拟仿真分析 。 Ｈ Ｃ Ｅ系统 的前 置 处理 是 模 拟 过 程 的 准备 工作 ， ＺＡ 它实现 了 Ｃ Ｄ模 型 的导人 ，利 用 Ｓ Ｌ预览 检查 三维 造 Ａ Ｔ 型是 否正确 ，进行有 限差分 网格的划分 。另外 ，还 可以 通过 Ｈ Ｃ Ｅ提供 的 Ｃ Ｄ功 能对 实体 造 型进 行 简 单 修 ＺＡ Ａ 改 。三维造型平 台用户可任选 ，绝大部 分三维造 型系 统
造行 业的 产 品设计 师 模 具设 计 师 、铸造 工 艺师提 供 一定 的参 考 借 鉴作 用 ，从 而为提 高 企 业 的铸 造 工 艺水平
搭建 一个更好 的优 化设计 ， 以及 成形 工艺 的数 字化工 艺优 化设 计 、制 造 、仿 真集 成 的先进 平 台。
一
、
概述
析并预测铸件 的质量 、优化 铸造设 备参 数 和工艺方 案。
界面及模拟分析实例。
分布图及充型温度分 布图等。颜 色随意 调整 ，画面直接
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铸 造 成 形 工 艺 过 程 的 数 值
模 拟 仿 真 及 其 应 用
中国三江航 天集 团国营红阳机械厂 （ 湖北孝感 ４ ２ ０ ） 王华侨 ３ １０ 张颖 费久灿 王德跃
【 摘要】 一 对国内外常用的 本文 几款铸造成形工艺模拟仿真软件的功能进行了简要介绍，希望对从事铸
（ 括 Ｃ ＴＡ、 Ｐ Ｏ Ｅ Ｕ Ｎ 包 ＡＩ Ｒ ／ 、 Ｇ Ｘ、 Ｓ ＬＤ Ｄ Ｅ Ｓ ＬＤ Ｏ ＩＥ Ｇ 、 Ｏ Ｉ—
Ｗ ＯＲＫ ＩＤＥ Ａｕ ｏ ＡＤ Ｓ － ＡＳ ｔＣ ＭＤ ｌ ｖ ｎ ｏ Ｃ Ｔ ｎ ｅ ｔｒ ＡＸＡ
期 、多 阶段全过程 的分析 。系统可 以对包 括水 、油 、气
等不 同冷却介质 的各种复杂冷却工 艺进行优 化分析 ；能
够模拟多个不 同规格 的浇包 同时浇注 的复 杂浇 注过程 ；
能够模 拟补 浇 工艺 、点 冒 口过 程 ；应 用 了重 力 补缩 技 术 ，可 以直接准确模拟缩孔 、缩松 的形 成过程 ，实现了 缩孔和缩松的位置 、形状 及大小的定量 模拟 ；在微机 上 实现实用的流场分析 、流动与温度耦 合计算 ，单元数 可 达数百 万个 。流动 场 、耦 合场 分 析技 术 在 国内 首屈 一
指。
后处理采用 最新 可视化 技术 、多媒体 技术 ，丰富 、 直观 、生动 ，任意实时缩 放 、旋转和剖 切。可 自动生 成 ｘ射线透 视 图 、凝 固色 温 图、温 度 梯 度 图 、铸 件结 构 图 、铸 型系统装 配图 、流动 向量 图 、填充体 积 图、压强
金银花等 ）均能与本系统顺利 接 口。 系统的 自动网格剖分速度快 、稳 定性好 、容 错能 力
１所示 为铸造仿真模拟分析的典型过程。
图 １ 铸造仿真模 拟分析的典型过程
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本文对 国内外常用的几款铸造成 形 ＿艺模 拟仿 真软 ［ 件华铸 Ｃ Ｅ Ｉｔ Ａ Ｔ ｎ Ｃ ｓｎ 、Ｐｏ Ａ Ｔ等 软 件 的 Ａ ／ｎ Ｃ Ｓ 、Ａ ｙ ａｔ ｇ ｒＣ Ｓ ｅ ｉ 功 能与实例应用进行 了简要介 绍 ，希望对铸 造行业 的产 品设计 师、模具设计师 、铸造工艺 师提 供一定 的参考借 鉴作用 ，从而为提高企业的铸造工艺 水平搭 建一个更好 的优化设计 ，以及成形工艺的数字 化工艺优 化设计 、制
造 、仿 真 集 成 的 先 进 平 台 。
二、华铸 Ｃ Ｅ Ｉ ｅ Ａ Ｔ铸 造仿 真系统 Ａ ／ｎ Ｃ Ｓ ｌ
Ｈ Ｃ Ｅ Ｉｔ Ａ Ｔ是中国铸 造领 域著 名 的模 拟 分析 Ｚ Ａ ／ｎｅ Ｓ Ｃ
系 统 ，是 分 析 和 优 化 铸 件铸 造 工 艺 的重 要 工 具 。 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。该软件具备冷 却凝 固过 程 、流动充 型过
程 、充 型换热耦合过程等模拟 功能 ，可 以有 效地对铸 造
过程 中的夹渣 、卷气 、冷隔 、浇 不足 、缩孔 和缩松 等缺
图 ２ Ｈ Ｃ Ｅ Ｉｔ Ａ Ｔ后处 理界面 Ｚ Ａ ／ｎｅ Ｓ Ｃ
计算 ，能够进 行 低 压铸 造 、压 铸 、金 属 型铸 造 的多 周
强 ，一般 中等复杂程度的铸件 ，剖分千 万个 网格 几分钟
内即可完成 。具备异位网格计算功 能 ，即流动基 于一套 网格 ，凝固基于另一套网格 ，同时不影 响计算 精度 。全 自动非均匀 网格剖分 ，智能化识别壁 厚 ，溥壁处 网格 变 细 ，厚大部位 自动采用粗大网格 ，大大提 高 了系统的分 析效率 。系统 的全 自动序 列 剖分 功 能可 实现 按 给定 规 则 ，全 自动生成一系列网格尺寸不 同的刮分结 果 ，满 足 模拟的各种需要 。图 ２为 Ｈ Ｃ Ｅ Ｉｔ Ａ Ｔ系统后 处理 Ｚ Ａ ／ｎ Ｃ Ｓ ｅ