CAE分析技术在铸造生产中的应用

　　1 引言

　　铸造是国民经济的重要产业部件之一，它反映了一个国家制造工业的规模和水平。随着航空、航天、船舶、汽车、机械等各行业的蓬勃发展，铸件的需求量越来越大，对铸造金属的性能及铸件本身的可靠性等要求越来越高。先进制造技术的发展，要求铸件的生产向轻型化、精确化、强韧化、复合化及无环境污染方向发展。

　　计算机技术的飞速发展及其在铸造生产中的广泛应用，可以通过对制造工艺过程进行数值模拟及仿真，使得上述目标得以实现。这项工作以数值计算为基本方法，对铸造过程中流场、温度场、应力场及微观组织形貌进行模拟，从而帮助工艺设计人员对不同时刻的金属流态、凝固过程温度分布、应力分布、结晶晶粒尺寸形貌等重要物理参数有所了解，并以此为依据，预测是否有缩孔、疏松、夹杂、偏析及热裂纹等缺陷出现，可以实现铸造工艺设计——校核——再设计——优化设计的全过程，以提高铸件质量，缩短试制周期，降低生产成本，提高市场竟争能力。同时，用计算机等高新技术来改造制造传统产业是国内外科学技术发展的共同趋势，是铸造领域的学科前沿，也是铸造工艺由“经验设计”走向“科学指导”的重要途径，具有重大的实际意义。

　　2 ProCAST软件介绍

　　近年来，铸造CAE商品化软件功能逐渐增加，其中主要有美国的ProCAST、德国的MAGMASOFT、芬兰的CastCAE、法国的Simulor、西班牙的Forcast及日本的Soldia、Castem等软件。从功能上看，许多软件大都基于有限差分法，可以对砂型铸造、金属型铸造、精密铸造、压力铸造等多种工艺进行温度场、流场的数值模拟，并可以预测铸件的缩孔、缩松等缺陷，但对应力场的模拟及裂纹的预测显得力不从心。

　　ProCAST软件是由ESI公司开发的基于有限元法(FEM)的铸造过程模拟软件，能够进行流场、温度场、应力场三场耦合模拟。ProCAST采用基于有限元法(FEM)的数值计算方法，与有限差分法(FDM)相比，有限元法具有较大的灵活性，特别适用于模拟复杂铸件成型过程中的各种物理现象。ProCAST提供了能够考虑气体、过滤、高压、旋转等对铸件充型的影响，能够模拟出低压铸造、压力铸造、离心铸造等几乎所有铸造工艺的充型过程;在应力分析方面，通过采用弹塑性和粘塑性及独有的处理铸件/铸型热和机械接触界面的方法，使其具有分析铸件应力、变形的能力。通过分析可以获得铸造过程的各种现象、铸造缺陷形成及分布、铸件最终质量的模拟和预测。

　　3 应用实例

　　3.1 铸件充型模拟