凝固過程模擬仿真課程論文

1、凝固過程模擬仿真課程論文鑄造過程數(shù)值模擬的研究發(fā)展現(xiàn)狀(Researchonthedevelopmentstatusofnumericalsimulationofcastingprocess)學(xué)院名稱：材料科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：復(fù)合材料班02學(xué)生姓名：不知道學(xué)號(hào)：3110703451指導(dǎo)教師：怯喜周鑄造過程數(shù)值模擬的研究發(fā)展現(xiàn)狀摘要：隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，鑄造工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD,鑄件凝固過程數(shù)值模擬CAE等多項(xiàng)技術(shù)已大量應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家制定的下一代制造(NGM)計(jì)劃所提出的十項(xiàng)關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)中就包括建模與仿真。鑄件的凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)主要包括鑄件及其工藝的幾何造型、

2、三維傳熱數(shù)值計(jì)算技術(shù)和缺陷判據(jù)這三部分，并可對(duì)凝固過程中出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)，評(píng)判鑄造工藝設(shè)計(jì)的合理性，以減少工藝實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，降低工藝設(shè)計(jì)成本，提高工藝出品率和合格率。關(guān)鍵詞：凝固模擬；數(shù)值仿真；鑄造CAE;CAD;鑄造充型；ResearchonthedevelopmentstatusofnumericalsimulationofcastingprocessAbstract:withtherapiddevelopmentofcomputertechnology,computeraideddesignoffoundrytechnologyCAD,numericalsimulationofcasti

3、ngsolidificationprocessofCAEandmanyothertechnologyhasbeenwidelyappliedinactualproduction.Industrialdevelopedcountriestodevelopthenextgenerationmanufacturing(NGM)aretenkeybasictechnologyplanputforwardinincludesmodelingandsimulation.Thecastingdefectsofcomputingtechnologyandcriterionofthisthreepartofnu

4、mericalheattransfer,including3DgeometricmodelingandSimulationoftheprocessofcastingsolidificationprocessnumerical,andtopredictthedefectsthatappearduringthesolidificationprocessofcastingprocessdesign,evaluationofrationality,inordertoreducethetimesofexperimentprocess,reducethedesigncost,increasetheproc

5、essyieldandthequalifiedrate.Keywords:solidificationsimulation;numericalsimulation;CAECAD;casting;moldfilling;1前言凝固在自然界及人類生產(chǎn)實(shí)踐中占有十分重要的地位。從熔巖凍結(jié)為地殼到海洋中冰山浮現(xiàn)，都是自然演進(jìn)歷程中凝固過程的重要體現(xiàn)。而在人類的生產(chǎn)實(shí)踐中，從礦石冶煉到金屬構(gòu)件的鑄造成形、焊接組合，無(wú)一不涉及到凝固過程.作為從液態(tài)金屬到最終構(gòu)件的最直接成形途徑，鑄造同時(shí)也是現(xiàn)有材料成形方法中最為復(fù)雜的工藝過程。使特定成分合金液在外場(chǎng)約束條件下完成凝固過程，可以獲得具備不同內(nèi)部組織及外部形

6、態(tài)的鑄件。深入理解并準(zhǔn)確掌握外場(chǎng)約束條件下的凝固過程，是實(shí)現(xiàn)鑄件性能控制和優(yōu)化的前提。建立凝固過程的精確理論描述和可靠數(shù)值模擬，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)凝固過程的精巧控制，獲得鑄造工藝和鑄件性能的最佳優(yōu)化，已經(jīng)成為了當(dāng)前物理冶金學(xué)家及材料研究學(xué)者的關(guān)注熱點(diǎn)1。鑄造行業(yè)是制造業(yè)的重要組成部分，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著重要作用。同時(shí)，鑄造業(yè)又是產(chǎn)品質(zhì)量不易保證、廢品率較高的產(chǎn)業(yè)，因此，對(duì)鑄件生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)科學(xué)化控制，確保鑄件質(zhì)量，縮短試制周期，降低鑄件成本，加速產(chǎn)品更新?lián)Q代，對(duì)于促進(jìn)傳統(tǒng)工業(yè)的技術(shù)改造具有重要的現(xiàn)實(shí)意義2-40近年來(lái)，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，鑄造工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD,鑄件凝固過程數(shù)值模擬CA

7、E等多項(xiàng)技術(shù)已大量應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際。以工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家為例，目前已有1520%的鑄造企業(yè)在生產(chǎn)采用凝固模擬分析技術(shù)，精確地預(yù)測(cè)缺陷以及改進(jìn)鑄件的出品率。工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家制定的下一代制造(NGM)計(jì)劃所提出的十項(xiàng)關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)中就包括建模與仿真2-4o為此，鑄造工藝CAD和數(shù)值模擬以及相應(yīng)的基礎(chǔ)理論理所當(dāng)然地成為鑄造學(xué)科研究中的前沿課題。盡管鑄造過程模擬的應(yīng)用已經(jīng)有幾十年的歷史，但是直到20世紀(jì)80年代，才開始實(shí)現(xiàn)模擬軟件、計(jì)算機(jī)硬件和人力資源的完美結(jié)合，工業(yè)上以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的模擬才開始普遍應(yīng)用。目前，計(jì)算機(jī)模擬已發(fā)展為鑄造過程最具潛力的模擬預(yù)測(cè)工具，并在某些方面已經(jīng)進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用階段，成為鑄造行業(yè)發(fā)展不可

8、缺少的環(huán)節(jié)。2計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于鑄造過程模擬的發(fā)展最早用于鑄造過程模擬的是美國(guó)哥倫比亞大學(xué)的“HeatandMassFlowAnalyzer分析單元，基于此分析單元VictorPaschkis于1944年在砂模上做了熱傳導(dǎo)分析洪很多研究成果發(fā)表在AFS公報(bào)上。1954年,Sarjant和Slack計(jì)算了鑄鐵塊內(nèi)部溫度分布，并使用數(shù)值方法計(jì)算了瞬時(shí)二維熱流模型。1962年丹麥的Fursund研究熱在砂模中傳導(dǎo)對(duì)鋼鑄件表面影響的論文是鑄造行業(yè)首次發(fā)表計(jì)算機(jī)模擬的文獻(xiàn)5。1959年GeneralElectric(GE)公司的Campbell、VillenWeider等研究了應(yīng)用有限差分法（FDM）模擬

9、生產(chǎn)大型厚鑄件制品，在1965年發(fā)展了可預(yù)測(cè)的凝固模型。但FDM法無(wú)法追蹤金屬充型時(shí)的自由表面，所以在20世紀(jì)80年代早期，一種被稱為流動(dòng)體積法（VolumeofFlow;VOF）由Hirt和Nicholas引入，把流動(dòng)體積函數(shù)作為主要參數(shù)，用來(lái)追蹤流動(dòng)自由表面6。有限元法（FEM）最初是用來(lái)解決結(jié)構(gòu)復(fù)雜應(yīng)力分析問題的，但在20世紀(jì)60年代,有人開始應(yīng)用FEM法解決穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)熱傳導(dǎo)問題。其中AFS傳熱委員會(huì)發(fā)起并提出了鼓勵(lì)更深入開展此項(xiàng)研究的計(jì)劃，密歇根大學(xué)的研究人員發(fā)表了一些重要的文獻(xiàn);RoberPehlke和JamesWilkes模擬了砂型鑄造過程，澆注了包括碳鋼、鋁和含鉛的黃銅合金等各種

10、材料，結(jié)果表明,FDM法很大程度上受澆注介質(zhì)熱物理參數(shù)的影響5。1973年挪威的VictorDavies等人在澆注鋁制品時(shí)，將FDM法應(yīng)用于砂型鑄造、金屬型鑄造和低壓鑄造。1974年LosAlamos科學(xué)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了計(jì)算機(jī)生成的顏色移動(dòng)圖片技術(shù)，這種技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)的縮微膠卷拍攝裝置，通過對(duì)一系列光過濾器設(shè)置的控制程序，利用11種復(fù)合顏色描述不同溫度范圍，最終產(chǎn)生條狀或斑點(diǎn)狀圖像，實(shí)現(xiàn)了凝固模擬技術(shù)鑄型剖面的可視化。從20世紀(jì)70年代到80年代，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高，建立了更多的模擬過程與計(jì)算模型，這些模型可進(jìn)行充型模擬，預(yù)測(cè)澆注溫度變化、模擬液體流動(dòng)方式以及預(yù)測(cè)這些因素對(duì)鑄件質(zhì)量的影響。80年代

11、早期瞬時(shí)充型的假設(shè)得到一定的應(yīng)用,80年代后期，充型模擬快速發(fā)展，這使得鑄造廠能有效利用澆注系統(tǒng)消除由流動(dòng)引起的鑄造缺陷，對(duì)凝固和補(bǔ)縮能產(chǎn)生一個(gè)最佳的溫度分布，提高了鑄件質(zhì)量和產(chǎn)率。90年代后期，發(fā)展了微結(jié)構(gòu)模擬，它除了對(duì)冶金學(xué)有更深意義的影響外，還能預(yù)測(cè)和控制鑄件的機(jī)械性能。此后不久，人們通過對(duì)流和擴(kuò)散模擬認(rèn)識(shí)了熔融金屬液體在生長(zhǎng)的枝晶臂間流動(dòng)的過程7。90年代后期，對(duì)應(yīng)力和變形的模擬研究，更有利于控制鑄件的扭曲變形，減少殘余應(yīng)力，最大程度地消除熱裂紋和裂縫，減少模具變形提高了模具的使用壽命。3鑄造工藝CAD的發(fā)展與應(yīng)用狀況鑄件成形過程的影響因素繁多，且同一鑄件可同時(shí)有多種不同的工藝方案。所

12、以，一個(gè)鑄件的成熟工藝不僅需要有一定的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，且往往需要反復(fù)試驗(yàn)才能確定8。鑄造工藝CAD是指從零件圖輸入到鑄件工藝圖輸出之間應(yīng)完成的全部工藝設(shè)計(jì)工作。主要包括鑄件的分型面、加工余量、拔模斜度、芯頭、澆注系統(tǒng)、冒口及各種工藝符號(hào)的設(shè)計(jì)。澆冒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是其中的關(guān)鍵，并隨金屬材料的凝固特性而異。止匕外，鑄造工裝部分的CAD主要包括模樣設(shè)計(jì)、模板設(shè)計(jì)、芯盒設(shè)計(jì)和砂箱設(shè)計(jì)。在各種設(shè)計(jì)生成的圖形中關(guān)鍵是上下模板的裝配圖和芯盒圖，因?yàn)樗藢?duì)所有模樣的加工、裝配信息，同時(shí)提出了設(shè)計(jì)砂箱的相關(guān)要9-11。目前，國(guó)內(nèi)外研制開發(fā)的鑄造工藝CAD系統(tǒng)，概括起來(lái)可以分為通用和專用兩類10-11。通用鑄造CAD系

13、統(tǒng)主要用于普通砂型鑄造工藝的設(shè)計(jì)，分為鑄鋼、灰鑄鐵、球鐵及有色等種類，其功能包括澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)，分型面、起模斜度、加工余量的確定，尺寸標(biāo)注，以及工藝圖及工藝卡的輸出；專用鑄造CAD系統(tǒng)主要用于某些特定范圍和特定目的的鑄造工藝設(shè)計(jì)，如壓鑄型CAD、齒輪類CAD,閥體類CAD、曲軸類CAD等。鑄造工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序的功能主要表現(xiàn)在以下幾方面：(1)鑄件的幾何、物理量計(jì)算，包括鑄件體積、表面積、重量及熱模數(shù)的計(jì)算；(2)補(bǔ)縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括冒口的設(shè)計(jì)和計(jì)算、冷鐵設(shè)計(jì)計(jì)算和設(shè)計(jì)合理的補(bǔ)縮通道；(3)澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算，包括選擇澆注系統(tǒng)的類型和各部分截面積計(jì)算；(4)繪圖，包括鑄件圖

14、、鑄造工藝圖、鑄造工藝卡等圖形的繪制和輸出。在鑄造工藝CAD中，較多的是采用AutoCAD軟件(2D)作為圖形處理的支撐軟件(國(guó)內(nèi)已有很多在其基礎(chǔ)上二次開發(fā)的軟件)完成鑄件圖、鑄造工藝卡等圖形處理功能。目前，隨著三維造型理論和實(shí)用化技術(shù)的日趨成熟，基于三維的鑄造工藝CAD系統(tǒng)具有許多二維系統(tǒng)無(wú)法比擬的優(yōu)越性，如幾何信息的完整性，易于與鑄造工藝CAE系統(tǒng)、鑄造工藝CAD/CAM系統(tǒng)銜接，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，設(shè)計(jì)結(jié)果直觀，可方便地生成二維工藝圖樣等，必將成為鑄造工藝CAD系統(tǒng)的主流。如今的三維軟件既有大型軟件，如UG、Pro/Engineer、CATIA,也有中檔軟件，如SolidEdge、Solid

15、Work、MDT等以及其它低檔的一些軟件11。國(guó)內(nèi)外在鑄造工藝CAD方面的較實(shí)用的軟件主要有：美國(guó)鑄協(xié)(AFS)的AFS-software軟件，可用于鑄鋼鑄鐵的澆冒口設(shè)計(jì)；英國(guó)Foseco公司的FEEDERCALC軟件可計(jì)算鑄鋼件的澆冒口尺寸，補(bǔ)縮距離及選擇保溫冒口套等；丹麥DISA公司的DISAMATIC軟件專用垂直分型生產(chǎn)線的澆冒口設(shè)計(jì)；清華大學(xué)研制開發(fā)的FTCAD軟件與鑄造工藝輔助設(shè)計(jì)集成軟件CASTCAD,分別適用于球鐵澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)和鋁合金、鑄件和鑄鋼生產(chǎn)；華北工學(xué)院開發(fā)的鑄鋼件集成軟件提出了改進(jìn)RUDDLE三次方法設(shè)計(jì)冒口且實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)9。這類軟件已在鑄造生產(chǎn)中得到較好的應(yīng)用，

16、產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟(jì)效果，可將設(shè)計(jì)人員從大量的重復(fù)性勞動(dòng)中解放出來(lái)在保證產(chǎn)品品質(zhì)的同時(shí)也為產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造和管理一體化提供方便網(wǎng)。4鑄造充型凝固模擬發(fā)展4.1 鑄造凝固過程模擬鑄件凝固過程是鑄造生產(chǎn)中最重要的過程之一，大部分鑄造縮孔、縮松及裂紋等缺陷均產(chǎn)生于這一過程120鑄件的凝固過程數(shù)值模擬技術(shù)主要包括鑄件及其工藝的幾何造型、三維傳熱數(shù)值計(jì)算技術(shù)和缺陷判據(jù)這三部分2-3,并可對(duì)凝固過程中出現(xiàn)的缺陷進(jìn)行預(yù)測(cè)，評(píng)判鑄造工藝設(shè)計(jì)的合理性，以減少工藝實(shí)驗(yàn)的次數(shù)，降低工藝設(shè)計(jì)成本，提高工藝出品率和合格率。根據(jù)美國(guó)科學(xué)研究院工程技術(shù)委員會(huì)的測(cè)算模擬仿真可提高產(chǎn)品質(zhì)量515倍、增加材料出品率25%、降低工程技術(shù)

17、成本1330%、降低人工成本520%、增加投入設(shè)備利用率3060%,縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)和試制周期3060%等4。通過凝固過程數(shù)值模擬可以實(shí)現(xiàn)下述目的：(1)預(yù)知凝固時(shí)間以便預(yù)測(cè)生產(chǎn)率；(2)預(yù)知開箱時(shí)間；(3)預(yù)測(cè)縮孔和綿松；(4)預(yù)知鑄型的表面溫度以及內(nèi)部的溫度分布，以便預(yù)測(cè)金屬型表面熔接情況，方便金屬型設(shè)計(jì)；(5)控制凝固條件；(6)為預(yù)測(cè)鑄應(yīng)力，微觀及宏觀偏析，鑄件性能等提供必要的依據(jù)和分析計(jì)算的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。鑄件凝固過程數(shù)值模擬開始于60年代2-3,13-15,丹麥FORSUND把有限差分法第一次用于鑄件凝固過程的傳熱計(jì)算，之后美國(guó)HENZEL和KEUERIAN應(yīng)用瞬態(tài)傳熱通用程序?qū)ζ啓C(jī)內(nèi)缸體

18、鑄件進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得出了溫度場(chǎng)，計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相當(dāng)接近。這些嘗試的成功，使研究者認(rèn)識(shí)到用計(jì)算數(shù)值模擬技術(shù)研究鑄件的凝固過程具有巨大的潛力和廣闊的前景。經(jīng)過了30多年的研究，無(wú)論在數(shù)學(xué)模型，還是在數(shù)值方法上都已趨于成熟。隨著三維幾何造型技術(shù)CAD的發(fā)展，凝固模擬技術(shù)在以下三個(gè)方面取得了重要的進(jìn)步2-3,即：（1）能處理三維復(fù)雜形狀；（2）軟硬件費(fèi)用工廠能夠承受；（3）用戶界面友好。進(jìn)入20世紀(jì)80年代，凝固過程模擬已形成世界范圍內(nèi)的熱潮。目前，國(guó)內(nèi)外已將凝固模擬技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室科學(xué)研究發(fā)展到工廠實(shí)用階段，可以做到以鑄造凝周理論為指導(dǎo)，以計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬為手段，研究、控制凝固及預(yù)測(cè)鑄件縮孔、縮松及裂

19、紋等缺陷，預(yù)測(cè)鑄件的微觀組織并推測(cè)鑄件的機(jī)械性能，從而達(dá)到優(yōu)化工藝方案，控制及確保鑄件質(zhì)量，縮短試制周期，降低生產(chǎn)成本，最終實(shí)現(xiàn)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)速發(fā)展，相繼成功開發(fā)一系列專用的鑄造凝周模擬軟件2-3,13-18,比較出名的有：德國(guó)Magma公司的MAGMASOFT軟件、英國(guó)的PHOENICS和英國(guó)Foseco公司的Solstar、法國(guó)AP公司的SIMULOR、日本小松制作所的Soldia和日立制作所的S-CAST、澳大利亞CISRO公司的CASTHERM、美國(guó)流體科學(xué)公司的FLOW3D和美國(guó)UES公司的Procast清華大學(xué)研究開發(fā)的鑄造之星FT-STAR三維鑄件充型凝固

20、過程數(shù)值模擬分析系統(tǒng)、華中科技大學(xué)的華鑄CAE等。模擬技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于鑄件的日常生產(chǎn)之中，在分析鑄造缺陷、預(yù)測(cè)鑄件質(zhì)量、優(yōu)化鑄造工藝方面發(fā)揮著重要的作用404.2 充型過程的數(shù)值模擬鑄造充型流動(dòng)過程對(duì)鑄件的最終質(zhì)量有著重要的影響，平穩(wěn)的充型流動(dòng)過程，合理的充型順序是獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的必要條件，是鑄件形成過程的重要環(huán)節(jié)150充型過程數(shù)值模擬一方面可分析金屬液在澆冒口系統(tǒng)和型腔中的流動(dòng)狀態(tài)，優(yōu)化澆冒口設(shè)計(jì)并仿真澆道中的吸氣，以消除流股分離和避免氧化，減輕金屬液對(duì)鑄型的侵蝕和沖擊；另一方面，分析充型過程中金屬液及鑄型溫度變化，預(yù)測(cè)冷隔和澆不足等鑄造缺陷。以上結(jié)果可用于優(yōu)化澆冒系統(tǒng)設(shè)計(jì)，預(yù)測(cè)冷隔和澆不足

21、等缺陷，同時(shí)為后續(xù)的凝固過程模擬分析提供初始溫度場(chǎng)條件。這對(duì)特大鑄件、壓鑄、薄壁件及金屬型鑄造尤其重要2-30充型過程的數(shù)值模擬始于80年代初19-22,臺(tái)灣省學(xué)者黃文星在美國(guó)匹茲堡大學(xué)與R.A.Stoehr教授一起首先將流體力學(xué)的研究成果用于解決鑄造充型問題，開辟了充型過程研究的新領(lǐng)域。接著，P.VDesai、王君卿及H.J.Lin等相繼取得了進(jìn)展。但此時(shí)的充型過程數(shù)值模擬基本上僅限于二維問題。1989年，H.J.Lin和黃文星一起開發(fā)出了三維數(shù)值模擬計(jì)算模型，把MAC和SOLA結(jié)合在一起研究三維流動(dòng)問題網(wǎng)。由于充型過程數(shù)值模擬計(jì)算涉及的控制方程多且復(fù)雜，需要對(duì)連續(xù)性方程、動(dòng)量方程和能量方程

22、聯(lián)立求解，并要進(jìn)行速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)的反復(fù)迭代，計(jì)算量大且結(jié)果不易收斂，對(duì)自由表面邊界問題需要特殊處理，且由于鑄型是不透明的，鑄件的澆注過程又是在高溫下進(jìn)行，要對(duì)鑄造充型過程進(jìn)行直接觀察和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的代價(jià)十分昂貴，這一系列問題，致使充型過程數(shù)值模擬的難度很大14-15。液態(tài)金屬的充型過程可認(rèn)為是不可壓縮的牛頓流體的非穩(wěn)定流動(dòng)過程，這是該過程基本數(shù)學(xué)模型的理論求解基礎(chǔ)。目前，鑄造充型過程數(shù)值模擬技術(shù)的求解方法主要有三種方法3:(1)SIMPLE法，即壓力連接方程半隱式方法(Semi-ImplicitMethodforPressureLinkedEquation)；2 SMAC法，即簡(jiǎn)化標(biāo)示粒子法(

23、SimplfiedMarkerandCell);3 SOLA-VOF法，即解法(SolutionAlgorithm)及體積函數(shù)法(VolumeofFluid)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)已經(jīng)開發(fā)了以流場(chǎng)模擬的實(shí)用化為目標(biāo)相應(yīng)的商品軟件2-3,13-22,如德國(guó)的MAGMASOFT、美國(guó)的PROCAST、FLOW3D、清華大學(xué)的FT-STAR、華中科技大學(xué)的華鑄CAE等，不僅能夠有效地預(yù)測(cè)鑄件縮孔類缺陷，其準(zhǔn)確性基本上達(dá)到了定量的程度，為鑄造工藝的設(shè)計(jì)提供可靠的理論基礎(chǔ)和實(shí)用參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)鑄造工藝的設(shè)計(jì)從經(jīng)驗(yàn)化走向科學(xué)化。5結(jié)語(yǔ)鑄造過程數(shù)值模擬技術(shù)可為提高傳統(tǒng)鑄造行業(yè)的產(chǎn)品品質(zhì)、企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提供強(qiáng)有力的工具，國(guó)內(nèi)采用

24、數(shù)值模擬技術(shù)的鑄造廠家為數(shù)不多，而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家采用這一技術(shù)的企業(yè)高達(dá)50%。隨著世界經(jīng)濟(jì)的一體化以及中國(guó)加入WTO,鑄造過程的數(shù)值模擬技術(shù)將顯得日益重要4。從目前CAD技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì)可見，鑄造工藝CAD和凝固過程的數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展比以往任何時(shí)候都快，隨之而來(lái)的必然是系統(tǒng)的集成網(wǎng)。首先是鑄造工藝CAD與鑄造工藝CAE的集成、鑄造工裝CAD與CAM的集成，其次是鑄造工藝CAD、CAE、CAM集成，最后是產(chǎn)品設(shè)計(jì)與鑄造工藝CAD的集成，即鑄造工藝幾何模擬23。即只要將鑄件圖樣、鑄型材料、鑄造合金熱物性參數(shù)、凝固特性及數(shù)學(xué)模型輸入計(jì)算機(jī)，就可以計(jì)算出合理的澆冒口系統(tǒng)，對(duì)設(shè)計(jì)的工藝進(jìn)行計(jì)算機(jī)試澆注

25、，模擬鑄件的凝固過程，預(yù)測(cè)凝固缺陷、微觀組織、殘余應(yīng)力。另外通過將專家系統(tǒng)與鑄造工藝CAD/CAM、鑄件凝固模擬技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)相結(jié)合，并行發(fā)展且相輔相成，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)又提出鑄造CAE在并行工程中的集成2-4,24。并行工程(CE)是產(chǎn)品與工藝過程(包括成形與加工制造和相關(guān)的輔助環(huán)節(jié))集成設(shè)計(jì)的系統(tǒng)方法。它的特點(diǎn)是多學(xué)科的協(xié)同工作，重點(diǎn)是以并行設(shè)計(jì)為主。以新產(chǎn)品開發(fā)與鑄件形成過程數(shù)值模擬為核心的鑄造CAE相結(jié)合，可以優(yōu)化鑄造工藝過程，確保鑄件品質(zhì)，提升鑄造企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。另一方面，網(wǎng)絡(luò)Internet技術(shù)已經(jīng)深入到傳統(tǒng)制造業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)化凝固過程模擬分析系統(tǒng)的開發(fā)將為工藝過程模擬

26、仿真技術(shù)應(yīng)用開辟新的途徑。使得利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供在線數(shù)值模擬仿真技術(shù)服務(wù)，為中小型鑄造企業(yè)提供專業(yè)化的技術(shù)支持成為可能。還可通過Internet技術(shù)使得各個(gè)鑄造專家系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源共享，多專家協(xié)同工作與診斷。與智能制造、虛擬工廠、網(wǎng)絡(luò)制造集成，鑄造等材料成形加工過程模擬仿真將成為制造業(yè)新產(chǎn)品過程設(shè)計(jì)的非常有效的工具。參看文獻(xiàn)1黃衛(wèi)東，王猛，凝固過程數(shù)值模擬的研究進(jìn)展和發(fā)展趨勢(shì)，科學(xué)通報(bào)，2014年第59卷，第10期：845853.2柳百成，荊濤等.鑄造過程的模擬仿真與質(zhì)量控制M,北京:機(jī)械工程出版社，2001年.3荊濤.凝固過程數(shù)值模擬.M電子工業(yè)出版社，2002年.4柳百成.面向21世紀(jì)的鑄造技

27、術(shù)J.特種鑄造及有色合金，2000年第6期:11-13.5 BASTIANKM.ALookBackatthe20thCenturyCastingProcessSimulationJ.ModernCasting,2000(12):43-45.6 HIRTCW,NICHOLSBD.VolumeofFluidMethodfortheDynamicsofFreeBoundariesJ.CompPhys,1981,39:201-225.7 AL-RAWAHJIN,TRYGGVASONG.NumericalSimulationofDendriticSolidificationwithConvection:Three-dimensionalFlowJ.JournalofComputationalPhysics,2004,194:677-696.8王云愛，許慶彥，柳百成.CAD技術(shù)在鑄造過程中的研究與應(yīng)用J.機(jī)械工藝師2001.6:13-15.9沈丙振，周進(jìn)，許慶彥柳百成等.基于AutoCAD的鑄鐵件鑄造工藝CAD的開發(fā)J.