計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計上的應(yīng)用分析

李耀宗劉淑清

（1.七一一研究所，上海 201108；2.上海凱士比泵有限公司，上海 200245）

計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計上的應(yīng)用分析

李耀宗1劉淑清2

（1.七一一研究所，上海 201108；2.上海凱士比泵有限公司，上海 200245）

目前情況來看，我國在當(dāng)今的世界上是一個鑄件產(chǎn)量大國，其總產(chǎn)量已經(jīng)超過了1700萬噸，居于世界首位。但并不是鑄造技術(shù)強(qiáng)國?？傮w來說我國的鑄造工藝水平還是相對落后。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷發(fā)展，我國為了可以更好的適應(yīng)這個形勢必須要對鑄造行業(yè)進(jìn)行有效的改革。本文就是對計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)的在鑄造工藝設(shè)計上的應(yīng)用進(jìn)行分析，并且提出相關(guān)的意見和應(yīng)用對策。

計算機(jī)仿真 試驗設(shè)計技術(shù) 鑄造工藝 應(yīng)用

計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)的在鑄造工藝設(shè)計上的應(yīng)用已經(jīng)成為了大勢所趨，是鑄造行業(yè)方面的前沿領(lǐng)域，是對傳統(tǒng)的鑄造行業(yè)進(jìn)行改革的必經(jīng)之路。在鑄造工藝設(shè)計方面有效的進(jìn)行計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)可以在很大程度上幫助相關(guān)工作人員在進(jìn)行鑄造工藝這一階段對鑄件中可能出現(xiàn)的各種缺陷進(jìn)行校準(zhǔn)。讓鑄造工藝設(shè)計方案得到最優(yōu)化處理，從而有效的提升并確保鑄件的質(zhì)量，提高鑄造行業(yè)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。因此對計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)的在鑄造工藝設(shè)計上的應(yīng)用分析便尤為重要了。

1　國內(nèi)外現(xiàn)狀

1.1國外現(xiàn)狀

隨著信息化領(lǐng)域和計算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域科技的不斷發(fā)展，國際上在鑄造工程方面的領(lǐng)域也在不斷的進(jìn)步當(dāng)中。國內(nèi)外對于鑄造工藝仿真設(shè)計方面的應(yīng)用以及研究也開始逐漸的關(guān)注和重視。在目前世界上比較發(fā)達(dá)的工業(yè)國當(dāng)中，比如德國、日本以及美國等，近些年，這些國家已經(jīng)將計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)開始應(yīng)用到鑄造工藝的實際科研以及生產(chǎn)實踐當(dāng)中，從而有效的降低了產(chǎn)品的研發(fā)實踐，對產(chǎn)品的生產(chǎn)成本進(jìn)行大幅度的降低，為該國家的企業(yè)聽了顯著的經(jīng)濟(jì)利益。

1.2國內(nèi)現(xiàn)狀

雖然我國在對待鑄件方面的研究也是非常的重視，但是從目前的情況來看我國去沒有從真正的意義上形成一家真正實現(xiàn)鑄造工藝仿真設(shè)計的應(yīng)用的公司。從而使得這項先進(jìn)的技術(shù)沒有還不能有效的滿足于我國國內(nèi)市場的要求。為了可以更好的滿足于現(xiàn)在市場的要求，就必須有效的解決這種應(yīng)用方面的之后性。

通過分析和調(diào)查，現(xiàn)階段我國國內(nèi)上擁有各種鑄造模擬技術(shù)的軟件用戶超過300家，這里包括：Anycasting、Magma、ProCAST等，但是一些客戶在購買軟件后就沒有長期的使用，據(jù)調(diào)查長期使用軟件的客戶不超過最初購買軟件客戶的32%，真正讓軟件體現(xiàn)出效益的客戶不足50家，從而致使軟件的效果得不到完全的體現(xiàn)。現(xiàn)階段可以將這項應(yīng)用進(jìn)行廣泛的應(yīng)用并且形成顯著經(jīng)濟(jì)效益的企業(yè)差不多還沒有。

造成我國計算機(jī)仿真技術(shù)不能進(jìn)行良好運(yùn)用的主要原因：（1）生產(chǎn)環(huán)境的客觀條件、鑄件質(zhì)量的問題和不同仿真軟件的模塊這幾點(diǎn)的功能特性的認(rèn)知度不足，從而導(dǎo)致客戶出現(xiàn)軟件購買不合理的現(xiàn)象。（2）單一軟件的數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)不完整，有的數(shù)據(jù)庫甚至是出現(xiàn)數(shù)據(jù)缺失的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致軟件的實際生產(chǎn)能力不能滿足客戶生產(chǎn)的需求。（3）產(chǎn)品設(shè)計人員在使用計算機(jī)仿真技術(shù)制作工藝方案時，缺乏一定的制作經(jīng)驗，不能完全掌握計算機(jī)仿真技術(shù)的優(yōu)勢和工作特點(diǎn)，加上技術(shù)人員缺乏專業(yè)的技術(shù)支持和一定的實踐經(jīng)驗，最終導(dǎo)致工藝方案的實際設(shè)計水平較低。（4）在進(jìn)行正式生產(chǎn)之前沒有指定出相應(yīng)的技術(shù)和生產(chǎn)管理方案和實體的文件，從而導(dǎo)致生產(chǎn)崗位的生產(chǎn)參數(shù)和鑄造仿真工藝所設(shè)置的參數(shù)出現(xiàn)差異，并且還讓仿真數(shù)據(jù)的最終參數(shù)出現(xiàn)錯誤，讓其無法成為產(chǎn)品生產(chǎn)的支撐點(diǎn)。（5）所購買的仿真軟件無法為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)利益，多數(shù)客戶認(rèn)為這些仿真軟件的價格過高。

2　現(xiàn)階段計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計上的應(yīng)用分析

目前計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計上的應(yīng)用主要分為以下幾種：砂型鑄造驗證工藝、消失模鑄造驗證工藝、壓力鑄造驗證工藝、熔模鑄造驗證工藝、離心鑄造驗證工藝、金屬型鑄造驗證工藝。下面我們就以砂型鑄造工藝仿真設(shè)計為例進(jìn)行有效的分析。

砂型鑄造工藝仿真設(shè)計。在進(jìn)行砂型鑄造工藝仿真設(shè)計的時候使用ProCAST2015的時候有著以下幾點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）在軟件上有著有限元的網(wǎng)格劃分，這就在一定程度上導(dǎo)致其不容易失真，模擬精確度較高，特別是在應(yīng)力分析上面。（2）擁有的熱動力數(shù)據(jù)庫，這樣就可以有效的根據(jù)材料的成分計算出其熱物性以及應(yīng)力模型。（3）ProCAST這個軟件是唯一一個可以有效實現(xiàn)溫度—流動—應(yīng)力耦合的仿真軟件。（4）后期處理操作十分的方便，對其變量進(jìn)行有效的分析可以獲得鑄件上每一點(diǎn)的值。

缺陷：（1）在軟件的使用上，網(wǎng)格操作的劃分十分復(fù)雜，并且非常容易出錯，需要和其他的軟件進(jìn)行合作使用。（2）在使用軟件進(jìn)行模擬的時候，模擬花費(fèi)時間較長。（3）在材料數(shù)據(jù)庫中由于材料使用了多個國家的編號，比如：美國、歐盟以及德國等，這就在一定程度上使得編號十分容易出現(xiàn)混亂。

3　現(xiàn)階段計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計上的意見和對策

3.1優(yōu)化鑄造工藝形體的構(gòu)架

鑄造工藝形體構(gòu)架主要是指系統(tǒng)冒口各系統(tǒng)單元組在空間位置的擺放與單元系統(tǒng)之間的組合方式，其形式可以分為兩類，即：（1）澆筑系統(tǒng)；（2）冒口系統(tǒng)。澆口杯、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道是建筑系統(tǒng)中最為主要的結(jié)構(gòu)；冒口系統(tǒng)就包括了冒口和冷鐵。

優(yōu)化澆造工藝形體的構(gòu)架通常情況下使用正交實驗的設(shè)計方式，根據(jù)無缺陷實驗指標(biāo)的實際情況，選擇澆筑系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)中的單元組件作為實驗的基礎(chǔ)要素，設(shè)計實驗的方案，最終得到最優(yōu)化的工藝形體構(gòu)架。

3.2系統(tǒng)工藝方法以及其余參數(shù)的設(shè)置優(yōu)化

系統(tǒng)的工藝方以及技術(shù)的參數(shù)準(zhǔn)確性的好壞將會直接影響到工藝仿真設(shè)計、工藝形體架構(gòu)以及最終產(chǎn)品的質(zhì)量，如果通過系統(tǒng)工藝或其他方式對其進(jìn)行優(yōu)化，那么將提系統(tǒng)各個方面的指標(biāo)。

4　結(jié)語

本文就是將計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計上的應(yīng)用進(jìn)行有效的分析，分析我國計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)和國外計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)之間的差距，并且根據(jù)我國現(xiàn)階段計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計上存在的問題提出相應(yīng)的解決措施。并且將傳統(tǒng)的仿真技術(shù)工藝和計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)進(jìn)行有效的研究和分析，提出計算機(jī)仿真和試驗設(shè)計技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計上存在的優(yōu)勢。

［1］徐岳.基于CAD/CAE/CAM技術(shù)的砂型鑄造工藝研發(fā)［D］.河北工程大學(xué)，2014.

［2］陳艷惠.基于HZCAE的熔模鑄造工藝優(yōu)化研究［D］.沈陽大學(xué)，2014.

［3］馬玉樂.計算機(jī)仿真技術(shù)在消失模鑄造工藝設(shè)計中的應(yīng)用［D］.安徽工程大學(xué)，2012.