計(jì)算機(jī)模擬在鑄造領(lǐng)域中的應(yīng)用

魏國(guó)倫

摘 要：鑄件的形成是一個(gè)動(dòng)態(tài)、高溫、瞬時(shí)的變化，無(wú)法利用肉眼直接進(jìn)行觀察，隨著技術(shù)水平的提升，計(jì)算機(jī)模擬開(kāi)始逐漸應(yīng)用在鑄造領(lǐng)域中，促進(jìn)了鑄造領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)應(yīng)用在鑄造領(lǐng)域中有效提升了制造行業(yè)的成功率。本文主要就這一技術(shù)的應(yīng)用展開(kāi)分析。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)模擬；鑄造領(lǐng)域；應(yīng)用

鑄件的鑄造是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，鑄件形成需要高溫的環(huán)境，且變化快，很難觀察。并且對(duì)于鑄件的鑄造我們?nèi)鄙偾袑?shí)可行的理論依據(jù)，只能通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行鑄件的設(shè)計(jì)。在鑄造領(lǐng)域，大型鑄件的制造一向是重大機(jī)電設(shè)備的研制的難點(diǎn)，而大型鑄件制造的關(guān)鍵技術(shù)就是熱加工。由于大型鑄件體積龐大，生產(chǎn)批量小，生產(chǎn)周期還非常長(zhǎng)，這就造成其生產(chǎn)成本非常高，這些大型鑄件在冶金、礦山等行業(yè)的需求較大，所以我們對(duì)于這些鑄件的生產(chǎn)要求一次成功，盡量避免報(bào)廢造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。但是傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)主要依靠傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，沒(méi)有科學(xué)的、準(zhǔn)確的理論依據(jù)，所以在生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常生產(chǎn)出不合格的產(chǎn)品，或者報(bào)廢或者帶傷運(yùn)行。

隨著科技的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)技術(shù)逐漸形成，對(duì)于鑄件理論的深化也起到了一定的推動(dòng)作用，利用數(shù)值模擬以及物理模擬，可以幫助人們看到模擬逐漸的整個(gè)過(guò)程，這就為大型鑄件的建造技術(shù)的提高起到了重要作用。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)有效降低了大型鑄件的失敗機(jī)率，為鑄造技術(shù)的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)。

一、鑄造工藝分析軟件集成系統(tǒng)

對(duì)于石油鉆機(jī)、修井機(jī)上的一些比較重要的鑄件，要求它們的安全性和使用性都非常好，這樣單純利用傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)型制造技術(shù)就很難做到，這就造成不合格產(chǎn)品產(chǎn)生量多。目前，我國(guó)應(yīng)用最多的是華鑄CAE/inteCAST鑄造工藝分析軟件，該種軟件在數(shù)據(jù)分析上與鑄造工藝的優(yōu)化上有著突出的優(yōu)勢(shì)，可以模擬凝固過(guò)程與鑄件填充過(guò)程的各類(lèi)數(shù)據(jù)，分析鑄件制造工藝的精確性，還可以預(yù)測(cè)出鑄件的缺陷情況，對(duì)于加工工藝的改良，鑄件質(zhì)量的提高，廢品率的降低都有著明顯的作用。這樣就有效降低了生產(chǎn)的成本，也減少了建筑經(jīng)驗(yàn)對(duì)工作人員的影響，對(duì)保持工藝設(shè)計(jì)水平的穩(wěn)定性也有很好的作用。

二、YG225鉤體的模擬

在石油鉆機(jī)和修井機(jī)提升技術(shù)上，一項(xiàng)重要的加工工藝就是對(duì)鉤體的制造工藝。這種鉤體制造材料重達(dá)一千多千克，需要能夠承擔(dān)的拉力能達(dá)到2000kn，并且這些拉力主要作用在了主鉤和副鉤之上，所以這就對(duì)主鉤和副鉤的要求較高，不允許有縮孔和氣孔等缺陷的存在。鉤體的形狀比較復(fù)雜，曲面比較多，鉤體各部件的厚薄也不均勻，所以在加工過(guò)程中如果單憑設(shè)計(jì)者的經(jīng)驗(yàn)很難做出合格的產(chǎn)品。目前，多個(gè)企業(yè)都開(kāi)始應(yīng)用華鑄CAE/inteCAST凝固模擬分析系統(tǒng)對(duì)鑄件的各類(lèi)情況進(jìn)行模擬，有效提升了鑄件制造的成功率。

YG225大鉤計(jì)算機(jī)模擬分析步驟可以分為以下幾步：

1）三維實(shí)體造型。利用計(jì)算機(jī)軟件對(duì)構(gòu)件進(jìn)行分析、模擬，利用三維實(shí)體進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，并將PT格式轉(zhuǎn)化為STL格式。

2）選擇合適的網(wǎng)絡(luò)。利用軟件的網(wǎng)格對(duì)鑄件進(jìn)行自動(dòng)的剖析，得到需要的離散數(shù)據(jù)。

3）耦合計(jì)算。利用計(jì)算機(jī)對(duì)鑄件建造環(huán)境進(jìn)行耦合計(jì)算，把它的流動(dòng)場(chǎng)合溫度場(chǎng)都精確計(jì)算，進(jìn)而計(jì)算出鑄件繼續(xù)進(jìn)行凝固的過(guò)程的溫度場(chǎng)計(jì)算，得到科學(xué)合理的數(shù)據(jù)。利用這些數(shù)據(jù)做成可視的圖形圖像、曲線和過(guò)程圖畫(huà)，為工作人員提供直觀的經(jīng)驗(yàn)為他們進(jìn)行工藝決策和工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)。

4）做可視動(dòng)畫(huà)。利用計(jì)算機(jī)模擬處理程序，把鑄件的制造過(guò)程做成可視動(dòng)畫(huà)，幫助工人判斷各種鑄造缺陷的具體位置和數(shù)量，也幫助工人尋找出更為科學(xué)合理的加工工藝來(lái)消除這些缺陷，或者把這些缺陷轉(zhuǎn)移到受力小的部位。

5）新工藝方案。在大型鑄件鑄造過(guò)程中，主要的缺陷集中在了兩個(gè)區(qū)域，因此澆注系統(tǒng)和冒口的大小及位置保持不變。需要采取的措施就是要把副鉤上部的冷鐵去掉，把補(bǔ)縮通道進(jìn)行暢通處理，為了加快末梢的凝固速度可以把圓筒段部下面放置隨形冷鐵。在主鉤的根部進(jìn)行冷鐵處理，在冒口的兩側(cè)和主鉤都形成順序凝固，補(bǔ)縮通道暢通。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬系統(tǒng)我們可知，主鉤位置縮松面積較小，可以提升逐漸關(guān)鍵位置組織的致密性，雖然還存在一定的弊病，但是與傳統(tǒng)的工藝相比而言，數(shù)量大大減小，且體積小，分布分散，也能夠滿足使用者的需求。

三、結(jié)語(yǔ)

總之，將計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)應(yīng)用在鑄件制造領(lǐng)域中，可以預(yù)測(cè)出各類(lèi)缺陷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)鑄造中可能存在的問(wèn)題，幫助技術(shù)人員優(yōu)化現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝，制定出最優(yōu)的解決方案，提高生產(chǎn)質(zhì)量，降低次品的產(chǎn)生率，從而有效節(jié)省成本。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉寒龍，李日，吳翠姑，夏興川，張旭，張衛(wèi)國(guó)，馬軍賢，崔啟玉.汽車(chē)支架的計(jì)算機(jī)輔助鑄造工藝設(shè)計(jì)及模擬優(yōu)化[J].鑄造，2007（12）.

[2] 王海瑞，李安銘，王錦永.電機(jī)皮帶輪的鑄造工藝設(shè)計(jì)及計(jì)算機(jī)模擬優(yōu)化[J].熱加工工藝，2009（17）.

[3] 柳艷，李貴茂，張玉妥.箱體澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)與鑄造工藝的計(jì)算機(jī)模擬[J].鑄造技術(shù)，2010（11）.

[4] 吳學(xué)東，王均盛，劉峰，楊剛.鑄造工藝問(wèn)題的特點(diǎn)及工藝優(yōu)化[J].熱加工工藝， 2013（07）.