計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計(jì)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(guó)在當(dāng)今的世界上是一個(gè)鑄件產(chǎn)量大國(guó)，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(guó)。總體來說我國(guó)的鑄造工藝水平還是相對(duì)落后。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的不斷發(fā)展，我國(guó)為了可以更好的適應(yīng)這個(gè)形勢(shì)必須要對(duì)鑄造行業(yè)進(jìn)行有效的改革。本文就是對(duì)計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的在鑄造工藝設(shè)計(jì)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(duì)策。

計(jì)算機(jī)仿真 試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù) 鑄造工藝 應(yīng)用

計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的在鑄造工藝設(shè)計(jì)上的應(yīng)用已經(jīng)成為了大勢(shì)所趨，是鑄造行業(yè)方面的前沿領(lǐng)域，是對(duì)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(jì)方面有效的進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)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(duì)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(jì)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(duì)計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)的在鑄造工藝設(shè)計(jì)上的應(yīng)用分析便尤為重要了。

1　國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

1.1國(guó)外現(xiàn)狀

隨著信息化領(lǐng)域和計(jì)算機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域科技的不斷發(fā)展，國(guó)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(guó)內(nèi)外對(duì)于鑄造工藝仿真設(shè)計(jì)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(guó)當(dāng)中，比如德國(guó)、日本以及美國(guó)等，近些年，這些國(guó)家已經(jīng)將計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)開始應(yīng)用到鑄造工藝的實(shí)際科研以及生產(chǎn)實(shí)踐當(dāng)中，從而有效的降低了產(chǎn)品的研發(fā)實(shí)踐，對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)成本進(jìn)行大幅度的降低，為該國(guó)家的企業(yè)聽了顯著的經(jīng)濟(jì)利益。

1.2國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

雖然我國(guó)在對(duì)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(guó)去沒有從真正的意義上形成一家真正實(shí)現(xiàn)鑄造工藝仿真設(shè)計(jì)的應(yīng)用的公司。從而使得這項(xiàng)先進(jìn)的技術(shù)沒有還不能有效的滿足于我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的要求。為了可以更好的滿足于現(xiàn)在市場(chǎng)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(guó)國(guó)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(gòu)買軟件后就沒有長(zhǎng)期的使用，據(jù)調(diào)查長(zhǎng)期使用軟件的客戶不超過最初購(gòu)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(xiàng)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(guó)計(jì)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(gòu)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(shí)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(jì)人員在使用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)制作工藝方案時(shí)，缺乏一定的制作經(jīng)驗(yàn)，不能完全掌握計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的優(yōu)勢(shì)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(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，最終導(dǎo)致工藝方案的實(shí)際設(shè)計(jì)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(shí)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(cuò)誤，讓其無法成為產(chǎn)品生產(chǎn)的支撐點(diǎn)。（5）所購(gòu)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(jià)格過高。

2　現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計(jì)上的應(yīng)用分析

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

砂型鑄造工藝仿真設(shè)計(jì)。在進(jìn)行砂型鑄造工藝仿真設(shè)計(jì)的時(shí)候使用ProCAST2015的時(shí)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(dòng)力數(shù)據(jù)庫，這樣就可以有效的根據(jù)材料的成分計(jì)算出其熱物性以及應(yīng)力模型。（3）ProCAST這個(gè)軟件是唯一一個(gè)可以有效實(shí)現(xiàn)溫度—流動(dòng)—應(yīng)力耦合的仿真軟件。（4）后期處理操作十分的方便，對(duì)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(cuò)，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(shí)候，模擬花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)。（3）在材料數(shù)據(jù)庫中由于材料使用了多個(gè)國(guó)家的編號(hào)，比如：美國(guó)、歐盟以及德國(guó)等，這就在一定程度上使得編號(hào)十分容易出現(xiàn)混亂。

3　現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計(jì)上的意見和對(duì)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(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)方式，根據(jù)無缺陷實(shí)驗(yàn)指標(biāo)的實(shí)際情況，選擇澆筑系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)中的單元組件作為實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)要素，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(huì)直接影響到工藝仿真設(shè)計(jì)、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(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，那么將提系統(tǒng)各個(gè)方面的指標(biāo)。

4　結(jié)語

本文就是將計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計(jì)上的應(yīng)用進(jìn)行有效的分析，分析我國(guó)計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)和國(guó)外計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)之間的差距，并且根據(jù)我國(guó)現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行有效的研究和分析，提出計(jì)算機(jī)仿真和試驗(yàn)設(shè)計(jì)技術(shù)在鑄造工藝設(shè)計(jì)上存在的優(yōu)勢(shì)。

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