计算机模拟在铸造领域中的应用

魏国伦

摘 要：铸件的形成是一个动态、高温、瞬时的变化，无法利用肉眼直接进行观察，随着技术水平的提升，计算机模拟开始逐渐应用在铸造领域中，促进了铸造领域的进一步发展，将计算机模拟技术应用在铸造领域中有效提升了制造行业的成功率。本文主要就这一技术的应用展开分析。

关键词：计算机模拟；铸造领域；应用

铸件的铸造是一个比较复杂的过程，铸件形成需要高温的环境，且变化快，很难观察。并且对于铸件的铸造我们缺少切实可行的理论依据，只能通过长期的实践经验来进行铸件的设计。在铸造领域，大型铸件的制造一向是重大机电设备的研制的难点，而大型铸件制造的关键技术就是热加工。由于大型铸件体积庞大，生产批量小，生产周期还非常长，这就造成其生产成本非常高，这些大型铸件在冶金、矿山等行业的需求较大，所以我们对于这些铸件的生产要求一次成功，尽量避免报废造成巨大的经济损失。但是传统的铸造技术主要依靠传统的经验，没有科学的、准确的理论依据，所以在生产过程中经常生产出不合格的产品，或者报废或者带伤运行。

随着科技的进步，计算机技术逐渐形成，对于铸件理论的深化也起到了一定的推动作用，利用数值模拟以及物理模拟，可以帮助人们看到模拟逐渐的整个过程，这就为大型铸件的建造技术的提高起到了重要作用。计算机模拟技术有效降低了大型铸件的失败机率，为铸造技术的发展做出了重大贡献。

一、铸造工艺分析软件集成系统

对于石油钻机、修井机上的一些比较重要的铸件，要求它们的安全性和使用性都非常好，这样单纯利用传统的经验型制造技术就很难做到，这就造成不合格产品产生量多。目前，我国应用最多的是华铸CAE/inteCAST铸造工艺分析软件，该种软件在数据分析上与铸造工艺的优化上有着突出的优势，可以模拟凝固过程与铸件填充过程的各类数据，分析铸件制造工艺的精确性，还可以预测出铸件的缺陷情况，对于加工工艺的改良，铸件质量的提高，废品率的降低都有着明显的作用。这样就有效降低了生产的成本，也减少了建筑经验对工作人员的影响，对保持工艺设计水平的稳定性也有很好的作用。

二、YG225钩体的模拟

在石油钻机和修井机提升技术上，一项重要的加工工艺就是对钩体的制造工艺。这种钩体制造材料重达一千多千克，需要能够承担的拉力能达到2000kn，并且这些拉力主要作用在了主钩和副钩之上，所以这就对主钩和副钩的要求较高，不允许有缩孔和气孔等缺陷的存在。钩体的形状比较复杂，曲面比较多，钩体各部件的厚薄也不均匀，所以在加工过程中如果单凭设计者的经验很难做出合格的产品。目前，多个企业都开始应用华铸CAE/inteCAST凝固模拟分析系统对铸件的各类情况进行模拟，有效提升了铸件制造的成功率。

YG225大钩计算机模拟分析步骤可以分为以下几步：

1）三维实体造型。利用计算机软件对构件进行分析、模拟，利用三维实体進行模拟实验，并将PT格式转化为STL格式。

2）选择合适的网络。利用软件的网格对铸件进行自动的剖析，得到需要的离散数据。

3）耦合计算。利用计算机对铸件建造环境进行耦合计算，把它的流动场合温度场都精确计算，进而计算出铸件继续进行凝固的过程的温度场计算，得到科学合理的数据。利用这些数据做成可视的图形图像、曲线和过程图画，为工作人员提供直观的经验为他们进行工艺决策和工艺优化提供理论依据。

4）做可视动画。利用计算机模拟处理程序，把铸件的制造过程做成可视动画，帮助工人判断各种铸造缺陷的具体位置和数量，也帮助工人寻找出更为科学合理的加工工艺来消除这些缺陷，或者把这些缺陷转移到受力小的部位。

5）新工艺方案。在大型铸件铸造过程中，主要的缺陷集中在了两个区域，因此浇注系统和冒口的大小及位置保持不变。需要采取的措施就是要把副钩上部的冷铁去掉，把补缩通道进行畅通处理，为了加快末梢的凝固速度可以把圆筒段部下面放置随形冷铁。在主钩的根部进行冷铁处理，在冒口的两侧和主钩都形成顺序凝固，补缩通道畅通。通过计算机模拟系统我们可知，主钩位置缩松面积较小，可以提升逐渐关键位置组织的致密性，虽然还存在一定的弊病，但是与传统的工艺相比而言，数量大大减小，且体积小，分布分散，也能够满足使用者的需求。

三、结语

总之，将计算机模拟技术应用在铸件制造领域中，可以预测出各类缺陷，及时发现铸造中可能存在的问题，帮助技术人员优化现有的生产工艺，制定出最优的解决方案，提高生产质量，降低次品的产生率，从而有效节省成本。

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