铸造过程的CAE数值模拟技术

铸件充型凝固过程数值计算以铸件和铸型为计算域，包括熔融金属流动和传热数值计算，浇注系统设计，模具设计等．铸造过程数值模拟技术是利用计算机技术来改造和提升传统铸造技术，现阶段的铸造CAE（Computer Aided Erlgineering）软件能够准确地预测铸件在充型凝固过程中可能产生的缺陷，进行工艺优化，缩短实验周期，提高铸件质量，降低生产成本．     

铸造过程温度场/应力场双向耦合的数值模拟

为研究铸造过程的温度场和应力场,提出模拟铸件铸造过程的FDM/FEM集成系统,使用接触单元处理铸件/铸型间的相互影响,并实现了温度场/应力场的相互作用.使用考虑应力/变形与温度双向耦合模拟方法对应力框试件进行模拟,并与实验结果进行对比.结果表明,使用热力双向耦合方法对铸件进行模拟得到的温度分布更接近实验结果.     

基于虚拟模具技术的铸造过程热应力分析

为了在铸造过程中有效分析预测裂纹倾向、变形和残余应力,从而为铸造工艺设计人员提供改进、优化工艺的科学依据,保证铸件尺寸精度及稳定性,提高铸件质量,提出了虚拟模具技术。虚拟模具技术仅使用了铸件部分的有限元网格分析铸造过程中的热应力。在虚拟模具技术中,弹簧杆单元是用来考虑铸件和模具的接触,一般来说,模具的体积相比铸件大得多,因此该方法能够大量减少网格数,节省大量的计算内存和时间。通过与传统的接触相比较,验证了该技术是可行的。     

壁厚效应对砂型铸造ZA27合金组织与性能的影响

通过对不同壁厚的ZA27合金铸件在砂型铸造条件下凝固过程的观察，研究探讨了壁厚效应对砂型铸造ZA27合金组织、键全度和机械性能的影响。实验结果表明，随壁厚的加大，铸件键全度降低，由分散性缩孔趋向于集中性缩孔，显微组织有粗化趋势，机械性能降低；但随工艺因素的改变，壁厚效应可消除或消弱，在砂型铸造时严格控制其工艺参数，在壁厚小于60mm范围内均可获得优质铸件。     

计算机化的铸件内部缺陷在线检测

提出了一个计算机辅助的铸件内部各种的检测分析系统，为铸造生产的反馈控制提供了重要的信息。分析了8个等级的7类铸造缺陷共56幅标准铸造缺陷图像。文中提出的基于图像系列的自动检测系统取得了以下成果：（1）提出了满足在线检测实时要求的快速图像处理算法；（2）提出了针对不同类型铸件缺陷分类和识别的启发式方法；（3）给出了关键铸件缺陷类型的分析方法。     

负压实型铸造砂型强度及型壁移动的影响因素

研究了影响负压实型铸造中砂型强度及型壁移动的工艺因素及其影响规律．结果表明：提高真空度或增加吃砂量都可以提高砂型内部压力而使其强度提高，并减少型壁移动；砂型侧面压力远远低于正面压力，通过振动可以提高砂型的侧面压力而有利于砂型在水平方向上的充填；实验得出的真空度、吃砂量与砂型内部压力、型壁位移及由液体产生的外部压力之间的定量关系，为制定铸造工艺参数以消除铸件冲砂缺陷、提高铸件尺寸精度提供了依据．     

S-2-HD型转向架侧架铸造工艺研究

介绍了S-2-HD型C级钢美国侧架的技术要求特点，分析了铸造工艺上的技术难度，以及确保铸件质量上的几项工艺措施；浇注系统设计、冶炼、造型、铸件清理、缺陷焊修、铸件热处理等一系列措施，同时阐明了水玻璃砂芯和呋喃树脂砂芯在该铸件上所起的作用，从而使C级钢侧架铸造成功。     

常见形状铝件铸造工艺模式设计

大型铝铸件,按其形状可分为常见形状铸件和异常形状铸件,前者与后者相比,铸造工艺规律性较强。对大型常见形状铝铸件按套类、帽类、环类、板类、箱类进行分类,根据多年的生产实践经验,给出了较为成熟的铸造工艺设计方法,并对大型常形铝铸件的尺寸保证、变形预防、充型方式、补缩效果及提高铸造工艺出品率等问题进行了探讨。     

铸造充型过程初始温度场的数值模拟及实验研究

对铸造充型过程进行数值模拟是铸造计算机辅助工艺设计的重要内容之一。对铸件充型过程的流场温度场变化及初始温度分布进行了数值模拟研究。在计算方法改进方面，以二维ＶＯＦ方法为基础，提出了一种简单实用的三维自由表面处理技术。用显式热焓法求解能量方程，显著缩短了计算时间。为验证这些计算方法，以灰铸铁试件为例，对其初始温度场进行了重复测试。模拟结果与实测结果吻合较好。     

薄壁件差压铸造的充型特点及影响因素

以水模拟实验模拟高强韧铝合金大型薄壁件的差压充型过程，研究了铸件壁厚、内浇口形状和数量对充型过程流体形态的影响。实验结果表明，铸件壁厚对临界加压速度和临界充型速度影响很大，铸件壁厚薄，临界加压速度和临界充型速度也越大，内浇口形状和数量对充型平稳性影响不显著。在此基础上，对某一大型薄壁舱体件进行了差压铸造浇注工艺设计和差压充型过程数值模拟，数值模拟结果说明，以水模拟实验数据的工艺参数所制订的差压铸造浇注工艺方案，实现了平稳逐层充型，为该类铸件的生产工艺提供了依据。     

铸件变形控制的研究

通过测量Ａｌ－Ｃｕ４．５％合金矩形杆件的变形动态曲线及挠度曲线,研究了杆件变形的特点,以及杆件的尺寸因素,各种工艺条件对控制变形的影响,得到如下结果：（１）矩形杆的变形挠曲线符合方程ｙ＝ｋｘ＾２,（２）矩形杆的变形随高度增大呈先增大后减小的变化趋势;（３）提高浇注温度,铸型初始温度,减小底板的激冷能力能有效地控制变形。     

Advances on Microstructure Modeling of Solidification Process of Shape Casting

Simulation technology for shape casting at macro-scale has been successfully put into engineering application in a number of casting plants and as a result the quality of castings is assured, the research and development time is shortened, and the manufacturing cost is greatly saved as well. In this paper, modeling and simulation technologies of solidification process of shape casting at microstructurescale, espe-cially deterministic, cellular automaton, and phase field models are studied and reviewed.     

薄板压铸件充型过程流场的数值模拟

压铸充型的流场数值模拟作为压铸模ＣＡＤ的一项重要内容，成为压铸行业科研的前沿课题。本课题以ＳＯＬＡ—ＶＯＦ方法求解不可压缩的粘性流体，开发了压铸二维流场的数值模拟程序。可以用它来模拟复杂薄板压铸件的充型过程。在边界条件处理时提出考虑边界能量损失的修正方法和自由表面压力边界条件简化处理方法。该程序可用来预测由于流动方式不合理产生的冷隔、裂纹、气孔等压铸件主要缺陷。适用于形状复杂的板状压铸件及某些三维薄壁压铸件。实际分析验证表明，运算结果与实测结果一致。     

逆向思维实现铸件数值模拟网格剖分

为克服传统的网格剖分方法剖分效率低、编程实现麻烦等不足,采用面向对象思想,提出了一种逆向思维网格剖分方法。该方法只需逐次沿Z平面剖分一次,可大大简化网格剖分工作量,而且可以用于剖分复杂实体。该方法不仅适用于剖分铸件,对非铸件实体的剖分也同样适用,具有较大的实用意义。     

近液相线半连续铸造中凝固组织的多尺度模拟

建立了描述连续铸造过程的温度场模型及相变模型,通过固相率变化将宏观和介观尺度上的模拟耦合起来.利用外推边界条件对Al-Cu合金在近液相线半连续铸造过程的稳态温度场进行了计算;根据连续铸造特点,提出了用液/固相变区域中元胞的平均过冷度作为形核计算的基本参数,避免了铸件中心区域的多余形核问题.对Al-(3.5~10)%Cu合金、铸造速度为2.0 mm/s的液相线铸造的凝固组织进行了模拟,并且ZL201合金的模拟结果与实验吻合.计算表明:合金成分对半固态合金组织的形成有较大影响,当合金质量分数在(8~10)%时可获得晶粒大小和分布良好的合金组织.     

铸件质量管理系统

针对铸件质量普遍较低的现状,通过对铸造生产中影响铸件质量的要素进行分析,以数据库为基础建立了铸件质量微机管理系统．该系统可对铸件进行规范化管理并可对铸件质量进行因果分析,从而使铸件质量管理标准化、科学化,降低了铸件废品率．     

用交替方向隐式迭代法计算铸件凝固过程的温度场

为了提高薄壁、复杂铸件凝固过程数值模拟时的计算速度,将整个计算域分为砂型和铸件两个分区,用显式差分格式计算砂型中的温度场,用交替方向隐式迭代法计算铸件中的温度场;基于热焓法,采用源项线性化技术处理凝固潜热,以提高铸件温度场的收敛速度,采用变时间步长以提高铸件温度场的计算效率。通过一个算例,证实本算法可提高薄壁铸件凝固过程数值模拟的计算效率。     

热裂预测的等效应变判据

从热裂产生的液膜理论出发,根据凝固过程温度场和应力场,应变场和数值模拟结果,提出了热裂形成的等效应变判据,揭示了在变截面棒形铸件中,热裂总是发生在等效应变最大的区域中;这一结论与变截面铸件的热裂实验结果相吻合。