CASTsoft/CAE 鑄造模擬軟件在鑄造生產(chǎn)中的應用
摘要： CASTsoft/CAE 計算機軟件是基于有限差分鑄造過程模擬軟件，能夠進行流場.溫度場.應力場模擬。適用于模擬復雜鑄件成型過程中出現(xiàn)的各種現(xiàn)象。能夠模擬出砂型鑄造，精密鑄造，重力鑄造，低壓鑄造.壓力鑄造.金屬型鑄造，消失模鑄造等幾乎所有鑄造工藝的充型和凝固過程，通過觀察分析可以獲得鑄造過程出現(xiàn)的各種現(xiàn)象，鑄造缺陷形成過程及分布位置，確定鑄件最終質(zhì)量和形成最佳澆注工藝，大大縮短工藝開發(fā)時間和節(jié)省開發(fā)費用。
關鍵詞： 三維實體造型（讀取STL文件） 網(wǎng)格剖分 模擬計算 后處理顯示
前言 由于國際市場的變化及國民經(jīng)濟發(fā)展內(nèi)需的拉動導致各種原材料價格的暴漲，鑄造業(yè)的原材料占鑄件總成本的50—60%，鑄件的價格不但不能同步增長，而且對鑄件的質(zhì)量要求越來越高，尤其是對鑄件的外觀，內(nèi)在質(zhì)量和性能更為突出。在目前市場形勢下，鑄造企業(yè)更需要充分了解分析材質(zhì)的澆注凝固特性，合理調(diào)整鑄造工藝，高效、低耗獲得質(zhì)量健全的鑄件，進入高端產(chǎn)品市場，增大盈利空間，要不斷的開發(fā)新產(chǎn)品，在生產(chǎn)和新產(chǎn)品試制過程中工藝要規(guī)范化和合理化（如砂箱，澆冒系統(tǒng)，數(shù)量和大小，澆注溫度等等）。鑄件工藝設計是否合適，澆冒系統(tǒng)設計是否合理直接影響鑄件質(zhì)量，生產(chǎn)成本和經(jīng)濟利益。尤其在原材料漲價和減排降耗的形勢要求下，對鑄造工藝的精確合理的設計尤其重要。鑄造工藝問題也是企業(yè)長期發(fā)展所應該進一步重視和必須全力解決的問題。
無錫小天鵝鑄造有限公司于2001年引進北京北方恒利科技發(fā)展有限公司鑄造模擬CAE軟件CASTSOFT。主要用于砂型重力鑄造球鐵、灰鑄壓縮機和汽車零部件的工藝設計和分析，因其需求量大，對質(zhì)量要求高，尤其是內(nèi)在質(zhì)量的縮孔和縮松在工作造成斷裂，出現(xiàn)設備故障，甚至傷害工作者。通過模擬選取較為經(jīng)濟合理，效果最好，質(zhì)量最佳的工藝來生產(chǎn)鑄件；縮短了新產(chǎn)品開發(fā)時間，提高了鑄件質(zhì)量，降低了成本。
紹興萬龍精密鑄造有限公司于2003年引進北京北方恒利科技發(fā)展有限公司鑄造模擬CAE軟件CASTSOFT。主要用于砂型重力鑄造和熔模精密鑄造普通碳鋼、合金鋼的閥體，葉片等零部件的生產(chǎn)。
1、鑄造工藝模擬設計過程介紹
1.1、 鑄造工藝模型建立
CASTsoft/CAE計算機軟件將UG、Pro/E中建立和修改好的鑄件工藝裝配圖STL分別進行輸入裝配，材料屬性設計。模型建立通常借助UG、Pro/E、SOLIDWORK等先進的三維設計平臺來完成鑄件的澆注系統(tǒng)設計，包括澆口、冒口、冷鐵的設計，并設計出合理的補縮通道。然后將建立的三維模型保存為STL文件格式。
車橋鑄造工藝方案一
（材料：QT450)
車橋鑄造工藝方案二
（材料：QT450）
1.2網(wǎng)格剖分
將STL文件在CASTsoft/CAE 計算機軟件中前處理內(nèi)導入，進行網(wǎng)格剖分，就是將鑄件分成若干細小的立方體，并轉化為可以用于模擬計算的網(wǎng)格文件.BOX。車橋工藝分析時剖分網(wǎng)格數(shù)為800萬單元。
車橋鑄造工藝方案一
車橋鑄造工藝方案二
1.3模擬計算 [nextpage]
進行模擬計算時，首先輸入模擬系數(shù)。如：適當?shù)牟牧?初始的溫度.換熱系數(shù)等。輸入?yún)?shù)后軟件會自行選擇計算精度進行模擬計算，最后得出計算結果。用戶可根所需要的結果進行模擬鑄造澆注過程，鑄造凝固過程，鑄造溫度變化過程，鑄造應力場形成過程。
1.4后處理
后處理是顯示計算結果的一個重要模塊，通過該模塊可將網(wǎng)格劃分結果，溫度場計算結果，流場計算結果以及缺陷位置預測結果，凝固狀態(tài)結果等明確地在屏幕上顯示出來，可以通過切割.旋轉.分層.放大.動畫等來顯示鑄件的計算結果。
在鑄造生產(chǎn)中應用CASTsoft/CAE對車橋兩種工藝模擬結果圖片：
車橋鑄造工藝方案一
（溫度場狀態(tài)）
車橋鑄造工藝方案二
（溫度場狀態(tài)）
車橋鑄造工藝方案一
車橋鑄造工藝方案二
車橋鑄造工藝方案一
車橋鑄造工藝方案二
（車橋鑄造工藝最后形成缺陷位置圖）
通過觀察分析車橋鑄件兩種工藝方案，得出：1、工藝方案一在畫圈四個缺陷處加外冷鐵可解缺陷問題，其他缺陷不影響鑄件組織的致密性。2、工藝方案二畫圈兩個缺陷處鑄件關鍵位置，此處已經(jīng)加了冷鐵，只能通過加冒口來解決。3、通過兩種工藝的結果分析，最后采用在工藝方案一畫圈四個缺陷處加外冷鐵的工藝進行實際生產(chǎn)，生產(chǎn)解剖和探傷均滿足實際要求。
2、鑄造工藝模擬設計和實際生產(chǎn)結果對比
2.1、紹興萬龍?zhí)峁┥靶椭亓﹁T造鑄鋼件模擬對比
鑄件澆注工藝圖
鑄造毛坯件
鑄件模擬缺陷結果圖
鑄件實際剖析圖
從工藝模擬結果可以看出，此工藝有兩個需要修改：1）內(nèi)澆口開的位置不好，可以開在冒口根部；2）冒口頸太小，可以加大冒口頸，加大冒口解決。[nextpage]
2.2、萊恩電泵提供砂型重力QT450閥門鑄件模擬對比
鑄件澆注工藝圖
鑄件模擬缺陷結果圖
鑄件模擬缺陷結果圖
鑄件實際剖析圖
萊恩電泵公司采用CASTSOFT軟件對現(xiàn)有閥門工藝進行了模擬，結果與實際解剖結果一致。經(jīng)過工藝修改和模擬，目前已確定合理工藝并進行了實際澆注，經(jīng)解剖和探傷質(zhì)量合格。由于保密原因未能將成功工藝也展示給大家，請諒解。
3、無錫小天鵝鑄造有限公司的產(chǎn)品不斷的增加，品種繁多，質(zhì)量要求也比國內(nèi)產(chǎn)品要求嚴格，為了生產(chǎn)出用戶更滿意的產(chǎn)品。在工藝制定上精益求精，80%的新產(chǎn)品都要應用CASTsoft/CAE計算機軟件進行模擬，取得最佳的工藝方案。紹興萬龍精密鑄造有限公司主要以生產(chǎn)各種鑄鋼閥體，產(chǎn)品全部出品，要求質(zhì)量高，國外客戶和公司要求每個產(chǎn)品都要通過鑄造工藝模擬。
4、總結論述
通過實例以及實際生產(chǎn)應用，CASTsoft/CAE計算機軟件給鑄造工藝設計提供了有力的數(shù)據(jù)參考。計算更為接近合理，減少試驗時間.可同時對幾個不同的方案進行比較分析，找出較為可行的鑄造工藝方案。實現(xiàn)鑄造工藝設計—校核—再設計—優(yōu)化設計的全過程。最終提高鑄件質(zhì)量，縮短鑄件的試制的周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品的競爭力。在鑄造上應用CASTsoft/CAE 計算機軟件具有一定的經(jīng)濟效益和社會效益。
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本文由北京北方恒利科技發(fā)展有限公司（100089） 宋 彬提供，轉載請注明出處
