隨著計(jì)算機(jī)硬件水平的提高,鑄造CAE應(yīng)用軟件對(duì)實(shí)際生產(chǎn)的指導(dǎo)作用越來(lái)越顯著。本文介紹了CAE應(yīng)用軟件金屬型模塊的基本功能和原理,并給出了在航天航空行業(yè)中的CAE技術(shù)應(yīng)用實(shí)例,應(yīng)用表明該技術(shù)能夠準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)鋁合金輪轂鑄件中的縮松縮孔等鑄造缺陷,輔助工藝人員進(jìn)行工藝優(yōu)化,指導(dǎo)實(shí)際鑄件生產(chǎn)。

    鑄造CAE應(yīng)用技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)改造和提升傳統(tǒng)鑄造技術(shù)，對(duì)優(yōu)化鑄造工藝、縮短試制周期、降低鑄件成本，以及提高鑄件質(zhì)量有著重要的作用。它的應(yīng)用和推廣必將為鑄造行業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，尤其對(duì)于質(zhì)量要求高的航天航空鑄件來(lái)說(shuō)，鑄造CAE應(yīng)用技術(shù)有著更加重要的意義。

二、鑄造CAE技術(shù)的數(shù)學(xué)模型

    液態(tài)金屬充型凝固過(guò)程可看作是不可壓縮粘性流體的流動(dòng)，它可以由動(dòng)量方程、連續(xù)性方程、能量方程及體積函數(shù)方程來(lái)描述。鋁合金鑄件的凝固過(guò)程，就重力鑄造來(lái)說(shuō)，要考慮凝固過(guò)程中金屬液體在重力作用下的流動(dòng)補(bǔ)縮；就鋁合金低壓、壓鑄而言，不僅要考慮重力的作用，而且要考慮凝固過(guò)程保壓期間壓力的作用，可以用方程（1）～（5）來(lái)描述。

    華鑄CAE軟件系統(tǒng)采用了有限差分法，其流動(dòng)場(chǎng)數(shù)值分析是基于S O L A-V O F方法。該系統(tǒng)采用慣性原理和連續(xù)性原理相結(jié)合的方法，比較合理地處理了自由表面的速度邊界條件，在凝固過(guò)程模擬中充分考慮到了重力及壓力的影響，實(shí)現(xiàn)了重力鑄造與壓力鑄造下縮孔、縮松缺陷的定量預(yù)測(cè)。

三、 應(yīng)用實(shí)例

    華鑄CAE系統(tǒng)已經(jīng)國(guó)內(nèi)外近300家企業(yè)應(yīng)用，其中包含許多航空航天鑄件生產(chǎn)企業(yè)及研究院所。對(duì)于航空航天鋁合金壓鑄件而言，裹氣是一個(gè)主要的問(wèn)題；對(duì)低壓鑄件而言，縮松是一個(gè)主要問(wèn)題。采用鑄造C A E系統(tǒng)進(jìn)行充型過(guò)程的凝固模擬分析，可以有效地預(yù)測(cè)裹氣、縮松缺陷，縮短試制周期，降低試制成本，提高鑄件質(zhì)量。下面給出在航空航天鋁合金鑄件的應(yīng)用實(shí)例，是企業(yè)采用華鑄C A E軟件之前在產(chǎn)品試制中有問(wèn)題的工藝方案，模擬結(jié)果與實(shí)際情況一致。

  1.在鋁合金壓鑄件上的應(yīng)用

    圖1是某廠生產(chǎn)的鋁合金艙體壓鑄件原始工藝方案充型過(guò)程模擬結(jié)果，從模擬結(jié)果看，在圖1a所示位置容易產(chǎn)生裹氣，實(shí)際生產(chǎn)也表明了這點(diǎn)，后改進(jìn)了工藝方案，消除了裹氣缺陷。

  2.在鋁合金低壓鑄件上的應(yīng)用

    圖2是某單位生產(chǎn)的鋁合金連接器低壓鑄件，該工藝實(shí)際生產(chǎn)有縮松缺陷，所在位置與模擬結(jié)果圖2所示的孤立液相一致，后改進(jìn)工藝消除了縮松缺陷。圖3所示是鋁合金平板低壓鑄件凝固過(guò)程不同時(shí)刻液相與縮松、縮孔的分布圖，模擬過(guò)程中不僅考慮到了重力作用，也考慮到凝固過(guò)程保壓期間的壓力作用。

四、結(jié)語(yǔ)

    鑄造過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)為提高傳統(tǒng)鑄造行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量、企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提供了有力的手段,國(guó)內(nèi)采用數(shù)值模擬技術(shù)的鑄造廠家為數(shù)不多,而國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家采用這一技術(shù)的企業(yè)高達(dá)50%。隨著世界經(jīng)濟(jì)的一體化以及我國(guó)加入WTO,鑄造過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)將顯得日益重要;最近幾年華鑄CAE軟件的應(yīng)用情況也表明了越來(lái)越多的國(guó)內(nèi)鑄造企業(yè)開(kāi)始重視數(shù)值模擬技術(shù),這將進(jìn)一步推動(dòng)鑄造過(guò)程的數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展,從而為鑄造企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益服務(wù)。

    且鑄造過(guò)程數(shù)值模擬技術(shù)是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)改造和提升傳統(tǒng)鑄造技術(shù),對(duì)降低產(chǎn)品成本、提高鑄造企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力有著不可替代的作用,它的應(yīng)用和推廣必將為鑄造行業(yè)帶來(lái)很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。