1.1缸体铸件技术要求
S10缸体铸件材质为HT250，毛坯重约42kg，重量偏差按照GB/T11351—1989的MT8执行。缸体一般壁厚4+0.8-0.5mm，铸件尺寸公差按GB/T6414—1999的CT8，毛坯缸孔壁厚差要求加工余量要求：2.5mm±0.5mm。可见，缸体基本属于薄壁轻量化设计，且尺寸精度要求较高。铸造工艺设计时应主要考虑立浇工艺，并考虑冷芯为主，以保证其要求的精度。
1.2水套结构分析与措施
水套芯结构特点：①水套芯总高97.5mm，一般厚度5～8mm；②水套芯左端下部有特殊的异形结构。水套芯可能出现异形处变形、断芯，从而影响该处壁厚和尺寸；另外，该异形处存在清砂难度。因此，水套芯应采用强度较高的热芯；水套芯异形处应采用特殊涂料和工艺，以保证该处不发生粘砂和易于出砂。同时，选择底注立浇工艺方案，铁液平稳上升、平稳充型，对整个水套芯的冲击相对于卧浇工艺方案要小很多。
1.3油道结构分析与措施
S10缸体外形单侧有2根油道芯，两侧基本对称，共有4根油道芯。特点是：①油道芯细长，长度266mm，贯穿缸体上下面；②截面单薄，弯曲程度大，在浇注过程中易变形或断裂。因此，油道芯应采用较高强度的热芯；同时为防止和减少热变形，应选用高强度低膨胀的芳东覆膜砂。此外，选择底注立浇工艺方案对细长油道芯受铁液冲击相对于卧浇工艺方案要好很多。
2S10缸体铸造工艺设计
2.1立浇工艺方案选择
依据对S10缸体水套芯和油道芯结构分析，依据对立浇工艺和卧浇工艺在充型时水套芯与油道芯的受力分析，决定选用：缸孔朝上，底注立浇工艺方案。S10缸体铸件工艺如图9；砂芯构成如表4；水套芯和油道芯用芳东覆膜砂，见表5。水套芯异形处实施3层涂料：先刷一层锆英涂料，表干后水套芯整体浸涂水基石墨涂料，最后在异形处再刷锆英涂料。
3试制结果
采用前述工艺措施，按调整后的浇注系统，对热节的3个工艺方案均进行了调试。此外，经铸件解剖表明：水腔清洁，水套异形处光滑无粘砂；水套芯和缸筒芯形成的缸孔壁厚均匀，经检测缸孔壁厚差Δδ≤1.0mm；油道芯未发生断裂和漂浮，油道壁厚正常。对于热节处采用的3个方案，经外观检查和解剖，均未见缩孔和缩松缺陷。铸件经多次加工和加工后解剖表明：尺寸合格，壁厚正常。对热节处的3个工艺方案，为稳定和确保热节处无收缩缺陷，今后可优先选用无冒口的方案1，其次是另2个方案。
4结论
（1）S10缸体水套芯单薄，有异形结构；油道芯贯穿缸体上下平面，细长而弯曲。采用底注立浇工艺，铁液平稳上升，对水套芯和油道芯的冲击小。有利于防止水套芯受冲击变形，保证缸孔壁厚均匀；也有利于防止油道芯漂芯和断芯，保证油道壁厚正常。
（2）水套芯和油道芯设计为热芯，并选用含较大比例宝珠砂的高强度低膨胀的芳东覆膜砂，有利于防止在高温铁液作用下因膨胀而发生的变形，有益于保证缸孔壁厚均匀和油道壁厚正常。水套芯异形结构处实施3层涂料，使不易清理的该处光滑洁净无粘砂。
（3）铸件热节分析计算表明，需要强补缩。按冷铁覆盖面积≥热节散热面积的16.7％的原则，设计的3个工艺方案，试制结果均无收缩缺陷。
差压铸造工艺的过程依次为：升液、充型、结壳、增压、结晶保压和卸压。（1）同步压力该压力是指在差压铸造工艺过程中上密封罐与下密封罐压力相同时的压力，取为0.65MPa。（2）升液速度与充型速度升液速度为金属液在升液管中上升的平均速度，其大小的选取需保证金属液上升平缓。充型速度为金属液在模具型腔中充型的平均速度，其大小的选取需防止金属液紊流的产生。取充型速度和升液速度分别为45mm/s、35mm/s。（3）升液压力与充型压力升液压力为可以使金属液上升至升液管管口处的压力，主要由升液管高度决定。充型压力为可以使金属液从升液管管口提升至型腔顶部的压力。由于金属液的流动阻力和粘度将在充型过程中快速增加，所以实际压差应比克服金属液重力所需压差适当大些。综合以上信息，为了使得铸造过程中具有合适的充型压力和升液压力，铸造的加压速度选为0.05MPa/s。（4）结壳增压压力与结壳时间为了不破坏结壳，同时保证增压补缩效果，可在结壳开始5s后进一步增加适当的压力，使得铸件壳层在较高的压力环境下进一步增厚，直至铸件凝固。这样便可保证铸件拥有完整的轮廓和良好的表面质量。（5）结晶增压压力在铸件结壳结束后，为了保证铝液能够继续对铸件补缩，在原有的结壳增压压力上，再增加适当的压力，使得铝液在该压力下完成结晶，该压力便是结晶增压压力。随着铸造的推进，铝液不断凝固，铸件补缩通道不断变小，铝液对铸件的补缩变得越来越困难。为了保证铝液能够继续经升液管流入铸型，对铸件补缩，必须在原有的结壳增压压力上继续增加适当的压力。这样不仅可以消除铸件可能存在的疏松和缩孔缺陷，还可提高其组织致密度，提高其力学性能。试验表明结晶增压压力越高，铸件的力学性能越好，但结晶增压压力增加得太大，将大幅提高铸造成本，综合考虑两方面因素，取结晶增压压力为0.01MPa。（6）结壳和结晶增压速度结壳和结晶增压速度分别指在铸件结壳和结晶过程中，增压压力建立的速度。为了保证结壳和结晶过程中压力快速建立，结壳增压速度取为0.015MPa/s，结晶增压速度取为0.035MPa/s。（7）结晶时间结晶时间为在结晶增压压力下，铸件凝固补缩需要的时间。该时间主要由连接升液管的横浇道的冷却凝固时间决定。在铸造试验中，通过确定浇道残留长度来确定铸件结晶时间。取浇道残留长度为50mm。（8）充型压差铸造过程中的充型压差ΔP由式(1)计算得出。式中：H为金属液充型过程中最低点到最高点之间的高度，mm；ρ为金属液的密度，g/cm3；K为阻力系数，K∈(1.0,1.5)，阻力越小K越小，阻力越大K越大。本铸造工艺充型压差为0.035MPa。（9）铸型预热温度为了保证涂料粘结牢固，铸型需预先加热至150℃左右。在喷完涂料后，铸型需进一步预热至200~250℃后，才可以进行浇注。（10）铝液浇注温度浇注温度过高将导致铝液结晶粗大，铸件内部组织疏松。浇注温度过低则会减小铝液充型能力，导致铸件产生冷隔和欠铸等缺陷，甚至产生浇注不足的问题。本铸造试验浇注温度取为700~720℃。
2铸造缺陷的预防
为了防止铸件出现铸造过程中较易发生的疏松和缩孔缺陷，将补缩暗冒口分别设置于铸件各个大热节处，使铝液可对其补缩。同时在模具不同位置喷涂冷却速度不同的涂料，从而保证铸件不同位置的凝固速度有利于铝液补缩。
3仿真与试验结果分析
3.1仿真结果分析充型仿真结果如图4所示。图5为铝合金舱门盖的凝固仿真结果。图6为仿真所得铸件横断面缩孔分布。铝液充型时间为2s，凝固时间为460s。铸件上部厚大部位无缩孔缺陷，缩孔缺陷均被引至冒口内。
3.2铸件试制及检测铸件剖面如图8所示。可以看出，铸件外壳完整，内部无缺陷。经力学性能测试可知，铸件抗拉强度320~330MPa，伸长率5%~6%。而采用低压铸造工艺所得铸件抗拉强度为290~300MPa，伸长率为4%~5%。由此可见，差压铸造工艺可获得力学性能更好的铸件。
4结论
铸造是材料成型与控制专业的一个重要的方向之一，也是促进本科生就业的一个重要的方向，《铸造工艺与设备》是铸造专业方向的主干课程，本课程讲授铸造工程师必备的工艺理论和基础知识，使学生了解和掌握铸件生产的过程；铸造工艺及工装设计的基础知识[1]；掌握铸造生产过程中铸造工艺理论和基本操作技能，促进知识向技能转化；对铸造生产的铸件进行具体设计。
1 该课程的现状
（1）课程体系不完整，该课所涉及的领域较多，必须先修完金属学、传热学、流体力学、材料力学、铸件凝固原理等基础课和专业基础课，才能很好的理解和学习铸造工艺学。也是铸造工艺学是一门理论性与实践性兼备的课程。例如，流体力学就没有这门课程，在学习《铸造工艺与设备》中相关浇道系统设计时，就要用到伯努力流体力学方程，就造成了学生的理解困难[2]。另外还缺少《合金熔炼与设计》课程。铸造专业方向作为材料成型与控制专业的方向之一，其专业基础课程和其它方向有其显著特点。需要抓紧铸造的课程体系建设，对本课程体系进一步的调研和调整。
（2）缺乏实验环节，目前实验室建设在初级阶段，没有专门的实验室及实验人员。铸造合金性能、造型材料检测、铸件无损检测、铸造CAE等实验都没有条件开展[3]。缺乏和理论课程相配套的实验。其中造型材料检测系列实验不仅是铸造方向必备，在科研上的应用也是相当好。
2 采取的措施
在当前教学条件极其有限的情况下，针对课程特点采取了一些措施。
（1）课程内容的选取。
课程的内容安排上，从工程实际出发，既保证理论内容的完整和严密性，又不拘泥于烦琐和枯燥的理论推导。按照从铸件工艺性分析到材料对工艺性影响因素的分析、从工艺方案选择到浇注系统设计、从现代铸件设计方法到工厂的铸造工艺设计、从传统的造型材料到现代造型材料顺序循序渐进安排教学内容，由浅入深，由简单到复杂，符合学生的认知规律[4]。
在教学内容上，根据最新科技发展状况及时加入一些新内容，转移侧重点，删除一些过时的内容，使学生能够及时了解和掌握实用的专业知识和本专业科学技术发展最前沿的动态[5]。将一些计算机模拟结果引进浇注系统和冒口的设计中。调整与其它课程的关系，避免内容上的重复，与整个教学体系融为一体。例如，在本课程的“金属-铸型的相互作用”的内容有大量的内容与《材料成型原理》的“凝固原理”里面的内容重复。把铸造工艺设计与工厂实际生产挂钩，挑选一些有代表性的实用零件进行工艺分析和设计。以工厂目前实践中应用的最具有代表性铸件为背景内容进行介绍，使得学生很容易掌握本专业设计前沿技术，同时也掌握工程应用中的一些非常重要的概念和结论。例如，将学生生产实习过程中（东风公司）看到的铸件为课堂实例进行讲解。
（2）建立铸造工艺资料库，为保证《铸造工艺与设备》课程以及课程设计、毕业设计的顺利进行，提高教学质量，提高学生铸造工艺设计能力，弥补铸造工程实践的不足[6～7]。在互联网上收集了大量的铸造工艺图片、视频，得到大量的工厂实际工艺设计实例，以及大量适合于铸造工艺设计的机器零件图，且可以满足学生毕业设计和课程设计的题目需求。
（3）建立网络学习环境，目前本课程的电子教案和电子网络课件进入“网络课程综合平台”上运行，学生可以在网上阅读和下载与教学相关的资料，同时也可以通过网络对学习中遇到的问题进行交流和讨论。今后将继续对本课程的网上资源进行补充和完善。
3 建议
为加强本方向的实践环节作以下建议：（1）加快引进具有高级职称的人才或者对年轻教师进行企业培训；铸造方向需要加紧人才引进。在适当的时候应该选派青年教师到重点高校或者企业进行专业性培训，使得在专业上得到更快的成长。（2）加快铸造工艺实验室的建设和规划；参与铸造工艺设计大赛，中国机械工程学会、中国机械工程学会铸造分会举办的“中国大学生铸造工艺设计大赛”，清华大学、华中科技大学、重庆大学等国内知名大学参与，有大量的硕士与本科生参赛，并且取得较好成绩。建议参与比赛，以压力铸造为主，结合“压铸工艺”课程、三维建模软件UG、AnyCasting计算机模拟软件，结合实际开发的压铸模具与工艺。
关键词：
铸件缺陷；计算机模拟；Expert软件；UG系统；预测；优化
中图分类号：
TB
文献标识码：A
文章编号：1672-3198（2014）04-0184-03
1 前言
随着现代高科技的迅猛发展，企业科技更新已成为不可逆转的发展趋势，计算机模拟技术是一项先进技术，涉及数学、流体力学、材料科学、计算机科学、计算机图形学……，需要综合多学科知识；其理论性很强、应用性很广，它随着指导理论的发展而发展，必将在装备制造领域中发挥出重要的作用。
2 Expert模拟分析系统
铸造，是一门理论性和工艺性都极强的学科，而且其生产过程很封闭，人们经常称之为“黑箱子”工程，因此在生产中对铸件质量的控制是十分困难的。在过去，铸件的浇冒口工艺设计与工艺参数的制定，必须要有足够经验的技术人员方能完成。尽管看上去设计很合理，但在实践过程中还是会出现预想不到的缺陷，而且出现缺陷时往往找不到关键原因之所在，须经过多次反复实践与调整才能最终形成合理的铸造工艺方案。
工厂生产的铸件是千差万别的，几何尺寸变化万千，每个铸件都这样反复多次试验，势必造成巨大浪费。例如补缩冒口计算大了，虽然可以避免缩松缺陷所造成的废品，但工艺出品率会大大下降，造成了原材料的过大损耗；冒口计算小了补缩不够，则造成整个铸件出现缩孔缩松缺陷，严重的导致报废，只好再次生产时，加以改进。即使冒口大小设计合理了，如果冒口在铸件上的摆放位置不当，没有足够的补缩通道，同样还会导致补缩不足，造成铸件缺陷……，这样不仅浪费原材料而且实现起来时间比较长，既影响交货期，又增加成本，因而造成不必要的损失。
怎样才能解决这种被动的局面呢？经过反复琢磨思考，参阅了诸多现代铸造杂志与文献，决定采用计算机模拟技术，即计算机模拟动态充型、动态凝固过程新工艺。经过实践证明，运用这项新技术，可完全避免上述的问题。
Expert分析系统，即首先使用UG做出铸件的三维实体模型，输出stl文件，然后用Expert软件接收stl文件，对铸件模型进行“前处理”即网格划分，计算机将铸件分成无限多个立方格，立方格越小计算越精确（但格太小则计算速度过慢，要视计算机配置合理选择）。然后对铸件模型进行充型解算：计算机按给定充型速度自动将每个网格充入钢液，直到每个小格都充满为止，计算结果保存为mih文件。之后在解算器中输入铸件材质、造型材料、浇注温度、铸型温度、热阻等相关技术参数进行凝固解算，保存为in文件。计算结果生成图形为流动、温度、液相分布构造二维、三维图、色标图，速度、温度梯形构成矢量分布图，可以任选的多个部位构造多点温度曲线图。之后，便可以在后处理中进行铸件动态充型与动态凝固模拟。在动态充型模拟过程中，可以直观的看到钢液由浇口充入铸型直至浇满的全过程，这样一来，对充型速度快慢、钢液在充型过程中流动是否平稳等工艺性问题可直接做出主观判断；在动态凝固模拟过程中，可直观看到铸件的凝固顺序、冒口的补缩过程，对于浇冒口以及冷铁的摆放位置是否合理、冒口大小是否合适可及时做出判断；在缺陷显示模块中，可将铸件模型分层切片查看内部缩孔、缩松等缺陷，判定缺陷存在的部位。
经过计算机模拟，及时有效的发现铸件存在的问题与缺陷，结合理论分析，优化和改进设计参数和模具结构，直到铸件在计算机模拟后达到没有缺陷，再投入生产。这样，再经过实际生产中的有效控制，铸件的质量得到了极大的保证，铸出来的铸件几乎完美无缺陷。
3 Expert模拟分析系统的具体应用
Expert模拟分析系统，对铸件的工艺参数制定、浇冒系统的设计具有关键的指导性意义。它结合计算机辅助计算，确保精确的温度场数值模拟，辅助浇注系统优化设计温度计算，进行动态充型、凝固模拟，从而科学有效地对小到公斤级、大到百吨级铸件进行缺陷预测（如缩孔、缩松等），优化铸造工艺。几年来我公司采用这一新技术对几十种产品进行模拟分析、优化工艺，减少浪费，提高经济效益达1500多万元，特别是在新产品开发、研制以及生产大型铸件的环节上，更是起到了至关重要的作用。下面就以图例说明：
4 结论
通过实践证明：运用计算机模拟技术，可以有效地预测铸件缺陷、优化铸造工艺，使铸件的生产过程更加趋于科学化、合理化，从而降低了原材料消耗、避免了铸造废品，提高生产效率、减少了经验依赖、增强了企业的竞争优势，可行并应大力推广使用。
参考文献
[1]荆涛.凝固过程数值模拟[M].北京：北京电子工业出版社，2002.
[2]缪良.铸造企业管理[M].北京：北京中国水利水电出版社，2007.
[3]李魁盛，侯福生.铸造工艺学[M].北京：北京中国水利水电出版社，2005.
本刊介绍：
《铸造技术》创刊于1979年，是中国铸造协会会刊，中文核心期刊，中国科技核心期刊，国内外公开发行。《铸造技术》是一本集中报导我国铸造领域先进科研成果、实用工艺技术、生产管理经验以及铸造行业发展动态的综合性科技期刊。覆盖铸铁、铸钢和有色合金铸造等整个铸造工业领域。《铸造技术》是西安市科学技术协会主管，中国铸造协会主办的期刊。国际刊号：ISSN: 1000-8365，国内统一刊号：CN：61-1134/TG。杂志内容主要由铸造材料研究和铸造成型工艺两大板块组成。前者主要设置：材料开发、材料改性、材料保护、材料失效分析等4各栏目；后者主要设置：今日铸造、工艺技术、生产技术、经验交流、行业动态（信息）等栏目。此外，为了扩大铸造工作者的视野，了解和借鉴与之相关专业的技术研究成果和发展动态，改版后的《铸造技术》杂志还开设了实用成型技术、设备改造及铸件加工等栏目。
为了进一步办好《铸造技术》杂志，更好地为科研、生产及广大读者服务，促进我国铸造行业的科技交流与技术进步，热诚欢迎广大从事铸造科研、生产和管理的工作者踊跃投稿。现将有关投稿事宜重申如下：
1. 本刊主要刊登铸造材料、铸造工艺、铸造管理、铸造市场与信息方面的试验研究论文和技术报告；具有较大推广应用价值的工艺技术改进、设备改造、检测方法等的经验介绍；内容充实、结合国情的技术评述和讨论等。理论联系实际，普及与提高并重。
2. 来稿务求论点明确，重点突出，论据可靠，数字准确，条理清楚，文字简炼，结论明确，引用资料请给出参考文献。文稿内容有关保密问题，请作者自行负责。试验研究、技术报告及综述类论文限6000字以内，正文前附200字左右的中、英文摘要和2～5个关键词。其它文稿限3000字以内，并附英文文题。
3. 属于各种基金资助或获奖的项目，须注明并提供其相应的基金资助证明或获奖证明复印件。因本刊为国家科技论文统计用刊和中国学术期刊评价数据库用刊，来稿时，请附上论文第一作者的出生年、性别、出生地、民族、职称、学位、职务等个人简况，作者单位要求到二级单位(学院、系、研究室、分厂、车间等)，并有中英文对照。
4. 插图需描绘清晰，图宽限70 mm和140 mm两种。照片一般不大于70×50 mm，细节清晰，层次分明，图上可有可无的字和符号一律删除。图和照片插在稿件中。图和照片总和一般不超过8幅。
5. 对不符合本刊风格的稿件，编辑部有责删改，作者如不希望删改，请投稿时说明。
6. 来稿请勿一稿多投，如该稿曾在学术会议上宣读或在内部刊物上刊出，请投稿时说明。
7. 来稿请注明作者的详细通讯地址、邮编和联系电话、电子信箱等。
铸造是材料成型与控制专业的一个重要的方向之一，也是促进本科生就业的一个重要的方向，《铸造工艺与设备》是铸造专业方向的主干课程，该课程讲授铸造工程师必备的工艺理论和基础知识。目前《铸造工艺与设备》课程缺乏和理论课程相配套的实验，面临这个现实，将计算机模拟仿真技术应用于铸造专业课程的教学是一个很好的教学方法。应用计算机模拟技术及其仿真软件对砂型铸造过程进行工艺参数及砂模结构进行优化是一门前沿新技术。采用模拟仿真进行铸造工艺课程教学，既解决了实践环节缺少的矛盾，又能直观逼真地模仿铸造工艺过程，使学生较快掌握所学专业知识及并优化工艺和模具，直观生动地展现铸造过程各种物理场的细节变化，科学准确地传递大量有价值的数据，可提高教学质量，起到事半功倍的作用。
案例：铸造工艺冒口设置对铸件质量的影响，此零件为直齿轮，铸件材质为铸钢，零件净重为22.68kg，铸型重量23.98kg，铸件轮廓尺寸为83.88×Φ358.72，属于回转体中小型零件，大量生产。技术要求：铸造圆角R3-R5；齿部面淬火HRC40-45.铸件的最小壁厚为12mm，超过了可铸壁厚6-10mm的上限，不易产生浇不到的现象。考虑到铸件80mm处为整个铸型的最高处，则在此处要考虑排气问题，避免产生气孔缺陷。
两种冒口设计方案（见图1）：方案1、齿轮中央放置一个冒口；方案2、在齿轮中央放置一个冒口、边缘放置一个冒口。
2006年12月8日,由湖北省钱币学会和中国钱币博物馆等单位合作开展的“楚国蚁鼻钱铸造工艺研究”课题，通过了由中国人民银行科技司组织，中国印钞造币总公司主持的科技成果鉴定。
2001-2004年，由中国钱币博物馆牵头，多家单位共同组成的“中国古代范铸法铸钱工艺模拟实验研究”课题组取得了一系列创新成果，并于2004年12月通过了中国人民银行科技司组织的部级鉴定。然而战国时期楚国蚁鼻钱的铸造工艺，一直是钱币学研究领域的空白。蚁鼻钱是春秋战国时期楚国铸行的货币，由于其形状特别，文字下凹，在先秦货币中是最难铸造的。上个世纪60年代以来，随着蚁鼻钱铜范的陆续发现，人们意识到，蚁鼻钱可能是采用铜范铸造的。由于蚁鼻钱铸造年代在春秋末到战国，系最早的金属范铸造，其工艺对后代铸钱业的发展有重要影响。因此，研究蚁鼻钱铸造工艺，不仅可以搞清楚金属范工艺的起源，而且有助于秦汉以后铸钱工艺发展方面的研究。
对此，2005年5月由湖北省钱币学会(湖北钱币博物馆承担)和中国钱币博物馆(研究信息部承担)负责,鄂州市博物馆和鄂州市钱币学会参与, 成立了“楚国蚁鼻钱铸造工艺研究”课题组。课题组先后进行了两次考古调查，对目前各博物馆馆藏出土的蚁鼻钱铜范实物作了仔细的观测，详细记录了有关的技术参数；在此基础上，考察了经科学发掘的先秦铸铜、铸钱遗址及秦汉时期的铸钱遗址，全面研究了春秋到汉代的模与范的制做工艺及其用料，并参考“中国古代范铸法铸钱工艺模拟实验研究”的研究成果，进行技术工艺分析，推断出了蚁鼻钱铸造的具体工艺，指出：（1）蚁鼻钱是用铜范直接铸造的，蚁鼻钱铜范在浇铸前必须做好保护层；（2）蚁鼻钱的祖范（阴模）应是在石料上设计制做的，由石阴模翻制陶阳模（铸铜范的范），晾干焙烧后铸造蚁鼻钱铜范；（3）蚁鼻钱上的文字，是在刚翻制好的陶阳模上压印的。课题组最后用模拟实验的方法进行了验证，成功铸造了蚁鼻钱铜范和蚁鼻钱，并进一步验证了铜范铸钱必须施以油脂类物质并经炭化形成保护层的科学结论。
这些成果的取得正如鉴定委员会在鉴定意见中所言：该项成果依据充分，实验严谨，结论可信，填补了钱币学和铸造史相关领域的空白，达到国内外同行业的领先水平，是一项具有创新性的工作。
同时鉴定委员会认为：该项成果可望运用于中国钱币学研究，钱币、银行和印钞造币类博物馆的展陈，相关学科的教学，以及相关钱币实物的真伪鉴定。
关键词：CA精密铸造计算机辅助工程
中图分类号：TG249.5 文献标识码：A
一、材料与实验方法
CA精铸可应用于不锈钢、耐热钢、高温合金、铝合金等多种合金，。三维模型可采用IDEAS、UGII、PROE等三维设计软件进行设计，工艺结构和模型转换采用MagicRp进行处理和修复，在AFSMZ320自动成型系统上进行原型制作，采用熔体浸润进行原型表面处理，凝固过程数值模拟采用PROCAST和有限差分软件进行计算。
二、CA精密铸造工艺的关键问题及相关技术讨论
近年来，与CA精铸技术相关的三维CAD设计、反求工程、快速成型、浇注系统CAD、铸造过程数值模拟(CPS)以及特种铸造等单体技术取得了长足的进步，这些成就的取得为集成化的CA精铸技术的形成奠定了基础，促进了CA精铸技术的迅猛发展和应用。为了使各单体技术成功地用于CA精铸，必须消除彼此之间的界面，将这些技术有机地结合起来。从而在产品开发中做到真正意义上的先进设计＋先进材料＋先进制造。
（一）三维模型的生成与电子文档交换
如何得到部件精确的电子数据模型，是CA精铸至关重要的第一步。随着三维CAD软件、逆向工程等技术的发展，这项工作变得简单而且迅捷。在此主要介绍利用IDEAS进行实体建模和数据转换的过程。IDEAS9集成了三维建模与逆向工程建模模块。通过MasterModeler模块可以得到复杂模型），既可以进行全几何约束的参数化设计，又可进行任意几何与工程约束的自由创新设计；曲面设计提供了包括变量扫掠、边界曲面等多种自由曲面的造型功能。逆向工程Freeform可将数字化仪采集的点云信息进行处理，创建出曲线和曲面，进行设计，曲面生成后可直接生成RPM用文件，也可传回主建模模块进行处理。实体文件生成后需转变成STL文件以作为RP设备的输入。转换过程应注意选择成型设备名称，通常选用SLA500，三角片输出精度在0.005~0.01之间。采用MagicRp处理时应注意乘上25.4，得到实际设计尺寸。
（二）凝固过程的数值模拟原理
铸造是一个液态金属充填型腔、并在其中凝固和冷却的过程，其中包含了许多对铸件质量产生影响的复杂现象。实际生产中往往靠经验评价一个工艺是否可行。对一个铸件而言，工艺定型需通过多次试验，反复摸索，最后根据多种试验方案的浇铸结果，选择出能够满足设计要求的铸造工艺方案。多次的试铸要花费很多的人力、物力和财力。
通过在计算机上进行铸造过程的模拟，可以得到各个阶段铸件温度场、流场、应力场的分布，预测缺陷的产生和位置。对多种工艺方案实施对比，选择最优工艺，能大幅提高产品质量，提高产品成品率。
（三）铸造过程数值模拟软件
经过多年的研究和开发，世界上已有一大批商品化的铸造过程数值模拟软件，表明这项技术已经趋于成熟。这些软件大都可以对砂型铸造、金属型铸造、精密铸造和压力铸造等工艺进行温度场、应力场和流场的数值模拟，可预测铸件的缩孔、疏松、裂纹、变形等缺陷和铸件各部位的纤维组织、并且与CAD实体模型有数据转换接口，可将实体文件用于有限元分析。
ProCAST是目前应用比较成功的铸造过程模拟软件。在研制和生产复杂、薄壁铸件和近净型铸件中尤能发挥其作用。是目前唯一能对铸造过程进行传热－流动－应力耦合分析的系统。该软件主要由模块组成：有限元网格剖分，传热分析及前后处理，流动分析，应力分析，热辐射分析，显微组织分析，电磁感应分析，反向求解等。
它能够模拟铸造过程中绝大多数问题和物理现象。在对技术充型过程的分析方面，能提供考虑气体、过滤、高压、旋转等对铸件充型的影响，能构模拟出消失模铸造、低压铸造、离心铸造等几乎所有铸造工艺的充型过程，并对注塑、压蜡模和压制粉末材料等的充型过程进行模拟。ProCAST能对热传导、对流和热辐射三类传热问题进行求解，尤其通过“灰体净辐射法”模型，使得它更擅长解决精铸尤其是单晶铸造问题。应力方面采用弹塑性和粘塑性模型，使其具有分析铸件应力、变形的能力。
对铸件进行分析时，简单的模型网格可以直接在ProCAST生成。复杂模型可以由IDEAS等软件生成，划分网格后输出*.unv通用交换文件，该文件应带有节点和单元信息。Meshcast模块读入网格文件后输出四面体单元用于前处理。PreCast对模型进行材料、界面传热、边界条件、浇注速度等参量进行定义，最后由ProCAST模块完成计算。
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