摘要:隨著計算機硬件水平的提高,鑄造ｃａｅ軟件對實際生產的指導作用越來越顯著。本文介紹了華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊的基本功能和原理,并給出了在鋁合金輪轂鑄件上的應用實例,應用表明該軟件能夠準確地預測鋁合金輪轂鑄件中的縮松縮孔等鑄造缺陷,輔助 工藝人員進行工藝優化,指導實際鑄件生產。 關鍵詞:華鑄ｃａｅ;金屬型;鑄造缺陷
　　鑄造過程數值模擬技術是利用計算機技術來改造和提升傳統鑄造技術,對降低產品 成本、提高鑄造企業 競爭力有著不可替代的作用,它的應用和推廣必將為鑄造行業帶來很大的 經濟效益和社會效益。
國內外許多 通用的商品軟件如德國的ｍａｇｍａ、美國的ｐｒｏｃａｓｔ、ｆｌｏｗ 3ｄ、清華大學的ｆｔ ｓｔａｒ、華中科技大學的華鑄ｃａｅ等都能夠有效地預測鑄件縮孔類缺陷,其準確性基本上達到了定量的程度。充型過程的數值模擬其理論和算法也趨于完善,對充型過程類缺陷如澆不足、冷隔、卷氣、夾渣等也能夠進行有效的定性的預報。對于應力場以及 組織模擬也取得了一些可喜的進展。下面先介紹華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊的原理和基本功能,在此基礎上介紹其應用實例。
1　華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊概況
金屬型鑄造有其自身的特點,這些特點在數值模擬軟件中要加以考慮。下面將談談如何利用華鑄ｃａｅ軟件優化鑄件工藝的流程、華鑄ｃａｅ軟件的數學模型以及華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊的基本功能。
1 1　利用華鑄ｃａｅ軟件優化工藝流程
鑄造過程數值模擬軟件一般包括前置處理模塊、計算分析模塊以及后置處理模塊。前置處理模塊包括對鑄件、砂芯、冷鐵以及鑄型等的三維造型和網格剖分;計算分析模塊是對鑄件/鑄型系統的各物理場進行求解;后置處理模塊是把計算結果以曲線、圖形、圖像以及動畫等表達方式直觀有效地表達出來。最后根據模擬分析的結果判斷工藝的優劣,如果工藝不可行,則改進工藝重新進行模擬分析直至獲得一個比較滿意的結果,這樣就實現了在計算機虛擬環境下優化工藝的目的。現階段的 鑄造數值模擬軟件一般借助于通用的三維造型軟件如ｐｒｏ/ｅ、ｕｇ、ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ等進行三維造型并通過文件接口進行銜接,通常采用ｓｔｌ文件格式。圖1顯示的是采用華鑄ｃａｅ軟件優化工藝的流程。

1 2　華鑄ｃａｅ軟件的數學模型

華鑄ｃａｅ軟件主要包括流動場和溫度場的數值模擬,而液態金屬充型凝固過程可看作是不可壓縮粘性流體的流動,它可以由動量方程、連續性方程及能量方程來描述。

動量方程

上述各式中ｕ,ｖ,ｗ分別為網格點(ｘ,ｙ,ｚ)流速在三個坐標軸方向上的速度矢量分量,ｍ/ｓ;ｇｘ,ｇｙ,ｇｚ分別為重力加速度在三個坐標軸方向上的分量,ｍ/ｓ2;ρ為流體的冪度,ｋｇ/ｍ3;ｖ是流體的運動粘度,ｍ2/ｓ;ｔ是時間,ｓ;ｆ為體積函數;ｃｐ為比熱容,ｊ/(ｋｇ·ｋ);ｔ為溫度,ｋ;λ為熱導率,ｗ/(ｍ·ｋ);ｑ為源項。

華鑄ｃａｅ軟件系統采用了有限差分法〔1,2〕,其流動場數值分析是基于ｓｏｌａ ｖｏｆ方法。該ｃａｅ軟件系統是用體積函數即方程(6)來跟蹤自由邊表面的位置,另外該系統采用慣性原理和連續性原理相結合的方法比較合理地處理了自由表面的速度邊界條件〔3～9〕。

1 3　華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊基本功能華鑄ｃａｅ軟件金屬型模塊包括前處理、計算分析、后處理3大塊以及其他5個輔助功能,能夠進行充型過程流動場模擬、充型過程流動場溫度場耦合分析、凝固過程模擬以及凝固和重力補縮過程模擬,能夠預測模溫以及充型凝固過程相關的鑄造缺陷。