鑄造工藝
關注創建者：周洪 創建時間：2015-12-08
鑄造工藝的視頻教程
Altair 工藝仿真之鑄造和擠壓網絡研討會
內容大綱： Altair仿真驅動制造工藝解決方案介紹及演示 1. 擠壓成型工藝仿真Inspire Extrude的應用 2. 鑄造成型工藝仿真 Inspire Cast的應用
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003ProCAST入門到精通--砂鑄鑄鋼
ProCAST入門到精通系列視頻有十八期，本期為其中一期“砂鑄”，視頻內容講解非常詳細，主要內容有： 1、前后處理平臺VE界面講解 2、幾何模型的處理 3、面網格和體網格劃分 4、前處理參數設置 5、ProCAST求解器調用計算 6、后處理結果觀察與分析 學習完該視頻，可以完成ProCAST普通砂型鑄造鑄鋼件的模擬分析（其它鑄造工藝也可以參考本教程。
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鑄造工藝的實例教程
消失模鑄造工藝是全球公認的近凈成型工藝，可以通過集成一體化的鑄件設計和輕量化設計來降低成本。-Marshall Miller, 美國Flowe Serve公司。
1958年首次在鑄造中使用泡沫模型。盡管消失模鑄造工藝并沒有像粘土砂、金屬型、或者壓鑄工藝那樣得到廣泛應用，但它在使用精密的模具生產復雜形狀的鑄件方面有其特有的優勢，甚至于直接使用機加工的泡沫模型來進行無模鑄造，這在其他工藝當中是無法想象的。
消失模鑄造工藝的制造單元通常占地面積較小，這使它可以作為鑄造廠的主營鑄造工藝之外的一個補充。
一個自動化消失模鑄造的單元（美國Vulcan公司供圖）
消失模鑄造工藝很容易打入一個新市場。相對于其他鑄造工藝的鑄件設計而言，比如砂型鑄造，有許多閑置。因為絕大多數鑄造工藝需要能夠重復使用的、澆注之前可以從砂型中取出的模具或者型板。這在設計產品的模具或者型板的布局結構的時候就需要考慮進去。相反，消失模鑄造工藝中，泡沫模型保留在砂型當中并不需要取出，在澆注過程中直接氣化消失，這就為產品的結構設計消除了許多限制。
消失模鑄造工藝中，EPS或者共聚料在鋁合金模具當中發泡成型，得到一個個的泡沫模片，進而粘接成為一個完整的泡沫模型，再組裝上對應的澆注系統就成為了模串。進行浸涂，烘干，放入砂箱當中，加入無任何粘結劑的干砂，震實。澆入金屬液，泡沫模型氣化，就得到了所需的鑄件。
借助于消失模鑄造中泡沫可粘接組裝的優勢，就有可能實現減重，鑲嵌件直接鑄進去，多個部件集成一體鑄造等等。更有甚者，可以實現其他鑄造工藝所不可想象的帶有復雜形狀的鑄件。例如，工程師可以采用少或者無拔模斜度的設計，以實現鑄件上更均勻的壁厚，更好的表面光潔度。
展開 其實高端車貴有貴的道理，就拿一個汽車輪轂來說，高端車上的輪轂的制造工藝就和普通的汽車完全不一樣。現在汽車上鋁合金輪轂的制造工藝主要分為鑄造和鍛造兩類，大家了解了這兩者的區別，就明白為什么高端車型會偏愛使用鍛造輪轂了！
輪轂的鑄造工藝
先說鑄造工藝，可能大家都知道目前大部分車型上的鋁合金輪轂采用都是鑄造方式，但是鑄造輪轂還有三種不同的制造工藝，分別是重力鑄造、低壓鑄造和旋壓鑄造。
高端汽車輪轂
重力鑄造非常簡單，將液態的金屬倒進輪轂模具中冷卻成型就可以了，這種鑄造方式效率非常高，成本也最低，但是質量比較差，由于輪轂的各部分分布不是很均勻，而且金屬內部分子的密度比較低，所以輪轂的強度不高，碰撞后很容易出現斷裂的情況。低壓鑄造可以說是在重力鑄造的基礎上進行了一個升級，將液態的金屬倒入模具之后，低壓鑄造工藝會給它施加一個恒定的壓力，這樣的話金屬的分子密度就會更高，輪轂成型之后會有更高的強度，而且低壓鑄造的工藝也非常成熟，所以目前大部分車型上的輪轂采用的都是低壓鑄造工藝。而旋壓鑄造就是將鑄造后的輪轂進行一個二次加工，將輪轂呢一邊加熱一邊進行旋轉沖壓，這樣的話輪轂內的金屬分子就會更加緊密，強度自然也就更高了。
輪轂的鍛造工藝
再來說說鍛造輪轂，鍛造輪轂的制造過程是先將鋁塊進行加熱，到了一定的溫度后用鍛壓機壓成毛坯然后再將毛坯旋壓成型，相當于鑄造輪轂來說強度更高，而且鍛造輪轂使用的是軍事級鋁料，重量也更輕，鍛造輪轂還可以細分為一片式鍛造和多片式鍛造，一片式鍛造的意思是整個輪轂是一體成型的，重量輕可靠性好。
鋁合金輪胎鍛造示意圖
而多片式端到的輪輞和輪輻式分開的，這樣的好處是只更換輪輻就可以有一個新的輪轂樣式，不過相對一片式鍛造來說，多片式鍛造會更重一些，對組裝的要求也比較。
展開 模塊組合包3 NovaFlow&Solid&Stress CV+NovaMethod充型、凝固及應力分析+CAD建模組合包
用于計算鑄造充型、凝固過程及應力結果
典型應用
砂鑄工藝模擬
充型流動流場及溫度場分析
砂鑄凝固縮孔位置預測
傾轉鑄造工藝模擬
充型過程分析
壓鑄工藝模擬
壓鑄流動過程模擬
流動溫度場云圖
精密熔模鑄造工藝模擬
精密鑄造流動模擬
精密鑄造縮孔位置預測
低壓鑄造工藝
鋁輪轂低壓鑄造
離心鑄造工藝
臥式離心鑄造
立式離心鑄造
鑄造應力及變形模擬
鑄造變形及殘余應力云圖
鑄造裂紋位置預測
工藝方案優化
兩種澆冒系統設計方案
兩種方案的縮孔位置預測
成本節約
展開 “華鑄CAD——鑄造工藝計算機輔助設計系統”是鑄造行業進行工藝設計的實用繪圖軟件，是華中科技大學（原華中理工大學）經多年研究開發在長期工程實踐中不斷改進、完善起來的軟件系統。
本軟件系統采用美國Autodesk公司的最新開發工具ARX，在AutoCAD環境下開發實現。它以鑄造工藝設計幾大工藝參數為核心，依據機械工業部頒布的JB2435-78標準，集成了整個鑄造工藝過程各階段的功能，對各種工藝符號進行了規范化定制與擴充。主要功能包括分型線、加工余量、拔摸斜度、砂芯及芯頭、冷鐵、不鑄孔、鑄造圓角、工藝卡的繪制以及冒口與澆注系統設計等。該系統體系完備、適應性強、界面友好、易于操作、使用靈活，能幫助鑄造工藝人員快速高效地完成工藝設計過程，對于保證鑄件質量，提高生產率和新產品開發效率具有重要作用。
展開 2、鑄造工藝
包括壓鑄、低壓鑄造、重力砂鑄、重力傾轉鑄造、金屬型鑄造、半固態鑄造、精密熔模鑄造、真空壓鑄、差壓鑄造、連續（循環）、鑄造、消失模鑄造、雙金屬鑄造、離心鑄造等。
3、設計計算系統
CAD 模型設計系統、專用澆冒口結構設計計算系統、壓鑄工藝參數優化設計系統。
4、分析系統
充型計算系統、凝固計算系統、熱應力計算系統、澆冒補縮計算系統。
5、缺陷預測
縮松、縮孔、澆不足、冷鎘、卷氣、夾渣、粘砂、氣孔、夾雜、偏析、熱裂及冷裂、強度等。
6、專業鑄造材料庫
依據合金相圖構成高級數據庫，鑄造材料包括鑄鐵、鑄鋼、鎂鋁合金、有色金屬、發熱材料、保溫材料、冷卻材料、砂型、金屬模具等。
7、網格功能
CVM 控制體積網格、Dual-mesh 網格法、網格編輯。
基于以上關鍵詞，讓我們一起來詳細解讀下Novacast的特色功能，以及到底能帶來哪些實實在在的價值？
NOVACAST 鑄造仿真模擬系統采用了先進的CVM 控制體積法計算機數值模擬技術，是一個專門為分析、評價和優化鑄造工藝方案而開發的軟件工具。借助該軟件系統，鑄造技術人員能夠在設計工藝方案時通過對現有方案下鑄件形成的過程做計算機模擬，以形象準確的可視化效果，通過計算機顯示鑄造過程溫度、充型速度、壓力和凝固時間變化，并對可能產生的缺陷提出預報。
通過對鑄件充型和凝固過程的模擬，可以形象準確的顯示在給定澆冒口系統下物理場的變化情況，夾渣和其他非金屬夾雜物可以引入金屬液流中并模擬其運動軌跡。通過優化澆冒口系統和出氣系統可以避免由于紊流情況引起的氧化物夾雜、冷隔、縮松、縮孔和氣孔等缺陷。
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展會現場，FLOW-3D 中國通過LED大屏分享鑄造仿真應用案例，展現 FLOW-3D CAST 全鑄造工藝過程建模、直觀的模具溫度顯示、準確細膩的流態、可靠的應力及變形分析等技術優勢，為鑄造行業用戶提供完整和全方位的解決方案，有效輔助優化工藝和減少缺陷。
鑄造過程中采用砂型鑄造工藝，搭配型砂、粘土砂等好造型材料，經過嚴格的溫控處理，讓鑄件質地致密、無砂眼、無裂紋，從根本上杜絕了因材質缺陷導致的承重隱患。
更關鍵的是，鑄件需經過兩次人工退火（600℃-700℃）或2-3年自然時效處理，鑄造與加工過程中產生的內應力，確保地軌長期使用不易翹曲、變形，精度始終保持穩定，為重載工況提供堅實保障。
鑄造工藝精益求精。采用樹脂砂造型結合階梯式澆注系統，搭配三維模擬軟件進行凝固分析，可將傳統工藝中3%的縮孔率降至0.8%以下，有效避免冷隔、夾渣、氣孔等鑄造缺陷。同時，平臺底部采用網格狀或箱體式加強筋設計，在保證剛性的同時，還能減輕15%的重量，實現“輕便與堅固”的雙重平衡。這種加強筋結構能讓平臺的抗彎強度提升30%以上，即便長期受力不均，也不會出現彎曲變形。
時效處理內應力。
檢測過程
華南檢測技術團隊采用工業CT檢測完成缸體全尺寸掃描，通過三維重建完整呈現工件內部結構，精準定位孔隙的尺寸、分布位置與連通狀態，結合鑄造工藝參數完成缺陷成因分析。
項目成果
基于檢測數據指導客戶調整鑄造壓力與冷卻速率，最終批次產品缺陷率降低 70%，發動機缸體滲漏問題徹底解決，成品合格率大幅提升。
主要原因：廠家為降成本使用低牌號鑄鐵（如HT150），或鑄造工藝不合格-4-6。
預防與解決方法：
采購時要求提供材質報告（抗拉強度等指標），HT200為經濟型，HT250/HT300更優-1-5。
收貨時檢查外觀，用探傷儀檢測內部是否有縮孔、裂紋-1。
選擇有資質、信譽好的正規廠家-2-5。
不要只看面板厚度，內部筋板結構、整體鑄造工藝，才是決定平臺承重和穩定性的關鍵。
4. 關注出廠檢測報告與校準證明，正規產品會附帶平面度、硬度、承載力檢測數據，方便后期設備驗收與質檢溯源。
若平臺結構設計不合理、鑄造工藝不當、時效處理不充分，內部殘留應力過大，便為日后變形埋下隱和患。
使用過程中的不當操作加速了衰老進程。超負荷使用、局部受力集中、磕碰沖擊、清潔不到位等，都會對平臺造成不可逆的損傷。
環境因素同樣至關重要。溫度變化引起的熱脹冷縮、濕度導致的銹蝕、振動引發的精度失穩，都是加速衰老的推手。
維護保養的缺失使得小問題演變成大故障。
精和密制造：從鐵水到精度之源
一塊優和質鑄鐵地軌的誕生，是傳統鑄造工藝與現代精和密加工的結合：
設計與鑄造：采用計算機模擬優化筋板結構，在確保強度的前提下減輕重量。使用樹脂砂型或消失模鑄造，確保鑄件內部致密無缺陷。
熱處理：經過重要的人工時效處理（通常自然放置6個月以上或進行振動時效、熱時效），徹和底消除內應力，這是防止后期變形的關鍵。
鑄造工藝：應力釋放是核心
時效處理：地軌在粗加工后，必和須進行兩次以上的人工時效處理（加熱至500-550°C，保溫數小時，隨爐緩冷）。這一步能徹和底消除毛坯鑄造和粗加工產生的內應力，確保未來幾年幾何尺寸的穩定。
結構設計：在導軌內部設計“井”字或“米”字加強筋，增加截面慣性矩，從物理結構上提升抗彎剛性。
2.
成本高昂：無論是材料用量、復雜的鑄造工藝（特別是箱式加強筋結構）、漫長的時效處理還是高精度的加工，都使其造價遠高于同規格的普通平臺。
笨重，安裝工程量大：它通常是永和久性或半永和久性設施，安裝前可能需要專門澆筑地基，安裝過程復雜，且一旦安裝完畢就難以移動。
總的來說，選擇鑄鐵焊接平臺還是試驗臺底座，核心取決于你的主要工作是“焊接工件”還是“測試設備”。
