我國鑄造模擬仿真研究早在20世紀80年代就開(kāi)始了。經(jīng)過(guò)三十多年的努力，已經(jīng)建立了完善的鑄造過(guò)程模擬仿真研究體系，包括各種鑄造方法，如砂型鑄造、消失模鑄造、精心鑄造、壓鑄、低壓鑄造、離心鑄造等；各種合金，如鑄鐵、鑄鋼、鋁合金、鎂合金、鎳基高溫合金等。開(kāi)發(fā)的模擬分析軟件包括傳熱分析、充型流動(dòng)、應力變形、組織模擬等，也在逐漸將充型凝固過(guò)程的模擬擴展到整個(gè)鑄件生產(chǎn)過(guò)程，如鑄件凝固后冷卻、落砂清理、后續熱處理等，初步實(shí)現了全過(guò)程的模擬仿真。一些商品化軟件已在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮了越來(lái)越重要的作用，如清華大學(xué)的鑄造之星、華中科技大學(xué)的華鑄CAE等。自主軟件適應國內鑄造企業(yè)和鑄造工藝的情況，定價(jià)低，在中小企業(yè)中的地位比較穩固。
近幾年來(lái)，我國鑄造模擬仿真技術(shù)在輕金屬材料鑄造成形方面的研究和發(fā)展勢頭強勁。面向汽車(chē)、軍工等行業(yè)對高性能輕金屬結構件鑄造成形技術(shù)的需求，主動(dòng)開(kāi)展鋁、鎂合金鑄造及凝固過(guò)程宏/微觀(guān)建模與仿真研究。我國也主動(dòng)開(kāi)展了鑄造模擬仿真技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機葉片制造中的應用，并且已經(jīng)取得了較好的應用效果和經(jīng)濟效益，研究水平與國際尚有一定差距，但有自己的特色。鑄造模擬仿真技術(shù)在我國大型鑄錠及鑄件相關(guān)研究中的應用仍處于初步階段，與國外先進(jìn)水平仍存在較大差距。目前大多數研究只是針對大型鑄錠及鑄件生產(chǎn)過(guò)程中的某一環(huán)節，如針對大型鑄錠/鑄件凝固過(guò)程縮孔縮松等缺陷的形成，針對大型鑄錠/鑄件熱處理微觀(guān)組織的演變等。
國外鑄造模擬仿真的現狀及發(fā)展趨勢
國外鑄造模擬仿真研究早于國內，早在20世紀60年代就已經(jīng)開(kāi)始對鑄造充型，凝固過(guò)程進(jìn)行數值模擬。幾十年的發(fā)展使鑄造過(guò)程模擬仿真無(wú)論在科研領(lǐng)域，還是工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域都全方面領(lǐng)頭國內。如今鑄造的充型過(guò)程與凝固過(guò)程方法已逐漸趨于完善。鑄造熱應力場(chǎng)數值模擬技術(shù)由于多種原因，其研究進(jìn)展相對緩慢，主要是沒(méi)有可靠的理論和方法來(lái)準確描述應力和應變形成過(guò)程。國外鑄造組織模擬始于20世紀60年代，但受制于計算機科學(xué)的限制以及數值模擬計算模型等方面，直到90年代中后期才有了一個(gè)飛速發(fā)展，涌現出來(lái)了許多微觀(guān)組織模擬方法。從目前情況來(lái)看，國外鑄造數值模擬技術(shù)在理論上正趨向成熟，已出現了許多商品化的鑄造數值模擬軟件，如ProCAST、MAGMA、AnyCasting、NovaCast、JSCast、FLOW-3D等，并已在多種鑄造方法中廣泛應用，在規模以上企業(yè)中得到了普及。
鑄件充型凝固過(guò)程計算機模擬仿真的基礎研究點(diǎn)正在由宏觀(guān)模擬走向微觀(guān)模擬。微觀(guān)模擬的尺度包括納米級、微米級及毫米級，涉及結晶生核長(cháng)大、樹(shù)枝晶與柱狀晶轉變到金屬基體控制等各個(gè)方面。另外，質(zhì)量控制模擬正在向微觀(guān)組織模擬、性能及使用壽命預測的方向發(fā)展。國外很多學(xué)者也在研究多尺度、全過(guò)程的模擬，探索如何實(shí)現宏、介、微觀(guān)之間模型的耦合計算問(wèn)題。
國內外數值模擬的的差距
（1）國內在某個(gè)單獨方向有很好的研究成果，但整個(gè)過(guò)程的系統化研究則很少涉及。
（2）國外在宏觀(guān)的液態(tài)金屬充型過(guò)程實(shí)驗表征和微觀(guān)的金屬凝固過(guò)程觀(guān)察方面做了大量研究，國內這方面的研究工作較為薄弱。
（3）智能化鑄造工藝設計技術(shù)在國外已經(jīng)開(kāi)始出現，而國內限于少數高?；蜓芯克?。
（4）國內對于搭建鑄造材料熱物性參數數據庫的基礎研究工作較少，相關(guān)配套基礎薄弱，沒(méi)有專(zhuān)門(mén)的數據庫，沒(méi)有材料數據的熱力學(xué)計算軟件，完全依賴(lài)國外軟件。
（5）自主開(kāi)發(fā)商品化鑄造模擬仿真軟件方面還很弱，軟件占有率不高，更缺乏在世界上的影響力；鑄造模擬仿真軟件缺乏商業(yè)運作，在與公司化運作的國外模擬仿真軟件競爭中不占優(yōu)勢；自主研發(fā)軟件資金、技術(shù)、人員投入較少，發(fā)展緩慢。
（6）我國鑄造行業(yè)大而不強，附加值低，利潤率低，難以支撐大的技術(shù)改造和長(cháng)遠發(fā)展投資，而且知識產(chǎn)權保護意識淡薄，力度不夠，因此造成正版軟件購買(mǎi)率低，軟件開(kāi)發(fā)利潤薄，從而介入該領(lǐng)域的熱情低。
我國鑄造數值模擬的發(fā)展思路
截至目前，我國鑄造企業(yè)應用鑄造過(guò)程數值模擬軟件還不夠普及，配套的鑄造材料熱物性參數、缺陷判據參數和邊界條件數據庫不系統不完整，影響計算精度和工程應用水平。輕金屬和高性能鑄鐵鑄造過(guò)程數值模擬還主要集中在宏觀(guān)尺度，多尺度多物理量耦合數理建模及鑄件微觀(guān)組織、力學(xué)性能和服役壽命預測研究和應用亟待加強。國內航空發(fā)動(dòng)機和地面燃氣輪機用高溫合金單晶/柱晶葉片數值模擬軟件研發(fā)水平和工程應用水平落后。國內少數幾家鑄造企業(yè)采用兩相流數值模擬技術(shù)優(yōu)化制芯工藝，但所采用的商業(yè)化專(zhuān)用軟件為國外公司開(kāi)發(fā)。
針對目前鑄造數值模擬存在的問(wèn)題，我國應該進(jìn)一步加大鑄造數值模擬技術(shù)的產(chǎn)學(xué)研相結合，以企業(yè)需求作為驅動(dòng)力，實(shí)現鑄造數值模擬技術(shù)創(chuàng )新上、中、下游的對接與耦合；同時(shí)加大鑄造數值模擬投入，集合我國鑄造數值模擬技術(shù)研究以及應用的優(yōu)勢單位，主要開(kāi)展鑄造數值模擬的系統化、智能化、集成化以及實(shí)驗支撐等相關(guān)工作。
| 上一條:2020年中國挖掘機產(chǎn)銷(xiāo)量全球占比或突破70% | 下一條:中國機械工程學(xué)會(huì )鑄造分會(huì )劉鴻超秘書(shū)長(cháng)一行蒞臨鑄力鑄材指導 |
