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【摘 要】铸造是一种非常广泛的生产工艺。影响铸件好坏的因素很多，只靠经验来进行铸造的传统方法已经不适用于时代的发展。铸造模拟软件的运用极大地提高了铸造生产效率及水平。本文介绍了当前比较流行的几款铸造模拟软件及其优缺点，对铸造模拟的整个行业概况进行了阐述。
【关键词】铸造；模拟；软件；对比
1.介绍
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。铸造是指将室温中为液态但不久后将固化的物质倒入特定形状的铸模待其凝固成形的加工方式。
虽然铸造是从液态金属到最终形状的最直接成形途径，但这种最直接的途径却蕴含着巨大的困难。因为在这一制作过程中需要同时控制的环节很多，包括金属的熔炼、合金化、造型、浇注、凝固和加工等诸多方面。其中每一环节都必须准确控制，因为仅一方面的失误就有可能导致整个铸件的报废。[1]
传统依靠经验和试错开发新工艺的方法已不能满足现在的要求。铸造过程的计算机模拟就是在这样的背景下应运而生的。
铸造过程的计算机模拟依靠铸造模拟软件的实现。铸造模拟软件为一个系统分析软件，应用在铸造的流程当中。一般的模拟软件可以计算出金属液从铸模中的竖浇道倒入之后，流经过横流道，最后经过进水口进入到铸件当中，金属液会慢慢地开始填满整个模穴，当整个模穴都填满后，金属液开始慢慢地冷却凝固，最后变成固态，形成所需要的铸件。
目前主要开发此软件的国家包括：德国、法国、美国及日本等工业国家，目前软件的发展趋势朝铸造过程中可能产生的铸疵、金属流体在模穴中的状态分析-流速、压力、温度，及生产流程最佳化。[2]
铸造工厂目前使用上，在企业经营上可获得的好处有：
1.1降低生产成本
传统在铸件开发阶段，通常利用试误法来找到生产的最佳工法，但在开发过程中要花费很多的人力时间、材料费用、熔解电力等，故如果利用软件模拟方式，就可以减少前述的成本。
1.2教育新进人员
现在的铸造厂不太容易找到年轻学子来投入此行业，主要原因有-工作环境不好，高温高污染，再者现场的资深员工较不愿将铸造技术传授 给新进员工，所以在没办法学到专业，也没有工作成就感时，就容易提高公司的离职率，此软件可以取代部份现场的技术教学，而且容易表达其原理，让新进人员易 于吸收。
1.3与国际大厂接轨
世界上主要的工业国家都在积极的发展类似软件，所以在这些国家的铸造厂应用已算相当普遍，铸造业若要继续发展下去，必然要在资讯系统上跟国外厂商接轨，以加速讯息的流通。
1.4降低废品率（scrap rate）
在进入大量生产前，若可以先利用软件进行分析，则可以大大降低进入大量生产时，因为设计上的错误而产生大量的废品。
铸造过程计算机数值模拟技术包括铸件充型过程（流场）数值模拟、凝固过程（温度场）数值模拟、微观组织数值模拟、热应力数值模拟、宏观和微观偏析数值模拟及铸造缺陷（如缩孔、疏松及热裂等）预测等。经历数十年的努力，铸件充型和凝固过程的计算机模拟技术的发展已进入工程实用化阶段，可以帮助工程技术人员在铸造工艺设计过程中对铸件可能出现的各种缺陷及其大小、部位和发生的时间给予有效的预测，从而优化铸造工艺设计，确保铸件的质量，缩短试制周期，降低生产成本。
本文主要综述多种铸造模拟软件在实际铸造工厂中的应用，以期为工厂实际提供多元化选择，更好地更有针对性地开展生产实际。
2.主要铸造模拟软件介绍
2.1 ProCAST
（1）软件来源：ProCAST由法国ESI公司开发的综合的铸造过程软件解决方案，有20多年的历史，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。
（2）应用范围：基于强大的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。可以用来模拟任何合金，从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金，以及非传统合金和聚合体。可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂、冷隔、 浇不足、应力、变形、模具寿命、工艺开发及可重复性。[3，4]
2.2 Magma
（1）软件来源：Magma是德国Aachen工业大学、丹麦Copenhagen科技大学和Magma公司联合开发软的一款有限差分软件。
（2）应用范围：可以模拟温度场、流场、应力场及溶质场，预测缩孔及宏观偏析等。该软件应用几乎覆盖所有铸造工艺及合金，如砂模铸造、金属模铸造、重力铸造、高压铸造等等。
2.3 Viewcast
（1）软件来源：Viewcast是WTCM铸造中心开发的有限差分模拟软件。
（2）应用范围：可以模拟流场、稳温度场及应力场。还可以进行浇注系统和冒口设计。适用于重力铸造、高压铸造及低压铸造。功能相对简单，易于使用。
ViewCast模拟图[9]
2.4 Flow-3D
（1）软件来源：FLOW-3D是由 Flow Science 开发之高性能计算流体力学（CFD）软件。
（2）应用范围：Flow-3D可用于重力浇注、砂模浇注、低压铸造、高压铸造（冷室/热室）、倾斜浇注、消失模铸造、连续铸造、离心铸造、精密铸造、半固态铸造、触变铸造等领域，用途广泛，可广泛地应用于铸造、水利及环境工程、船舶及海洋工程、微流体以及消费产品等各个领域。
2.5 JSCAST
（1）软件来源：JSCAST是日本销售业绩第一的铸造CAE软件，适用于各种铸造工艺及合金的充型及凝固过程的数值解析。通过充型流动模拟可预测充填不良、卷气等缺陷；通过凝固模拟可预测缩孔等缺陷的发生。
（2）应用范围：操作简单、功能齐全、模拟精度高、计算速度快是JSCAST的主要特点。该软件适用于以压力铸造和重力铸造为代表的几乎所有铸造工艺及各种合金材料。可准确预测卷气、夹杂、充填不良、冷隔、流痕等流动缺陷，及缩孔、缩松、气孔等凝固缺陷。新增加的“铸造应力及变形解析”模块，可预测热裂及变形。
2.6华铸CAE
（1）软件来源：“华铸CAE”铸造工艺分析软件是分析和优化铸造工艺的重要工具，是华中科技大学（原华中理工大学）经20多年研究开发，并在长期的生产实践中不断改进，完善起来的集成软件系统。
（2）应用范围：它以铸件充型、凝固过程数值模拟技术为核心对铸件的成型过程进行工艺分析和质量预测，从而协助工艺人员完成铸件的工艺优化工作。
该软件对铸件充型、凝固过程进行计算机模拟，预测铸造过程中可能产生的卷气、夹渣、冲砂、浇不足、冷隔、缩孔、缩松等缺陷。
3.总结
铸造模拟技术在当今铸造行业中具有十分重要的地位，它可以有效地预测及控制铸造过程中的各项参数，为实际铸造过程提供依据，极大地促进了材料的高效利用。
铸造模拟软件是实现铸造模拟的载体，其对于实际铸造过程的适用与否对于模拟效果起到关键性的作用。本文綜述了当前比较主流的几款铸造模拟软件，比较了它们的优缺点，希望能对铸造一线人员提供一定的参考意义。
【参考文献】
[1]铸造原理，约翰.坎贝尔著，李殿中，李依依等译.科学出版社，2011，4.
[2]维基百科，http：//zh.wikipedia.org/wiki/铸造模拟软件.
[3]汤爱涛，胡红军等主编.计算机在材料工程中的应用.重庆大学出版社，2008，6.
[4]李日主编.铸造工艺仿真ProCAST从入门到精通.中国水利水电出版社，2010，9.
[5]百思论坛http：//www.baisi.net/thread-2481455-1-1.html.
[6]http：//www.flow3d.cn/success1/cast3.htm.
【关键词】铸造；模拟；软件；对比
1.介绍
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。铸造是指将室温中为液态但不久后将固化的物质倒入特定形状的铸模待其凝固成形的加工方式。
虽然铸造是从液态金属到最终形状的最直接成形途径，但这种最直接的途径却蕴含着巨大的困难。因为在这一制作过程中需要同时控制的环节很多，包括金属的熔炼、合金化、造型、浇注、凝固和加工等诸多方面。其中每一环节都必须准确控制，因为仅一方面的失误就有可能导致整个铸件的报废。[1]
传统依靠经验和试错开发新工艺的方法已不能满足现在的要求。铸造过程的计算机模拟就是在这样的背景下应运而生的。
铸造过程的计算机模拟依靠铸造模拟软件的实现。铸造模拟软件为一个系统分析软件，应用在铸造的流程当中。一般的模拟软件可以计算出金属液从铸模中的竖浇道倒入之后，流经过横流道，最后经过进水口进入到铸件当中，金属液会慢慢地开始填满整个模穴，当整个模穴都填满后，金属液开始慢慢地冷却凝固，最后变成固态，形成所需要的铸件。
目前主要开发此软件的国家包括：德国、法国、美国及日本等工业国家，目前软件的发展趋势朝铸造过程中可能产生的铸疵、金属流体在模穴中的状态分析-流速、压力、温度，及生产流程最佳化。[2]
铸造工厂目前使用上，在企业经营上可获得的好处有：
1.1降低生产成本
传统在铸件开发阶段，通常利用试误法来找到生产的最佳工法，但在开发过程中要花费很多的人力时间、材料费用、熔解电力等，故如果利用软件模拟方式，就可以减少前述的成本。
1.2教育新进人员
现在的铸造厂不太容易找到年轻学子来投入此行业，主要原因有-工作环境不好，高温高污染，再者现场的资深员工较不愿将铸造技术传授 给新进员工，所以在没办法学到专业，也没有工作成就感时，就容易提高公司的离职率，此软件可以取代部份现场的技术教学，而且容易表达其原理，让新进人员易 于吸收。
1.3与国际大厂接轨
世界上主要的工业国家都在积极的发展类似软件，所以在这些国家的铸造厂应用已算相当普遍，铸造业若要继续发展下去，必然要在资讯系统上跟国外厂商接轨，以加速讯息的流通。
1.4降低废品率（scrap rate）
在进入大量生产前，若可以先利用软件进行分析，则可以大大降低进入大量生产时，因为设计上的错误而产生大量的废品。
铸造过程计算机数值模拟技术包括铸件充型过程（流场）数值模拟、凝固过程（温度场）数值模拟、微观组织数值模拟、热应力数值模拟、宏观和微观偏析数值模拟及铸造缺陷（如缩孔、疏松及热裂等）预测等。经历数十年的努力，铸件充型和凝固过程的计算机模拟技术的发展已进入工程实用化阶段，可以帮助工程技术人员在铸造工艺设计过程中对铸件可能出现的各种缺陷及其大小、部位和发生的时间给予有效的预测，从而优化铸造工艺设计，确保铸件的质量，缩短试制周期，降低生产成本。
本文主要综述多种铸造模拟软件在实际铸造工厂中的应用，以期为工厂实际提供多元化选择，更好地更有针对性地开展生产实际。
2.主要铸造模拟软件介绍
2.1 ProCAST
（1）软件来源：ProCAST由法国ESI公司开发的综合的铸造过程软件解决方案，有20多年的历史，提供了很多模块和工程工具来满足铸造工业最富挑战的需求。
（2）应用范围：基于强大的有限元分析，它能够预测严重畸变和残余应力，并能用于半固态成形，吹芯工艺，离心铸造，消失模铸造、连续铸造等特殊工艺。可以用来模拟任何合金，从钢和铁到铝基、钴基、铜基、镁基、镍基、钛基和锌基合金，以及非传统合金和聚合体。可以分析缩孔、裂纹、裹气、冲砂、冷隔、 浇不足、应力、变形、模具寿命、工艺开发及可重复性。[3，4]
2.2 Magma
（1）软件来源：Magma是德国Aachen工业大学、丹麦Copenhagen科技大学和Magma公司联合开发软的一款有限差分软件。
（2）应用范围：可以模拟温度场、流场、应力场及溶质场，预测缩孔及宏观偏析等。该软件应用几乎覆盖所有铸造工艺及合金，如砂模铸造、金属模铸造、重力铸造、高压铸造等等。
2.3 Viewcast
（1）软件来源：Viewcast是WTCM铸造中心开发的有限差分模拟软件。
（2）应用范围：可以模拟流场、稳温度场及应力场。还可以进行浇注系统和冒口设计。适用于重力铸造、高压铸造及低压铸造。功能相对简单，易于使用。
ViewCast模拟图[9]
2.4 Flow-3D
（1）软件来源：FLOW-3D是由 Flow Science 开发之高性能计算流体力学（CFD）软件。
（2）应用范围：Flow-3D可用于重力浇注、砂模浇注、低压铸造、高压铸造（冷室/热室）、倾斜浇注、消失模铸造、连续铸造、离心铸造、精密铸造、半固态铸造、触变铸造等领域，用途广泛，可广泛地应用于铸造、水利及环境工程、船舶及海洋工程、微流体以及消费产品等各个领域。
2.5 JSCAST
（1）软件来源：JSCAST是日本销售业绩第一的铸造CAE软件，适用于各种铸造工艺及合金的充型及凝固过程的数值解析。通过充型流动模拟可预测充填不良、卷气等缺陷；通过凝固模拟可预测缩孔等缺陷的发生。
（2）应用范围：操作简单、功能齐全、模拟精度高、计算速度快是JSCAST的主要特点。该软件适用于以压力铸造和重力铸造为代表的几乎所有铸造工艺及各种合金材料。可准确预测卷气、夹杂、充填不良、冷隔、流痕等流动缺陷，及缩孔、缩松、气孔等凝固缺陷。新增加的“铸造应力及变形解析”模块，可预测热裂及变形。
2.6华铸CAE
（1）软件来源：“华铸CAE”铸造工艺分析软件是分析和优化铸造工艺的重要工具，是华中科技大学（原华中理工大学）经20多年研究开发，并在长期的生产实践中不断改进，完善起来的集成软件系统。
（2）应用范围：它以铸件充型、凝固过程数值模拟技术为核心对铸件的成型过程进行工艺分析和质量预测，从而协助工艺人员完成铸件的工艺优化工作。
该软件对铸件充型、凝固过程进行计算机模拟，预测铸造过程中可能产生的卷气、夹渣、冲砂、浇不足、冷隔、缩孔、缩松等缺陷。
3.总结
铸造模拟技术在当今铸造行业中具有十分重要的地位，它可以有效地预测及控制铸造过程中的各项参数，为实际铸造过程提供依据，极大地促进了材料的高效利用。
铸造模拟软件是实现铸造模拟的载体，其对于实际铸造过程的适用与否对于模拟效果起到关键性的作用。本文綜述了当前比较主流的几款铸造模拟软件，比较了它们的优缺点，希望能对铸造一线人员提供一定的参考意义。
【参考文献】
[1]铸造原理，约翰.坎贝尔著，李殿中，李依依等译.科学出版社，2011，4.
[2]维基百科，http：//zh.wikipedia.org/wiki/铸造模拟软件.
[3]汤爱涛，胡红军等主编.计算机在材料工程中的应用.重庆大学出版社，2008，6.
[4]李日主编.铸造工艺仿真ProCAST从入门到精通.中国水利水电出版社，2010，9.
[5]百思论坛http：//www.baisi.net/thread-2481455-1-1.html.
[6]http：//www.flow3d.cn/success1/cast3.htm.