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鑄造尋求最佳生產(chǎn)工藝

判斷能力和人工智能化能力，使得計算機可以對各種工藝過程進行數(shù)值模擬．如凝固過程的溫度
場數(shù)值模擬，充型過程流速場的數(shù)值模擬，液固轉(zhuǎn)變過程中的應(yīng)力場數(shù)值模擬和團相轉(zhuǎn)交后的組織
形態(tài)及力學性能的數(shù)值模擬。

通過這些單一和復合過程的數(shù)值模擬．可以帶來下述益處：

(1)鑄造產(chǎn)品存在的各種質(zhì)量問題，諸如擁孔、琉松、夾渣．氣孔、裂紋等，絕大多數(shù)是在液態(tài)
金肩向固態(tài)轉(zhuǎn)變過程中產(chǎn)生的．因而進行凝固過程的數(shù)值模擬，分析其產(chǎn)生的內(nèi)在原因，對提高產(chǎn)
品質(zhì)旦消除上述缺陷起到前所未有的作用。

(2)采用數(shù)值模擬技術(shù)可U在生產(chǎn)之前對其過程質(zhì)量預測，利用各種計算數(shù)據(jù)判定鑄造缺陷
是否發(fā)生*并可U針對不同的工藝方案進行質(zhì)量對比慶現(xiàn)計算機質(zhì)置預測和工藝優(yōu)化。

(3)用計算機進行鑄造產(chǎn)品質(zhì)量項測時，月是在計算機上進行，這種計算機模擬試生產(chǎn)并沒
有真正的生產(chǎn)試驗，因而可以節(jié)省大量的人力、物力、財力。尤其在新產(chǎn)品試制時．對大型件，要求生
產(chǎn)工藝一次可篇性確保100％，而對大批量機械造型線生產(chǎn)鑄件要求燒冒口尺寸精確而X熊節(jié)
省》應(yīng)用計算機數(shù)值模擬方法可比常規(guī)經(jīng)驗法既方便快速x能取得顯著的經(jīng)濟效益。

(4)在悠久的歷史發(fā)展長河中，鑄造工藝設(shè)計一直建立在生產(chǎn)經(jīng)驗基礎(chǔ)上，通過試驗、比較的
方法尋求較佳的生產(chǎn)工藝。到了20世紀上半葉，也產(chǎn)生了一些通用簡明的計算方法進行撓冒口設(shè)
計．如內(nèi)節(jié)團法．Chvonnov的平方根定理，wlo?4awar的模數(shù)法。雖然這些方法至今在鑄造生產(chǎn)
中仍起著重要的作用，但由于不能對每一個具體的工況進行復雜的、帶有大量熱交換的傳熱計算．
而這種計算必須涉及傳熱學、流體力學、靛目力學、凝固理論、計算數(shù)學、計算機語言等知識，因而
不能進行更科學的工藝設(shè)計。采用計算機數(shù)值模擬可U使鑄造工藝設(shè)計從經(jīng)驗走向科學預測。

正是出于計算機應(yīng)用荷很多優(yōu)點，從20世紀60年代到目前，工業(yè)發(fā)達國家美國、英國、德國、
日本、法國等的優(yōu)秀冶金鑄造研究人員都開展了計算機在鑄造方而的研究工作，撤起了一次次高
潮。我國從20世紀70年代未開始開展計算機數(shù)值模擬研究，二十多年的研究一直與鑄造生產(chǎn)實
際密切結(jié)合，形成了我國研究的特色。
u 78年沈陽鑄造研究所結(jié)合葛州鋇電站所得的I 2．5萬kw鈾流式水輪發(fā)電機關(guān)鍵鑄件卡
普蘭式不銹鋼葉片的生產(chǎn)，開展了”鑄件凝固過程熱場電子計算機模擬研究”，大連理工大學結(jié)合大
型船用銅螺旋槳開展了：“凝固過程數(shù)值模擬研究”，此后，西北工業(yè)大學、哈爾濱工業(yè)大學、西安
交通大學、沈陽工業(yè)大學、哈爾濱科技大學、清華大學、內(nèi)蒙古工學院、合肥工業(yè)大學、北京科技大
學、鄭州機械研究所、二重集團公司大型鑄鍛件研究所、鞍鋼鋼鐵研究所等，也進行了一系列數(shù)值模
擬技術(shù)的基礎(chǔ)性研究。

主要有：

(1)鎊件凝固過程溫度場數(shù)值模擬及其基本人法的研究，包括應(yīng)用有限差法，有限元法，邊界
元法。有限差法中還包括顯式法、隱式法、交替隱式法．D F．F格式和s。1yd格式進行溫度值計
算*以及各種不同的邊界條件處理和潛熱處理。

(2)镕鋼件凝固過程縮孔、疏松計算判據(jù)的研究。包括溫度梯廢場、固相率場、凝固時間場的
計算等，4根據(jù)這些計算提出一系列判據(jù)，判定凝固終了時，鑄件是否出瑰縮孔、疏松缺陷．在什么
部位、什么時間出現(xiàn)縮孔、硫松缺餡。

(3)大型鑄鋼件熱應(yīng)力和殘余應(yīng)力場數(shù)值模擬研究。包括鑄件疑團過程中熱應(yīng)力場的計算和
冷卻過程中殘余應(yīng)力場的計算，熱裂紋敏感區(qū)和熱裂紋的預測等。

(4)大型鑄鋼件熱縮變場數(shù)值模擬研究。主要包括溫度探度、準固相區(qū)停留時間、收縮變形梯
度等項計算來預測熱裂紋敏感區(qū)，進而采取工藝措施來消除熱裂紋。

(5)沈陽鑄造研究所、清華大學、哈爾濱工業(yè)大學、西安交通大學對帶有自由表面的充型過程
流速場、溫度場數(shù)值模擬進行了研究．運用質(zhì)量方程、動置方程和能量方程確定充型過程守各個微
元體的流速、溫度，金屬液體流動、自由表面位置，進而確定最終充滿位置，這些模擬結(jié)果對砂型鑄
造、特別是對壓力鑄造減少或杜絕冷隔、澆不到、巷氣、夾渣有指導意義，對壓镕型設(shè)計、提高棋具
壽命．2現(xiàn)均勻升溫和降溫有決定性意義。

(6)在較多單位參與上述研究并進行到一定的深度U后質(zhì)華大學和哈爾濱工業(yè)大學還分別
針對大型鍛件用的大鋼錠的逆偏析和ANiu臺金的成分不均進行了化學成分偏析場的數(shù)值模擬
研究。

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