一、鑄造工藝CAD

　　隨著計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機(jī)在鑄造中的應(yīng)用越來越廣泛。60年代初，丹麥的Forsund把Dusinberre等人在工程應(yīng)用中提出的有限差分近似法_次用于鑄造凝固過程的傳熱計算，開始了鑄件凝固的過程模擬。此后，美國Michigan大學(xué)的Marrone等人以及日本的大中逸雄等相繼開始了凝固過程模擬，并取得了顯著的進(jìn)步。在第50屆_鑄造年會舉辦的“凝固過程計算機(jī)模擬”專題討論會上，深入討論了鑄件凝固過程數(shù)值模擬在研究微觀組織結(jié)構(gòu)和鑄件性能等方面的應(yīng)用，總結(jié)了凝固過程模擬所依據(jù)的一系列關(guān)系式，并設(shè)想利用這些關(guān)系式將幾何模數(shù)、凝固參數(shù)、合金性能及微觀組織參數(shù)等有機(jī)地聯(lián)系起來，并提出了鑄造工藝CAD的概念。我國從1978年開始開展鑄件凝固數(shù)值模擬研究，十多年來的研究已形成了我國凝固模擬技術(shù)研究的特色。

鑄件凝固數(shù)值模擬技術(shù)發(fā)展至今可分為3個階段：

1、  基礎(chǔ)研究階段，著重于計算模擬；

2、  預(yù)測研究階段，對擬定好的工藝方案進(jìn)行檢查，以預(yù)測質(zhì)量，并通過模擬澆注來修改方案；

3、  優(yōu)化工藝設(shè)計，包括計算模擬、幾何模擬及數(shù)據(jù)庫，并使之有機(jī)結(jié)合起來。有時把這3個階段綜合稱為鑄造工藝CAD，有時又特指為第三階段。目前_國外而言，鑄造工藝CAD正處在第三階段。因此，在實(shí)際研究中鑄造工藝CAD應(yīng)包括4個部分，即：凝固過程數(shù)值模擬（熱場模擬）、充型過程數(shù)值模擬（流場模擬）、熱應(yīng)力及殘余熱應(yīng)力數(shù)值模擬（力場模擬）和微觀模擬（組織模擬）。

　二、鑄造工藝CAD的現(xiàn)狀及應(yīng)用

　　　　目前，國內(nèi)外鑄造工藝CAD方面的研究已達(dá)到了相當(dāng)?shù)乃?，并已逐步進(jìn)入實(shí)用化階段。這主要反映在以下3個方面。

　　1、前置處理

　　根據(jù)實(shí)際物體的結(jié)構(gòu)和形狀建立實(shí)體模型，并自動剖分為多面體單元。一般來講，對于形狀簡單的鑄件，通常采用二維的方法近似地進(jìn)行數(shù)值模擬_可得到較為_的結(jié)果。而對于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的鑄件，則需三維模擬計算才能滿足精度的要求。

　2、中央處理

　　中央處理是數(shù)值模擬的核心，通過數(shù)值模擬計算法對熱平衡方程進(jìn)行解析和縮孔縮松的預(yù)測判斷，同時也可通過求解Navier-Stokes方程來模擬充型過程等。

　3、后置處理

　　后置處理是將計算的結(jié)果經(jīng)分析后通過彩色圖形或圖象等方式動態(tài)地表示出來。如用二維方式顯示鑄件某一斷面或某點(diǎn)的溫度-時間動態(tài)曲線圖，用三維方式顯示鑄件的溫度變化、縮孔縮松的形成、或是反映鑄件的應(yīng)力場分布等。

　　由于現(xiàn)在的許多軟件具有很強(qiáng)的前后置處理功能，因此，通過前置-中央-后置處理，可以連續(xù)地完成對鑄件的三維造型、網(wǎng)格自動剖分；在給定的初始條件和邊界條件下，進(jìn)行數(shù)值模擬計算，然后按使用者的要求，顯示出鑄件的三維溫度場、應(yīng)力場，甚至包括固相率場等，使得設(shè)計者可以很快得到在此工藝條件下所生產(chǎn)鑄件的質(zhì)量，并通過模擬結(jié)果對工藝進(jìn)行修改，以滿足鑄件質(zhì)量的要求。