摘要：本文构建了一种基于浇注面定位技术和自动化仿真流程的高温合金精密铸造工艺快速仿真平台，大幅提高了仿真效率，为智能铸造提供了高效解决方案。

导读

本文构建了一种基于浇注面定位技术和自动化仿真流程的高温合金精密铸造工艺快速仿真平台，大幅提高了仿真效率，为智能铸造提供了高效解决方案。

研究背景介绍

随着大数据和“互联网+”时代的到来，传统铸造生产方式面临诸多挑战，智能铸造应运而生。数值模拟仿真技术在精密铸造中的应用快速发展，但传统仿真软件存在操作繁琐、效率低、缺乏系统性总结等问题。为解决这些问题，本研究开发了一种高温合金精密铸造工艺快速仿真平台，旨在实现从CAD设计到CAE仿真的自动化流程，提高仿真效率，为智能铸造提供高效支持。

文章来源

曹仁臣等人撰写的《高温合金精密铸造工艺快速仿真平台与应用》发表于《特种铸造及有色合金》2025年第45卷第1期。文章介绍了一种基于浇注面定位技术和自动化仿真流程的高温合金精密铸造工艺快速仿真平台。该平台集成了从CAD设计到CAE仿真的全过程，实现了浇注系统参数化、铸造工艺参数设计、仿真结果动态显示和仿真报告下载等功能，并通过动力涡轮机匣的实际应用验证了其高效性和准确性。该研究由上海工程技术大学、中国航发南方工业有限公司、上海交通大学、嘉善鑫海精密铸件有限公司和东方电气集团东方汽轮机有限公司共同完成。

研究亮点

• 开发了集CAD设计到CAE仿真于一体的高温合金精密铸造工艺快速仿真平台。

• 实现了浇注系统参数化、工艺参数设计、仿真结果动态显示和仿真报告下载等功能。

• 通过动力涡轮机匣的实际应用验证了平台的高效性和准确性。

研究方法

本研究采用前后端分离的B/S框架开发仿真平台，前端利用HTML、CSS、ElementUI等技术进行页面渲染，后端利用Java和SpringBoot框架开发业务功能。平台通过自动化流程实现从模型导入、网格划分、仿真计算到结果提取的全流程自动化，显著提高了仿真效率。

全文解读

1.平台总体架构设计

• 架构设计：采用B/S框架，前端负责页面渲染，后端处理业务逻辑。平台包含请求层、业务层和数据层，实现了从CAD设计到CAE仿真的全流程集成。

图1铸造工艺快速仿真平台架构

2.平台功能

图2铸造工艺快速仿真平台功能

• 前处理模块：建立10类仿真模版，通过参数化设计浇注系统，设置15个模拟设计变量和3个优化指标，实现自动化仿真计算。

图3确立浇注面序号流程

• 后处理模块：动态展示仿真结果，包括温度场、流速场、固相分数等，并提供仿真报告下载功能。

• 数据管理模块：统一管理仿真数据，确保数据安全和共享。

2.1基于坐标与节点定位浇注面

• 浇注面定位：通过读取STP模型文件的最高面坐标，自动确定浇注面，节省人工选择时间。

图4动力涡轮机匣与浇注系统模型

图5动力涡轮机匣参数化设计界面

2.2自动化流程仿真：依次调用模型导入、网格划分、仿真计算和结果提取模块，实现全流程自动化仿真。

3.应用实例：以动力涡轮机匣为例

• 几何模型：设计了动力涡轮机匣的顶注式浇注系统，参数化设计浇注系统。

• 仿真工艺参数设置：设置铸件材质、型壳材料、浇注温度等工艺参数。

图6K4169合金与型壳的界面传热系数

图7快速仿真平台工艺参数设置

• 仿真结果处理：动态展示仿真结果，生成仿真报告，预测工艺缺陷。

图8后处理结果界面

图9动力涡轮机匣仿真报告

图10机匣在充型过程温度场模拟

图11机匣在不同时刻的速度场模拟

图12铸件剖面凝固缺陷分布

图13铸件剖面固相率分布

• 效率对比：与传统ProCAST软件相比，仿真时间大幅缩短。

• 试验验证：实际生产中发现的缺陷与仿真预测一致，验证了平台的准确性。

图14动力涡轮机匣铸件缺陷

主要结论

• 成功构建了集CAD设计到CAE仿真于一体的高温合金精密铸造工艺快速仿真平台。

• 平台实现了浇注系统参数化、工艺参数设计、仿真结果动态显示和仿真报告下载等功能。

• 通过动力涡轮机匣的实际应用验证了平台的高效性和准确性，仿真时间大幅缩短，预测结果与实际生产一致。

中英文引用格式

• 中文引用格式：曹仁臣，郭钊，丁正一，等.高温合金精密铸造工艺快速仿真平台与应用［J］.特种铸造及有色合金，2025，45（1）：29-34.

• 英文引用格式：CAO R C，GUO Z，DING Z Y，et al.Rapid simulation platform and application of investment casting process for superalloy［J］.Special Casting&Nonferrous Alloys，2025，45（1）：29-34.

来源：特铸杂志