其中铸件节点151,073，总单元数1,866,792。
图4. 完整三维计算模型
图5. 网格划分结果
6.3 工艺条件与计算参数
整个浇注、凝固过程在真空环境下完成，真空度小于。预计浇注时间， 浇注温度约1720?C。一次浇注8个铸件，采用两级浇道系统。 1．边界条件
包括浇口温度、流量、铸型外表面、铸件铸型间界面以及1/4模型的对称面。
浇口温度1720?C，速度1.289m/s 铸型外面壁面温度20?C 1/4模型的两个对称面 铸件/铸型界面换热系数1000W/mK 图6. 边界条件设定 23．初始条件
实际工艺中，铸型可能进行了加热处理，初始条件设为铸件材料1720?C，铸型材料100?C。
6.4 数值计算
铸造过程模拟是一个瞬态问题，随着时间的推进计算流动形态及凝固顺序。使用配置为P4 3.4G/MEM 2G的机器进行了模拟计算。计算中可进行实时监控，了解充型及凝固进度，并可图形化显示已计算结果。
6.5 结果显示
1．充型过程温度场
阀体铸件充型过程是一个随时间变化的瞬态过程，充型共完成。计算院得结果见图7院示。为清楚起见，我们取颜色标尺为1500℃～1720℃。
t= t= t= t= t= t= 图7. 充型过程 t= t= 2．凝固过程温度场
阀体铸件凝固过程的计算结果见图8。
t= t= t= t= t= t= 图8. 凝固降温过程 t= t= 3．固相率分数
为了更加清楚地观察阀体铸件的凝固过程，我们同样取上述时刻下，固相分数小于的部分显示如图9。
t= t= t= 图9. 固相率变化过程 t= 4．缩孔缩松位置
钛合金阀体在凝固过程中收缩非常剧烈。根据以上结果，可以计算出缩孔缩松的趋势，显示如图10。图中颜色标尺表示收缩趋势或可能性，1为完全收缩成空腔，大于可认为形成或可能形成缩松缩孔。
①
②
④
③
图10. 凝固终了时缩孔缩松趋势
图中可以看出，由于钛合金凝固收缩剧烈，在一级直浇道与横浇道内收缩形成很大空
腔（①）。随着凝固的进行，在铸件的厚大部位也容易形成收缩缺陷。在两侧的圆法兰圆周方向均可能出现缩孔，而在法兰顶部收缩最剧烈（②）。在底部方法兰周向，同样可能出现缩孔（③）。在阀体中部两侧管道连接处的圆台内部，由于壁厚较大，也可能出现缩孔（④）。 5．凝固时间
凝固时间同样是判断零件收缩缺陷的一种方式。一般说来，对收缩倾向比较大的铸件，后凝固的部位如果没有合适的补缩方式，则极易引起收缩缺陷。阀体凝固时间见图11。
℃
图11. 铸件凝固时间云图（仅显示超过5s部分）
凝固时间结果与缩孔判据结果基本一致，在圆、方法兰等厚大部位凝固时间更晚，容易出现收缩缺陷；浇道内部凝固更慢，会收缩成空洞。
6.6 分析及建议
1．模拟结果小结
通过对钛合金阀体铸件的模拟仿真过程，可以辅助工艺设计工程师分析现有工艺条件，并根据结果改进设计条件及参数。
从模拟结果可以看出主要的缺陷为收缩产生的缩孔。根据随时间变化的结果，可以看到，在中部阀体壁面的薄壁区温度下降最快，最先开始凝固，法兰及浇道起到冒口的作用可以适当补缩，因此该区域的收缩缺陷基本是局部小量的。三个法兰由于壁厚，热量集中，因此凝固最晚。在这些厚大位置，包括圆法兰端面内部沿圆周方向（顶部可能性更大）、方法兰端面（四个角部可能性更大），出现缩孔的趋势比较显着。此外，阀体两侧管道在中部交汇，连接两个管道的圆台内部也容易出现缩孔。 2．模拟仿真过程优化方案
阀体铸件数值模拟是以目前工艺人员对实际工艺条件的估算为基础进行的，部分关键参数在实践中难以精确测得或控制，这些参数对模拟结果的影响比较大。为了使数值仿真工具成为工程技术人员有力的辅助设计工具，在日后的模拟仿真过程中可酌情采取改进措施，包括：
（1）．尽量准确地估计浇注温度及浇注时间，同时采用ProCast的反算模块（Inverse Module）与部分实测温度结果结合，反推出更精确的浇注温度变化过程；
（2）．由于材料的热物性参数多与温度变化相关，因此采用变热物性参数可使得模拟计算更加准确。包括铸件钛合金材料、铸型石磨材料等。
（3）．铸件与铸型界面的接触热阻是凝固计算中的一个关键参数，对界面换热现象目
前还处于研究阶段，没有一个清楚准确的普适模型。在确定了工艺条件的基础上，采用反算模块（Inverse Module），根据实测温度曲线与计算温度曲线对比，同样可以较为准确地得到铸件/铸型间的换热系数。 3．工艺过程改进建议
以现有模拟分析结果为基础，对铸造工艺得出一些改进意见：
（1）．在圆法兰的顶部，考虑采用一定形式的冒口进行补缩。在法兰端面添加冒口，可使该部位的收缩缺陷得到一定程度缓解。缺点是由于钛合金比较昂贵，冒口容易造成材料浪费。
（2）．在法兰等厚大部位，考虑添加加快冷却的工艺。如在铸型中贴近法兰的部位增加冷铁，并与石墨一起成型。该方法操作比较麻烦，且由于石墨本身导热效果较好，冷铁会起到一定作用，但并不一定非常明显。
（3）．考虑增加圆法兰与横浇道接触形式，使得该横浇道凝固缓慢，对圆法兰顶部起到补缩作用。
xx室的工艺人员对模拟结果比较满意，认为与实际非常接近，对于院得出的建议认为比较中肯，整个模拟结果对该项目的进展起了很大的推动作用。
7 Procast软件在我院使用构想
7.1 铸造模拟解决方案使用部门
根据我院需要解决的铸造问题及其对于全面解决铸造问题的整体规划出发，由我院铸造生产及模拟解决流程简图可以看出，需要xx室和铸钢厂工作人员加入到铸造模拟流程中来。
CAD三维实体造型 网格剖分 工艺参数设定 检查，求解 应用 xx室 生产 铸钢厂工艺室
铸造仿真软件项目建议书
