0引百压铸生产中，由于压铸件凝固冷却速度不同而引起的热应力是压铸件产生热裂、变形、残余应力和残余变形等铸造缺陷的主要原因。而压铸件铸造过程应力集中区域的快速预测研究，能够在压铸件的设计阶段就预测出因压铸件结构因素而导致的铸造缺陷及危险部位，为优化压铸件设计、改进压铸工艺、减少应力应变导致的铸件缺陷、提高压铸件尺寸精度和使用寿命提供依据和。目前，国内外在铸造热应力、热裂倾向及铸造残余应力预测方面取得了一些成果。这方面的研究还主要集中于采用FDM与FEM联合分析的方法进行铸造过程三维温度场、应力场数值模拟分析11~31，这一方法受到有限元软件前处理能力的限制。本文研究的铝合金电表机架压铸件，其尺寸精度在电表的全寿命周期内都有着极其严格的要求，因此对于铸造应力导致的变形和残余变形有着特殊的敏感性。

　　收穑日期：004-05基金项目：国家自然科学基金资助项目（69873038）国家杰出青年科学基金资助项目（69425005）；浙江省自然科学基金资这需要在设计阶段就对压铸件的铸造应力集中区域进行模拟和预测，以便为设计人员在设计压铸件及制定压铸工艺方案时提供预先优化的依据。因此，本文提出了一种复杂压铸件铸造过程应力集中区域的快速经验预测方法。

　　1结构化矩形网格自适应生成方法1.1混合层厚模型的建立目前在铸件温度场有限差分数值计算中主要采用规整网格，它有以下不足之处：对于形状较为复杂的构件，为了保证不失细节性的特征，而不得不在整个机件范围内都采用复杂区域的特征长度作为网格步长，致使剖分单元数目巨大，势必导致大量的数据冗余，因此采用规整网格难以处理形状复杂的铸件。针对规整网格技术的不足采用了变网格技术对铸件凝固温度场进行数值模拟，该方法将温度梯度较小区域与温度梯度较大区域的网格处理成不同尺寸，但由于存在着一个粗网格与多个细网格相交的情况，因此其难点之处在于如何处理粗细网格交界处的过渡。针对这种情况，本文提出了自适应结构化网格划分方法，构造了自适应变层厚的矩形网格，保证了网格的一一对应。

　　2.3应力集中区域预测算法通过算法控制，自适应地生成一系列不等距的切片族来切割实体：在形体复杂度较小的区域采用较大的切割间距（层厚）而在形状变化剧烈的区域则采用增加切面的方法增加剖切密度，从而得到一组封闭切线轮廓，进而对平面封闭轮廓内部区域进行二维网格剖分。通过建立混合层厚模型自适应地得到了一个三维空间中的结构化矩形网格集实现高效、精确地逼近压铸件的实体真实形状。

　　1.2三维结构化矩形网格生成算法切平面Zi与STL文件模型各个数据段的小三角面交线集构成了该面上的轮廓线C（Z，）只有一个点或仅有边界而无内部区域的轮廓称为蜕化的轮廓。小三角形用双参数方程表示为三角形的三个顶点的位置矢量，U均为参变量三维结构化矩形网格生成算法如下：对当前切平面Z，当小三角面片链表不为空，而且若前切面与小三角形有交，则计算当前交线的端点参数to、ti、u、ui，并输出交线集。

　　计算当前切平面与实体表面模型的交线集进行交线集归并，生成交线轮廓集。

　　对于生成的轮廓集用射线法判定其内外区域。在轮廓集包围区域内部，进行二维正交均匀网格划分。

　　在二维正交均匀平面网格的基础上，用当前切层厚度作为第三维上的网格高度，生成当前层上的矩形网格。

　　对下一个切平面继续执行（1）。

　　通过采用剖切平面族对几何实体的空间体信息进行提取，most终建立起离散化的复杂、多孔洞压铸件的体几何模型。在采用多维数组储存离散化的压铸件体信息时，采用其中的一维数组储存节点的体表属性。将属于复杂压铸件体表与体内的节点赋予不同的属性值，以便于在基于结构化网格的压铸件结构分析中采用扫描线法来提取复杂多空洞压铸件的体信息。

　　电表机架压铸件剖分后得到的结构化矩形网格集见。

　　2基于压铸件温度场及结构分析的铸造应力集中区域预测在压铸件产品开发中，经常由于压铸件结构设计方面的原因而导致出现热裂或在某些部位存在较大的残余应力和残余变形。这种铸造缺陷严重电表机架压铸件剖分后得到的结构化矩形网格集影响了压铸件的成品质量和使用寿命。本研究的对象是作为计量器具的机械电表机架的压铸件，在机械电表中电压器件与电流器件之间的间隙要求在±005mm之内，在电表的全寿命使用周期内机架压铸件任何微小残余变形都将使电表产生计量精度误差变化。因此在电表机架压铸件的设计阶段就需要对机架的造型文件预先进行应力集中区域预测，找出上面由于压铸件结构因素导致的热裂及变形危险区域为设计人员在设计压铸件结构以及确定压铸工艺方案时提供了预先优化的依据。

　　2.1压铸件铸造应力集中区域形成机理铸件凝固过程中所产生的热应力，是由于铸件各部分之间的凝固速度不同使得金属变形受阻所产生的。而压铸件更容易产生裂纹和变形缺陷，这是由于金属型本身没有退让性，压铸件在金属型中冷却过快，这种铸模内压铸件的冷却不均匀，造成了热应力和变形，结果导致压铸件成品上产生热裂和较大的残余应力和残余变形。x-Voldata|m. =05线的第一个搜索步长处的点与实体体内点相交。

　　此后分别用第二个、第三个及更多个搜索步长处的点与实体体内及体表点的集合求交。

　　=05）//此时第一条扫描线的第m个搜索步长处的点与实体体表点相交，表示此时扫描线已穿出实体。

　　描线的Ad值等于m加1个搜索步长。

　　同理可求得其余19条扫描线的Ad值。

　　在计算中需要分别面对以下5种情况：①扫描线先进入实体内部后，再从实体的另一表面穿出，如上面的程序所示；②扫描线先沿实体表面行进一段距离后，再进入实体内部后从实体的另一表面穿出；③扫描线先沿实体外的空间行进一段距离后，再进入实体内部后从实体的另一表面穿出。④扫描线先沿实体外的空间行进一段距离后，再离开实体；⑤扫描线不与实体相交，直接向外发散。

　　在检测运算中，只有情况①才具有检测的实际意义。对于其他情况，其扫描线的Ad为零，不予考虑。

　　求得某一表面节点的各条扫描线的Ad值后，就可以通过比较各条扫描线的Ad值的大小来确定该表面节点的区域归属。

　　=1；//此时该表面节点的所有扫描线的Ad值均小于等于一给定值a则该节点属于薄壁区。

　　=//此时该表面节点的所有扫描线的Ad值均大于给定值a则该节点属于厚壁区。

　　=3；//此时该表面节点的扫描线的Ad有大有小，则该节点属于几何形状剧烈变化区。

　　判断出属于薄壁与厚壁相邻的几何形状剧烈变化区的表面节点后，系统对这些检测出的应力集中区域的表面节点加以标记，以便在可视化显示时用颜色加以警示。

　　3应用应用本文提出的预测方法，开发了用于复杂薄壁压铸件的凝固过程计算机模拟及可视化系统。这使得压铸件设计开发人员在产品设计阶段就能够了解压铸件凝固过程中的温度场变化及可能出现的热裂、残余应力和残余变形缺陷，并以此为依据来指导优化压铸件的设计以及压铸工艺的制定。通过本软件在电表机架压铸件设计中的应用，减少了以前在压铸产品开发中所必须的产品中间试验环节，提高了产品开发的效率，降低了成本。通过应用该软件使得压铸件的次品率有了明显的下降。