铁型覆砂铸造工艺是近几年迅速发展起来的一种获得优质铸件的新方法,曾被国家和机械部列为八.五重点推广项目。这种铸造方法兼具金属型和砂型铸造的优点：铸件尺寸精度高,飞边毛刺少,用砂量只有一般砂型铸造方法的1/25左右,铸件成品率高,金属型寿命长。目前,该工艺受到了越来越多铸造企业的青睐,一大批铸造厂家都在改进或投建了铁型覆砂铸造生产线。随着铸造行业自动化、机械化程度不断提高,生产批量大,产量高,因而对于铸件经常可能出现的各种铸造缺陷如缩松缩孔和夹渣等,其损失变得相对较大。铁型覆砂铸造工艺由于其工装投资较大、模具修改困难,工艺试制成本较高,必须提高工艺设计的一次成功率。因此研究数值模拟对铁型覆砂铸造工艺的优化,尽可能在工艺设计时提前预知铸件可能出现的缩松、缩孔、夹渣等缺陷有着重要意义。铁型覆砂铸造通过调整覆砂层和铁型的厚度可以为铸件提供一个比较理想的冷却环境。这在数值模拟中增加了参数设置的难度。若用普通砂型铸造近似铁型覆砂铸造,往往难以得到准确的模拟结果。本研究分别定义覆砂层和铁型,使模拟结果更加准确,并分别应用在充型凝固和冷却过程模拟中。均衡凝固理论是近年来人们越来越关注的焦点之一。在优化设计浇冒口系统时,均衡凝固理论有着很重要的指导意义。该理论系统阐述了不同合金、不同铸件类型及铸造工艺中铸件的收缩膨胀规律,以及不同的补缩方式和缩松缩孔缺陷的形成机理。本研究以均衡凝固理论为优化设计理念对不同浇注系统进行充型凝固模拟,预测缩孔缩松缺陷。侧重分析不同浇注系统对铸件缩孔缩松缺陷的影响,探索铁型覆砂铸造无冒口工艺的浇注系统设计方法。研究重点并不在铸件本身,因此选择结构并不复杂的飞轮铸件为例。结合实验分析数值模拟可靠性,验证浇注系统设计的合理性。铁型覆砂铸造在球墨铸铁铸造冷却过程中具有非常好的工艺优势。冷却过程研究的意义在于借助铸造余热对球墨铸铁件进行正火,使铸件达到较高的力学性能。铸态球铁具有节能效果显著、铸件性能好、节约设备投资、缩短生产周期、等优点,还可避免热处理时的高温氧化和变形等。铸态球墨铸铁成为球铁材料应用的一个新的发展趋势。曲轴是铸态球墨铸铁材料最为典型的应用之一,因此本研究以球墨铸铁曲轴铸件为例,测量了其在不同开箱时间时的温度冷却曲线。分析发现开箱时间在10～15min时开箱为最佳开箱时间,实际生产中往往要超过20min。通过冷却曲线分析与模拟结果比较,改进了铁型覆砂铸造数值模拟参数设置,为铁型覆砂铸造的工艺模拟提供较为准确的模拟设置。