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铸造技术是一门应用历史悠久的金属热加工工艺，是现代机械制造工业的基础工艺之一。铸造成型过程复杂，影响铸件质量的因素较多，铸件容易出现缺陷。在传统的铸造业中，工艺设计及铸件质量的控制常依靠经验法来完成，铸造过程中金属液在冷型中的流动状态以及凝固时的温度场、应力场等不能直观的体现出来。随着计算机技术的发展，计算机模拟技术在铸造领域得到了广泛应用。铸造计算机模拟可使铸件在铸造过程中应力场、温度场、流动场等分布变化情况、组织晶粒的生长和形貌变得可视化，工艺涉及重力铸造及低压、压铸、离心等特种铸造，模拟技术也从实验室研究进入到工业化实际应用。尤其是在铸造工艺设计阶段，在不同工艺流程及参数设置情况下，对铸造生产过程产生的影响及铸件可能产生的缺陷进行有效地预测，从而对铸造工艺参数进行优化，获得优质铸件。
铸造计算机模拟技术发展经历了三个重要时期，20世纪60年代，丹麦学者Forund率先采用计算机对铸造过程的温度场进行模拟；到了20世纪80年代，铸造充型过程和铸件应力应变的数值模拟技术开始在铸造研究领域普及；到20世纪90年代，铸造模拟技术已经发展到对铸件的组织晶粒生长和形貌进行模拟。进入21世纪，铸造计算机模拟也从二维模拟发展到三维模拟，并逐渐进入工程实用化阶段。
铸造计算机模拟软件由前处理、 求解计算和后处理三大模块构成。前处理模块功能主要有铸件几何模型建立、网格划分、物理属性定义、边界条件及参数设置等；求解计算模块功能主要是基于流体力学和凝固传热理论，对前处理设置的问题进行数值计算求解；后处理模块是借助可视化技术，对计算的求解的结果进行动态观察和分析。
铸造计算机模拟采用的基本方法通常是有限差分法(Finite Difference
Method，简称FDM)和有限元法 (Finite
Element Method，简称 FEM)。有限差分法简单、灵活以及通用性强，主要应用于铸造充填流动的模拟计算。经过多年发展，铸造计算机仿真技术日趋成熟并进入实用化阶段， 一批应用范围广、模拟精度高的模拟软件相继问世，并得到广泛应用，国内的铸造模拟研究工作始于20世纪70年代末，经过多年的研究，开发了一批较为成熟的应用软件，较为知名的有华铸CAE、FT-STAR、CASTSOFT、CAST-3D、Z-CAST等，在国内铸造研究领域及行业得到广泛应用。
进入 21 世纪，铸造模拟理论及技术在广度和深度的长足发展主要表现在两个方面：一是仿真技术由宏观向形成机理方面机理模拟逐步深入，借助数值模拟技术控制铸件的组织形成和性能，已成为当下铸造成型模拟研究热点，方法主要有确定性方法、概率论法和相场法；二是模拟功能由单一的应力场、温度场、流动场等向多场耦合集成发展，使得整个模拟过程在宏观和微观上得到有效结合，在铸件及铸造工艺整体优化设计方面起到了积极作用。
计算机模拟技术在铸造领域的应用
充型过程物理场数值模拟，包括充型过程流动场、凝固过程温度场、应力场数值模拟，以及组织晶粒生长和形态的数值模拟。对铸造过程中单一或耦合集成场量进行数值模拟，可以对铸件成形过程中产生的缺陷进行直观分析，
找出其产生的内 在原因，有助于优化铸造工艺，获得优质铸件。
金属熔液在铸型型腔中的流动情况直接决定铸件的质量，充型情况不利将出现冷隔、浇不足等缺陷， 因而研究金属熔液的充型过程对获得高品质铸件坯料有重要意义。
在充型过程中， 温度场分布规律将直接影响铸件是否会出现缩孔、偏析等缺陷。三维温度场数值模拟能够准确反映铸坯在凝固过程中温度场的分布规律及动态变化，为优化工艺提供参考。经过优化工艺计算结果与实际生产相符合。
模拟铸件凝固过程应力场的分布规律，可对铸件热裂、变形等缺陷进行有效预测。当前，铸造过程应力场的模拟在材质上主要集中在铸铁、铸钢件及铝、镁合金铸件。砂型预热温度对残余应力和变形影响较大，砂型预热温度高低与铸件残余应力及变形成反比；浇注温度对铸件变形的影响最小，浇注温度与残余应力及变形成正比；浇注速度对残余应力影响最小，浇注速度与残余应力、变形成反比。
当前，铸造模拟应用研究 已经由应力场、温度场、流动场等单一场量向多场耦合集成发展，着重分析多场耦合下对整个铸造过程存在的影响，使得整个铸造模拟过程在宏观和微观上得到有效结合。借助三维数值模拟技术可以直观分析铸件凝固组织形核及演变机理，方法主要有确定性方法、概率论法和相场法。近年来，凝固组织模拟技术取得飞速发展，但是离工业应用还有一定距离。
结论与展望
随着铸造模拟理论及方法研究的不断深入，数值模拟所呈现的结果日趋精确， 能够更好的应用于研究领域及工业生产。我国在铸造数值模拟理论领域已经接近世界先进水平，
但专业铸造模拟软件的开发及应用领域成果甚微。“十三五”期间，我国铸件总产量将呈中低速增长态势，铸造企业已经 意识到模拟软件在生产过程中预测及分析的重要性，我国应该继续深入铸造模拟理论及方法研究，
开发出成熟的国产专业模拟软件， 同时在铸造微观组织的数值模拟领域加强研究，相信铸造工艺模拟软件定会在中国铸造企业得到更加广泛地应用。
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