离心复合铸造是一种能够生产双层或多层复合铸件的最简便方法,已广泛应用于复合轧辊、复合钢管的铸造。但在双层及多层复合铸造过程中,由于内外层材料的不同,如何保证各层材料良好结合的工艺控制成为关键问题。采用传统的试错法确定工艺成本高、浪费资源,研究开发专用软件又需要大量的基础工作,使其推广和应用受到很大限制。本文试图利用通用有限元商用Pro CAST软件,建立卧式离心复合铸造的有限元模型,为实现离心复合铸造过程的流场、温度场和应力场的模拟,优化离心铸造轧辊铸造工艺,提高轧辊质量,提供一种通用、简便的技术手段。离心铸造过程是复合轧辊生产关键工艺阶段,而商用的Pro CAST软件在模拟卧式离心铸造过程中存在严重的失真问题。为解决这一问题,本文提出根据金属质点的受力特点,将筒形件卧式离心铸造化分为符合重力流动规律的流道流动和接触旋转铸型后的离心流动两部分,分别建模的方法。用该方法对卧式离心铸造充型过程进行模型,并利用已有水力学试验对模型进行验证,结果表明该方法能够实现筒形件卧式离心流动的模拟。利用分段建模方法对典型筒形件(湿式汽缸套)卧式离心铸造过程的流场和温度场进行了模拟研究,模拟结果与实际工艺符合的较好,进一步验证了Pro CAST模型在卧式离心铸造流动充型和凝固过程模拟的正确性。通过模拟研究,分析了各种工艺参数对缺陷深度的影响,解决了卧式离心铸造湿式汽缸套铸造缺陷深度大、废品率高的问题。在卧式离心铸造模拟的基础上,提出了轧辊复合铸造过程模拟的Pro CAST模型。运用该模型模拟了Cr4轧辊复合铸造整个过程中的流场、温度场及外层模具的温度场,并实测了铸型对应位置的温度和Cr4轧辊相应位置的组织结构,对比模拟结果及实验结果,模拟结果与实验结果相一致。通过测定外层Cr4钢和中间层材料的力学性能,利用Pro CAST软件建立了轧辊复合铸造过程的应力场模型并进行了模拟,获得了轧辊复合铸造凝固过程的应力场和残余应力场。对比轧辊外层实测应力,模拟结果与实测结果具有相同的分布规律。分析了影响轧辊外层与中间层间界面结合质量因素,给出了中间层与外层能否实现冶金结合和结合层厚度最小的质量判据;研究了不同铸造工艺参数条件下能够保证全部结合的外层离心时间,以及各种参数对外层有效厚度的影响程度,给出了各因素影响外层有效厚度的主次顺序为:中间层浇铸温度>内表面换热系数>中间层厚度>涂层厚度>端盖砂材料。针对轧辊下轴颈存在缩孔的实际问题,研究了冷铁壁厚、材料、长度和下箱砂材料等因素对下轴颈中心缩孔位置及尺寸的影响,设计了合理的工艺技术,能够完全消除了下轴颈的中心缩孔。