随着全球市场经济竞争的加剧,美国在中美贸易战中无视世贸规则对我国高端制造业肆意打击,想以此打断我国制造业产业升级进程。为反制美国,我国正依据“中国制造2025”培育高科技制造企业,淘汰落后产能,促进产业升级,抢占科技制高点。我国传统铸造行业必须要走高质量、绿色、健康可持续发展之路。高效、低污染、灵活的无模铸造技术为铸造行业转型升级提供了新的途径。无模铸造的相关技术仍在发展中,有待进一步推广和应用。本文针对某印刷样机主关键零件——压印滚筒进行了基于无模铸造技术的铸造工艺设计、数值模拟以及试制研究。压印滚筒材质为QT500,重量3100kg,最大直径809mm,高度为842mm,平均壁厚115mm,内腔较复杂,生产数量少,周期短,铸件质量要求高,铸造难度大。根据铸造工艺的设计原则和要求,进行浇注位置、分型面等工艺设计,选择和确定了铸件公差、收缩率、起模斜度、加工余量、分芯（型）负数等工艺参数;根据铸件结构特点、铸造工艺手册及相关设计经验,先分别设计顶注式雨淋、阶梯式、底注式雨淋等三种浇注系统,然后计算并选择了三种浇注系统较合适的参数,且经奥赞公式等校核,最后据此进行浇注方案的三维模型设计。基于Pro CAST软件分别就三种不同的浇注方案进行数值模拟仿真。根据Pro CAST对铸件充型及凝固过程中流场、温度场、固相率场等方面的模拟计算,分析后发现:顶注式雨淋浇注方案浇注时间偏短、浇注速度过快,存在卷气现象;阶梯式浇注方案浇注时间过长、浇注速度较慢;底注式雨淋浇注方案浇注时间居中,浇注速度适中。进一步研究分析发现:顶注式雨淋浇注方案对型腔的冲刷较大,易产生粘砂等缺陷,缩孔缩松缺陷布满铸件的边角;阶梯式浇注方案造型复杂,不宜样机生产,上层内浇道与铸件形成新的热节,产生了新的缩孔缩松缺陷;底注式雨淋浇注方案充型平稳,排气顺畅,对内腔冲刷较少,同时也存在不利于顺序凝固、不利于补缩的缺点,但可通过冒口、冷铁等手段进行调整优化。根据前两种浇注方案数值模拟结果发现,铸件的热节部位冷铁的作用不明显,冒口位置靠上导致补缩效果不明显,据此在底注式雨淋方案中对冒口位置及冷铁位置大小进行了调整,最终模拟结果优于前两种方案,收缩基本集中于冒口处,故选用底注式雨淋浇注方案进行试制。试制时,压印滚筒铸件外形的型腔仍用木模造型,这样更加高效、经济;复杂砂芯则基于数控加工的无模铸造技术进行快速制造。造型试验表明:采用无模铸造技术制造的砂芯与木模制造的型腔进行落芯、合型,相关铸型尺寸符合技术要求。利用中频感应电炉进行合金熔炼,球化温度1450℃,浇注温度1370℃,浇注时间90s。试制后,根据压印滚筒单件制造周期与制造成本,对无模铸造工艺与传统铸造制模工艺进行经济性分析,采用无模铸造工艺节约成本约3.5万元,缩短生产周期约单人47天时间。传统铸造制模工艺下,模具是可以重复使用的,生产第二件以后的模具成本为0,而采用无模铸造工艺每生产一件,就会产生1.2万元的砂芯制造成本,因而两种生产方案成本相同的临界产量为4～5件,因此可以得出两种方案临界产量的概念,小于临界产量时,选择无模铸造工艺更具有快速、经济等优点。总之,无模铸造技术和数值模拟技术的运用,能快速实现新品生产工艺的开发,满足企业在样品生产阶段的需求,避免了生产验证耗时耗力,样品的迅速生产并推出市场能使企业在市场竞争中处于优势地位。