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傳統的鑄造工藝方案設計優化主要依賴于工藝人員的實際經驗和反復試澆。借助于溫度場數值模擬有限元分析，可以了解鑄件缺陷的形成機理、優化鑄造工藝及其參數，從而能夠確保鑄件的質量，提高鑄件合格率，降低生產成本。本研究以垂向減震器座為研究對象，設計了兩種澆注方案，利用ANSYS軟件仿真模擬鑄件凝固過程中不同澆注方案的溫度場變化，分析鑄件凝固過程中溫度場的模擬結果，研究鑄件凝固過程中的凝固順序和補縮狀況，選出最佳澆注系統設計方案，從而有效避免鑄件凝固過程中產生縮松、縮孔，優化鑄件工藝參數。
采用UG軟件對垂直減震器座進行三維實體建模，按照鑄造工藝要求對鑄件結構進行合理的簡化和調整，得到鑄件的幾何模型，如圖所示。鑄件幾何結構最大輪廓尺寸為：162 mmx116 mmx115 mm。
ANSYS可與許多先進軟件共享數據，利用ANSYS的強大數據接口，可精確地將在Pro/E，UG和AutoCad等軟件生成的幾何數據運用于ANSYS，從而節省在ANSYS上創建模型時間，提高工作效率。本研究采用UG軟件將設計好的鑄件模型導入ANSYS軟件。
對于該鑄件采用砂型鑄造工藝，根據鑄件的結構特點，其澆注系統設計采用兩種方案，即中注式澆注系統和底注式澆注系統。由于鑄件屬于小型鑄鋼件，若采用中注式澆注，澆注系統必須有較好的擋渣能力。因此，應該采用半封閉式的澆注系統，如圖。澆口設計在中部邊緣位置，頂部厚大部位設計兩個明冒口。采用底注式需要設置較高的直澆道，導致需要澆入的鋼液質量大大增加，因此，需設計更大的直澆道與橫澆道。橫澆道的斷面積和內澆道設置為梯形。直澆道為上大下小圓臺，頂端最厚大的部位設置為兩個上大下小圓臺狀明冒口，另外，底注式需要設計三個砂箱。
液態金屬在凝固過程中不僅結構形態發生變化，同時還要經歷相變過程，由于其溫度變化區間非常大，故其熱導率及熱燴與溫度關系密切，鑄鋼的熱物理性能具體數據關系查手冊可得，如表所示。而砂型的熱性能參數可以看成是不隨溫度變化的常值，其導熱系數為0.52，密度為1 630 kg/m3，比熱容為1 220 J。
對建立的模型(即鑄件與鑄型)分別設置屬性，仿真過程中采用智能網格對模型進行網格劃分。鑄件網格劃分效果見圖，鑄型網格劃分效果見圖。
(1)溫度載荷由于鑄件充型時間相對于鑄件凝固時間可以忽略不計，仿真過程中假設金屬液瞬時充滿型腔。同時由于砂型在金屬凝固過程中溫度變化很小，因此將其熱物性參數設置為不隨溫度變化的常數。
(2)邊界載荷鑄件一砂型系統的傳熱過程主要通過液態金屬與砂型的熱傳導和對流換熱、砂型表面與大氣的對流換熱及其對外界的熱輻射等方式綜合進行。由于液體金屬與砂模單元的對流換熱計算復雜，會引起計算量大增，同時二者在實際中熱交換時間不長，對于仿真結果影響很小，因此仿真中忽略了液體金屬與砂模單元對流換熱的影響。同時由于忽略砂型模型整體輻射熱并不影響求解精度，因此，本研究忽略砂型外表面輻射熱，簡化邊界條件。
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