虚拟铸造包括铸件的三维实体建模、初始条件与边界条件的设置、热物性参数的选取、液态金属的充型过程计算、凝固过程的计算、铸造缺陷的预测、各种计算结果的三维和二维显示，最后给出工艺改进方案或措施。其核心是铸造过程的建模与仿真技术。

建模与仿真技术包括铸件充型过程（流场）数值模拟、凝固过程（温度场）数值模拟、微观组织数值模拟、热应力数值模拟以及铸造缺陷（如缩孔、缩松、变形及热裂等）预测等。

①铸件充型过程数值模拟。针对液态金属的浇注、充填型腔开展建模与仿真，计算液态金属在流动过程中的流场、温度场、压力场以及充填形态和充填次序，并预测与此有关的铸造缺陷，如冷隔、浇不足等。

②铸件凝固过程模拟。主要是针对充型之后的液态金属继续冷却过程、凝固相变、固态的冷却过程开展建模与仿真，计算整个过程中发生的热量散失、温度场变化、固液相变过程、液体的自然对流和强迫对流情况、溶质的宏观传输现象等，进而预测凝固过程中发生的各种铸造缺陷，如缩孔、缩松、宏观偏析等。

③铸件微观组织模拟。在更微小的尺度上对固液相变过程开展建模与仿真，耦合微观的晶粒形核与生长热力学、动力学，描述微观组织的形成与演变，并预测与之相关的微观缺陷，如微观偏析、显微缩松、气孔，以及某些特定工艺产生的微观缺陷如杂晶等。

④铸件凝固过程中的热应力数值模拟。对铸件凝固和后续冷却过程中由于温度差异、结构差异和相变导致的应力开展建模与仿真，涉及凝固过程复杂的传热分析（包括与铸件和收缩有关的界面传热）、随温度和组织变化的力学模型、铸件与铸型之间的相互作用和热裂的发生等。通过热应力模拟，可以预测铸件凝固过程中应力和变形的动态变化，从而对铸件热裂、残余应力和残余变形进行分析和预测，为铸件尺寸精度控制提供依据。

⑤铸造缺陷预测。基于铸件液态金属充型与凝固过程的宏、微观数值模拟结果，如流场、温度场、浓度场、应力应变场、微观组织分布等，运用流体力学、传热学、合金热力学与动力学、金属凝固与相变等专业理论知识，依据一定的判据准则，预测铸件在各种工艺条件下可能出现的铸造缺陷，如缩孔、缩松、残余应力、残余变形、热裂、冷裂、冷隔、浇不足、宏/微观偏析、显微疏松/孔洞、气孔或特定工艺条件下产生的晶体类缺陷。

铸件充型与凝固过程的模拟与仿真技术已进入工程实用化阶段。铸造充型与凝固过程的数值模拟，可以帮助工程技术人员在铸造工艺设计阶段对铸件可能出现的各种缺陷及其大小、部位和发生的时间予以有效的预测，从而优化铸造工艺设计，确保铸件的质量，缩短试制周期，降低生产成本。

铸造过程数值模拟正在由宏观模拟向微观模拟转变，模拟尺度包括微米和毫米级，涉及结晶过程形核长大、柱状晶与等轴晶的转变和金属基体组织的控制等方面。对铸件凝固组织形成过程的模拟，可以预测铸件的铸态组织和力学性能，获得主要工艺参数与铸件凝固组织的定量关系，为通过工艺控制改善铸件微观组织提供可靠依据。

虚拟铸造的建模与仿真已应用于轻金属制造过程。①1999年，美国通用汽车公司开始了虚拟铸件制造项目，主要是利用建模与仿真，将铸件设计、结构性能和寿命预测有机整合起来，达到缩短研发时间和降低研发成本的目的。②美国福特汽车公司将材料、零件和制造流程集成起来，通过建模与仿真设计铝合金铸件，对传统设计方法进行改进，确保了铸造建模以及结构和性能预测工具无缝链接到有限元代码中，并可实现设计流程的优化。该项目在铸造零件产品成本方面为福特公司节省超过1亿美元，每年减少200万～500万美元的研制费用。

虚拟铸造的建模与仿真已应用于多种合金和产品开发应用领域。如铝合金汽车发动机缸体全流程建模仿真和寿命预测。针对铝合金发动机缸体，铸件几何设计阶段采用二维和三维软件进行建模设计。金属液充填时，对充填流动过程和热分析进行集成建模仿真；对铸件凝固冷却过程，模拟其微观组织并预测可能形成的铸造缺陷。在宏微观模拟的基础上同时开展了铸件关键点力学性能和铸件整体耐用性和可靠性的预测和模拟。中国在铝合金、镁合金、钛合金、高温合金等产品的铸造生产中已广泛采用了虚拟铸造技术。