鑄造工藝計算機輔助設(shè)計技術(shù)

云松

鑄造工藝計算機輔助設(shè)計技術(shù)

1 鑄造工藝CAD

        在鑄造工藝設(shè)計過程中，有許多繁瑣的數(shù)學計算和大量的查表選擇等工作，僅憑工藝設(shè)計人員的個人經(jīng)驗和手工操作，不但要花費很多時間，而且設(shè)計結(jié)果往往因人而異，很難保證鑄件質(zhì)量，60年代以來，特別是進入80年代后，隨著電子計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算機輔助設(shè)計技術(shù)在工業(yè)中得到愈來愈廣泛的應(yīng)用，也為鑄造工藝設(shè)計的科學化、精確化提供了良好的工具，成為鑄造技術(shù)開發(fā)和生產(chǎn)發(fā)展的重要內(nèi)容之一。

        典型的鑄造工藝CAD系統(tǒng)工作過程是：
! \0 }# _# L6 S        1）接收用戶送給的鑄件圖紙，在以工程圖方式接收時可自行進行三維造型；
        2）工藝分析和報價；按需要從任一角度或?qū)﹁T件任一部分結(jié)構(gòu)加以觀察，根據(jù)三維實體計算鑄件重量和不同部位的模數(shù)，計算澆冒口等工藝數(shù)據(jù)，進行鑄件的初步設(shè)計，估算成本并提出報價。
        3）進行鑄件的詳細設(shè)計；從建立的鑄件三維實體抽取數(shù)據(jù)進行三維凝固模擬并修改鑄件設(shè)計，然后自動生成相應(yīng)的鑄型、芯盒或模具圖。
        4）鑄型、芯盒和模具經(jīng)數(shù)控加工成形，進行澆鑄和檢驗，收集生產(chǎn)中的數(shù)據(jù)供質(zhì)量跟蹤和知道以后的鑄件設(shè)計。

        目前鑄造工藝CAD的軟件功能一般是單一的，分為鑄件設(shè)計、凝固模擬和模樣加工等相對獨立的系統(tǒng)。

      

2 鑄造工藝CAD的特點

        首先將零件圖通過數(shù)字化儀或其他圖形輸入設(shè)備輸入計算機內(nèi)，然后根據(jù)要求標出澆注位置和分型面的位置，進一步繪出加工余量及不鑄孔、槽的符號，以及撥模斜度，并標出尺寸，形成鑄件圖；以此為依據(jù)進行鑄件模數(shù)和重量計算、進行補縮系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)設(shè)計；將設(shè)計計算的結(jié)果以圖形方式加到鑄件圖上，再繪出砂芯形狀，算出芯頭間隙、芯頭壓緊環(huán)、防壓環(huán)、積砂槽和芯頭分塊線及尺寸等，從而形成一個完整的工藝圖；最后繪制出鑄造工藝卡片。將圖形由繪圖儀輸出，完全取代了手工繪制工藝圖和描圖、曬圖等繁瑣工序，而且修改、存檔方便，大大提高了設(shè)計效率。
        與傳統(tǒng)的鑄造工藝設(shè)計方法相比，用計算機設(shè)計鑄造工藝有如下特點：
        1）計算準確、迅速、消除了人為的計算誤差。
  Y" V% }5 J- g* {        2）可同時對幾個不同的方案進行工藝設(shè)計和比較，從而找出較好的方案。
        3）能夠儲存并系統(tǒng)利用鑄造工作者的經(jīng)驗，使得使用者不論其經(jīng)驗豐富與否都能設(shè)計出較合理的鑄造工藝。
        4）計算結(jié)果能自動打印記錄，并能繪制鑄造工藝圖等技術(shù)文件。
5 l0 N' }" N/ {. [* N$ a# b) S2 {        計算機輔助設(shè)計不僅使計算機代替了人工設(shè)計鑄造工藝和繪制工藝圖，而且還能優(yōu)化工藝設(shè)計，提高工藝出品率。

        鑄造工藝計算機輔助設(shè)計程序的功能主要表現(xiàn)在以下幾方面：
        1）鑄件的幾何、物理量計算，包括鑄件體積、表面積、重量及熱模數(shù)的計算。
9 U2 u+ A1 p$ T# s7 z) I        2）補縮系統(tǒng)的設(shè)計計算，包括冒口的設(shè)計和計算、冷鐵設(shè)計計算和設(shè)計合理的補縮通道。
& R) O: i# V3 M* V+ E  g        3）澆注系統(tǒng)的設(shè)計計算，包括選擇澆注系統(tǒng)的類型和各部分截面積計算。
0 t- T) W9 r; F7 Z        4）繪圖，包括鑄件圖、鑄造工藝圖、鑄造工藝卡等圖形的繪制和輸出。

        3 圖形處理的軟件系統(tǒng)

        近年來，國內(nèi)外在鑄造工藝計算機輔助設(shè)計方面已作了較多的研究和開發(fā)，相繼出現(xiàn)了一批較實用的軟件，如美國鑄協(xié)（AFS）的AFS-oftware軟件，可用于鑄鋼鑄鐵的澆冒口設(shè)計；英國Foseco公司的FEEDERCALC軟件可計算鑄鋼件的澆冒口尺寸，補縮距離及選擇保溫冒口套等；丹麥DISA公司的DISAMATIC軟件專用垂直分型生產(chǎn)線的澆冒口設(shè)計；清華大學研制開發(fā)的FTCAD軟件適用于球鐵澆冒口系統(tǒng)設(shè)計；鑄造工藝輔助設(shè)計集成軟件——CASTCAD適用于鋁合金、鑄件和鑄鋼生產(chǎn)；華北工學院開發(fā)的鑄鋼件集成軟件提出了改進RUDDLE三次方法設(shè)計冒口且實現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計。此外，還有許多這方面的軟件都已在鑄造生產(chǎn)中得到較好的應(yīng)用，產(chǎn)生了明顯的經(jīng)濟效果。
        鑄造工藝計算機輔助設(shè)計中，微機上較多的是采用AutoCAD軟件（2D）作為圖形處理的支撐軟件，國內(nèi)已有很多再其基礎(chǔ)上二次開發(fā)的軟件，完成鑄件圖、鑄造工藝卡等圖形處理功能。但目前，3D軟件發(fā)展很快，既有大型軟件，如UG、Pro/E、CATIA，也有中檔軟件，如Solid Edge、Solid Work、MDT等以及低檔的一些軟件。對工作站，基本上是大型軟件。

        3.1 Auto CAD軟件包及基本功能
8 t; j0 v& Q2 G, c        AutoCAD是美國Autodesk公司為PC機開發(fā)的一個交互式圖形軟件包，它主要是一個二維圖形軟件包，具有很強的二維作圖編輯功能，也具有簡單的三維作圖功能，它是目前我國微型計算機上應(yīng)用最廣泛的軟件包。AutoCAD自1982年在美國首次推出AutoCAD1.00版本后，版本不斷升級，目前已有AutoCAD2000版本。它的繪圖命令得到了很大改進，產(chǎn)生圖形的速度和編輯圖形的速度都比以前的版本提高了許多，繪圖和編輯功能也都大大增強了。
% R+ [. n9 m% R' T( k        AutoLisp和ARX語言是一種嵌入在AutoCAD內(nèi)部的開發(fā)語言。它可以讓用戶和AutoCAD開發(fā)者以非常強大的高級語言編寫出宏語言程序和函數(shù)，非常適合于圖形的應(yīng)用。它為用戶提供了強大的二次開發(fā)的工具，用戶就可以利用AutoLisp編制AutoCAD新的命令，從而實現(xiàn)鑄造工藝CAD中對鑄件圖、鑄造工藝圖等圖形的處理功能。有關(guān)AutoLisp語言的實用程序設(shè)計方法請讀者參閱有關(guān)專著。

        3.2 Pro/Engineer軟件包及基本功能
! t  o  ?/ b8 T% ]; v7 S' |$ N        Pro/Engineer是一套由設(shè)計至生產(chǎn)的機械自動化3D軟件，是新一代的基于特征的產(chǎn)品造型系統(tǒng)。Pro/Engineer是一個功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計專用功能來實現(xiàn)，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用這種手段來建立形體，對于工程師來說是更自然，更直觀，無需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計方式。造型不僅可以在屏幕上顯示，還可傳送到繪圖機上或一些支持Postscript格式的彩色打印機。Pro/Engineer還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟件。
        Pro/Engineer是采用參數(shù)化設(shè)計的、基于特征的實體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，可以隨意勾畫草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計者提供了在設(shè)計上從未有過的簡易和靈活。

        3.3 Unigraphics（UG）工業(yè)設(shè)計軟件包
! h% r# p" o9 D5 k0 b        UG包括一個靈活的復(fù)合建模模塊以及功能強大的逼真照相的渲染，動畫和快速的原型工具，復(fù)合建模讓用戶可在下例建模方法中選擇：實體建模（Solid）、曲面建模（Surface）、線框建模（Wireframe）及其于特征的參數(shù)化建模。
0 d- d" R% w6 `1 p0 b5 }        UG的特征和功能有許多獨到之處：
. Z/ a  M# G  @( A5 P7 Z$ s: I        1）功能強大的編程框架，使客戶和軟件供應(yīng)商能夠開發(fā)與UG很好集成和完全相關(guān)的應(yīng)用程序。
' U2 s& h' f0 B7 d        2）在客戶的擴展企業(yè)的意義上的數(shù)據(jù)相互可操作性，甚至包括對那此有問題的輸入數(shù)據(jù)的高成功率。包括培訓，直接技術(shù)支持，項目實施，系統(tǒng)集成，數(shù)據(jù)交換和工程應(yīng)用的完整服務(wù)。
        3）虛擬產(chǎn)品開發(fā)評估，它用圖表表示一個公司采用制造業(yè)認可的最佳實踐的程度。
  {# T- q9 y% Z% \9 p        4）完整的可升級的產(chǎn)品線，為各層次用戶優(yōu)化的產(chǎn)品線，因而，一個公司可以在需要時以最合適的價格購置或租用僅僅是它需要的那些模塊。

        在美國航天航空工業(yè)已安裝有10000多套UG，我們目前也遍及到機械、醫(yī)療設(shè)備、電子、高技術(shù)和消費品工業(yè)。
% n$ x: J/ r' W7 P; P2 P2 q5 c        基于以上介紹的各部分內(nèi)容的設(shè)計原理和設(shè)計方法，編制計算機程序，即可得到比較系統(tǒng)和完整的鑄造工藝計算機輔助設(shè)計軟件。
7 l( ]% b% y- \3 k        首先將零件圖通過數(shù)字化儀或其他圖形輸入設(shè)備輸入計算機內(nèi)，然后根據(jù)要求標出澆注位置和分型面的位置，進一步繪出加工余量及不鑄孔、槽的符號，以及撥模斜度，并標出尺寸，形成鑄件圖；以此為依據(jù)進行鑄件模數(shù)和重量計算、進行補縮系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)設(shè)計；將設(shè)計計算的結(jié)果以圖形方式加到鑄件圖上，再繪出砂芯形狀，算出芯頭間隙、芯頭壓緊環(huán)、防壓環(huán)、積砂槽和芯頭分塊線及尺寸等，從而形成一個完整的工藝圖；最后繪制出鑄造工藝卡片。將圖形由繪圖儀輸出，完全取代了手工繪制工藝圖和描圖、曬圖等繁瑣工序，而且修改、存檔方便，大大提高了設(shè)計效率。

        4 鑄造機械及鑄造工程CAD

        鑄造機械設(shè)計的工藝性強，設(shè)備種類多，計算和繪圖量大，利用CAD技術(shù)可提高效率并優(yōu)化設(shè)計。
/ ^3 |! m8 }* ]7 Q        國外的鑄造設(shè)備廠家如德國的BMD已采用了CAD技術(shù)；國內(nèi)也開發(fā)了一些鑄造機械設(shè)計軟件，如清華大學的拋丸機CAD系統(tǒng)（SBMCAD）、氣沖造型線平面布置系統(tǒng)（MLCAD），機械工業(yè)鑄機科技信息網(wǎng)CAD開發(fā)部的鑄造及機械化設(shè)計軟件系統(tǒng)（ZJCAD），江蘇理工大學的S568水玻璃砂再生系統(tǒng)（FSCAD）等。
        這些系統(tǒng)大多以微機為硬件環(huán)境，以AutoCAD為支撐軟件，但所用的開發(fā)工具不盡相同。系統(tǒng)都采用結(jié)構(gòu)化方法進行分析、設(shè)計和編程。將系統(tǒng)分為不同模塊，模塊的設(shè)計遵循通用原則，每一模塊能實現(xiàn)某種功能的通用實際和圖形繪出，便于系統(tǒng)升級和擴展。

可樂加冰

又普及了一下基礎(chǔ)，謝謝樓主

龍南精密鑄造

謝謝!