鑄造工藝計算機輔助設計技術

云松 · 發表于 2011-11-19 22:43:21

鑄造工藝計算機輔助設計技術

1 鑄造工藝CAD

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

      典型的鑄造工藝CAD系統工作過程是：
      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對鑄件任一部分結構加以觀察，根據三維實體計算鑄件重量和不同部位的模數，計算澆冒口等工藝數據，進行鑄件的初步設計，估算成本并提出報價。
      3）進行鑄件的詳細設計；從建立的鑄件三維實體抽取數據進行三維凝固模擬并修改鑄件設計，然后自動生成相應的鑄型、芯盒或模具圖。
      4）鑄型、芯盒和模具經數控加工成形，進行澆鑄和檢驗，收集生產中的數據供質量跟蹤和知道以后的鑄件設計。

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

2 鑄造工藝CAD的特點

      首先將零件圖通過數字化儀或其他圖形輸入設備輸入計算機內，然后根據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；以此為依據進行鑄件模數和重量計算、進行補縮系統和澆注系統設計；將設計計算的結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、防壓環、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，大大提高了設計效率。
      與傳統的鑄造工藝設計方法相比，用計算機設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。
      2）可同時對幾個不同的方案進行工藝設計和比較，從而找出較好的方案。
      3）能夠儲存并系統利用鑄造工作者的經驗，使得使用者不論其經驗豐富與否都能設計出較合理的鑄造工藝。
      4）計算結果能自動打印記錄，并能繪制鑄造工藝圖等技術文件。
      計算機輔助設計不僅使計算機代替了人工設計鑄造工藝和繪制工藝圖，而且還能優化工藝設計，提高工藝出品率。

      鑄造工藝計算機輔助設計程序的功能主要表現在以下幾方面：
      1）鑄件的幾何、物理量計算，包括鑄件體積、表面積、重量及熱模數的計算。
      2）補縮系統的設計計算，包括冒口的設計和計算、冷鐵設計計算和設計合理的補縮通道。
      3）澆注系統的設計計算，包括選擇澆注系統的類型和各部分截面積計算。
      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

近年來，國內外在鑄造工藝計算機輔助設計方面已作了較多的研究和開發，相繼出現了一批較實用的軟件，如美國鑄協（AFS）的AFS-oftware軟件，可用于鑄鋼鑄鐵的澆冒口設計；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線的澆冒口設計；清華大學研制開發的FTCAD軟件適用于球鐵澆冒口系統設計；鑄造工藝輔助設計集成軟件——CASTCAD適用于鋁合金、鑄件和鑄鋼生產；華北工學院開發的鑄鋼件集成軟件提出了改進RUDDLE三次方法設計冒口且實現了參數化設計。此外，還有許多這方面的軟件都已在鑄造生產中得到較好的應用，產生了明顯的經濟效果。
鑄造工藝計算機輔助設計中，微機上較多的是采用AutoCAD軟件（2D）作為圖形處理的支撐軟件，國內已有很多再其基礎上二次開發的軟件，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
      AutoCAD是美國Autodesk公司為PC機開發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。
      AutoLisp和ARX語言是一種嵌入在AutoCAD內部的開發語言。它可以讓用戶和AutoCAD開發者以非常強大的高級語言編寫出宏語言程序和函數，非常適合于圖形的應用。它為用戶提供了強大的二次開發的工具，用戶就可以利用AutoLisp編制AutoCAD新的命令，從而實現鑄造工藝CAD中對鑄件圖、鑄造工藝圖等圖形的處理功能。有關AutoLisp語言的實用程序設計方法請讀者參閱有關專著。

      3.2 Pro/Engineer軟件包及基本功能
      Pro/Engineer是一套由設計至生產的機械自動化3D軟件，是新一代的基于特征的產品造型系統。Pro/Engineer是一個功能定義系統，即造型是通過各種不同的設計專用功能來實現，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，無需采用復雜的幾何設計方式。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用軟件。
      Pro/Engineer是采用參數化設計的、基于特征的實體模型化系統，工程設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計者提供了在設計上從未有過的簡易和靈活。

      3.3 Unigraphics（UG）工業設計軟件包
      UG包括一個靈活的復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）及其于特征的參數化建模。
      UG的特征和功能有許多獨到之處：
      1）功能強大的編程框架，使客戶和軟件供應商能夠開發與UG很好集成和完全相關的應用程序。
      2）在客戶的擴展企業的意義上的數據相互可操作性，甚至包括對那此有問題的輸入數據的高成功率。包括培訓，直接技術支持，項目實施，系統集成，數據交換和工程應用的完整服務。
      3）虛擬產品開發評估，它用圖表表示一個公司采用制造業認可的最佳實踐的程度。
      4）完整的可升級的產品線，為各層次用戶優化的產品線，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已安裝有10000多套UG，我們目前也遍及到機械、醫療設備、電子、高技術和消費品工業。
      基于以上介紹的各部分內容的設計原理和設計方法，編制計算機程序，即可得到比較系統和完整的鑄造工藝計算機輔助設計軟件。
      首先將零件圖通過數字化儀或其他圖形輸入設備輸入計算機內，然后根據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；以此為依據進行鑄件模數和重量計算、進行補縮系統和澆注系統設計；將設計計算的結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、防壓環、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，大大提高了設計效率。

4 鑄造機械及鑄造工程CAD

      鑄造機械設計的工藝性強，設備種類多，計算和繪圖量大，利用CAD技術可提高效率并優化設計。
      國外的鑄造設備廠家如德國的BMD已采用了CAD技術；國內也開發了一些鑄造機械設計軟件，如清華大學的拋丸機CAD系統（SBMCAD）、氣沖造型線平面布置系統（MLCAD），機械工業鑄機科技信息網CAD開發部的鑄造及機械化設計軟件系統（ZJCAD），江蘇理工大學的S568水玻璃砂再生系統（FSCAD）等。
      這些系統大多以微機為硬件環境，以AutoCAD為支撐軟件，但所用的開發工具不盡相同。系統都采用結構化方法進行分析、設計和編程。將系統分為不同模塊，模塊的設計遵循通用原則，每一模塊能實現某種功能的通用實際和圖形繪出，便于系統升級和擴展。

可樂加冰 · 發表于 2012-3-12 22:52:50

又普及了一下基礎，謝謝樓主

龍南精密鑄造 · 發表于 2012-3-13 10:50:27

謝謝!

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