鑄造工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)

云松

鑄造工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)

1 鑄造工藝CAD

        在鑄造工藝設(shè)計(jì)過程中,，有許多繁瑣的數(shù)學(xué)計(jì)算和大量的查表選擇等工作，僅憑工藝設(shè)計(jì)人員的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和手工操作,，不但要花費(fèi)很多時(shí)間,，而且設(shè)計(jì)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(jìn)入80年代后，隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展,，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)的科學(xué)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：
+ e$ N3 [+ a! f$ Z( g2 X        1）接收用戶送給的鑄件圖紙，在以工程圖方式接收時(shí)可自行進(jìn)行三維造型,；
$ b# C; l) R- \$ z; `+ q8 g        2）工藝分析和報(bào)價(jià),；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(shí)體計(jì)算鑄件重量和不同部位的模數(shù),，計(jì)算澆冒口等工藝數(shù)據(jù),，進(jìn)行鑄件的初步設(shè)計(jì)，估算成本并提出報(bào)價(jià),。
/ i; M2 g$ C' k; X3 ]2 A( D* z2 A        3）進(jìn)行鑄件的詳細(xì)設(shè)計(jì),；從建立的鑄件三維實(shí)體抽取數(shù)據(jù)進(jìn)行三維凝固模擬并修改鑄件設(shè)計(jì)，然后自動(dòng)生成相應(yīng)的鑄型,、芯盒或模具圖,。
7 K  ~6 n' v: ^  k) Z8 @/ B        4）鑄型、芯盒和模具經(jīng)數(shù)控加工成形,，進(jìn)行澆鑄和檢驗(yàn),，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(jì)。

        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(jì),、凝固模擬和模樣加工等相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng),。

      

2 鑄造工藝CAD的特點(diǎn)

        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(jì)算機(jī)內(nèi)，然后根據(jù)要求標(biāo)出澆注位置和分型面的位置,，進(jìn)一步繪出加工余量及不鑄孔,、槽的符號(hào)，以及撥模斜度,，并標(biāo)出尺寸,，形成鑄件圖；以此為依據(jù)進(jìn)行鑄件模數(shù)和重量計(jì)算,、進(jìn)行補(bǔ)縮系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì),；將設(shè)計(jì)計(jì)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(gè)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(jì)效率,。
6 e1 x4 Y8 L7 t- p) o  l) u! n        與傳統(tǒng)的鑄造工藝設(shè)計(jì)方法相比，用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)鑄造工藝有如下特點(diǎn)：
3 s0 N6 e. D9 I3 f9 _        1）計(jì)算準(zhǔn)確,、迅速,、消除了人為的計(jì)算誤差。
$ L$ w% B, @9 A' f- J- I" t        2）可同時(shí)對(duì)幾個(gè)不同的方案進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和比較,，從而找出較好的方案,。
        3）能夠儲(chǔ)存并系統(tǒng)利用鑄造工作者的經(jīng)驗(yàn)，使得使用者不論其經(jīng)驗(yàn)豐富與否都能設(shè)計(jì)出較合理的鑄造工藝,。
        4）計(jì)算結(jié)果能自動(dòng)打印記錄,，并能繪制鑄造工藝圖等技術(shù)文件。
        計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)不僅使計(jì)算機(jī)代替了人工設(shè)計(jì)鑄造工藝和繪制工藝圖,，而且還能優(yōu)化工藝設(shè)計(jì),，提高工藝出品率。

        鑄造工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)算,，包括鑄件體積,、表面積、重量及熱模數(shù)的計(jì)算,。
" f. K; B( q, t+ s/ G        2）補(bǔ)縮系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,，包括冒口的設(shè)計(jì)和計(jì)算、冷鐵設(shè)計(jì)計(jì)算和設(shè)計(jì)合理的補(bǔ)縮通道,。
% O' ~" r% s  x' M        3）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算,，包括選擇澆注系統(tǒng)的類型和各部分截面積計(jì)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(tǒng)

        近年來,，國內(nèi)外在鑄造工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方面已作了較多的研究和開發(fā)，相繼出現(xiàn)了一批較實(shí)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(jì)；英國Foseco公司的FEEDERCALC軟件可計(jì)算鑄鋼件的澆冒口尺寸,，補(bǔ)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(jì)；清華大學(xué)研制開發(fā)的FTCAD軟件適用于球鐵澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì),；鑄造工藝輔助設(shè)計(jì)集成軟件——CASTCAD適用于鋁合金,、鑄件和鑄鋼生產(chǎn)；華北工學(xué)院開發(fā)的鑄鋼件集成軟件提出了改進(jìn)RUDDLE三次方法設(shè)計(jì)冒口且實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì),。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(jì)效果,。
& k$ G9 D' z) _! W  v. k5 s        鑄造工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中,，微機(jī)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(duì)工作站,，基本上是大型軟件,。

        3.1 Auto CAD軟件包及基本功能
& F+ d7 \7 {& t, q* Y        AutoCAD是美國Autodesk公司為PC機(jī)開發(fā)的一個(gè)交互式圖形軟件包，它主要是一個(gè)二維圖形軟件包,，具有很強(qiáng)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(jì)算機(jī)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(jí)，目前已有AutoCAD2000版本,。它的繪圖命令得到了很大改進(jìn),，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(qiáng)了,。
+ `- u( W; F6 X0 ?        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(qiáng)大的高級(jí)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)鑄造工藝CAD中對(duì)鑄件圖,、鑄造工藝圖等圖形的處理功能,。有關(guān)AutoLisp語言的實(shí)用程序設(shè)計(jì)方法請(qǐng)讀者參閱有關(guān)專著。

        3.2 Pro/Engineer軟件包及基本功能
        Pro/Engineer是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)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(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過各種不同的設(shè)計(jì)專用功能來實(shí)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(duì)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(jì)方式。造型不僅可以在屏幕上顯示,，還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支持Postscript格式的彩色打印機(jī),。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(jì)的,、基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng),，工程設(shè)計(jì)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(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過的簡易和靈活。

        3.3 Unigraphics（UG）工業(yè)設(shè)計(jì)軟件包
        UG包括一個(gè)靈活的復(fù)合建模模塊以及功能強(qiáng)大的逼真照相的渲染,，動(dòng)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(shí)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。
" |) h. d. |, I( L3 V* P, K        UG的特征和功能有許多獨(dú)到之處：
4 _& K+ b. j8 B0 E! f& @+ @# c5 P        1）功能強(qiáng)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,。
        2）在客戶的擴(kuò)展企業(yè)的意義上的數(shù)據(jù)相互可操作性，甚至包括對(duì)那此有問題的輸入數(shù)據(jù)的高成功率,。包括培訓(xùn),，直接技術(shù)支持,，項(xiàng)目實(shí)施,，系統(tǒng)集成,，數(shù)據(jù)交換和工程應(yīng)用的完整服務(wù),。
9 U: P) B8 n! ^( r5 l- o7 @( }. e6 v% r        3）虛擬產(chǎn)品開發(fā)評(píng)估，它用圖表表示一個(gè)公司采用制造業(yè)認(rèn)可的最佳實(shí)踐的程度,。
        4）完整的可升級(jí)的產(chǎn)品線，為各層次用戶優(yōu)化的產(chǎn)品線,，因而,，一個(gè)公司可以在需要時(shí)以最合適的價(jià)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(jī)械,、醫(yī)療設(shè)備、電子,、高技術(shù)和消費(fèi)品工業(yè),。
7 S2 S, P6 o! g2 E) m! X+ s        基于以上介紹的各部分內(nèi)容的設(shè)計(jì)原理和設(shè)計(jì)方法，編制計(jì)算機(jī)程序,，即可得到比較系統(tǒng)和完整的鑄造工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件,。
        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(jì)算機(jī)內(nèi)，然后根據(jù)要求標(biāo)出澆注位置和分型面的位置,，進(jìn)一步繪出加工余量及不鑄孔、槽的符號(hào),，以及撥模斜度，并標(biāo)出尺寸,，形成鑄件圖,；以此為依據(jù)進(jìn)行鑄件模數(shù)和重量計(jì)算、進(jìn)行補(bǔ)縮系統(tǒng)和澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì),；將設(shè)計(jì)計(jì)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(gè)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(jì)效率,。

        4 鑄造機(jī)械及鑄造工程CAD

        鑄造機(jī)械設(shè)計(jì)的工藝性強(qiáng),，設(shè)備種類多，計(jì)算和繪圖量大,，利用CAD技術(shù)可提高效率并優(yōu)化設(shè)計(jì),。
        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(jī)械設(shè)計(jì)軟件,，如清華大學(xué)的拋丸機(jī)CAD系統(tǒng)（SBMCAD）,、氣沖造型線平面布置系統(tǒng)（MLCAD）,，機(jī)械工業(yè)鑄機(jī)科技信息網(wǎng)CAD開發(fā)部的鑄造及機(jī)械化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)（ZJCAD），江蘇理工大學(xué)的S568水玻璃砂再生系統(tǒng)（FSCAD）等,。
  x5 b& Z- U+ f7 q9 x7 h        這些系統(tǒng)大多以微機(jī)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(jìn)行分析,、設(shè)計(jì)和編程,。將系統(tǒng)分為不同模塊，模塊的設(shè)計(jì)遵循通用原則,，每一模塊能實(shí)現(xiàn)某種功能的通用實(shí)際和圖形繪出,，便于系統(tǒng)升級(jí)和擴(kuò)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!