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(guò)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(lái),，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(lái)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(kāi)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(guò)程是：
1 m1 h9 O# N, S        1）接收用戶(hù)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,；
9 a$ m6 I5 p; m7 {        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)。
        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,。
: ~. b4 C2 M. L8 `- p9 Q# [& m: W( Q        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(guò)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(xiàn)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,。
        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)：
( d/ [1 Z3 |/ G5 f3 S/ T        1）計(jì)算準(zhǔn)確、迅速,、消除了人為的計(jì)算誤差,。
        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。
- }5 e! H2 C. S3 Z- Z0 b        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,。
% B( j, y. M% a4 X        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：
3 @, n5 |5 u7 E7 Y        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。
- c( x. p- [# c5 D; @        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。
9 H; b7 ~# q, ]7 T9 t        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(lèi)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(lái),，國(guó)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(kāi)發(fā),，相繼出現(xiàn)了一批較實(shí)用的軟件，如美國(guó)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(guó)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(zhuān)用垂直分型生產(chǎn)線(xiàn)的澆冒口設(shè)計(jì),；清華大學(xué)研制開(kāi)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(kāi)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,。
8 ?7 |9 u$ T% B6 R1 Z) O. C9 D        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(guó)內(nèi)已有很多再其基礎(chǔ)上二次開(kāi)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
        AutoCAD是美國(guó)Autodesk公司為PC機(jī)開(kāi)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(jiǎn)單的三維作圖功能，它是目前我國(guó)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(guó)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,。
3 U- _0 K( F" D" R2 u7 u' t        AutoLisp和ARX語(yǔ)言是一種嵌入在AutoCAD內(nèi)部的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言,。它可以讓用戶(hù)和AutoCAD開(kāi)發(fā)者以非常強(qiáng)大的高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)出宏語(yǔ)言程序和函數(shù)，非常適合于圖形的應(yīng)用,。它為用戶(hù)提供了強(qiáng)大的二次開(kāi)發(fā)的工具,，用戶(hù)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(yǔ)言的實(shí)用程序設(shè)計(jì)方法請(qǐng)讀者參閱有關(guān)專(zhuān)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(guò)各種不同的設(shè)計(jì)專(zhuān)用功能來(lái)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(lái)建立形體,，對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是更自然,，更直觀，無(wú)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,。
5 Z$ T% V; Y& }* h/ U        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(huà)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(guò)的簡(jiǎn)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(huà)和快速的原型工具，復(fù)合建模讓用戶(hù)可在下例建模方法中選擇：實(shí)體建模（Solid）,、曲面建模（Surface）,、線(xiàn)框建模（Wireframe）及其于特征的參數(shù)化建模。
0 \% M$ X; ~' v# o/ w& x        UG的特征和功能有許多獨(dú)到之處：
! @8 y" Y9 s) q+ B. m  b4 n; n        1）功能強(qiáng)大的編程框架,，使客戶(hù)和軟件供應(yīng)商能夠開(kāi)發(fā)與UG很好集成和完全相關(guān)的應(yīng)用程序,。
6 D  j( l  `% [5 e: ~        2）在客戶(hù)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(wèn)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)。
        3）虛擬產(chǎn)品開(kāi)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,。
* J' T# z2 S8 D8 h5 |% Q* ?, G        4）完整的可升級(jí)的產(chǎn)品線(xiàn)，為各層次用戶(hù)優(yōu)化的產(chǎn)品線(xiàn),，因而,，一個(gè)公司可以在需要時(shí)以最合適的價(jià)格購(gòu)置或租用僅僅是它需要的那些模塊,。

        在美國(guó)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),。
+ i" t9 f! d( ^0 ]# B        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,。
9 i9 p& e3 o3 k$ p3 s5 e  R) x% @        首先將零件圖通過(guò)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(xiàn)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(lèi)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),。
- i- k7 C$ t6 y        國(guó)外的鑄造設(shè)備廠(chǎng)家如德國(guó)的BMD已采用了CAD技術(shù)；國(guó)內(nèi)也開(kāi)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(xiàn)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(kāi)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,。
3 w3 t/ y: q3 ^" [        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(kāi)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(lè)加冰

又普及了一下基礎(chǔ),，謝謝樓主

龍南精密鑄造

謝謝!