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铸造工艺集成CAD的研究发展

2015/10/3    来源:互联网    作者:刘芬  闫萍      
关键字:铸造工艺  集成CAD  现状  转换  工装设计  
随着我国经济的不断向前发展,我们工作和生活中对于铸造工艺也越来越重视,而作为铸造工艺中重要一环的集成CAD的研究发展工作早已成为我们工作中的重点及难点。因此本文笔者根据个人多年来的相关工作经验,并结合我国铸造工艺集成CAD的现状,先对铸造工艺集成CAD系统的概念分析着手,继而对产品设计模型到铸件模型的转换进行探讨,最终对工装设计也进行了一系列的分析,希望可以起到抛砖引玉的作用,并推动我国铸造工艺集成CAD系统的不断向前发展。

前言

    随着科学技术的不断进步,在铸造中已经广泛采用了计算机技术,并且几乎每一个铸造的环节中都可以发现计算机的使用。自从上个世界八十年代以来,计算机技术得到了长足的进步,继而也被广泛的应用到各行各业中来,其中就有铸造生产,它通过集合所有生产过程中的信息,使之形成一个CIM“孤岛”。并且随着新的工艺设计、合理产品理念的提出,已经将制造过程与设计过程通过CAMCAECAD等软件进行了紧密的联系,使产品设计与产品制造有了一个共同的、合理的平衡点,不仅考虑了可制造性,也考虑了可使用性。所以我们就要从集成CAD系统开始着手,从产品设计结束后即开展对制造工艺参数等的设计,其中包括收缩率、拔模斜度、加工余量以及分型面等。下面是本文作者的一些不成熟的想法,如有不正之处,希望大家予以批评指正,本人在此不胜感激。

1 铸造工艺集成CAD系统的概念

    集成CAD系统中主要有三个部分,包含了从设计阶段到生产阶段的所有工艺设计环节,其中的三个方面都是:

    (1)模板和摸样的设计以及数控加工部分

    (2)铸造工艺CAD以及凝固过程的模拟部分

    (3)产品模型到铸造模型的转变

    由于随着产品的体积的不断缩小,功能的不断增多,产品内部越来越复杂,只有通过计算机设计和辅助工具才可以完成对质量的更高要求。我们在实际工作中很难在人工设计中保证尺寸误差,所以凝固过程模拟以及铸造工艺CAD系统已经广泛的在科研机构以及大中专院校中得到了研究,而且已经取得了很多的优秀成果。

2 模型转换的主要过程

    随着制造工艺的不断发展,实体造型技术也得到了广泛的应用,我们已经可以通过CAD的三维模型对加工余量、拔模斜度以及分型面进行设计,摆脱了传统蓝图的诸多困扰,下面笔者就对这三个方面的设计进行简单的探讨。

    2.1 加工余量

    产品模型到铸件模型的转换中没有对加工面的加工余量进行分析,这是现行的转换模型中存在的一个大问题。加工面的识别有许多研究报导,但由于其造型特征是基于冷加工的,识别到的特性也是与冷加工有关的槽、凹槽、孔。现在有人提出采用基于特征的造型技术,在进行计算机辅助工艺规划时采用这些特征确定加工工艺。计算机辅助工艺规划时首先要计算毛坯的尺寸,其原理如同增加加工余量,因而可以利用特征来识别加工面,然后根据浇注位置等确定加工余量的大小。另外需要把不铸的孔去掉,所有的角都应是铸造圆角。

    2.2 拔模斜度

    为了拔模方便,且不破坏铸型,铸件中平行于拔模方向的平面必须附加一定的拔模斜度。在理论上,只要修改平面的法线方向,即旋转一个拔模角度即可。相关文献中提出采用变量造型来进行设计比较方便,并且假设其分型面法向平行于X、Y、Z三个坐标轴中的一个。

    拔模斜度的增加,意味着几何的重新构造,因而在很大程度上依赖实体造型系统的功能。用目前先进的造型技术如参数化设计、特征造型等来实现比较方便,但需要很多的人工干预。最可行的方法是自动识别需加拔模斜度的面,然后加上拔模斜度。这是因为设计方案经过凝固模拟之后可能需要重新确定分型面,那么拔模斜度也需要重新设计。而且造型部分是采用产品设计部门的结果,铸造工艺设计中需考虑的因素不可能涉及到。

    2.3 分型面设计

    现在的分型面基本上是采用交互的方式来确定,计算机给出一定的分析结果,供使用者参考。现在还不能做到自动加入分型线。对分型线的分析基本上采用一定的规则。分型线从最小尺寸中心经过,这样上、下型中的铸件尺寸最小,便于取模,并且拔模斜度也最小,模型也最接近所要求的产品尺寸,但没有考虑是否可以把整个模型放到一个型中(上或下)。模型这样放有两个优点:其一是可以减少毛边和飞刺缺陷,其二是可减少错型带来的废品率的增加。而如果考虑产品的生产批量较大,为提高出品率,最好采用一型多件;如果浇注合金需要较大的补缩压头,以保证补缩。从计算几何的角度分析计算了分型方向,即拔模方向,从而减少芯子的数量,为优化分型面的设计提供了一个可行的计算方法。

3 工装设计的主要内容

    工装设计的主要内容有三个方面,分别是芯盒、模板以及模样的设计。

    芯盒设计的工作与芯子的设计工作联系非常紧密,在确定分型面的选择之后,在决定用芯子铸造的分型面,在模样中通过实体形式来体现出需要芯子的部位。相关文献中也将芯子根据布置位置的不同分为了三种形式,分别是边角空、多面孔以及内部封闭孔,并且通过数学原理用关联矩阵将芯子的所有特性表示出来,继而通过矩阵将芯子取出,形成了需要的模样外形。

    在凝固模拟分析后要想确保工艺的合理性,就只能通过模板设计来实现,通过将浇注系统与模样有机的结合,形成了一个合理的设计模板。通过制作一个图库将浇冒口系统融合在其中,根据系统自动生成的所需要的浇冒口来进行型板的设计。

    将芯子与芯头都加装在铸件模型上,并且将初见由于凝固时收缩的现象用修正尺寸的方法来补偿叫做模样设计。但是现阶段由于技术水平的限制,我们只能通过计算机辅助系统来对一些不是很复杂的规则面来进行处理,而且还要假设内部存在质心,同时是线性收缩率,只有这样假设条件比较便捷的形状才能应用计算机辅助设计软件。

4 结束语

    综上所述,我们先对铸造集成CAD系统进行了一番了解,发现了其中的问题,虽然计算机技术得到了长足的发展,也在我们的铸造工艺中体现了相当大的作用,但是我们一定要注意到我们技术中存在的不足。根据实际情况,发现其中的难点,通过不断的努力,来解决问题,同时赶上我们与西方发达国家在该领域之间的差距,只有正确的认识自己,才能够迎头赶上,继而推动我国铸造工艺集成CAD系统的不断向前发展,最终为我国经济的飞速发展增添新的动力。

责任编辑:郝秋红
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