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1、大型铸钢件铸造工艺 CAD 系统的开发与应用发表时间：2010-10-8 朱炳文 廖敦明 陈立亮 林平 粱向方 来源：e-works关键字：参数化设计 铸造工艺 CAD 系统 大型铸钢件 信息化调查找茬投稿收藏评论好文推荐打印社区分享基于 AutoCAD2006 平台，以 ObjectARX2006 与 VC+NET 为开发工具，结合 ODBC 技术，并利用参数化设计方法开发适用于大型铸钢件的铸造工艺 CAD 系统。系统功能主要包括冒口系统设计、浇注系统设计、冷铁系统设计、砂芯系统设计及铸造工艺参数设计，并根据工厂实际生产情况设计相应的辅助功能系统。大型铸钢件广泛用于电站、石油化工、冶金、船舶
2、等装备，如核电设备中的不锈钢主泵泵体、汽轮机缸体，水电机组的转轮、叶片、上冠、下环，火电机组中的汽缸体，大型冶金设备中的轧机机架、轧辊、大型轴承座等。这些大型铸钢件的制造直接关系到国家重点工程项目的质量、安全及进度，对于国计民生具有重要的意义。本文以 AutoCAD2006 为平台，VC+NET 为开发环境，结合 AUTODESK 公司推出的ObjectARX2006 二次开发工具，根据中国第二重型机械集团铸造分厂的大型铸钢件铸造工艺要求，采用参数化设计的方法，进行针对大型铸钢件的铸造工艺 CAD 系统的开发。此工艺 CAD 系统在实际运用中，改变了人工纸板绘制工艺和手工查阅铸造手册的状况，加
3、快了新产品的开发速度，提高了其市场竞争力。工艺人员通过计算机辅助设计绘图，并运用此工艺 CAD 系统进行铸造工艺设计，减轻了劳动强度，提高了工艺设计效率。1 大型铸钢件铸造工艺 CAD 系统的设计大型铸钢件铸造工艺 CAD 系统是一个基于 AutoCAD 的二次开发系统，对大型铸钢件的铸造工艺 CAD 系统应施行模块化设计。首先，要规划好系统的结构。本文把铸造工艺 CAD系统大致上分为六大模块：浇注系统、冒口系统、冷铁系统、砂芯系统、辅助系统、工艺参数系统。整个系统的结构如图 1。每个系统模块完成所对应的大型铸钢件铸造工艺过程，整个铸造工艺 CAD 系统涵盖大型铸钢件铸造工艺设计的全部流程。图
4、 1 铸造工艺 CAD 系统结构图Fig.l Structure sketch of casting process CAD system2 开发工具与开发环境一个 CAD 系统所支持的各种程序设计语言统称语言开发环境。语言开发环境是 CAD 系统开放式结构的一个重要组成部分，它可以将高级语言的运算、判断及字符处理功能和CAD 系统的图形处理功能有机地结合起来，从而为 CAD 系统的二次开发提供强大的工具。基于 AutoCAD2006 平台，以 ObjectARX2006 为开发工具，开发环境为 VC +. NET2002。Object-ARX 的最大特点是引入了面向对象的编程思想，提供了大量
5、的类库，而且 ObjectARX 生成的是动态链接库，共享程序地址空间，相比之前通过 IPC(进程间通信)进行交互， Obj ectARX 开发的系统效率更高，有更好的控制能力。ObjectARX 支持与Microsoft 的基础类库(MFC)的混合编程，使得开发者能够创建基于 MFC 的用户界面，其外观和内建与 AutoCAD 的用户界面完全相同，与其它应用程序如 ADS 和 Lisp 相比，ObjectARX 充分利用了 Windows 的现有资源，可以方便、高效和可靠地设计出具有典型Windows 风格的 AutoCAD 应用程序。3 系统的开发与实现大型铸钢件铸造工艺 CAD 系统的二
6、次开发过程中，冒口系统、冷铁系统、砂芯系统及辅助系统中的吊把和铁芯头、铁芯座、都采用参数化设计方法进行设计。参数化设计方法就是指在保持图形结构的拓扑关系不变的情况下，通过设置相应的参数来控制图形的几何尺寸大小，部分参数值的改变可以导致设计图形的自动修改。这种设计方式显著地改善了图形设计的重构能力和设计柔性。3.1 大型铸钢件窗口系统设计普通铸钢件的冒口尺寸设计一般采用普通模数法计算，取冒口模数 Mr=(1.11.2)Mc(铸件模数)，并由补缩效率 =14%20%来验证。为了确保大型铸钢件的质量，Mr 往往要取上限，但这样可能会造成相当大的浪费。故在二次开发中对于大型铸钢件采用动态模数法：在冒口
7、一铸件凝固体系中，冒口不断地向铸件补缩，使得 Mr 和 Mc 处于动态变化状态。当铸件凝固结束时，铸件的实际体积增加到 Vc+Vc,冒口的残余体积减少到 Vc-Vc。因此，这时它们的确切模数分别为： 从理论上讲，当 时，冒口与铸件凝固时间相等，而在凝固结束以前 Mr 均大于 Mc，铸件可得到充分补缩。按此原则制定冒口尺寸是最经济、合理的。大型铸钢件多为单批或小批生产，且制作冒口需花费大量的木材和工时。所以二重铸造厂将冒口尺寸进行标准化和系列化，这样就可以充分的发挥冒口模型的使用价值，节省大量的人力，物力。在用铸造工艺 CAD 系统绘制冒口时，我们根据大型铸钢件的结构和工艺流程，确定冒口的尺寸和
8、类型，点击所需类型的冒口图标，以圆形明冒口为例，在编辑框中输入冒口的尺寸参数、视图类型及冒口线型，并根据需要计算出冒口重量和冒口模数。参数设置完毕后，点击“开始绘制冒口”按钮，进入冒口绘制阶段，此时，工艺人员用鼠标选取冒口放置平面及方向，系统自动生成冒口的 3 种视图，并自动标注尺寸。圆形明冒口设计界面如图 2 所示。图 2 圆形明冒口设计界面Fig.2 Interface of round-external riser system design本文为作者授权转载文章，任何人未经原作者同意，不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用，e-works 不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及
9、时告之，以便进行及时处理。联系方式：editore- tel：027-87592219/20/21。3.2 大型铸钢件浇注系统设计大型铸钢件几乎都是采用漏包浇注，设计步骤为：首先计算浇注时间和平均压力头，并运用流体力学公式计算阻流截面积，然后选择截面比计算各单元截面积，并结合浇道结构和截面参数设计各个浇道。根据二重铸造厂大型铸钢件的铸造工艺要求，浇注系统分为 3 部分：单层浇注系统、多层浇注系统和冒口补浇多向浇注系统，其中每个部分又分为俯视和侧视两种视图方式。以单层浇注系统为例，首先计算出直浇道、横浇道和内浇道的截面尺寸和道数，然后在绘制俯视图时，鼠标点击各浇道的放置位置，程序自动生成各个浇道
10、并进行标注。绘制侧视图时，在编辑框中输人浇道尺寸参数，点击“开始绘制”按钮，自动生成侧视图，再用鼠标点击确定放置位置。浇注系统单层侧视图设计界面如 3 所示。图 3 浇注系统单层侧视图设计界面Fig. 3 Interface of single-stratum gating system design3.3 大型铸钢件冷铁系统设计大型铸钢件壁厚较大，凝固时的液态收缩与凝固收缩值也较大，单靠冒口往往不能充分补缩铸件，所以普遍使用冷铁。冷铁按在铸型中所处的位置可分为内外两种：外冷铁设置在砂型表面；内冷铁设置在相当铸件热节部位的型腔之中。在实际的冷铁设计中，应根据生产设计经验调整冷铁尺寸参数和布置方
11、式，以更有效地满足工艺要求。根据二重铸造厂大型铸钢件的铸造工艺要求，将冷铁系统分为规则外冷铁、不规则外冷铁和内冷铁 3 种。以规则外冷铁为例，先依据激冷区的铸钢件的结构，计算出所需的外冷铁的尺寸、块数和摆放位置，然后再在对话框中设置外冷铁尺寸参数、块数、线型和绘制方式。点击“开始绘制”按钮，用鼠标选取放置外冷铁的矩形区域，系统自动按要求完成外冷铁的绘制并自动标注。规则外冷铁设计界面如图 4 所示。图 4 规则外冷铁设计界面Fig.4 Interface of regular surface chilled iron design3.4 大型铸钢件其他 s 艺 CAD 系统的设计其他的一些常用的
12、铸造工艺，如绘制分型线、分模线和分型负数等功能都包括在铸造工艺 CAD 系统中，工艺人员可以很方便地运用鼠标来指定位置，系统自动生成相应的工艺符号与参数。在工艺卡的绘制中，系统采用 ODBC(开放数据库互连)技术，将工艺卡中的信息储存在数据库中，工艺人员依据不同铸钢件的工艺要求，方便地改写工艺卡，自由拖动技术能使工艺员拖动工艺卡放置在任何合适的位置上，工艺卡的设计界面如图 5 所示。以上功能的具体实现，限于篇幅，本文不再详述。图 5 工艺卡设计界面Fig.5 Interface of process card design4 应用实例以二重铸造厂设计的上支撑轴承座为例。该铸钢件的最大外轮廓尺寸
13、为 1 266 mm X 610 mm X 1 172 mm，重 3 252 kg，属于中等复杂程度的较大型铸钢件，且其铸造工艺较典型。设计步骤如下。根据铸钢件结构特点和技术要求，确定浇注位置，利用浇注系统设计模块，计算出直浇道、横浇道和内浇道的直径，在主视图和侧视图上完成浇道的绘制。在轴承座长边侧面进行分型，绘制分型线并标出上下型。通过特殊加工量与分型负数模块，确定工艺参数值，在铸件图上选择绘制位置，完成绘制，并将需铸死的位置绘制铸死符号。根据轴承座中空位置的尺寸大小确定砂芯的尺寸与间隙，并绘制砂芯引气和砂芯固定符号。根据铸钢件热节的大小和位置及最后凝固部位的体积和表面积，计算出铸钢件的模数
14、，由此确定冒口的模数，然后根据铸造工艺要求选择圆形保温明冒口，选择冒口放置位置并完成绘制。在轴承座外壁较厚部位上放置外冷铁，然后将绘制好的铸造工艺图和工艺卡打印输出。工艺设计最终结果如图 6 所示。图 6 上支撑轴承座铸造工艺图Fig.6 Casting process diagram of up-support bearing housing5 结论以 AutoCAD2006 为平台，VC+.NET2002 和 Object2006 为二次开发工具，针对大型铸钢件的铸造工艺要求开发了铸造工艺 CAD 系统。此系统的功能包括了大型铸钢件铸造工艺设计的全部流程，并以工厂实际需要建立了冒口、铁芯头铁芯座和工艺卡等数据库。通过尺寸驱动方式，工艺人员经过简单的操作可快速准确地进行铸造工艺设计，减轻了其工作强度，提高了工作效率。本文为作者授权转载文章，任何人未经原作者同意，不得复制、转载、摘编等任何方式进行使用，e-works 不承担由此而产生的任何法律责任! 如有异议请及时告之，以便进行及时处理。联系方式：editore- tel：027-87592219/20/21。
