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1、华中科技大学硕士学位论文基于UG的铸钢件冒口CAD系统的研究与开发姓名：章胜申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：陈立亮;廖敦明20050401I 摘 要 近十年来随着电脑硬件的发展和 Windows 操作系统的普及以前只能应用于工作站的三维 CAD 系统现在能够得到广泛应用在铸造工艺 CAD 中三维设计软件是实体造型技术发展的必然趋势它更容易实现铸造生产过程 CAD/CAE/CAM 一体化本文的研究内容是冒口工艺 CAD 系统采用的二次开发平台是美国 UGS(Unigraphics Solutions)公司推出的三维设计软件 Unigraphics简称 UG它具有强大的造型能力与协同
2、化装配建模功能传统的冒口设计需要综合大量的理论知识并查阅很多相关的手册计算繁琐且易于出错而冒口设计不仅是铸造工艺中关键的一步同时又与 CAE模拟紧密相连设计好铸造工艺的零件可以直接输入到 CAE 软件上进行模拟本课题正是在以上背景的前提下展开的研究和开发 本文分析了国内外铸造工艺 CAD 的发展现状和趋势紧密结合用户需求根据现有的条件和工艺设计流程用 VC6.0 作为开发工具配合 UG 提供的二次开发工具UG/Open实现基于 UG 的铸钢件冒口 CAD 系统的研究和开发 铸钢件冒口 CAD 系统分为两大部分铸钢件冒口设计和冒口绘制二者之间是通过数据库联系起来采用 ODBC 技术实现冒口设计部
3、分是采用热节圆当量板杆法计算铸件模数 在保证计算精度的前提下 减少了用户的输入操作 提高了设计效率设计方法采用比例法和模数法实现了常用冒口的设计冒口绘制又分为两部分一个是根据标准冒口库中的数据直接绘制标准冒口 另一个是根据冒口设计的结果绘制出用户自定义冒口 所开发的铸钢件冒口 CAD 系统是铸钢件铸造工艺 CAD 系统的一个主要功能模块也可作为一个独立的软件运行提供了友好的用户界面和独立的数据操作同时与 UG的操作风格保持一致 本文归纳总结了大量工艺资料细化了铸钢件的经验法冒口设计缩小了参数的选择范围显著提高了设计冒口的准确度在冒口绘制方面利用 UG 软件的参数化尺寸驱动技术和装配环境实现了冒
4、口绘制的高效性此系统在开发过程中和实际紧密联系具有广阔的应用前景 关键词铸造工艺冒口系统CADUG二次开发 II Abstract With the development of computer hardware and Windows operating system, 3D-CAD has been used widely on PC during the latest decade. In the field of casting process CAD, the 3D software is the inevitable trend in the future, because it
5、 is easier to realize the integration of casting process CAD/CAE/CAM. Unigraphics software developed by UGS Corporation becomes all-important choice of more and more foundry companies for its powerful solid modeling and assembly environment. In the traditional casting process design, it demands tech
6、nologist to master plenty of theory and referring to many correlative manuals, and it is cockamamie and fallible to design the size of riser. However, riser design is not only the key of casting process, but also very important for CAE simulation. So it is strongly recommended to do some research on
7、 it. In the paper, riser system designed for steel casting is developed with VC6.0 as foreground application and Excel as background application. Its based on UG/Open by analyzing the actuality and trend about casting process CAD, and combines with the users demand tightly. The study mainly includes
8、 two parts, one is the design system of riser for steel casting and the other is the riser drawing system. These two parts are connected by Excel databasewhich is achieved by ODBC technique. In the design part, a practical simple method called equivalent flat or bar of hot spot circle method is used
9、 to calculate the modulus of cast. This method simplifies users input, and increases the efficiency of riser design without reducing accuracy. There are two methods to design riser for steel casting, one is proportion method, and the other is modulus method. The riser drawing system includes two par
10、ts, and user can not only draw standard riser based on standard riser database, but also draw user riser by users riser database. This riser CAD system is not only a main module of the casting process CAD software, but also an independently software. It has provided friendly user interface and indep
11、endent III data operating, and it also shares the same style with UG. In the course of research, the design methods of riser for steel casting have been fined by referring lots of casting process resources, and shrink the range of riser parameters, so the accuracy of riser design by the methods has
12、been improved markedly. On the other hand, the riser drawing system improves the efficiency of drawing riser by the parameter technique and assembly environment in UG. This riser system is easy-to-use relating with practical production, so it will have a bright application prospect. Key Words: casti
13、ng process, riser system, CAD, UG, secondary development 1 1 绪 论 1.1课题的来源及意义 铸造生产工艺流程长工艺过程复杂影响铸件质量的因素多而铸造工艺设计是铸造生产的核心是能否生产优质铸件的关键长期以来都是靠人的经验习惯进行难以做到最佳工艺设计也无法准确动态地进行分析预示和控制铸件质量近年来微电子技术计算机技术在铸造领域得到广泛的应用而且在改造传统产业和基础工业中扮演着极其重要的角色1 1962 年丹麦的 Forsund 第一个采用电子计算机模拟铸件凝固过程以来铸造工艺研究也进入了计算机时代由于计算机的高速计算能力逻辑判断能力和人
14、工智能化能力使得计算机可以对各种工艺过程进行数值模拟如凝固过程的温度场数值模拟充型过程的流动场数值模拟 液固转变过程中的应力场数值模拟和固相转变后的组织形态及力学性能的数值模拟我国铸造凝固过程数值模拟研究虽然起步较晚但是由于国家重视各单位联合攻关开展了广泛的基础研究使得目前我国的科研成果已经接近国际先进水平尤其是温度场的计算比较成熟并在此基础上开展了铸造工艺 CAD的研究但是我国计算机在生产中应用尚不够普遍尚待进一步开发2 我国计算机在铸造方面应用的主要发展趋势是从数值模拟向计算机辅助设计(CAD)推进铸造工艺 CAD 不是单纯绘图而是以实现铸造工艺优化设计为目的它是利用计算机的图形处理科学计
15、算和信息检索能力辅助铸造技术人员进行铸件生产中的铸造工艺设计代替繁琐的手工绘制手工计算和手工检索文档的工作该项技术可以大大提高工艺设计速度降低新产品开发成本减少不必要的重复性劳动2目前国内不少铸造企业已认识到开发铸造工艺 CAD 系统的迫切性正积极与有关科研单位合作开发铸造工艺 CAD 系统例如华中科技大学材料学院凝固模拟研究室开发的红蓝铅笔系统选用 AutoCAD 作为开发平台采用 ObjectARX 做为二次开发工具已经应用于一些企业取得了一定的经济效益但由于二维绘图在设计分析工程管理以及CAD/CAE/CAM 一体化方面存在着很多的不足三维设计才是 CAD 发展的必然趋势2 因此在三维绘
16、图软件下开发出成熟的铸造工艺 CAD 系统就成为迫在眉睫的任务 对于三维铸造工艺 CAD 软件的开发设计不仅要求系统能够进行复杂的三维绘图尺寸标注填写标题栏和对图形文字的编辑功能同时要具备完善的工艺设计数据库和参数化的数据库以及设计过程中生成的各种文字图形的收集整理功能以供设计完成后的相关数据图样分类管理和补充扩大丰富数据库资源等 基于以上背景本文研究开发了基于 UG 的铸钢件冒口工艺 CAD 系统UG 是目前世界上最流行的三维机械设计软件之一它具有高性能的实体造型能力方便的图形显示及编辑能力并以参数化和特征建模的技术为设计人员提供了良好的设计环境3同时UG 提供了 Open API(Application Programming Interface)函数这些函数提供了直接访问 UG 的能力在 Visual C+6.0 的开发平台上开发人员就可以很方便地对 UG进行二次开发以得到满足用户需求的铸造工艺 CAD 系统 1.2 国内外铸造工艺CAD的发展概况及趋势 CAD 这个概念第一次出现在 1959 年 3 月在美国 M.I.T 召开的一次计划会议上
