ZWSOFT中望CAD／CAE／CAM技術(shù)在鑄造生產(chǎn)的應(yīng)用(201303)15877VIP

1、 ZWSOFT中望三維CADCAECAM技術(shù)在鑄造生產(chǎn)的應(yīng)用張亞龍1 宋彬2 崔聿辰2廣州中望龍騰軟件股份有限公司（廣州 510635）北京北方恒利科技發(fā)展有限公司（北京 100089）摘要：廣州中望龍騰軟件股份有限公司和北京北方恒利科技發(fā)展有限公司合作開發(fā)鑄造業(yè)專用的三維CAD/CAE/CAM鑄造過程一體化軟件包，通過實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，效果明顯。CAD/CAE/CAM鑄造過程一體化的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、產(chǎn)品輕量化設(shè)計(jì)、大大縮短鑄件工藝設(shè)計(jì)和修改的周期，提高成品率及工藝出品率。關(guān)鍵詞：鑄造過程CAD/CAE/CAM 一體化 輕量化  工藝優(yōu)化 模具設(shè)計(jì) 結(jié)構(gòu)合理The ZWSOFT C

2、AD / CAE / CAM technology in the application of foundry productionZHANG Yalong1 SONG Bin2 CUI Yucheng2 ZWSOFT Co., Ltd. （GuangZhou 510635）Beijing North Fangheng Li Technology Development Co., Ltd. （Beijing 100089）Abstract: ZWSOFT and the Beijing Hengli science and technology design and technology of

3、 Casting Technology Co. Ltd. to cooperate in the development of foundry industry dedicated CAD/CAE/CAM casting process integration software package, through the actual production application, obvious effect. CAD/CAE/CAM cast using the process integration to achieve the cycle of reasonable product st

4、ructure, lightweight design, product greatly shorten the casting technology design and modification, improve the rate of finished products and process yield.Keywords: Casting process CAD/CAE/CAM integration The light Process optimization mould design Reasonable structure1 概述在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和巨大的內(nèi)外環(huán)境壓力下，企業(yè)若要達(dá)

5、到預(yù)期的市場(chǎng)占有率和預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益，提高企業(yè)的應(yīng)變能力和競(jìng)爭(zhēng)能力，用最短的時(shí)間生產(chǎn)出市場(chǎng)適銷對(duì)路的、質(zhì)量好、價(jià)格低的產(chǎn)品，最大幅度地滿足用戶的需求，最有成效地提高自己的經(jīng)濟(jì)效益，成為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的主目標(biāo)。在制造環(huán)境相同的情況下，影響產(chǎn)品的主要因素是產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平，而產(chǎn)品的設(shè)計(jì)水平是與企業(yè)所采用的設(shè)計(jì)手段密不可分的。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)從五十年代末，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，它以其強(qiáng)大的沖擊力，影響和改變著工業(yè)的各個(gè)方面，甚至社會(huì)的各個(gè)方面。世界上一些大型的汽車公司的鑄造廠，如美國(guó)的通用、福特，德國(guó)的奔馳等，都把數(shù)值模擬軟件作為一種日常工具來使用。對(duì)于國(guó)內(nèi)企業(yè)來說CAD技術(shù)已不再是一個(gè)陌生的概念，

6、許多大大小小的企業(yè)都已經(jīng)建立了CAD技術(shù)系統(tǒng)，并多多少少地開展了CAD技術(shù)的普及應(yīng)用和二次應(yīng)用開發(fā)工作。使傳統(tǒng)的產(chǎn)品技術(shù)、工程技術(shù)發(fā)生深刻的變革。CAD系統(tǒng)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)人員從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)、分析的工具。CAD技術(shù)的使用，極大地提高了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的周期，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的自動(dòng)化，使設(shè)計(jì)人員從繁瑣的的繪圖中解放出來，集中精力進(jìn)行創(chuàng)造性的勞動(dòng)、設(shè)計(jì)工作。如果說CAD技術(shù)解決了設(shè)計(jì)問題，那么CAECAM的應(yīng)用解決了實(shí)際工程分析和制造加工問題，大大地提高了產(chǎn)品的質(zhì)量，加速了產(chǎn)品的開發(fā)，縮短了產(chǎn)品的上市周期。2ZWSOFT中望三維CADCAECAM的現(xiàn)狀及使用21 ZWSOFT中望三維CADCAEC

7、AM之間的關(guān)系CAD(Computer；Aided Design)是整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，它包括產(chǎn)品的構(gòu)思、功能設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)分析、加工制造、裝配等。CAD不再是早期英文Computer Aided Drafting(計(jì)算機(jī)輔助繪圖)的縮寫，而是整個(gè)產(chǎn)品的輔助設(shè)計(jì)。CAE (Computer Aided Engineering)通常指有限元分析、機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)分析、產(chǎn)品成型過程分析。有限分析可完成力學(xué)分析(線性非線性靜態(tài)動(dòng)態(tài))場(chǎng)分析(熱場(chǎng)、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等)、頻率響應(yīng)和優(yōu)化等。機(jī)構(gòu)分析能完成機(jī)構(gòu)內(nèi)零部件的位移速度、加速度和力的計(jì)算，機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)模擬及構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化。用計(jì)算機(jī)對(duì)工程和產(chǎn)品進(jìn)行性能與安全可靠性

8、分析，對(duì)其未來的工作狀態(tài)和運(yùn)行行為進(jìn)行模擬，及早發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，在設(shè)計(jì)和模具制作階段解決缺陷，并證實(shí)未來工程、產(chǎn)品功能和性能的可用性與可靠性。產(chǎn)品成型過程分析可以對(duì)產(chǎn)品成型過程（如鑄造、機(jī)加、熱處理、焊接等）進(jìn)行模擬，分析在成型過程中由于不同工藝和工序生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量情況及工藝、工序進(jìn)行優(yōu)化，保證產(chǎn)品質(zhì)量。CAM(Computer Aided Manufacture)可自動(dòng)生成零件加工的數(shù)控代碼，并可進(jìn)行加工過程的動(dòng)態(tài)模擬、干涉和碰撞檢查等。CAM中的核心技術(shù)是數(shù)控技術(shù)，是為數(shù)控機(jī)床服務(wù)。CAD是CAE、CAM的基礎(chǔ)，CAE、CAM服務(wù)于CAD。在CAE中無論是單個(gè)零件、還是整機(jī)的有限元分析及機(jī)構(gòu)

9、的運(yùn)動(dòng)分析，都需要CAD為其造型、裝配；在CAM中，則需要CAD進(jìn)行曲面設(shè)計(jì)、復(fù)雜零件造型和模具設(shè)計(jì)。CAD設(shè)計(jì)是否正確，只能通過CAE和CAM來發(fā)現(xiàn)，否則只能通過現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)才能發(fā)現(xiàn)。22 鑄造過程CADCAM/CAE一體化的技術(shù)運(yùn)用實(shí)現(xiàn)鑄造過程CAD/CAE/CAM一體化的關(guān)鍵在于將CAD、CAM與CAE有機(jī)地聯(lián)系起來，而實(shí)現(xiàn)這種連結(jié)的基礎(chǔ)基于統(tǒng)一的三維數(shù)據(jù)模型。鑄造CAD/CAE/CAM一體化的技術(shù)路線如圖1所示：否是三維產(chǎn)品模型冒口庫(kù)、芯子庫(kù)澆注系統(tǒng)庫(kù)冷鐵庫(kù)三維鑄造工藝CAD鑄件充型凝固CAE物性參數(shù)設(shè)計(jì)可行性鑄造模具CAM實(shí)際生產(chǎn)CAD/CAE接口零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)CAD/CAE接口 鑄造過程

10、CAD/CAE/CAM一體化是將鑄造生產(chǎn)方式溶入整過零件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和裝配中。主要有以下幾步完成：（1）零件設(shè)計(jì)階段（鑄造工藝CAD/鑄造工藝CAE）：通過鑄造CAE模擬優(yōu)化零件結(jié)構(gòu)，保證在滿足功能的前提下，確保零件結(jié)構(gòu)有利于鑄造生產(chǎn)和保證零件順利鑄造；（2）鑄造毛坯工藝設(shè)計(jì)階段（鑄造工藝CAD）：零件確定后，通過鑄造CAD添加加工余量，計(jì)算冒口大小，計(jì)算冷鐵面積，計(jì)算澆注系統(tǒng)，計(jì)算殘余熔積，計(jì)算模數(shù)、鑄件和砂型總重等工藝參數(shù)計(jì)算和工藝圖繪制、三維自動(dòng)轉(zhuǎn)二維、工藝卡自動(dòng)繪制，初步確定鑄造工藝；（3）鑄造工藝優(yōu)化階段（鑄造工藝CAD/鑄造工藝CAE）：通過鑄造CAE進(jìn)行鑄造過程的模擬，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的

11、工藝參數(shù)（鑄件原形，砂箱尺寸，工藝位置，澆注及補(bǔ)縮系統(tǒng)，澆注溫度，鑄件材質(zhì)，砂型材質(zhì)，涂料材質(zhì)，模殼焙燒溫度，澆口棒設(shè)計(jì)等等）模擬鑄造充型過程、凝固過程，預(yù)測(cè)鑄件各處溫度變化及鑄型溫度的變化、預(yù)測(cè)鑄件澆不足、卷氣、縮孔、縮松等缺陷，對(duì)鑄造過程中所涉及的工藝參數(shù)和工藝方案做出評(píng)價(jià)，通過一次或多次修改工藝和工藝模擬，最后確定鑄造工藝；（4）模具生產(chǎn)階段（鑄造工藝CAD/鑄造工藝CAM）：通過鑄造CAM進(jìn)行模具設(shè)計(jì)及模具加工路徑模擬，確定合理的加工工藝。2.3鑄造過程CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)效益鑄造過程CAD/CAE/CAM技術(shù)的重大意義在于與能大幅度提高設(shè)計(jì)合理性、加工制造的速度

12、和精度，從而改善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量，減少了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理造成的鑄造問題，提高出品率和成品率，將大大縮短設(shè)計(jì)和修改的周期，降低成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。在機(jī)械行業(yè)大力推行CAE、CAPE技術(shù)的今天，如果鑄造業(yè)仍然與CAD/CAE/CAM技術(shù)保持距離顯然是不太合適的，這不僅使鑄造業(yè)本身處于落后狀態(tài)，而且也大大降低了機(jī)械CAD/CAM、CAE及CAPE技術(shù)的潛在優(yōu)勢(shì)，限制其進(jìn)一步發(fā)展，因此鑄造業(yè)應(yīng)及早開拓和尋找鑄造過程CAD/CAE/CAM技術(shù)的發(fā)展及經(jīng)濟(jì)效益，跟上現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展步伐。據(jù)調(diào)查，鑄造過程CAD/CAE/CAM技術(shù)有以下幾個(gè)方面的經(jīng)濟(jì)效益：（1）減少產(chǎn)品零件結(jié)構(gòu)再設(shè)計(jì)問題，減少結(jié)構(gòu)性鑄造缺陷；

13、（2）顯著提高工藝設(shè)計(jì)水平及工藝文件的編制效益，一般可提高功效的1020倍；（3）使工藝參數(shù)選取與計(jì)算機(jī)更趨于正確可靠；（4）明顯提高鑄造工藝出品率及鑄造合金的利用率。從鑄造生產(chǎn)的全局來看，可降低鑄鐵車間生產(chǎn)成本的15.0%，壓鑄生產(chǎn)成本的6.0%；采用鑄造過程CAD/CAE/CAM技術(shù)后，鑄件重量平均減少10%，模樣制作時(shí)間縮短25%，成本降低10%以上。由上可見，盡管鑄造過程CAD/CAE/CAM技術(shù)正處于發(fā)展階段，但已經(jīng)顯現(xiàn)出了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，其潛在的優(yōu)勢(shì)與效益更是不可低估。廣州中望龍騰軟件股份有限公司和北京北方恒利科技發(fā)展有限公司開發(fā)的CASTsoft CAD/CAE合作開發(fā)出具有鑄造

14、工藝設(shè)計(jì)CAD、鑄造工藝模擬CAE及鑄造模具設(shè)計(jì)CAM軟件包，這將是國(guó)內(nèi)唯一一款具有完整數(shù)據(jù)庫(kù)的一體化鑄造平臺(tái)。下圖為傳統(tǒng)鑄造過程與應(yīng)用了鑄造過程CAD/CAE/CAM技術(shù)后的鑄造過程分析圖2：設(shè)計(jì)試制確定鑄造工藝方案制造模樣造型澆注 凝固鑄件檢驗(yàn)不合格（多次循環(huán)修改）設(shè)計(jì)/模擬 CAD/CAE鑄造模制作CAM澆注 凝固鑄件檢驗(yàn)鑄造過程設(shè)計(jì)/模擬CAD/CAE不合格（1-2次循環(huán)修改）b)應(yīng)用了CAD/CAE/CAM后的鑄造過程a)傳統(tǒng)鑄造過程圖2 CAD/CAE/CAM的應(yīng)用大大縮減了鑄造過程多次循環(huán)3、自主產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)CAD/CAE/CAM軟件中望3D在鑄造業(yè)中的應(yīng)用案例分享ZW3D是中望公

15、司擁有全球自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高端三維CAD/CAE/CAM一體化軟件產(chǎn)品，為客戶提供了從入門級(jí)的模型設(shè)計(jì)到全面的一體化解決方案。擁有獨(dú)特的Overdrive混合建模內(nèi)核，支持A級(jí)曲面，支持25軸CAM加工。采用ZW3D是企業(yè)大幅提高生產(chǎn)力并降低設(shè)計(jì)和制造成本、從而實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到加工的最佳途徑。在鑄造行業(yè)中，ZW3D已經(jīng)積累了相當(dāng)多的應(yīng)用客戶，中望3D CAD/CAM一體化的產(chǎn)品設(shè)計(jì)不僅為企業(yè)解決了實(shí)際生產(chǎn)中的問題，更為企業(yè)在行業(yè)的當(dāng)中的競(jìng)爭(zhēng)力，及經(jīng)濟(jì)效益快速增長(zhǎng)提供了很好的保障。案例1 某集團(tuán)有限公司是中國(guó)最大的鑄鍛專業(yè)生產(chǎn)企業(yè)之一，是中國(guó)機(jī)械500強(qiáng)企業(yè)，客戶遍及全國(guó)20多個(gè)省、市及港、澳、臺(tái)地區(qū)

16、，并出口到美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、日本、馬來西亞等國(guó)家。主要產(chǎn)品： 圖3 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)模擬優(yōu)化 圖4 鑄造工藝澆注系統(tǒng)和補(bǔ)縮系統(tǒng)設(shè)計(jì)CAD客戶使用后感受：在使用ZW3D前，企業(yè)存在以下問題：所用的三維軟件不能很好的兼容二維數(shù)據(jù)；產(chǎn)品設(shè)計(jì)完成后，在生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)存在缺陷，重新進(jìn)行產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；新產(chǎn)品開發(fā)周期長(zhǎng)，開發(fā)費(fèi)用高；鑄造工藝優(yōu)化周期長(zhǎng)，反復(fù)試驗(yàn)；使用多個(gè)軟件，各類型的文檔多，不易管理，效率低；功能復(fù)雜，新人學(xué)習(xí)大型三維軟件上手較慢；反復(fù)試驗(yàn)修模具，周期長(zhǎng)費(fèi)用高。使用ZW3D CAD/CAE/CAM軟件后，企業(yè)生產(chǎn)過程中的問題迎刃而解：兼容二維數(shù)據(jù)以及有效利用，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理，輕量化設(shè)計(jì)

17、效果明顯； CAD/CAE/CAM一體化解決方案，功能齊全，效率高；易學(xué)易用，內(nèi)嵌邊學(xué)邊用的教學(xué)系統(tǒng)為新人提供學(xué)習(xí)平臺(tái)；鑄造工藝過程模擬優(yōu)化，模具反修次數(shù)減少；模具設(shè)計(jì)、模擬、制造數(shù)字化，模具開發(fā)效率和使用壽命明顯提高。案例2某股份有限公司，主要生產(chǎn)銷售發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸、汽車離合器、汽車齒輪等汽車零部件和精密鍛件，是國(guó)內(nèi)知名的汽車零部件和精密鍛件高新技術(shù)企業(yè)。主要產(chǎn)品：客戶用ZW3D進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)CAD、工藝模擬CAE及模具設(shè)計(jì)CAM，如下圖所示：1汽車零配件設(shè)計(jì)CAD及工藝模擬CAE，如曲軸、連桿、轉(zhuǎn)向節(jié)、齒輪、軸等產(chǎn)品 圖5 零配件設(shè)計(jì)CAD及工藝模擬CAE2模具設(shè)計(jì)CAD及CAM加工編程、模具溫

18、度場(chǎng)分析CAE圖6 模具設(shè)計(jì)CAD、CAM加工編程、模具模擬CAE自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CAD/CAE/CAM一體化技術(shù)在鑄造業(yè)中的廣泛應(yīng)用，不僅是我國(guó)改善鑄造技術(shù)的重要標(biāo)志，更是改造傳統(tǒng)鑄造產(chǎn)業(yè)的必經(jīng)之路。4、結(jié)論 廣州中望龍騰軟件股份有限公司和北京北方恒利科技發(fā)展有限公司合作開發(fā)鑄造業(yè)專用的CAD/CAE/CAM鑄造過程一體化軟件包，通過實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用，效果明顯。CAD/CAE/CAM鑄造過程一體化貫穿鑄造生產(chǎn)全過程，從產(chǎn)品零件合理化設(shè)計(jì)、鑄造工藝設(shè)計(jì)、鑄造工藝模擬優(yōu)化、工藝圖繪制、模具生產(chǎn)、產(chǎn)品加工到最后裝配。 CAD/CAE/CAM鑄造過程一體化的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)合理、產(chǎn)品輕量化設(shè)計(jì)、大大縮短鑄件工藝設(shè)計(jì)和修改的周期，提高成品率及工藝出