CAD技術-第五章-材料加工的CADCAECAM的實際應用

1、第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用5.1 液態(tài)成型液態(tài)成型5.2 板料成形板料成形5.3 焊接成形焊接成形5.4 塑料注射成型塑料注射成型5.5 快速成型快速成型第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用n學習目標：學習目標：了解液態(tài)成型、板料成形、了解液態(tài)成型、板料成形、 焊焊接成形、接成形、 塑料注射成型以及快速成型的塑料注射成型以及快速成型的CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的主要內容和應用。系統(tǒng)的主要內容和應用。

2、n學習重點：學習重點： CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的主要內系統(tǒng)的主要內容。容。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用5.1 液態(tài)成型液態(tài)成型v液態(tài)成型工藝液態(tài)成型工藝CADv液態(tài)成型液態(tài)成型CAE v液態(tài)成型液態(tài)成型CAM第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用 應能完成工藝基本要素的設計與繪制應能完成工藝基本要素的設計與繪制(造造型型)任務任務,包括澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、分型面、包括澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、分型面、加工余量、起模斜度等等加工余量、起模斜度等等 ，可以順利地完，可以順利地完成

3、鑄造工藝設計。成鑄造工藝設計。v二維工藝二維工藝CAD 目前沒有通用的系統(tǒng)，大都基于目前沒有通用的系統(tǒng)，大都基于AutoCAD系統(tǒng)進行二次開發(fā)。系統(tǒng)進行二次開發(fā)。v三維工藝三維工藝CADv基于基于Pro/E、UG、Solidworks等進行二等進行二次開發(fā)。次開發(fā)。液態(tài)成型工藝液態(tài)成型工藝CAD第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用華鑄華鑄CAD鑄造工藝輔助設計鑄造工藝輔助設計(二維二維)軟件系統(tǒng)軟件系統(tǒng) “華鑄華鑄CAD鑄造工藝計算機輔助鑄造工藝計算機輔助設計系統(tǒng)設計系統(tǒng)”是鑄造行業(yè)進行工藝設計的是鑄造行業(yè)進行工藝設計的實用繪圖軟件，是

4、華中科技大學（原華實用繪圖軟件，是華中科技大學（原華中理工大學）經(jīng)多年研究開發(fā)在長期工中理工大學）經(jīng)多年研究開發(fā)在長期工程實踐中不斷改進、完善起來的軟件系程實踐中不斷改進、完善起來的軟件系統(tǒng)。統(tǒng)。軟件系統(tǒng)采用美國軟件系統(tǒng)采用美國Autodesk公司公司的最新開發(fā)工具的最新開發(fā)工具ARX，在，在AutoCAD環(huán)環(huán)境下開發(fā)實現(xiàn)。境下開發(fā)實現(xiàn)。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用 它以鑄造工藝設計幾大工藝參數(shù)為核心，它以鑄造工藝設計幾大工藝參數(shù)為核心，依據(jù)機械工業(yè)部頒布的依據(jù)機械工業(yè)部頒布的JB2435-78標準，集成標準，集成了整個鑄造工藝

5、過程各階段的功能，對各種工了整個鑄造工藝過程各階段的功能，對各種工藝符號進行了規(guī)范化定制與擴充。藝符號進行了規(guī)范化定制與擴充。 主要功能包括分型線、加工余量、拔摸斜度、主要功能包括分型線、加工余量、拔摸斜度、砂芯及芯頭、冷鐵、不鑄孔、鑄造圓角、工藝砂芯及芯頭、冷鐵、不鑄孔、鑄造圓角、工藝卡的繪制以及冒口與澆注系統(tǒng)設計等?？ǖ睦L制以及冒口與澆注系統(tǒng)設計等。 該系統(tǒng)體系完備、適應性強、界面友好、易該系統(tǒng)體系完備、適應性強、界面友好、易于操作、使用靈活，能幫助鑄造工藝人員快速于操作、使用靈活，能幫助鑄造工藝人員快速高效地完成工藝設計過程，對于保證鑄件質量，高效地完成工藝設計過程，對于保證鑄件質量，提

6、高生產(chǎn)率和新產(chǎn)品開發(fā)效率具有重要作用。提高生產(chǎn)率和新產(chǎn)品開發(fā)效率具有重要作用。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用三維三維“華鑄華鑄CAD”第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用液態(tài)成型液態(tài)成型CAEn充型流動過程模擬充型流動過程模擬n結晶凝固過程模擬結晶凝固過程模擬n應力應力/應變分析應變分析n微觀組織模擬微觀組織模擬第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/C

7、AM的實際應用的實際應用華鑄華鑄CAE鑄造工藝分析軟件系統(tǒng)鑄造工藝分析軟件系統(tǒng) “華鑄華鑄CAE”鑄造工藝分析軟件是分析和優(yōu)化鑄造鑄造工藝分析軟件是分析和優(yōu)化鑄造工藝的重要工具，是華中科技大學經(jīng)二十余年研究工藝的重要工具，是華中科技大學經(jīng)二十余年研究開發(fā)，并在長期的生產(chǎn)實踐中不斷改進，完善起來開發(fā)，并在長期的生產(chǎn)實踐中不斷改進，完善起來的集成軟件系統(tǒng)，目前發(fā)行的版本是的集成軟件系統(tǒng)，目前發(fā)行的版本是V10.0。 使用范圍使用范圍鑄造材質鑄造材質：鋼、鐵、鋁、銅等各種各類鑄造合金：鋼、鐵、鋁、銅等各種各類鑄造合金鑄造方式鑄造方式：砂型、金屬型、殼型、鐵模覆砂、熔模、：砂型、金屬型、殼型、鐵模覆砂

8、、熔模、低壓、壓力等鑄造方式低壓、壓力等鑄造方式 分析內容分析內容：流動充型過程、冷卻凝固過程、充型換熱：流動充型過程、冷卻凝固過程、充型換熱耦合過程耦合過程 預測缺陷預測缺陷：夾渣、卷氣、冷隔、澆不足、縮孔、縮松：夾渣、卷氣、冷隔、澆不足、縮孔、縮松 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用一次澆注成功的燃氣輪機缸體一次澆注成功的燃氣輪機缸體圖2 原工藝冷鐵布置圖1 燃氣輪機缸體原工藝華鑄華鑄CAE應用實例應用實例第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用圖圖3 原工藝充型模擬原工藝充型

9、模擬圖圖4 原工藝凝固模擬結果原工藝凝固模擬結果一次澆注成功的燃氣輪機缸體一次澆注成功的燃氣輪機缸體 模擬發(fā)現(xiàn)，原工藝鑄件小半徑端柱面內存在大面模擬發(fā)現(xiàn)，原工藝鑄件小半徑端柱面內存在大面積的縮孔縮松危險區(qū)。需要加大原工藝此處放置冷積的縮孔縮松危險區(qū)。需要加大原工藝此處放置冷鐵的密度和厚度，經(jīng)多個方案的模擬對比，優(yōu)化出鐵的密度和厚度，經(jīng)多個方案的模擬對比，優(yōu)化出一個合適的冷鐵布置方案。一個合適的冷鐵布置方案。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用克服康明斯機體的夾渣問題克服康明斯機體的夾渣問題圖圖5 康明斯機體原工藝康明斯機體原工藝 圖圖6

10、 康明斯機體改進工藝康明斯機體改進工藝第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用圖圖7 原工藝流動前沿原工藝流動前沿雨淋形態(tài)雨淋形態(tài)圖圖8 改進工藝流動前沿改進工藝流動前沿整齊而不零亂整齊而不零亂 克服康明斯機體的夾渣問題克服康明斯機體的夾渣問題第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用一次澆注成功的大型鑄鋼件校直機機架一次澆注成功的大型鑄鋼件校直機機架 經(jīng)模擬，發(fā)現(xiàn)該件四角處的四個冒口補縮通道先于鑄件經(jīng)模擬，發(fā)現(xiàn)該件四角處的四個冒口補縮通道先于鑄件被凝固隔斷，補縮效果嚴重不足，可能產(chǎn)生臉盆

11、大小的縮被凝固隔斷，補縮效果嚴重不足，可能產(chǎn)生臉盆大小的縮孔。經(jīng)模擬改進，確認采用加深的漂珠保溫冒口套和直立孔。經(jīng)模擬改進，確認采用加深的漂珠保溫冒口套和直立的內冷鐵強化各該部位的順序凝固，可以防止產(chǎn)生縮孔。的內冷鐵強化各該部位的順序凝固，可以防止產(chǎn)生縮孔。圖圖9 機架原工藝凝固機架原工藝凝固模擬結果模擬結果 圖圖10 機架改進工藝機架改進工藝模擬結果模擬結果第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用 石家莊曲軸縮孔石家莊曲軸縮孔第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用 沈飛鑄件液相沈飛鑄

12、件液相第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用轉向節(jié)色溫轉向節(jié)色溫第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用 大連閥體充型大連閥體充型第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用 大重閥體壓力大重閥體壓力第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用輪圈計算機實體模型與有限元素模型輪圈計算機實體模型與有限元素模型 鋁合金輪圈鑄造流動與溫度分布鋁合金輪圈鑄造流動與溫度分布輪圈凝固狀態(tài)縱向剖面圖輪

13、圈凝固狀態(tài)縱向剖面圖 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用鑄件凝固過程色溫圖 鑄件凝固過程液相分布圖 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用復雜多相流模擬復雜多相流模擬 液態(tài)成型液態(tài)成型CAE新進展新進展 復雜多相流模擬、氧化夾雜復雜多相流模擬、氧化夾雜過程模擬、造型過程模擬、造型/制芯過程模擬、制芯過程模擬、消失模成形過程模擬、半固態(tài)消失模成形過程模擬、半固態(tài)成型模擬以及微觀過程數(shù)值模成型模擬以及微觀過程數(shù)值模擬等是研究前沿和熱點。擬等是研究前沿和熱點。第五章第五章 材料加工材料

14、加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用氧化夾雜的數(shù)值模擬氧化夾雜的數(shù)值模擬 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用造型造型/制芯過程模擬制芯過程模擬 芯子實物照片芯子實物照片 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用模樣生成過程模擬模樣生成過程模擬 氣體排出速度分布氣體排出速度分布 模樣密度分布分析模樣密度分布分析 氣缸蓋消失模氣缸蓋消失模第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用半固態(tài)鑄造半固態(tài)鑄造一發(fā)

15、動機支架鑄件一發(fā)動機支架鑄件第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用液態(tài)成型液態(tài)成型CAM主要是工裝領域，包括鑄造模具、模塊等。主要是工裝領域，包括鑄造模具、模塊等。固定軸銑刀具軌跡固定軸銑刀具軌跡 鑄模鑄模CAM 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用5.2 板料成形板料成形v板料沖壓成形產(chǎn)品計算機輔助設計板料沖壓成形產(chǎn)品計算機輔助設計（CAD）v沖壓計算機輔助工藝分析沖壓計算機輔助工藝分析（CAPP）v沖壓模具計算機輔助設計與制造沖壓模具計算機輔助設計與制造 板料沖壓成形是采用模具

16、對平板板料沖壓成形是采用模具對平板進行加工進行加工,生產(chǎn)出零件的一種方法。生產(chǎn)出零件的一種方法。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用級進模設計級進模設計 級進模是沖模的一種，又稱為連續(xù)模，是在級進模是沖模的一種，又稱為連續(xù)模，是在壓力機的一次行程內，在模具的不同工位上完壓力機的一次行程內，在模具的不同工位上完成多到?jīng)_壓工序。成多到?jīng)_壓工序。 三維級進模設計軟件三維級進模設計軟件UG/PDW UG/PDW 由由UGS PLM 委托華中科技大學模具設委托華中科技大學模具設計國家重點實驗室開發(fā)。計國家重點實驗室開發(fā)。 PDW對模具設計專家的設

17、計經(jīng)驗和流程進行總對模具設計專家的設計經(jīng)驗和流程進行總結和模擬，使得設計的方法、步驟和結果都得到一結和模擬，使得設計的方法、步驟和結果都得到一定優(yōu)化。同時定優(yōu)化。同時PDW借助借助UG的強大功能，可以進行普的強大功能，可以進行普通板金零件的級進模設計，進行拉深和非規(guī)則面組通板金零件的級進模設計，進行拉深和非規(guī)則面組成的零件的級進模設計，很好地滿足當今復雜零件成的零件的級進模設計，很好地滿足當今復雜零件的級進模設計。的級進模設計。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用焊接焊接CAD/CAE/CAMCAD技術可用于焊接結構的設計。技術可用于焊

18、接結構的設計。CAM技術成熟的應用是計算機數(shù)控切割機、技術成熟的應用是計算機數(shù)控切割機、激光切割、激光切割、YAG激光（機器人）焊接的編激光（機器人）焊接的編程技術。程技術。焊接焊接CAE通常指有限元分析、結構分析等。通常指有限元分析、結構分析等。焊接焊接CAD/CAE/CAM的應用的應用焊接焊接CAD專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)CAD/CAM在機器人中的應用在機器人中的應用焊接焊接CAE應用實例應用實例5.3 焊接成形焊接成形第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用 圖圖1 T型梁焊接變形圖型梁焊接變形圖一個簡單的一個簡單的T型梁縱向收縮引起型梁縱向

19、收縮引起的彎曲變形的彎曲變形焊接焊接CAE應用實例應用實例第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用 圖圖2 壓縮機焊接的殘余變形壓縮機焊接的殘余變形圖圖3 管板焊接過程中某一管板焊接過程中某一時刻的溫度場時刻的溫度場空調壓縮機焊接變形空調壓縮機焊接變形與應力分析與應力分析管板焊接管板焊接第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用 圖圖4 液力變矩器的焊接變形液力變矩器的焊接變形 高精度液力變矩器高精度液力變矩器第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際

20、應用的實際應用 圖圖5 副車架總成焊接以后在副車架總成焊接以后在X方向的變形圖方向的變形圖轎車副車架轎車副車架第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用大型艇體結構的焊接變形預測大型艇體結構的焊接變形預測 圖圖6 大型筒體結構的焊接變形大型筒體結構的焊接變形 圖圖7 船體結構焊接變形船體結構焊接變形 大尺寸船體結構的焊接變形大尺寸船體結構的焊接變形第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用 CAD技術在注射模的應用主要有：技術在注射模的應用主要有：塑料制品的設計塑料制品的設計模具結構設計模具

21、結構設計模具開、合模運動仿真模具開、合模運動仿真 注射模注射模CAD技術的國內外發(fā)展狀況技術的國內外發(fā)展狀況國外發(fā)展狀況國外發(fā)展狀況 Pro/E、UG等帶有獨立的注射模設計模塊；也等帶有獨立的注射模設計模塊；也有通用有通用CAD軟件包上獨立開發(fā)注射模設計系統(tǒng)的。軟件包上獨立開發(fā)注射模設計系統(tǒng)的。國內發(fā)展狀況國內發(fā)展狀況華中科技大學華中科技大學 注射模注射模CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)；系統(tǒng)；合肥工業(yè)大學合肥工業(yè)大學 注射模二維系統(tǒng)注射模二維系統(tǒng)IPM-CAD和三維系和三維系統(tǒng)統(tǒng)IPMCADV4.0；上海交通大學；上海交通大學 集成化注射模集成化注射模CAD系統(tǒng)；浙江大學系統(tǒng)；浙江大學 精密注射模精密注射模CAD/CAM系統(tǒng)。系統(tǒng)。5.4 塑料注射成型塑料注射成型第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用 注射成型注射成型CAEv目前，注射模目前，注射模CAE限于注射過程的計算限于注射過程的計算機分析，即模擬注射成型中熔體充模、機分析，即模擬注射成型中熔體充模、保壓與冷卻過程以及預測塑料制品在脫保壓與冷卻過程以及預測塑料制品在脫模后的翹曲變形。模后的翹曲變形。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的實際應用的實際應用注射成型注射成型CAE 熔