大型铸钢件铸造工艺CAD系统的研究与开发

华中科技大学硕士学位论文大型铸钢件铸造工艺CAD系统的研究与开发姓名：朱炳文申请学位级别：硕士专业：数字化材料成形指导教师：廖敦明2011-01-12I摘要目前，通用的CAD系统已普遍应用于机械、建筑、电气等与设计相关的行业，但是，通用的CAD系统并不能完全满足各行业不同的设计要求。在铸造行业中，各个企业工艺设计的标准、规范和使用的标准件库都各不相同，没有通行的标准，于是就需要针对铸造行业的工艺设计特点进行CAD系统的二次开发。二重铸造厂生产的主要产品是大型铸钢件，而大型铸钢件的铸造工艺设计是一个复杂和繁重的过程，大量的图形绘制和频繁的手工查表会花费工艺设计人员很多的精力，为减轻设计人员的劳动强度，提高企业新产品的研发和设计效率，二重铸造厂和华铸软件中心合作开发了一套适用于大型铸钢件铸造工艺设计的CAD系统。根据二重铸造厂所使用的CAD平台，结合当前流行的开发环境，工艺CAD系统选择AutoCAD2006作为支撑平台，在VS2002.NET环境中，利用ObjectARX2006二次开发工具，依据大型铸钢件的工艺设计规则，并在充分调研生产实际的基础上，进行系统的研究与开发工作。工艺CAD系统的总体功能包括：铸造工艺参数的查询、设计与绘制，分型面和分模面的绘制、单层和多层浇道的绘制，砂芯芯头和钢管芯的设计，圆形、腰圆形和球形冒口的查询与设计，工艺辅助系统中吊把、工艺卡和和本体试料的绘制以及图纸管理功能的实现。整个系统涵盖了铸造工艺设计的完整流程。工艺CAD系统已在二重铸造厂中得到应用，根据实际运用的情况说明工艺CAD系统能够简化和加快铸钢工艺的设计与绘制，减轻设计人员的工作量，提高设计效率。关键词：大型铸钢件，铸造工艺CAD，二次开发，ObjectARXIIAbstractCurrently,thegeneralCADsystemhasbeenwidelyusedinmachinery,architecture,electronicsandotherrelatedindustries,butthegeneralCADsystemcannotfullymeettherequirementsofdifferentindustries.Inthefoundryindustry,differentcompanieshavedifferentprocessdesignstandards,specificationsandstandardpartslibraries,therearenoacceptedstandardsforthewholeindustry,soitisneedtousesecondary-developmenttechnologytodevelopthecastprocessdesignCADsystemongeneralCADplatformforfoundryindustry.Erzhongfoundry’smainproductsarelargesteelcastings,theprocessdesignforlargesteelcastingiscomplexandarduous,technologistsneedtousealotofenergytodrawandlookuptables.Inordertoreducethelaborintensityandimprovetheefficiencyofnewproductdevelopment,erzhongfoundryandhuazhusoftwarecenterhavedevelopedacastingprocessCADsystemforlargesteelcastings.AccordingtotheCADplatformusedinerzhongfoundryandcomparingwiththepopulardevelopmentenvironment,thelargesteelcastingprocessCADsystemhasbeendevelopedonAutoCAD2006platformintheuseofObjectARX2006secondarydevelopmenttoolwithVS2002.NETenvironment,basedoncastingprocessdesignrulesandactualproduction.ThecastingprocessCADsystemconsistsofrisersystemdesign,gatingsystemdesign,chillsystemdesign,sandcoresystemdesignandcommoncastingprocessparametersystemdesign,anauxiliarysystemforactualproductionisalsoincluded.TheentireprocessCADsystemcoversthecompletecastingprocessdesign.ThecastingprocessCADsystemhasbeenappliedinactualproductioninerzhongfoundry,accordingtotheusagesituationtheprocessCADsystemcansimplifyandspeeduptheprocessdesign,reducetheworkload.Keywords:largesteelcastings,castingprocessCAD,secondarydevelopment,ObjectARX独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日本论文属11绪论1.1课题的来源与意义铸造工业作为一个传统行业已有数千年的历史，是国民经济中昀重要的基础工业之一，每年生产的大量铸件支持着机械工业的快速发展。随着科学技术的进步，铸造工业也发生了显著的变化，铸造所用的材料的范围越来越广泛，从昀初的青铜器、铸铁件到现在的铸钢件、钛合金铸件等；铸造工艺方法越来越多样，有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造和离心铸造等；铸造工艺绘制方式越来越智能，从昀初的纸板绘图、人工计算到现在的计算机辅助工艺设计，大大减轻了铸造工艺人员的劳动负担，提高了工作效率。自从以蒸汽机为代表的第一次工业革命以来，社会发展速度更加迅猛，技术创新更加频繁，现代企业面临的竞争也更加剧烈。德阳二重集团是中国昀大的重型机械制造企业之一，二重铸造厂为使自己能在激烈竞争中始终处于领先位置，根据本厂的铸造工艺设计需要，与华中科技大学材料成型与模具技术国家重点实验室合作开发了大型铸钢件铸造工艺CAD设计系统，此工艺CAD系统包括大型铸钢件铸造工艺的完整流程，从参数计算、工艺设计、图形绘制到图纸管理全部集成到工艺CAD系统中，铸造工艺设计人员只需在对话框中输入相关尺寸，选择工艺绘制位置就能完成铸造工艺设计，极大地提高了新产品设计和开发的速度和效率，为企业的快速发展和提高竞争力提供了坚实的基础。针对二重铸造厂开发的大型铸钢件铸造工艺CAD系统与传统的工艺绘制方式相比主要有以下一些优点：（1）集成化铸造工艺CAD系统将大型铸钢件的铸造工艺流程无缝集成，使工艺人员在进行工艺设计时，过程清楚流畅，设计规范完整，数据交互准确可靠，工艺系统各个模块依流程使用完毕则铸造工艺设计随即完成。（2）模块化铸造工艺设计各个主干子流程模块化，如整个工艺CAD系统主要分为冒口系统设计模块、浇注系统设计模块、砂芯系统设计模块、冷铁系统设2计模块和工艺参数系统设计模块等。各个模块之间根据工艺流程集成为大型铸钢件铸造工艺CAD系统。（3）参数化整个工艺系统全部采用参数化设计方法，各个绘图过程和设计计算过程均采用参数化设计思想，保证各工艺参数的计算快捷迅速，绘图过程快捷准确，图形设计的重构能力和设计柔性大幅提高。（4）无图纸化工艺设计过程全部在计算机上完成，工艺图纸完全电子化，方便利用计算机网络进行共享和传输，借助计算机的复制功能，设计的铸造工艺可以方便地进行重用和借用，提高了设计效率。（5）专家化将专家经验集成在各个设计模块中，使工艺人员在设计工艺的过程中根据文字或图片的提醒，借助专家经验更快速地设计出合理的工艺。本课题以VS2002.NET为开发环境，以ObjectARX2006为开发工具，运用C++程序设计语言、MFC框架和ODBC数据库互联技术，在AutoCAD2006平台上进行二次开发。将二重工艺人员的铸造工艺设计方法转变为计算机程序集成到AutoCAD2006上，并运用到大型铸钢件铸造工艺的实际设计中。1.2国内外研究现状目前，通用的二维或三维CAD系统在我国的应用已经相当广泛，特别是在机械，建筑等与设计相关的行业。但是，针对各行业不同的设计需要进行CAD系统二次开发的却很少。我国企业所用的CAD系统大多是国外公司开发的，在设计标准、规范和标准件库上与国内的企业的需求相差很大，而且适用于铸造行业的更少，因此，以通用商品化的CAD系统为平台进行二次开发，积极研究和探索铸造工艺过程CAD技术，使之适合国内铸造企业的设计要求，是铸造业信息化和现代化的必由之路。根据昀新资料显示，国内外铸造行业开发的工艺设计CAD系统，主要分为通用和专用铸造工艺CAD系统两大类:通用铸造CAD系统：应用于普通砂型铸造工艺的设计，分为铸钢、灰铸铁、球墨铸铁及有色合金等材料。系统功能主要包括浇注系统设计、冒口系统设计、砂芯系统设计、分型分模面和拔模斜度等工艺参数的确定、尺寸标注以及工艺图的输出3和传输。专用铸造CAD系统：应用于某些特定产品和特定目的的铸造工艺设计，如压铸类CAD、齿轮类CAD、阀体类CAD、曲轴类CAD、缸体类CAD、叶片类CAD、DISA造型线铸造工艺设计CAD和大型铸钢件CAD等。1.2.1国内研究现状大型铸钢件的制造业是国家装备制造的基础行业，其发展水平是衡量一个国家综合国力的重要标志[1]。我国大型铸件生产企业有三十多家，大部分是国有大中型企业。目前能生产200吨级以上铸钢件的只有一重、二重等少数几个企业。整个铸件生产行业的产品主要供给国内市场，少部分出口。品种主要集中在电站电机设备、冶金生产设备和石油化工设备、船用设备、矿山设备以及航空航天设备中的大型铸件[2]。近年来，铸造行业在我国政府的大力支持和相关研究者的共同努力下，情况发生了很大的改观。我国企业自主研发生产的大吨位(≥20吨/小时)树脂砂成套设备已经大批量的投入生产，其中30吨/小时、40吨/小时混砂机已在多家大型铸造企业中应用。在2006年“北京国际铸造、锻压、冶金工业展览会”上，国内两家铸造设备生产商展出了自己昀新设计并投产的60吨/小时升降移动式连续混砂机，是目前我国昀大的连续混砂机。标志着我国在大型、特大型铸件的铸造设备的设计和制造能力等方面有了新的突破[3]。随着计算机技术的发展和微型计算机的普及，工艺人员在铸造工艺设计中越来越多地借助于计算机的高速计算和可视化绘图能力。目前铸造工艺CAD的研究范围从广义上讲主要分为两个部分：铸件凝固过程数值模拟(CAE)和铸造工艺计算机辅助设计(CAD)。凝固过