CADCAE在铸造工艺上的应用.doc

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1、CAD/CAE在铸造工艺上的应用李玉庆1刘桂莲2刚守芬1（1.滨州市高级技工学校；2.滨州市技术学院山东省滨州市256600）摘要：本文对铸造生产中的工艺设计过程进行了介绍，用UG作为开发工具，实现基于CAE的球铁曲轴铸造工艺系统的CAD研究。利用CAD/CAE仿真技术的优势，探索出了较为理想的工艺，改进了原来的工艺，实现了消除铸造缺陷，提高产品质量的目标。利用CAD/CAE仿真技术的优势，在不耗费实际生产所需的人力、物力、财力和时间的前提下，建立了一种科学、高效、低成本的产品开发过程和方法。关键词：铸造工艺CAECAD随着现代化技术的发展，尤其是计算机技术的日趋成熟，铸造CAD（计算机辅

2、助设计）和CAE技术(铸件充型和凝固过程计算机仿真模拟分析)的普及深入，传统的铸造业正在从凭借经验生产转为在理论指导下的科学生产。应用CAD/CAE技术有助于铸造工程技术人员在制定工艺方案过程中对铸造有直观、准确的了解。对可能出现的各种铸造缺陷提出预报，对不同的工艺方案进行比较，在实际生产前采取有效的工艺措施避免缺陷产生，从而解决和改善了铸件的铸造缺陷问题。1．传统的产品开发工艺流程传统的产品开发工艺流程如图1。产品工艺分析、确定分型面、砂芯结构，进行型板、芯盒及浇注系统布置工艺试制试制品质量分析确定产品是否符合技术要求生产生产工艺改进是否图1传统铸造工艺流程图4从传统的流程图中可以看出，

3、传统的产品开发属于一种先试制的判别方法，需进行工艺改进，然后重新进行工艺试验，这样循环往复而得到最终成熟合理的工艺，对质量改进的过程也是如此。其高消耗、高成本、低效率、低出品率的特点，对处在激烈市场竞争中的企业是极为不利。CAD/CAE技术是解决这些问题的有效手段，如果能够将CAD/CAE这些先进的技术应用于产品开发和质量改进中，及时发现工艺的不足之处，这样可以提高产品开发的过程质量和最终的产品质量。2.利用CAD/CAE技术，对传统的铸件铸造工艺进行改进和优化。针对铸造业的现况，本文将利用CAD/CAE技术，对传统的铸件铸造工艺进行改进和优化。2.1建模软件的选用Unigraphics（

4、简称UG）是集CAD/CAE/CAM一体的三维参数化软件，是当今世界最先进的计算机辅助设计、分析和制造软件，广泛应用于航空、航天、汽车、造船、通用机械和电子等工业领域。铸件实体建模采用UG软件或solidedge软件，其中solidedge软件为UG公司的一种功能相对简单的软件系统。正是因为UG软件的功能强大，我们采用UG作为建模软件，既解决了建模问题，还能直接用于数控加工。2.2铸造模拟软件的选用经过几种流行软件的比较，我们选择MAGMAsoft。MAGMAsoft是为铸造专业人员实现改善铸件质量、优化工艺参数而提供的有力工具，它运用仿真传热及流体的物理行为，凝固过程中的应力及应变，微观

5、组织的形成，MAGMAsoft得以准确地预测铸件缺陷，改善现有工艺的不足，提高铸件质量。2.3MAGMAsoft的实现过程首先将UG中所有文件都需要转化成STL文件，而且铸件、冒口、浇注系统、冷铁都需要割离开来，每一部分都作为独立的文件；简单件可以直接在MAGMAsoft中生成。文件输出时要注意坐标系的选择，也可重新绘制坐标系，以确其Z轴朝上。以上的设置均因为MAGMAsoft中的特殊要求，来保证和MAGMASoft中坐标系吻合最终能够成功被MAGMAsoft读取。4MAGMAsoft的结构特点如下图:实体造型网格部分模拟参数的设定结果显示后处理中间计算前处理图2MAGMAsoft的结构特

6、点通过前处理、中间计算、后处理，借助MAGMASOFT进行数值模拟，显示铸件的填充过程、凝固过程的温度场、应力场、流场情况，查看热节或缩孔、缩松、夹渣等缺陷的生成、分布情况；最后判断工艺是否合理，是则进行定案生产，否则进行工艺优化。2.4采用CAD/CAE技术的总体结构要完成铸造工艺的计算机辅助设计、辅助分析，首先，第一步是利用UG软件进行铸造工艺的计算机CAD三维造型。然后，按照如下步骤进行计算机辅助分析。其主要流程如图3所示:否铸造工艺CAD三维造型文件格式转换铸造工艺CAE热物性参数网格部分充型过程模拟缩孔缩松预测彩色图条显示工艺是否合理是输出铸造工艺4图3采用CAD技术的工艺流程图

7、(l)完成铸件的CAD三维造型，并将文件转换为STL文件格式；(2)再将文件传给MAGMAsoft铸造工艺分析软件系统，前处理部分的有限差分网格部分程序进行网格剖分；(3)模拟计算分析:对铸件的充型过程的流场、凝固过程的温度场、流动与传热耦合进行计算；(4)后处理阶段:MAGMASoft系统经过前两大模块处理后，得到了铸件凝固过程温度场等物理过程详尽、完整的大量数据。后处理模块的功能就是将这些基于时空四维空间场的物理数据