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1、种铸造及有色合金2 0 0 5 年第 2 5 卷第 1 2 期 压铸模 C A D C A E C A M 摘要介绍了压铸模 C A D C A E C A M一体化技术的主要内容和实现 C A D C A E C A M一体化的技术路线。实践应用表明, C A D C A E C A M一体化技术能有效地指导压铸模具的设计、 模拟分析与制造过程, 提高模具结构的合理性、 准确性和加工精 度 , 服务于实际压铸件生产。 关键词压铸模; C A D C A E C A M; 一体化 中图分类号T G 2 4 9 2 ; T P 3 9 1 7 文献标志码A 文章编号 1 0 0 1 2 2 4
2、9 ( 2 0 0 5 ) 1 2 0 7 2 1 0 3 采用 C A D C A E C A M一体化技术进行压铸工艺和压 铸模设计与制造 , 从产品设计到生产加工“ 无 图纸化作 业” , 不仅可以大大提高设计效率 , 缩短模具设计与制造 周期, 而且能提高模具结构的合理性、 准确性和加工精 度, 还能将设计人员从繁冗的绘图 、 计算和编程 中解放出 来, 以从事更多的创造性工作_ l , 2 J 。模具 C A D C A E C A M 技术的应用是模具技术发展的一个显著特点。 l 压铸模 C A D 压铸模 C A D是指利用计算机技术完成压铸工艺和 压铸模设计过程 中的信息检索
3、、 方案构思 、 分析 、 计算 、 工程绘 图和文件编制等工作。它与传统的人工设计相 比, 有缩短模具设计与制造周期 、 提高铸件的质量 、 减轻 设计人员的工作强度以及降低成本等优点。 目前 , 压 铸模 设 计 大多 采用 通用 的 C A D系统如 CA r 兀A、 UG、 I DEAS、 P r o E、 EUCL I D、C ADDS 5、 CAXA、 A u t o C A D、 MD T等。压铸模 C A D内容大致如下 : 在输入 铸件具体形状、 尺寸、 合金种类后, 可估算出铸件体积与 质量 , 选择压铸机 , 设计浇注系统 、 型腔镶块 、 导向机构 、 模板 、 推出机
4、构等 , 并选用材质 , 最后绘 出模具图纸。 收稿 日期 : 2 0 0 5 0 7 3 0 基金项目: 国家自 然科学基金项目( 1 0 1 7 6 0 0 9 ) ; 宁波市科技合作计划项目( 2 0 0 5 B 1 0 0 0 3 7 ) 第一作者 简介: 廖敦 明, 男 , 1 9 7 3 年 出生 , 博士 , 华中科技大学材料科学与工程学 院 , 武( 4 3 ( 10 7 4 ) , 电话 : 0 2 78 7 5 4 1 9 2 2 , Em i al: n g n mh u s t e d u c n 4结 论 ( 1 )A E 4 1 合金 的铸态显微组 织为树枝 晶,
5、合金 由 c t - Mg 和 A 1 1 1 R E 3 相组成 。 ( 2 )加入 C a 后合金 的组织 中有 A 1 2 C a形成 , A 1 2 C a 有两种形态 ; 一种以骨骼状分布于 晶界 , 另一种以颗粒 状分布在晶粒 内部。 ( 3 )C a 的加入细化 了 A E 4 1 合金 的组织 , 在 C a含 量较高时有等轴晶形成 。 ( 4 )C a的加入改善了合金 的室温和高温屈服强度 , 以及在适量的c a 含量时的高温瞬时抗拉强度, 但是也 会明显地降低合金的塑性。 ( 5 )加入 0 8 的 C a的 A E 4 1 合金具有 良好的综合 力学性能, 可代替 A F
6、 A 1 合金应用于汽车、 摩托车的变 速箱 、 活塞等动力部件 。 参考文 献 1 P o l me a r I J Ma g n e s i u m Al l o y s a n d Ap p l i c a ti o ns Ma t e r i a l s S c i e n c e and Teeh - n o l o g y , 1 9 9 4 , 1 0 ( 1 ) : 1 1 6 1 2 Ag h i o n e ,Bmr d l n B Ma g n e s i u m Al lo y s De v e l o p me n t T o wa r d s t h e 21 s
7、t C e n t u - r y Ma t e ri a l s Sci e n c e F o m m, 2 O O 0 , 3 5 0 ( 1 ) : 1 9 2 8 1 3 Alan P, Dr u s c h i t z E r i c R, S h o w alt e r J B e t a1 E v alu a t i o n o f S tr u c tu r al a n d H i g 卜 T e m p e r a t u r e M a g n e s i u m All o y s S A E 2 0 0 2 Wo r l d C o n g r e s s , D
8、e t roi t , Mi c h ig an , 2 O O 2 4 B o b R P, V a d i m R, Mi c h a e l P B e t a1 Mi c ms t mc t u r e an d C r e e p B e h a v i o r i n A F A2 M a g n e s i u m D i e - C a s t i n g All o y J O M 2 0 0 2 ( 8 ) : 3 44 l 5 I f e a n y i A Ya s ub i r o GAt s u y a S e t a1 E ffe c t o f S u b s
9、t i t u t i n g Ce ri u rT 1 一 ri c h Mi s - c h me ta l w i th L a n than u m o n Hi g h T e mp e r a t u r e P r o p e r t ie s o f D i e - c a s t Mg - Z n - Al - C a - RE Al l o y s Ma t e rials Sc i e n c e an d En g i n e e ri n g A 2 0 0 4 3 8 0: 9 39 9 6 Da h l e A K, l e e Y C,Na v e M D e
10、t a1 De v e l o p me n t o f the A s - c ast Mi c ms t mc - t u r e i nMa g n e s i u m- al u m i n i u m A l l o y s J o u rnal o f L i【g h t Me t a l s , 2 0 0 1 , 1 ( 1 ) : 6 1 7 2 7 L u o A A, P o we l l B R T e n s i l e and Co mp r e s s i v e C r e e p o f Ma g n e s i um - alu mi n um - c al
11、c i um B a s e d A l l o y s I n:Hr y n J T MS An n u a l Meet i n g, Ne w O r l e ans Mi n e r - als ,Me t a l s and Ma t e ri als S o c i e t y , 2 0 01 : 1 3 7 1 4 4 8 Da r g u s c h M S, Du n l o p G L, P e t t e r s e n K E l e v a t e d Te mpe r a tu r e Cr e e p an d Mi - c ms t mc t e o f Di
12、 eeast Mg Al Al l o y s Ve r k s t o ff - I n f o n n a t io n s g e s e l l s c h a f t ,Wo l s - b u r g ,G e r ma n y , 1 9 9 8: 2 7 72 8 2 9 汤彬 , 李培杰 , 曾大本 钙 、 锶对 A Z 9 1 D合 金组织及 性能 的影响 特 种铸造及有色合金, 2 o o 4 ( 5 ) : 1 3 1 0 I f e an y i A A, Ya s ub i r o G, S h u ub e i N e t a1 D e v e l o p me
13、n t o f Di oc t a b l e Mg - Zn _ A1 - Ca - RE Al l o y s f o r Hi g h T e mpe r a t u r e A p p l i c a t i o nMa t e r i als T r a ns an c - t i o ns, 2 0 0 3 , 44( 4 ) : 5 6 2 5 7 0 ( 编辑 : 陈渭臣) 7 21 维普资讯 http:/ 种铸造及有色合金2 0 0 5年第 2 5卷第 l 2 期 我们在 U G平台上进行二次开发, 研制出了一套三 维压铸工艺设计 C A D系统D i e c A D, 能根
14、据零件 图 及合金类型进行压铸模结构、 型腔、 浇注系统 、 草图、 装 配图、 压铸模构件等设计和压铸工艺参数的计算与选 择, 建立设计标准和技术信息数据库_ 3 4 j 。该系统的主 要输入为压铸零件和铸造工艺要求 , 设计要根据设计准 则、 经验、 标准进行 , 设计过程 中需要设计人员与系统的 交互 , 同时需要标准件库 、 U G系统 的支撑 , 最后输 出压 铸模的三维装配图、 零件模型和二维零件图。 该压铸模 C A D系统分为 7 个模块 : 系统的初始化 、 工艺参数的确定 、 浇注系统的设计 、 成形零件的设计 、 模 板结构的设计、 导向机构的设计、 推出机构的设计。系
15、统模块结构见图 1 。 初始化 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 弄 存 设 _计 一 j 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 一 标准件库 图 1 压铸模 C A D 系统的模块 结构 基于 U G平台进行压铸模 C A D的基本过程为: 首先 导入零件三维模型, 并对零件进行有关处理, 包括处理 孔洞和槽、 添加加工余量、 铸件收缩率、 起模斜度等; 然 后进行镶块设计、 模具型腔和型芯设计、 压铸工艺参数 设计 、 浇注系统设计 、 模架设计等。图 2是利用 D i e C A D 一 ( a )型腔布置 ( b )创建分型面 7 2 2 ( c )
16、浇注 系统 实体模 型 图 2 后盖件压铸 工艺 C A D设计 对某厂后盖压铸件进行的压铸工艺设 计的几个基本过 程 图例。 2 压铸模 C A E 压铸模 C A E是基于铸造数值模拟仿真技术而来 的, 主要以压铸件充型的流动场数值模拟、 压铸模 压铸 件温度场模拟、 压铸模 压铸件应力场数值模拟为主, 变 未知因素为可知因素, 并分析易变因素的影响, 评价模 具冷却工艺和判断模温平衡状态, 评估可能出现的缺陷 类型、 位置和程度, 设计合理的铸件、 铸型结构及浇注系 统 , 选择恰 当的压铸工艺参数 , 然后 围绕此方案进行模 具的力学分析和结构设计, 保证其合理的力学结构。目 前压铸模
17、 C A E技术 已经达到实用化水平 , 国内外均有 商品化软件出现_ 5 j 。 压铸模 C A E通 常包括 3部分 : 首先将压铸模设计 完后输出的S T L 接口文件输入到前处理模块进行网格 划分; 然后用压铸 C A E系统的计算模块进行充型、 凝固 过程的计算分析; 最后采用后处理模块进行结果显示、 缺陷分析, 判断模具设计和浇注工艺设计的合理性, 若 不合理 , 则反馈到压铸模 C A D系统 中, 对压铸模或浇注 工艺进行修改 , 再输 出 S T L文件 , 进行模 拟分 析。图 3 是对某厂后盖压铸件进行模拟分析的实例, 从图 3 a 、 图 3 b 可见看出方案 1 存在
18、明显的缺陷, 后盖件靠浇道的 一 角在充型过程 中由金属液围出一段空隙 , 此空间内空 气无法排 出, 势必 出现流痕 和浇不足 缺陷。图 3 c 、 图 3 d 是改进方案 , 从结果可见 ( a )方案 1的工艺图 ( b )方案 1的模拟结果 ( e )方案 2的工艺 图 ( d )方案 2的模拟 结果 图 3 后 盖件 工艺图及 其模 拟结果 3 压铸模 C A M 压铸模 C A M是基于三 维实体模 型数 据, 利用数控 机床加工压铸模 具的过程 。在模具 的设计制造过程 嚣 推出机构的设计 导向机构的设计 成形零件的设计 浇注系统的设计 一一 一 一 一 一 一 维普资讯 htt
19、p:/ 压铸模 C A D C A E C A M 廖敦明 中, 产品几何形状的确定 、 描述是设计的基础 , 无论是产 品本身几何形状的描述 , 还是模具型腔的确定 、 模具零 件设计、 工艺过程设计、 数控加工编程都依赖几何形状 这一基础信息。 C A M主要任务是选择加工工具 、 生成加工路径 、 消 除加工干涉、 配置加工驱动、 仿真加工过程等, 以满足小 批量、 高精度、 短周期和加工一致性要求高的产品制造 的需要, 进而实现 c A D c A P P c A E c A M的集成。现代 的C A M技术 已经成为 C A X体系的重要组成部分, 与 C A D系统集成在一起, 直
20、接在 C A D建立起来的参数化、 全相关的三维几何模型( 实体 +曲面) 上进行加工编程, 生成正确的加工轨迹 。因此 , 基于 C A D软件进行三维 几何建模是 C A M的前提和基础。图 4是基于 U G的压 铸模 C A M生成固定轴铣刀具轨迹的实例。 图 4 U G C A M界 面与 固定轴铣 刀具轨迹 4 压铸模 C A D C A E C A M 一体化 C A D C A E C A M系统中的各个阶段都可以利用公 共数据库 中的数据和信息 , 缩短 了产品的生产周期 , 提 高了产品 的质量l_ J o , J l l 。近年来 , 国 内外对压铸模 C A D 开展了大
21、量工作, 并和 C A M结合以代替传统的手工设 计和制造, 同时配合 C A E 辅助工程, 既可大大缩短压铸 模生产周期, 又可减轻劳动者的工作强度, 提高压铸模 的设计质量 , 降低成本。 实现 C A D C A E C A M集成化, 其基本的工作步骤如 下 : C A D过程设计产品结构 , 建立 产品模型 , 绘制产 品图样, 为 C A E 、 C A M过程准备设计数据; 产生标准 化的数据结构( 如 S T E P、 S T L 、 I G E S 文件) , 并经过接 口进 行数据转换 ; 针对压铸工艺进行 C A E模拟 , 分析其工 艺过程, 动态显示仿真效果, 优化
22、压铸工艺; 模具装 配加工及有限元分析工程模拟 , 用数值分析的方法对模 具的受力和变形进行计算 , 从 而为优化模具结构 、 改善 受力条件提供科学依据 ; 生成零 件加工工艺规程和 N C编程所需的数据 , 并按一定的标 准转换成相应 的中 性文件 , 自动生成数控程序, 输入 到加工 中心进行 C N C 加 工 实现压铸模 C A D C A E C A M一体化的关键在于将 C A D、 C A E与 C A M有机地联系起来 , 而实现这种联结的 基础是基于统一的三维数据模型。压铸模 C A D C A E C A M一体化的技术路线见图5 。 压铸件 模具需j 产 品 设计 修改
23、 指令 模具 设计 修改 指令 l 特征参数调整I l 删除几何特征l J 增添几何特征 陷改非几何特 模具方案设计 匡匿画 I f 邕 方案一 缺陷与失效 辨别规则库 图 5 压铸模 C A D C A E C A M一体化的技术路 线 5 结语 压铸模的 C A D C A E C A M及其一体化是先进的生 产方式, 它系统科学地将压铸模的设计、 工程分析模拟、 加工连为一体, 进行全方位的计算机控制, 不仅缩短了 设计 、 制造周期 , 而且优化了工艺设计 , 从整个生产组织 上大大降低了人为因素对模具质量的影响, 是保证模具 生产质量和生产周期 的强有效的手段 , 也是降低成本 、
24、提高竞争力的重要途径。 参考文献 1 陈光明 压铸模 C A D C A E C A M的研究现状与发展 铸造技术, 2 0 0 4 ( 2 ) : 1 4 8 1 4 9 2 姚真裔, 曾健, 顾宝峰 模具 C A D C A M C A E 集成制造在铸造中的应 用 铸造技术, 2 0 0 3 ( 7 ) : 2 8 0 2 8 1 3 颜建军 面向装配的压铸模 C A D系统关键技术的研究 : 博士学位论 文 武汉: 华中科技大学, 2 0 0 3 4 吴晓光, 刘瑞祥, 陈立亮等 基于 U G的三维压铸模 C A D系统的研究 与开发 铸造 , 2 0 0 3 ( 4 ) : 2 7
25、2 2 7 5 5 张光明, 王泽忠 基于 C A E分析的电脑外壳压铸模浇注系统的设计 特种铸造及有色合金 , 2 0 0 5 , 2 5 ( 8 ) : 4 7 3 4 7 5 6 李平, 蔡启舟, 魏伯康等 华铸 C A E软件在壳型铸造激冷铸铁凸轮 轴工艺优化中的应用 铸造, 2 0 0 4 ( 7 ) : 5 5 1 5 5 5 7 周建新, 刘瑞祥, 陈立亮等 华铸 C A E软件在特种铸造中的应用 铸造 技术 , 2 0 0 3 ( 5 ) : 1 7 41 7 5 8 宋贤发 利用铸造 C A E技术优化铸造工艺 现代铸铁, 2 13 0 2 ( 1 ) : 4 2 4 3 9 陈立亮主编 材料加工 C A D C A M基础 北京: 机械工业出版社, 2 0 0 1 1 0 杨宠, 林汉同, 刘瑞祥 我国压铸模 C A D C A E C A M及其一体化技 术 特种铸造及有色合金, 2 0 0 o ( 2 ) : 1 4 9 1 5 0 1 1 唐婕, 范洪远, 刁燕等 压铸模 C A D C A E C A M技术及其应用 机械 工程师 , 2 O 0 4 ( 1 0 ) : 68 ( 编辑 : 张正贺) 7 2 3 维普资讯 http:/
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