1、Dec. 2010 铸 造Vol.59 No.12 FOUNDRY 1307-计算机应用铸造工艺CAD二次开发技术与应用廖敦明，陈立亮，周建新，朱炳文（华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室，湖北武汉 430074）摘要：介绍了二维铸造工艺CAD二次开发的基本原理和采用的关键技术。基于AutoCAD2006平台，以ObjectARX2006与VC+.NET2002为开发工具，利用 ODBC数据库及参数化设计等技术开发了二维铸造工艺CAD 系统。各个模块功能根据铸造工艺手册中的相关理论和标准进行设计，或者按照厂家设计习惯量身定制相关特殊功能。实际应用表明该系统能辅助工艺人员快速完成铸造工艺
2、的设计及工艺图的绘制。关键词：铸造工艺CAD；参数化设计；二次开发中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1001-4977 （2010 ） 12-1307-05Techniques and Application of Casting Process CADSecondary DevelopmentLIAO Dun-ming, CHEN Li-liang, ZHOU Jian-xin, ZHU Bing-wen（ State Key Laboratory of Material Processing and Die parametric design; secondary d
3、evelopment铸造工艺设计是铸造生产的基本组成部分和关键 等技术进行了二维铸造工艺CAD系统的设计与开发。环节，长期以来，多是靠人的经验、习惯进行，而且大量的纸质工艺图查找很费时，在很大程度上不利于图纸的规范化管理，不符合工业信息化发展的要求。11.1CAD系统的二次开发二次开发原理铸造工艺CAD是将铸造工艺设计与计算机先进的软硬件技术结合起来，能辅助工艺人员进行数字化工艺设计，将手册上的标准、图表、公式编成程序，减少了工艺人员的工作量，增加了科学性和标准化，同时，电子化的铸造工艺图利于管理，便于保存及查询调用。近年来铸造工艺CAD的研究与应用有了长足的发展，有些成果已经用于实际生产中
4、1-4。因为每个厂的标准和习惯不同，铸造工艺CAD的通用性受到限制，推广和使用远不如铸造CAE技术成熟 5。本 研 究 基 于 AutoCAD2006 平 台 ， 利 用 VC+.NET2002开发环境和 ObjectARX2006二次开发工具包，根据铸造工艺要求，采用ODBC数据库和参数化设计-铸造工艺设计涉及大量专业性的计算或表现方式，以及专业性的图形数据，这些数据的计算、查询和图形绘制功能，难以用AutoCAD的通用功能实现，有些即便能实现也比较繁琐，效率低。如果基于AutoCAD平台进行二次开发，把图表转化为数据库，将公式计算和专业性图形绘制编成程序，开发出某些专业化的铸造工艺设计模块
5、，能减少设计者繁重的查手册和枯燥的计算与绘图工作，加快工艺设计效率。目前，对AutoCAD所使用的二次开发工具主要有三 种 6： Visual LISP， ObjectARX， 以 及 VB/VBA 的ActiveX开发。其中， ObjectARX在 C/C+的支持下，能够访问很多的AutoCAD底层工具，功能非常强大，基金项目：国家自然科学基金资助项目 （50805056）；教育部留学回国人员科研启动基金资助项目；国家科技重大专项项目 “高档数控机床与基础制造装备”（2009ZX04014-082）。收稿日期：2010- 05-20收到初稿，2010-07-21收到修订稿。作者简介：廖敦明
6、（ 1973-），男，副教授，博士，主要从事铸造 CAD/CAE研究。电话： 027-87558145， E-mail： Dec. 20101308 FOUNDRY Vol.59 No.12支持与 Microsoft的基础类库 （ MFC） 的混合编程，能创建基于MFC的用户界面，可以方便地设计出具有典型Windows风格的AutoCAD 应用程序7 。准冒口绘制、浇注系统设计、冷铁系统设计、砂芯系统设计、铸造工艺参数设计及其他辅助功能。1.2 浇注系统设计在浇注系统设计过程中，先根据零件选择浇注系统类型、形式及布置方式，然后计算浇注系统各组元的尺寸。首先需要得到浇注系统最小截面 （阻流截面）
7、的尺寸，然后再以最小截面为基数，按经验比例关系确定其他组元的截面积。计算阻流截面的流体力学公式可以表述为：F阻=m（t姨2gHp） （1）23阻流截面的流量系数；t为充填型腔的总时间 （s）；g为21.3 冒口系统设计方法以铸钢件为例，依据铸钢件的凝固特点，铸钢件冒口计算原理适用于按顺序凝固的一切合金铸件。最常用的冒口设计方法有模数法、比例法 8。下面是模数法的简单介绍。要实现完好的补缩效果，要求冒口的凝固时间r应33.1CAD系统开发的关键技术面向对象设计技术大于铸件被补缩部位的凝固时间 c。运用 Chvorinov公式有 r （M r/K）和c=（Mc/K），于是得：面向对象常指在程序设计
8、中采用封装、继承、抽象等设计方法，以提高软件的重用性、灵活性和扩展r c2 （2） 性。ObjectARX2006二次开发工具包，引入了面向对式中：Mr、M c分别为冒口模数和铸件模数；Kr、Kc分别为冒口、铸件的凝固系数。对于普通冒口Kr=Kc，故式 （2） 可写为：象的编程机制，提供了大量的类库，在C+的支持下，可以很好地运用各种面向对象技术，使开发者能够更加深入的使用、用户化和扩展AutoCAD。本研究中采Mr=fMc （3） 用面向对象的方法设计冒口、补贴、冷铁、浇注系统。式中：f为冒口的安全系数，f1。 3.2 模块组件设计思想对铸钢、低合金钢铸件，冒口、冒口径、铸件的模数应符合一定
9、的比例关系，再结合具体的冒口类型和形状即可确定冒口尺寸。模块组件设计在功能分析的基础上，划分并设计出一系列功能模块，通过模块的选择和组合构成为用户定制不同的产品，以满足不同厂家的需求。铸造工2 铸造工艺CAD系统框架结构设计 艺设计内容繁多，受厂家各自的设计标准和习惯影响大，使得铸造工艺CAD通用性差，难以推广使用。铸造工艺CAD就是工艺设计人员根据铸件零件图、技术要求、设计规范和设计图表等利用计算机系统对铸件进行的铸造工艺参数设计、浇注系统设计、冒口系统设计、冷铁系统设计、砂芯设计、二维工艺图卡的生成等设计过程。在传统的铸造工艺设计中引入计算机进行辅助设计，利用计算机完成大部分的查表计算和绘
10、图工作。本研究开发的二维铸造工艺CAD系统以铸造工艺设计中的几大工艺参数为核心，依据铸造工艺手册的铸造工艺标准 9-10，集成了整个铸造工艺设计过程各阶段的功能，以辅助工艺人员快速高效地完成工艺设计过程。设计的CAD系统框架结构如图 1所示，主要功能/式中：F阻为阻流截面面积 （cm）；m为流经阻流截面的金属液总质量 （ kg）； 为金属液密度 （ kg/cm）； 为重力加速度 （ cm/s）； Hp为平均压力头 （ cm）。= r 2 2c（ Mr/K） （ Mc/K） 2包括：初始设置、工艺参数标注、冒口系统设计及标 本研究开发的铸造工艺CAD以实用化、通用化为目标，采用了模块组件设计思想
11、进行程序设计。首先，在开发上的功能细化，专业化，复杂化。通过和多家铸造企业合作开发，将每个企业内部的标准、习惯都保留、归类，即细化、专业化，开发过程中尽量寻求最简化、最具代表性的标准。然后采用组件设计实现复杂化向通用化的转变。各企业实行各自的标准，但其中有些模块是通用的，基本上都相差不大，开发时建立通用组件模块。对厂家独特的标准，可能要重新开发，形成新的模块单元。随着模块单元的增加，功能覆盖面会越来越大。通过用户定制、合理组合，能较快地开发出实用化、通用化的铸造工艺CAD系统。铸造 廖敦明等：铸造工艺CAD二次开发技术与应用 13093.3 参数化设计技术 要利用这些特殊点来完成定位。特别是图
12、块的输入操参数化设计方法就是指在保持图形结构的拓扑关系不变的情况下，通过设置相应的参数来控制图形的几何尺寸大小。部分参数值的改变可以导致设计图形的自动修改。这种设计方式显著地改善了图形设计的重构能力和设计柔性。AutoCAD目前的参数化设计功能还远达不到UG、作大都是由拾取定位点开始的。采用“橡皮筋”技术，能实现插入点的光标动态定位。“橡皮筋”是一种形象称呼，指的是绘制直线时缓冲区内不断重绘的线条，就像被拉扯的橡皮筋一样。“橡皮筋”是绘制直线及绘图操作的基础之一，它可以给绘图人员直观的提示，提高绘图的精度及易操作性。Pro/E、 CATIA等三维软件的参数化设计功能。本研究 3.6 选择集技术
13、的CAD系统开发中，冒口系统、冷铁系统、砂芯系统及辅助系统都采用参数化设计方法进行设计。绘图人员只要输入要求的参数，就可以自动生成对应的图形，简单、方便、实用。选择集也是缓冲区绘图的基础之一，利用它可以实现绘图中光标移动时实体的不断重绘。不同于“橡皮筋”的是，该技术重绘的不再是单一的线条，而是复杂的实体，当然选择集中也可以实现某些线条“橡3.4 ODBC数据库访问技术 皮筋”似的拉扯。运用选择集的基本过程为：创建一在铸造工艺设计过程中，会用到大量的数据，CAD 系 统 的 二 次 开 发 中 采 用 Microsoft Access 作 为DBMS （数据库管理系统） 存储数据，依据铸造手册个
14、选择集、将实体加入选择集、拖动选择集内图形不断缓冲重绘以及删除选择集。选择集的应用在整个软件编写中起到了极为重要的作用。标准建立了分型负数、加工余量、冒口系统、浇注系统、工艺卡的有关工艺参数等数据库，当需要使用的 4 CAD系统功能的实现及应用时候可以从Access中读出来或者写进去，实现数据交互 。 二 次 开 发 中 常 利 用 开 放 数 据 库 互 联 ODBC 的CRecordSet类和 CDatabase类对数据库进行操作。 MFC的ODBC 提供了应用程序接口，使得任何一个数据库都可以通过ODBC驱动器与指定的DBMS相联，实现对数据库进行添加、修改、删除等操作。3.5 “橡皮筋
15、”技术图形归根结底还是由特殊点构成的，绘图时就是基于上述技术和方法，利用ObjectARX2006二次开发包，成功开发了基于AutoCAD2006平台的二维铸造工艺CAD系统 “ 华铸二维 CAD ” ，该系统包含铸钢、灰铁、球铁、有色合金等模块功能。图2是该系统的铸钢件CAD模块功能菜单界面，该图也是采用所开发的CAD系统绘制的一个铸钢件的铸造工艺实例，其中深颜色的部位为添加的加工余量，最下面标注的是分型面，并添加了冒口，绘制了砂芯标记及浇注系统。Dec. 20101310 FOUNDRY Vol.59 No.12图3是热节圆和冒口模数计算界面。将铸件结构简化成10种典型结构，分别采用不同的
16、经验公式，计算热节圆直径，根据经验选择放大系数，进而确定对应的冒口模数。图4是查询标准冒口数据库，以确定标准冒口参数的界面，可以选择是否绘制标准视图和标注尺寸。图5为水平芯头绘制界面图，图6 为铸钢件的滚圆法补贴设计界面图，图7为浇注系统的绘制界面。5 结论采用模块组件设计思想，ODBC数据库管理、参数化设计 、 面向对象设计 、 选择集等技术，基于AutoCAD2006平台，利用 VC+. NET2002开发环境和ObjectARX2006二次开发工具包进行了二维铸造工艺CAD系统的设计与开发。此系统的主要功能包括分型面、分模线、分型负数、不铸孔、加工余量、工艺补正量、拔摸斜度、补贴、冒口系
17、统、浇注系统、冷铁系统、砂芯及砂芯符号、工艺要求、工艺卡、图框设计及其他辅助设计模块等。实际应用表明，该铸造工艺CAD系统可以辅助工艺人员快速完成铸造工艺的设计及工艺图的绘制，减轻了劳动强度，提高了工艺设计效率。参考文献：1234Farouk Shehata， Mohamed Abd-Elhamid. Computer aided foundrydie-designJ.Materials&Design， 2003， 24 （ 8）： 577-583.Keun Park， Kim Y S， Kim C S， et al. Integrated application ofCAD/CAM/CAE
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20、。（上接第 1310 页）1234陈勇，杨湘杰. 基于AnyCasting排气歧管砂型铸造数值模拟及试验研究J. 铸造，2009，58 （3 ）：249- 252.熊艳才. 铝合金复合型精密铸造工艺研究与应用 J. 特种铸造及有色合金，2009，29 （2）：156 -157.耿浩然，腾新营，王艳，等. 铸造铝镁合金 M. 北京：化学工业出版社，2007.李化芳，刘魁敏，胡占军，等. 基于CAE 技术的铸造工艺设计研究J. 热加工工艺，2009，38 （5 ）： 49-50.（编辑：张允华， ）2008 （12）：1322 -1324.6 周建新，廖敦明，等 . 铸造 CAD/CAE M. 北京：化学工业出版社，2009.9 李弘英，赵成志. 铸造工艺设计 M. 北京：机械工业出版社，2005.78周超，顾泉佩，林国荣，等 . 基于 ObjectARX的蝶阀阀体三维铸造工艺 CAD系统的开发 J. 福州大学学报 （自然科学版）， 2008（4）：547- 550.李培耀，俞正江 . 铸造浇注系统计算机辅助设计新算法 J. 铸造，10 中国机械工程学会铸造分会 . 铸造手册第 5卷 铸造工艺 M. 北京：机械工业出版社，2003.（编辑：刘冬梅， ldm ）
