1、 ZWSOFT中望三维CADCAECAM技术在铸造生产的应用张亚龙 1 宋彬 2 崔聿辰 2广州中望龙腾软件股份有限公司（广州 510635）北京北方恒利科技发展有限公司（北京 100089）摘要：广州中望龙腾软件股份有限公司和北京北方恒利科技发展有限公司合作开发铸造业专用的三维CAD/CAE/CAM铸造过程一体化软件包，通过实际生产应用，效果明显。CAD/CAE/CAM铸造过程一体化的运用实现产品结构合理、产品轻量化设计、大大缩短铸件工艺设计和修改的周期，提高成品率及工艺出品率。关键词：铸造过程CAD/CAE/CAM 一体化 轻量化 工艺优化 模具设计 结构合理The ZWSOFT CAD
2、/ CAE / CAM technology in the application of foundry productionZHANG Yalong1 SONG Bin2 CUI Yucheng2 ZWSOFT Co., Ltd. （GuangZhou 510635）Beijing North Fangheng Li Technology Development Co., Ltd. （Beijing 100089）Abstract: ZWSOFT and the Beijing Hengli science and technology design and technology of Ca
3、sting Technology Co. Ltd. to cooperate in the development of foundry industry dedicated CAD/CAE/CAM casting process integration software package, through the actual production application, obvious effect. CAD/CAE/CAM cast using the process integration to achieve the cycle of reasonable product struc
4、ture, lightweight design, product greatly shorten the casting technology design and modification, improve the rate of finished products and process yield.Keywords: Casting process CAD/CAE/CAM integration The light Process optimization mould design Reasonable structure1 概述在激烈的市场竞争和巨大的内外环境压力下，企业若要达到预期
5、的市场占有率和预期的经济效益，提高企业的应变能力和竞争能力，用最短的时间生产出市场适销对路的、质量好、价格低的产品，最大幅度地满足用户的需求，最有成效地提高自己的经济效益，成为企业生产经营的主目标。在制造环境相同的情况下，影响产品的主要因素是产品设计水平，而产品的设计水平是与企业所采用的设计手段密不可分的。计算机辅助设计技术从五十年代末，伴随着计算机技术的飞速发展，它以其强大的冲击力，影响和改变着工业的各个方面，甚至社会的各个方面。世界上一些大型的汽车公司的铸造厂，如美国的通用、福特，德国的奔驰等，都把数值模拟软件作为一种日常工具来使用。对于国内企业来说CAD技术已不再是一个陌生的概念，许多大
6、大小小的企业都已经建立了CAD 技术系统，并多多少少地开展了CAD技术的普及应用和二次应用开发工作。使传统的产品技术、工程技术发生深刻的变革。CAD系统已经成为设计人员从事产品设计、分析的工具。CAD技术的使用，极大地提高了产品质量，缩短了从设计到生产的周期，实现了设计的自动化，使设计人员从繁琐的的绘图中解放出来，集中精力进行创造性的劳动、设计工作。如果说CAD技术解决了设计问题，那么CAECAM 的应用解决了实际工程分析和制造加工问题，大大地提高了产品的质量，加速了产品的开发，缩短了产品的上市周期。2ZWSOFT中望三维CADCAE CAM的现状及使用21 ZWSOFT中望三维CADCAEC
7、AM之间的关系CAD(Computer；Aided Design)是整个产品的设计，它包括产品的构思、功能设计、结构分析、加工制造、装配等。CAD不再是早期英文 Computer Aided Drafting(计算机辅助绘图)的缩写，而是整个产品的辅助设计。CAE (Computer Aided Engineering)通常指有限元分析、机构的运动学、动力学分析、产品成型过程分析。有限分析可完成力学分析(线性非线性静态动态) 场分析( 热场、电场、磁场等)、频率响应和优化等。机构分析能完成机构内零部件的位移速度、加速度和力的计算，机构的运动模拟及构参数的优化。用计算机对工程和产品进行性能与安全
8、可靠性分析，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟，及早发现设计缺陷，在设计和模具制作阶段解决缺陷，并证实未来工程、产品功能和性能的可用性与可靠性。产品成型过程分析可以对产品成型过程（如铸造、机加、热处理、焊接等）进行模拟，分析在成型过程中由于不同工艺和工序生产的产品质量情况及工艺、工序进行优化，保证产品质量。CAM(Computer Aided Manufacture)可自动生成零件加工的数控代码，并可进行加工过程的动态模拟、干涉和碰撞检查等。CAM中的核心技术是数控技术，是为数控机床服务。CAD是CAE、CAM的基础，CAE、CAM服务于CAD。在CAE中无论是单个零件、还是整机的有限元分析
9、及机构的运动分析，都需要CAD为其造型、装配；在CAM 中，则需要CAD进行曲面设计、复杂零件造型和模具设计。CAD设计是否正确，只能通过CAE和CAM来发现，否则只能通过现实生产才能发现。22 铸造过程CADCAM/CAE一体化的技术运用实现铸造过程CAD/CAE/CAM 一体化的关键在于将CAD、CAM与CAE有机地联系起来，而实现这种连结的基础基于统一的三维数据模型。铸造CAD/CAE/CAM一体化的技术路线如图1所示：铸造过程CAD/CAE/CAM一体化是将铸造生产方式溶入整过零件的设计、生产和装配中。主要有以下几步完成：（1）零件设计阶段（铸造工艺CAD/铸造工艺CAE）：通过铸造C
10、AE模拟优化零件结构，保证在满足功能的前提下，确保零件结构有利于铸造生产和保证零件顺利铸造；（2）铸造毛坯工艺设计阶段（铸造工艺CAD）：零件确定后，通过铸造CAD添加否是三维产品模型冒口库、芯子库浇注系统库冷铁库三维铸造工艺CAD铸件充型凝固CAE物性参数设计可行性铸造模具CAM实际生产CAD/CAE接口零件结构设计CAD/CAE接口加工余量，计算冒口大小，计算冷铁面积，计算浇注系统，计算残余熔积，计算模数、铸件和砂型总重等工艺参数计算和工艺图绘制、三维自动转二维、工艺卡自动绘制，初步确定铸造工艺；（3）铸造工艺优化阶段（铸造工艺CAD/铸造工艺CAE）：通过铸造CAE进行铸造过程的模拟，根
11、据现场的工艺参数（铸件原形，砂箱尺寸，工艺位置，浇注及补缩系统，浇注温度，铸件材质，砂型材质，涂料材质，模壳焙烧温度，浇口棒设计等等）模拟铸造充型过程、凝固过程，预测铸件各处温度变化及铸型温度的变化、预测铸件浇不足、卷气、缩孔、缩松等缺陷，对铸造过程中所涉及的工艺参数和工艺方案做出评价，通过一次或多次修改工艺和工艺模拟，最后确定铸造工艺；（4）模具生产阶段（铸造工艺CAD/铸造工艺CAM）：通过铸造 CAM进行模具设计及模具加工路径模拟，确定合理的加工工艺。2.3铸造过程CAD/CAE/CAM一体化技术应用的经济效益铸造过程CAD/CAE/CAM技术的重大意义在于与能大幅度提高设计合理性、加工
12、制造的速度和精度，从而改善产品结构和产品质量，减少了产品结构不合理造成的铸造问题，提高出品率和成品率，将大大缩短设计和修改的周期，降低成本，提高经济效益。在机械行业大力推行CAE、CAPE技术的今天，如果铸造业仍然与 CAD/CAE/CAM技术保持距离显然是不太合适的，这不仅使铸造业本身处于落后状态，而且也大大降低了机械CAD/CAM 、CAE 及CAPE 技术的潜在优势，限制其进一步发展，因此铸造业应及早开拓和寻找铸造过程CAD/CAE/CAM 技术的发展及经济效益，跟上现代工业的发展步伐。据调查，铸造过程CAD/CAE/CAM 技术有以下几个方面的经济效益：（1）减少产品零件结构再设计问题
13、，减少结构性铸造缺陷；（2）显著提高工艺设计水平及工艺文件的编制效益，一般可提高功效的1020倍；（3）使工艺参数选取与计算机更趋于正确可靠；（4）明显提高铸造工艺出品率及铸造合金的利用率。从铸造生产的全局来看，可降低铸铁车间生产成本的15.0%，压铸生产成本的6.0% ；采用铸造过程CAD/CAE/CAM技术后，铸件重量平均减少10%，模样制作时间缩短25% ，成本降低10% 以上。由上可见，尽管铸造过程CAD/CAE/CAM 技术正处于发展阶段，但已经显现出了明显的经济效益，其潜在的优势与效益更是不可低估。广州中望龙腾软件股份有限公司和北京北方恒利科技发展有限公司开发的CASTsoft C
14、AD/CAE合作开发出具有铸造工艺设计CAD 、铸造工艺模拟 CAE及铸造模具设计CAM软件包，这将是国内唯一一款具有完整数据库的一体化铸造平台。下图为传统铸造过程与应用了铸造过程CAD/CAE/CAM 技术后的铸造过程分析图2：3、自主产权的国产CAD/CAE/CAM软件中望3D在铸造业中的应用案例分享ZW3D是中望公司拥有全球自主知识产权的高端三维CAD/CAE/CAM一体化软件产品，为客户提供了从入门级的模型设计到全面的一体化解决方案。拥有独特的Overdrive混合建模内核，支持 A级曲面，支持25轴CAM加工。采用ZW3D 是企业大幅提高生产力并降低设计和制造成本、从而实现从设计到加
15、工的最佳途径。在铸造行业中，ZW3D已经积累了相当多的应用客户，中望 3D CAD/CAM一体化的产品设计不仅为企业解决了实际生产中的问题，更为企业在行业的当中的竞争力，及经济效益快速增长提供了很好的保障。案例1 a)传统铸造过程 b)应用了 CAD/CAE/CAM后的铸造过程图2 CAD/CAE/CAM的应用大大缩减了铸造过程多次循环设计试制确定铸造工艺方案制造模样造型浇注 凝固铸件检验不合格（多次循环修改）设计/模拟 CAD/CAE铸造模制作CAM浇注 凝固铸件检验铸造过程设计/模拟CAD/CAE 不合格（1-2次循环修改）某集团有限公司是中国最大的铸锻专业生产企业之一，是中国机械500强
16、企业，客户遍及全国20多个省、市及港、澳、台地区，并出口到美国、德国、法国、日本、马来西亚等国家。主要产品：图3 产品结构设计和结构模拟优化图4 铸造工艺浇注系统和补缩系统设计CAD客户使用后感受：在使用ZW3D前，企业存在以下问题：所用的三维软件不能很好的兼容二维数据； 1产品设计完成后，在生产中发现设计存在缺陷，重新进行产品结构设计； 2新产品开发周期长，开发费用高； 3铸造工艺优化周期长，反复试验；使用多个软件，各类型的文档多，不易管理，效率低；功能复杂，新人学习大型三维软件上手较慢；反复试验修模具，周期长费用高。使用ZW3D CAD/CAE/CAM软件后，企业生产过程中的问题迎刃而解：
17、兼容二维数据以及有效利用，产品结构设计更合理，轻量化设计效果明显； 1CAD/CAE/CAM一体化解决方案，功能齐全，效率高； 2易学易用，内嵌边学边用的教学系统为新人提供学习平台； 3铸造工艺过程模拟优化，模具反修次数减少；模具设计、模拟、制造数字化，模具开发效率和使用寿命明显提高。案例2某股份有限公司，主要生产销售发动机曲轴、汽车离合器、汽车齿轮等汽车零部件和精密锻件，是国内知名的汽车零部件和精密锻件高新技术企业。主要产品：客户用ZW3D进行产品设计CAD、工艺模拟CAE及模具设计 CAM，如下图所示：1汽车零配件设计CAD及工艺模拟CAE，如曲轴、连杆、转向节、齿轮、轴等产品图5 零配件
18、设计CAD 及工艺模拟CAE2模具设计CAD及CAM加工编程、模具温度场分析CAE图6 模具设计CAD、CAM加工编程、模具模拟CAE自主知识产权的CAD/CAE/CAM 一体化技术在铸造业中的广泛应用，不仅是我国改善铸造技术的重要标志，更是改造传统铸造产业的必经之路。4、结论广州中望龙腾软件股份有限公司和北京北方恒利科技发展有限公司合作开发铸造业专用的CAD/CAE/CAM铸造过程一体化软件包，通过实际生产应用，效果明显。CAD/CAE/CAM铸造过程一体化贯穿铸造生产全过程，从产品零件合理化设计、铸造工艺设计、铸造工艺模拟优化、工艺图绘制、模具生产、产品加工到最后装配。 CAD/CAE/C
19、AM铸造过程一体化的运用实现产品结构合理、产品轻量化设计、大大缩短铸件工艺设计和修改的周期，提高成品率及工艺出品率。CAD/CAE/CAM铸造过程一体化的运用促使企业铸件生产上一个台阶，同时带动图纸、设计计算机化，提高企业的竞争能力，并树立现代企业的形象。CAD/CAE/CAM铸造过程一体化的运用无疑会给铸造企业带来较大的经济效益。参考文献1 李庆春 铸件形成理论基础 机械工业出版社 1982年1月2 李魁盛 铸造工艺及原理 机械工业出版社 1988年3 范英俊 铸造手册之特种铸造 机械工业出版社 2003年2月 4 王智平 底杯铸件铸造工艺模拟 铸造 2006（2）149-151作者简介（1
20、）张亚龙：出生于1984年2月，机械设计及数控加工专业，工程师，现在广州中望龙腾软件股份有限公司工作，从事高端三维CAD/CAE/CAM软件技术的应用研究工作。电话：18932613378，010-88018991-317 ，E-mail:（2）宋彬：出生于1978年7月，材料成型及控制铸造专业，工程师，现在北京北方恒利科技发展有限公司工作，从事铸造数值化模拟技术相关工作。电话：13810507162，010-88820213-8009，E-mail:,（3）崔聿辰，出生于1988年3月，材料成型及控制铸造专业，工程师，现在北京北方恒利科技发展有限公司工作，从事铸造数值化模拟技术相关工作。电话：15810298845，E-mail:,
