基于实体模型的压铸浇注系统CAD 软件

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根据压铸工艺理论及模具设计特点并综合多方的实际经验, 以《压铸模设计手册》为根
据, 利用A u toCAD 1210 的ADS 编程环境, 用C 语言和三维实体模型开发了适用于冷、热室压铸
机的压铸型浇注系统CAD 软件。该软件由浇注系统设计和数据库两部分组成。软件既是整个压铸
型CAD 系统的一个功能模块, 又可作为一个独立的应用软件运行。本文介绍了实体模型、总体结
构及工艺参数、功能实现、数据库结构及界面设计。
　随着近无余量铸造技术的发展, 压铸件的应用范围日益扩大, 压铸型的设计和制造任务也日益繁
重。由于压铸型设计的复杂性, 使得其不仅设计周期长, 而且对设计人员的要求高, 因而设计人员的培养
时间也较长。这些都有碍于产品的更新换代, 有碍于企业竞争力的提高。压铸型计算机辅助设计与制造
(CADö CAM ) 就是为改变这种状况而发展起来的。
1　三维实体模型
众所周知, 机械图是采用多面投影的二维图形来表达一个物体的形状的, 制造时再转换成三维实
体。以往的CAD 图形软件大多是以二维图形为基础完成的交互式软件, 并已达到商用水平。但从设计
观点出发, 设计时, 在人的思维中首先建立起来的是三维物体模型, 二维图形只是一种媒介。因此, 人们希望直接用三维图形开发软件。特别是近几年来C IM S (计算机集成制造系统) 的形成与迅速发展, 作为C IM S 中核心的CAD、CAM 一体化已成为现实,而这又是以三维建模软件为基础的。
三维建模最初的模型是线框图模型, 以后发展成表面建模模型。然而它们不能唯一地表达空间设计对象, 且无法对物体进行剖切, 以表达物体的内部结构, 于是发展成三维实体建模。近年来, 三维建模得到了迅速发展, 并形成了一套完整的建模理论与方法。享有盛誉的美国A u todesk 公司在其推出的A u toCAD 11. 0 中首次集成了三维高级实体造型软件包AM E1. 0〔1〕, 并在A u toCAD 12. 0ö13. 0 中有功
能更为强大的AM E 实体造型软件。
待續

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实体建模就是用基本体素(如圆柱、圆锥、球等)
通过集合运算和基本变形操作建立三维立体, 是唯
一完整地、无偏差地反映物体形状的建模方式。其技
术也日趋成熟, 它成为当前三维软件包普遍采用的
方法。该模型的优点有①完整地定义了立体图形, 可
区分物体的内部与外部, 可自动检测出零件之间不
必要的碰撞。②可以自动消除隐藏线。③可自动提
供清晰的截面图。对于铸造模具CADö CAM 系统,
采用实体建模的也越来越多, 如美国斯坦福大学的
GEOMOD 系统、通用汽车公司的GM SOL ID 系统
都是成功的实体建模的几何造型系统。GM SOL ID
用于发动机机体、缸体、进排气管和其他大铸件的设
计, 取得了显著的成就〔2, 4〕。由于软件有较强的构图
功能, 特别是与数控加工系统直接相连, 因而受到工
厂用户的欢迎。
本文作为“压铸型CADö CAM 技术”的第一部
分, 决定采用三维实体造型系统。以后将根据压铸型
的具体特点, 开发出只要输入产品图就能获得铸件
图、型腔图和型芯图等的三维图形, 经模拟合适后直
接与DNC 系统相连接制造压铸型。
2　软件的总体结构
211　软件的开发环境
本软件在386 以上微机、M S2DO S610 以上版
本采用A u toCAD 12. 0 的ADS 开发应用程序。为使
应用程序运行在保护模式下, 选用的编译器为M eta
W are 公司的H igh C 1. 71, 连接程序为Phar L ap
Sof tw are 公司的Phar L ap 386 L IN K 5. 0。
212　软件的总体结构设计
软件由浇注系统设计(具有自动绘图功能) 和数
据库两大部分组成。以《压铸模设计手册》〔3〕为主要
设计依据并参照其他文献及工厂实用数据。铸件图
用A u toCAD 12. 0 的三维实体造型软件AM E2. 1
输入, 设计结果也用实体图给出(能方便地转换为工
程图样)。软件的主菜单见图1 所示。
图1　系统的总体结构
3　主要功能及实现
311　工艺参数的确定
其主要功能是对压铸件进行体积、重量、分型面
投影面积的计算, 选定压射比压和压铸机型号并进
行校核; 然后计算内浇道截面积; 最后显示结果。
确定工艺参数菜单包含五个子菜单, 见图2。
图2　工艺参数菜单
31111　铸件特征值
计算铸件特征值以人机交互的方式进行。
a1 铸件重量　程序中存有铝、锌、镁、铜四种合
金的密度(大约数)。同种合金有多个牌号, 因而密度
有差异, 但用所存值对重量的估算还是能够满足要
求的。所存值是在缺省输入的情况下使用的, 用户还
可以输入材料的实际密度值。密度值一经确定, 计算
机自动调用ADS 库函数算出铸件重量。
b1 分型面投影面积　它是确定压铸机合型力
的关键值, 人工估算既繁琐又误差大, 对形状复杂的
铸件更是如此。该程序只需在铸件图上点取三点确定分型面后, 即可自动计算出直线分型面、倾斜分型
面的投影面积; 对于折线分型、曲线分型的情况, 则
需要人机交互进行。
c1 凝固模数　它是计算内浇道截面积的重要
参数。利用AM E 计算实体体积和表面积的功能, 可
较为准确和方便地得到铸件的凝固模数。
31112　压射比压
压射比压是确保铸件致密度的重要参数之一,
一般按铸件的壁厚、复杂程度来选取。由于确定它在
很大程度上取决于设计者的知识和经验且不宜将其
进行数学处理, 因此在软件中以幻灯片的形式显示
出来供设计者参考, 从而免去查手册的麻烦。
31113　压铸机型号
为简化选用压铸机时的计算并考虑到一般工厂
并不拥有全部型号, 总是根据自己的情况而不能根
据计算选用最优的型号。程序模拟“手册”的查图法,
存储了所有国产压铸机的主要参数。为便于修改压
铸机参数(如因为有新型号的压铸机而需增加其参
数, 或工厂对压铸机进行了改进而需修改其参数) 而
不改变主程序, 为此在FoxBA SE2. 1 上开发了压铸
机资料管理系统并使程序有直接访问外部数据库文
件的功能。按图3 选定压铸机型号后, 计算机自动进
行合型力初步复核, 如合型力过小则提示重新选择。
图3　国产压铸机比压投影面积对照图