压铸模CAD技术的研究与应用

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【前言】  <BR>    压铸是最先进的金属成型方法之一，它应用广，发展快。在国际上，我国是压铸大国之一，但从技术和生产效率综合来看，我国的压铸业还相当落后。汽车厂家是压铸件的主要用户，而汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一。随着汽车工业的快速发展（到2005年，汽车保有预计达2198～2315万辆），中国将是世界上最大的汽车用户，可以展望我国压铸业将会有巨大的发展空间。<BR>    压铸模的优劣成败，最能反映出整个压铸生产过程的技术含量和经济效果。随着计算机及其相关技术的迅猛发展，CAD(Computer  Aided  Design，计算机辅助设计)  作为计算机技术在工业领域应用的一个主要分支,已成为人类智能科学走向实用化最引人注目的成就之一。目前，我国压铸模设计的计算机应用仅限于绘图和简单的计算，新产品开发周期长，质量不易保证，缺乏市场竞争力。展望我国压铸业巨大的发展空间，审视压铸模在压铸生产中占有的举足轻重的的地位，再加上压铸模的设计较之非标准件设计具有的更多的规律性，这就为压铸模CAD的开发提供了可能性和必要性。对压铸模CAD技术的研究与应用显得尤为重要。

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一、国外压铸模CAD的发展与现状<BR>    国外模具CAD系统的发展已有三十年的历史，且发展速度极快。相对而言，压铸模CAD系统的起步较晚，只有二十年的历史，但由于可借鉴其它模具CAD的经验，发展速度也相当快。经历了由低级到高级、由研究到应用的过程。<BR>    初期的压铸CAD，只是对压铸工艺参数进行选择，仅利用计算机的计算功能，未充分发挥计算机在工程上的应用。如美国贝特里研究所在1981年开发的锌压铸CAD系统,该系统主要功能是简化了浇注系统中繁冗的计算，没有图形的输入和输出。<BR>    随着计算机软硬件技术的高速发展，压铸模CAD技术也跨上了新的台阶。较高级的压铸CAD系统，除了对压铸模设计参数进行计算、选择外，还可以自动生成图形、输出图形，并能进行压铸过程模拟与分析及输出数控加工纸带，形成CAD/CAM系统。澳大利亚联邦科学工业研究机构（CSIRO）开发的压铸浇注系统CAD/CAM应用软件Metlflow，提供了一个浇注系统设计分析与制造于一体的CAD/CAM系统，使用的压铸合金为铝、锌和黄铜。            <BR>    日本虽在这方面相对美、德等国家起步较晚，但通过引进、消化和再开发，不仅在研究方面，特别是在应用方面都取得了相当的成功。日本丰田公司开发的压铸模计算机辅助设计工程系统（CADDES）；Sharp  Precision  Machinery公司为金属型和压铸模开发了名为Scioure的CAD/CAM系统；Yasaku公司拥有用于压铸模设计和制造的名为EVKUD的CAD/CAM系统；Sony公司和Unisy公司也相应地开发了自己的CAD/CAM系统；日本丰田公司开发的压铸模设计专家系统PCPSES也已投入使用。显然，日本的经验大有值得我们借鉴之处。<BR>    随着模具工业的飞速发展和CAD技术重要性被模具界的认可,  近几年来CAD开发商投入了很大的人力和物力，将通用CAD系统改造为模具专用的CAD系统，推出了参数化、一体化、智能化的专用系统，受到了广大模具设计工作者的好评。如美国PTC软件公司与日本丰田汽车公司在PRO/E软件基础上开发的模具型面设计模块PRO/DIEFACE等，这也是模具CAD的一个发展方向。

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二、国内压铸模CAD的发展与现状<BR>    我国在开发压铸模CAD方面起步较晚，1984年，沈阳铸造研究所的高尚书、于志亚推出了中小型混流式转轮单铸叶片浇冒口系统计算机辅助设计程序，这可能是我国铸造行业第一个符合CAD构思的软件系统。<BR>进入二十世纪九十年代，才逐渐开始尝试压铸模CAD系统的开发与研究，并将其应用于设计之中。太原机械学院的系统软件由四部分组成：操作系统、图形软件、数据库和应用程序，具有一定的实用性；华南理工大学和东南大学联合开发的“压铸工艺参数及缺陷判断的专家系统”，具有一定的综合优化作用；哈尔滨科学技术大学提出的“压铸模CAD系统”，在通用的绘图软件包AutoCAD上应用Basic语言进行二次开发，并在汉字dBASE-Ⅲ上建立了相应的数据库，这是一种较为理想的压铸型CAD系统模式；华中理工大学从1993年开始的压铸型CAD/CAM系统的研究，取得了较好的效果。<BR>    目前，随着计算机软硬件技术的飞速发展，压铸模的计算机辅助设计作为衡量压铸技术水平的标志之一，受到了压铸模设计和使用单位的普遍重视。武汉交通科技大学与东风集团公司化油器厂合作研制的压铸模设计专家系统已投入使用，该系统在压铸模行业具有国际先进水平。1998年11月9日由机械科学研究院和广州型腔模具厂承担的机械工业技术发展基金项目“铝合金压铸工艺及模具CAD技术研究”  在北京通过鉴定。鉴定委员会认为：该项目不仅较好地解决了压铸模模具结构设计规范化问题，而且实用性强，覆盖面广。该项目的完成，提高了我国大型复杂压铸模的设计和制造技术水平，使其进入了模具工业的高新技术阶段，在国内处于领先水平，达到了国际90年代初的先进水平。<BR>    2002年第三届中国国际压铸会议及展览会上，华北工学院的褚忠先生介绍了他开发的压铸模浇注系统CAD设计软件；江南大学的唐式豹先生针对国内计算机辅助设计软件存在的针对性不强的问题，开展了压铸工艺计算机辅助设计软件的编制工作。

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<P>三、加快我国压铸模CAD技术研究与应用的进程<BR>    综上所述，现提出以下几点建议：<BR>    1.加快研究和开发自主版权的三维压铸模CAD系统，是我们的长远目标。<BR>虽然已有不少院校、设计和使用单位致力于压铸模CAD方面的开发与研究，但它们大多是针对某一产品或压铸模的某一部分（浇注系统研究较多），还没有一套真正完整且实用性能良好的国产压铸模CAD系统。开发自主版权的压铸模CAD系统，是一个研究和应用的过程，无论是从系统的内涵来说，还是从系统开发过程中人、财、物的支持来说，发挥群体优势，走联合开发的道路，由企业、学校（或研究单位）结合应该是最好的选择。</P>
<P>    2.搞好先进的CAD软件（如UG、Pro/E、SolidWorks、cimatron等）的压铸模CAD系统的二次开发，提高软件的智能化、集成化和专业化程度，成为当前切实可行之路。<BR>    目前，在国内的压铸生产厂点中，相当一部分中小型企业硬件设备状况差、技术力量薄弱、生产规模不大且品种多样，基本上没有实现压铸模的计算机辅助设计。而一些大型企业的压铸模计算机辅助设计也都是直接采用从国外引进的通用软件，如：Pro/E、UG等。这些软件在技术支持方面，操作太复杂，对技术人员和硬件设备要求高；在实用性方面，它们一般为模具设计通用软件，不能做到专业化，这样，也就不能真正地做到压铸模的计算机辅助设计，经常只能停留在计算机辅助绘图上；在符合中国国情方面,绝大多数的国外软件不提供中文界面，生成的工程图还要经过修改才能符合中国国家标准；在价格方面，这些高档软件的高额投资更是制约着压铸模计算机辅助设计技术不能得到推广应用的重要因素。为此选择一些中低价位软件为平台，针对压铸模CAD系统进行二次开发，将成为一个很好的方向。</P>

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譬如，以SolidWorks软件为开发平台，根据压铸模设计的特点，结合COM组件、数据库等技术，使用Visual  C++6.0语言进行开发。其中应包括动、定模板设计；侧抽芯机构设计；定位导向机构设计；推出复位机构设计等模块。主要是建立压铸模通用结构的数据库，并生成相应的草图，根据产品外形通过参数的选择对压铸模各部分机构进行设计和计算，最终设计并装配压铸模，并以动画形式模拟合模和开模动作。这样，通过二次开发,是这一通用软件更加国产化、专业化，成为压铸模设计工作者一种完善、方便、实用的设计工具，从而有效的提高设计质量、缩短开发周期，必将受到广大压铸企业的欢迎。
<P>    3.无论是研究和开发自主版权的压铸模CAD系统，还是对引进软件进行压铸模CAD的二次开发，都应该保证系统既有良好的通用性，又有宽广的适用面。尤其对大型、精密、复杂的压铸模，能否满足设计要求。并将标准化、参数化、智能化的思想应用于系统的开发，减少设计错误，缩短设计周期，以提高设计效率。</P>