壓鑄模CAD技術的研究與應用

壓鑄是最先進的金屬成型方法之一，它應用廣，發(fā)展快。在國際上，我國是壓鑄大國之一，但從技術和生產效率綜合來看，我國的壓鑄業(yè)還相當落后。汽車廠家是壓鑄件的主要用戶，而汽車工業(yè)是我國國民經濟五大支柱產業(yè)之一。隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展（到2005年，汽車保有預計達2198～2315萬輛），中國將是世界上最大的汽車用戶，可以展望我國壓鑄業(yè)將會有巨大的發(fā)展空間。 

   壓鑄模的優(yōu)劣成敗，最能反映出整個壓鑄生產過程的技術含量和經濟效果。隨著計算機及其相關技術的迅猛發(fā)展，CAD(Computer Aided Design，計算機輔助設計) 作為計算機技術在工業(yè)領域應用的一個主要分支,已成為人類智能科學走向實用化最引人注目的成就之一。目前，我國壓鑄模設計的計算機應用僅限于繪圖和簡單的計算，新產品開發(fā)周期長，質量不易保證，缺乏市場競爭力。展望我國壓鑄業(yè)巨大的發(fā)展空間，審視壓鑄模在壓鑄生產中占有的舉足輕重的的地位，再加上壓鑄模的設計較之非標準件設計具有的更多的規(guī)律性，這就為壓鑄模CAD的開發(fā)提供了可能性和必要性。對壓鑄模CAD技術的研究與應用顯得尤為重要。 

一、國外壓鑄模CAD的發(fā)展與現(xiàn)狀 

   國外模具CAD系統(tǒng)的發(fā)展已有三十年的歷史，且發(fā)展速度極快。相對而言，壓鑄模CAD系統(tǒng)的起步較晚，只有二十年的歷史，但由于可借鑒其它模具CAD的經驗，發(fā)展速度也相當快。經歷了由低級到高級、由研究到應用的過程。 

   初期的壓鑄CAD，只是對壓鑄工藝參數(shù)進行選擇，僅利用計算機的計算功能，未充分發(fā)揮計算機在工程上的應用。如美國貝特里研究所在1981年開發(fā)的鋅壓鑄CAD系統(tǒng),該系統(tǒng)主要功能是簡化了澆注系統(tǒng)中繁冗的計算，沒有圖形的輸入和輸出。 

   隨著計算機軟硬件技術的高速發(fā)展，壓鑄模CAD技術也跨上了新的臺階。較高級的壓鑄CAD系統(tǒng)，除了對壓鑄模設計參數(shù)進行計算、選擇外，還可以自動生成圖形、輸出圖形，并能進行壓鑄過程模擬與分析及輸出數(shù)控加工紙帶，形成CAD/CAM系統(tǒng)。澳大利亞聯(lián)邦科學工業(yè)研究機構（CSIRO）開發(fā)的壓鑄澆注系統(tǒng)CAD/CAM應用軟件Metlflow，提供了一個澆注系統(tǒng)設計分析與制造于一體的CAD/CAM系統(tǒng)，使用的壓鑄合金為鋁、鋅和黃銅。 

   日本雖在這方面相對美、德等國家起步較晚，但通過引進、消化和再開發(fā)，不僅在研究方面，特別是在應用方面都取得了相當?shù)某晒�。日本豐田公司開發(fā)的壓鑄模計算機輔助設計工程系統(tǒng)（CADDES）；Sharp Precision Machinery公司為金屬型和壓鑄模開發(fā)了名為Scioure的CAD/CAM系統(tǒng)；Yasaku公司擁有用于壓鑄模設計和制造的名為EVKUD的CAD/CAM系統(tǒng)；Sony公司和Unisy公司也相應地開發(fā)了自己的CAD/CAM系統(tǒng)；日本豐田公司開發(fā)的壓鑄模設計專家系統(tǒng)PCPSES也已投入使用。顯然，日本的經驗大有值得我們借鑒之處。  

   隨著模具工業(yè)的飛速發(fā)展和CAD技術重要性被模具界的認可, 近幾年來CAD開發(fā)商投入了很大的人力和物力，將通用CAD系統(tǒng)改造為模具專用的CAD系統(tǒng)，推出了參數(shù)化、一體化、智能化的專用系統(tǒng)，受到了廣大模具設計工作者的好評。如美國PTC軟件公司與日本豐田汽車公司在PRO/E軟件基礎上開發(fā)的模具型面設計模塊PRO/DIEFACE等，這也是模具CAD的一個發(fā)展方向。 

二、國內壓鑄模CAD的發(fā)展與現(xiàn)狀 

   我國在開發(fā)壓鑄模CAD方面起步較晚，1984年，沈陽鑄造研究所的高尚書、于志亞推出了中小型混流式轉輪單鑄葉片澆冒口系統(tǒng)計算機輔助設計程序，這可能是我國鑄造行業(yè)第一個符合CAD構思的軟件系統(tǒng)。 

   進入二十世紀九十年代，才逐漸開始嘗試壓鑄模CAD系統(tǒng)的開發(fā)與研究，并將其應用于設計之中。太原機械學院的系統(tǒng)軟件由四部分組成：操作系統(tǒng)、圖形軟件、數(shù)據(jù)庫和應用程序，具有一定的實用性；華南理工大學和東南大學聯(lián)合開發(fā)的“壓鑄工藝參數(shù)及缺陷判斷的專家系統(tǒng)”，具有一定的綜合優(yōu)化作用；哈爾濱科學技術大學提出的“壓鑄模CAD系統(tǒng)”，在通用的繪圖軟件包AutoCAD上應用Basic語言進行二次開發(fā)，并在漢字dBASE-Ⅲ上建立了相應的數(shù)據(jù)庫，這是一種較為理想的壓鑄型CAD系統(tǒng)模式；華中理工大學從1993年開始的壓鑄型CAD/CAM系統(tǒng)的研究，取得了較好的效果。 

   目前，隨著計算機軟硬件技術的飛速發(fā)展，壓鑄模的計算機輔助設計作為衡量壓鑄技術水平的標志之一，受到了壓鑄模設計和使用單位的普遍重視。武漢交通科技大學與東風集團公司化油器廠合作研制的壓鑄模設計專家系統(tǒng)已投入使用，該系統(tǒng)在壓鑄模行業(yè)具有國際先進水平。1998年11月9日由機械科學研究院和廣州型腔模具廠承擔的機械工業(yè)技術發(fā)展基金項目“鋁合金壓鑄工藝及模具CAD技術研究” 在北京通過鑒定。鑒定委員會認為：該項目不僅較好地解決了壓鑄模模具結構設計規(guī)范化問題，而且實用性強，覆蓋面廣。該項目的完成，提高了我國大型復雜壓鑄模的設計和制造技術水平，使其進入了模具工業(yè)的高新技術階段，在國內處于領先水平，達到了國際90年代初的先進水平。 
   2002年第三屆中國國際壓鑄會議及展覽會上，華北工學院的褚忠先生介紹了他開發(fā)的壓鑄模澆注系統(tǒng)CAD設計軟件；江南大學的唐式豹先生針對國內計算機輔助設計軟件存在的針對性不強的問題，開展了壓鑄工藝計算機輔助設計軟件的編制工作。 

三、加快我國壓鑄模CAD技術研究與應用的進程 

綜上所述，現(xiàn)提出以下幾點建議： 

   1.加快研究和開發(fā)自主版權的三維壓鑄模CAD系統(tǒng)，是我們的長遠目標。 

   雖然已有不少院校、設計和使用單位致力于壓鑄模CAD方面的開發(fā)與研究，但它們大多是針對某一產品或壓鑄模的某一部分（澆注系統(tǒng)研究較多），還沒有一套真正完整且實用性能良好的國產壓鑄模CAD系統(tǒng)。開發(fā)自主版權的壓鑄模CAD系統(tǒng)，是一個研究和應用的過程，無論是從系統(tǒng)的內涵來說，還是從系統(tǒng)開發(fā)過程中人、財、物的支持來說，發(fā)揮群體優(yōu)勢，走聯(lián)合開發(fā)的道路，由企業(yè)、學校（或研究單位）結合應該是最好的選擇。  

   2.搞好先進的CAD軟件（如UG、Pro/E、SolidWorks、cimatron等）的壓鑄模CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)，提高軟件的智能化、集成化和專業(yè)化程度，成為當前切實可行之路。 
目前，在國內的壓鑄生產廠點中，相當一部分中小型企業(yè)硬件設備狀況差、技術力量薄弱、生產規(guī)模不大且品種多樣，基本上沒有實現(xiàn)壓鑄模的計算機輔助設計。而一些大型企業(yè)的壓鑄模計算機輔助設計也都是直接采用從國外引進的通用軟件，如：Pro/E、UG等。這些軟件在技術支持方面，操作太復雜，對技術人員和硬件設備要求高；在實用性方面，它們一般為模具設計通用軟件，不能做到專業(yè)化，這樣，也就不能真正地做到壓鑄模的計算機輔助設計，經常只能停留在計算機輔助繪圖上；在符合中國國情方面,絕大多數(shù)的國外軟件不提供中文界面，生成的工程圖還要經過修改才能符合中國國家標準；在價格方面，這些高檔軟件的高額投資更是制約著壓鑄模計算機輔助設計技術不能得到推廣應用的重要因素。為此選擇一些中低價位軟件為平臺，針對壓鑄模CAD系統(tǒng)進行二次開發(fā)，將成為一個很好的方向。 

   譬如，以SolidEdge軟件為開發(fā)平臺，根據(jù)壓鑄模設計的特點，結合COM組件、數(shù)據(jù)庫等技術，使用Visual C++6.0語言進行開發(fā)。其中應包括動、定模板設計；側抽芯機構設計；定位導向機構設計；推出復位機構設計等模塊。主要是建立壓鑄模通用結構的數(shù)據(jù)庫，并生成相應的草圖，根據(jù)產品外形通過參數(shù)的選擇對壓鑄模各部分機構進行設計和計算，最終設計并裝配壓鑄模，并以動畫形式模擬合模和開模動作。這樣，通過二次開發(fā),是這一通用軟件更加國產化、專業(yè)化，成為壓鑄模設計工作者一種完善、方便、實用的設計工具，從而有效的提高設計質量、縮短開發(fā)周期，必將受到廣大壓鑄企業(yè)的歡迎。 

   3.無論是研究和開發(fā)自主版權的壓鑄模CAD系統(tǒng)，還是對引進軟件進行壓鑄模CAD的二次開發(fā)，都應該保證系統(tǒng)既有良好的通用性，又有寬廣的適用面。尤其對大型、精密、復雜的壓鑄模，能否滿足設計要求。并將標準化、參數(shù)化、智能化的思想應用于系統(tǒng)的開發(fā)，減少設計錯誤，縮短設計周期，以提高設計效率。