壓鑄模CAD技術(shù)的研究與應(yīng)用

壓鑄是最先進(jìn)的金屬成型方法之一，它應(yīng)用廣，發(fā)展快。在國際上，我國是壓鑄大國之一，但從技術(shù)和生產(chǎn)效率綜合來看，我國的壓鑄業(yè)還相當(dāng)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(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)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(yù)計(jì)達(dá)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(chǎn)過程的技術(shù)含量和經(jīng)濟(jì)效果。隨著計(jì)算機(jī)及其相關(guān)技術(shù)的迅猛發(fā)展，CAD(Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)) 作為計(jì)算機(jī)技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的一個主要分支,已成為人類智能科學(xué)走向?qū)嵱没�最引人注目的成就之一。目前，我國壓鑄模設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用僅限于繪圖和簡單的計(jì)算，新產(chǎn)品開發(fā)周期長，質(zhì)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(chǎn)中占有的舉足輕重的的地位，再加上壓鑄模的設(shè)計(jì)較之非標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計(jì)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(shù)的研究與應(yīng)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(jīng)驗(yàn)，發(fā)展速度也相當(dāng)快。經(jīng)歷了由低級到高級、由研究到應(yīng)用的過程。 

   初期的壓鑄CAD，只是對壓鑄工藝參數(shù)進(jìn)行選擇，僅利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能，未充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)在工程上的應(yīng)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(jì)算，沒有圖形的輸入和輸出。 

   隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的高速發(fā)展，壓鑄模CAD技術(shù)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(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算、選擇外，還可以自動生成圖形、輸出圖形，并能進(jìn)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(xué)工業(yè)研究機(jī)構(gòu)（CSIRO）開發(fā)的壓鑄澆注系統(tǒng)CAD/CAM應(yīng)用軟件Metlflow，提供了一個澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jìn)、消化和再開發(fā)，不僅在研究方面，特別是在應(yīng)用方面都取得了相當(dāng)?shù)某晒�。日本豐田公司開發(fā)的壓鑄模計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)和制造的名為EVKUD的CAD/CAM系統(tǒng)；Sony公司和Unisy公司也相應(yīng)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(shè)計(jì)專家系統(tǒng)PCPSES也已投入使用。顯然，日本的經(jīng)驗(yàn)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(shù)重要性被模具界的認(rèn)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(shè)計(jì)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(chǔ)上開發(fā)的模具型面設(shè)計(jì)模塊PRO/DIEFACE等，這也是模具CAD的一個發(fā)展方向。 

二、國內(nèi)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(zhuǎn)輪單鑄葉片澆冒口系統(tǒng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)程序，這可能是我國鑄造行業(yè)第一個符合CAD構(gòu)思的軟件系統(tǒng)。 

   進(jìn)入二十世紀(jì)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(yīng)用于設(shè)計(jì)之中。太原機(jī)械學(xué)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(yīng)用程序，具有一定的實(shí)用性；華南理工大學(xué)和東南大學(xué)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(xué)技術(shù)大學(xué)提出的“壓鑄模CAD系統(tǒng)”，在通用的繪圖軟件包AutoCAD上應(yīng)用Basic語言進(jìn)行二次開發(fā)，并在漢字dBASE-Ⅲ上建立了相應(yīng)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(xué)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(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的飛速發(fā)展，壓鑄模的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)作為衡量壓鑄技術(shù)水平的標(biāo)志之一，受到了壓鑄模設(shè)計(jì)和使用單位的普遍重視。武漢交通科技大學(xué)與東風(fēng)集團(tuán)公司化油器廠合作研制的壓鑄模設(shè)計(jì)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(jìn)水平。1998年11月9日由機(jī)械科學(xué)研究院和廣州型腔模具廠承擔(dān)的機(jī)械工業(yè)技術(shù)發(fā)展基金項(xiàng)目“鋁合金壓鑄工藝及模具CAD技術(shù)研究” 在北京通過鑒定。鑒定委員會認(rèn)為：該項(xiàng)目不僅較好地解決了壓鑄模模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范化問題，而且實(shí)用性強(qiáng)，覆蓋面廣。該項(xiàng)目的完成，提高了我國大型復(fù)雜壓鑄模的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)水平，使其進(jìn)入了模具工業(yè)的高新技術(shù)階段，在國內(nèi)處于領(lǐng)先水平，達(dá)到了國際90年代初的先進(jìn)水平。 
   2002年第三屆中國國際壓鑄會議及展覽會上，華北工學(xué)院的褚忠先生介紹了他開發(fā)的壓鑄模澆注系統(tǒng)CAD設(shè)計(jì)軟件；江南大學(xué)的唐式豹先生針對國內(nèi)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件存在的針對性不強(qiáng)的問題，開展了壓鑄工藝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的編制工作。 

三、加快我國壓鑄模CAD技術(shù)研究與應(yīng)用的進(jìn)程 

綜上所述，現(xiàn)提出以下幾點(diǎn)建議： 

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

   雖然已有不少院校、設(shè)計(jì)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(chǎn)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(shí)用性能良好的國產(chǎn)壓鑄模CAD系統(tǒng)。開發(fā)自主版權(quán)的壓鑄模CAD系統(tǒng)，是一個研究和應(yīng)用的過程，無論是從系統(tǒng)的內(nèi)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(xué)校（或研究單位）結(jié)合應(yīng)該是最好的選擇。  

   2.搞好先進(jìn)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(dāng)前切實(shí)可行之路。 
目前，在國內(nèi)的壓鑄生產(chǎn)廠點(diǎn)中，相當(dāng)一部分中小型企業(yè)硬件設(shè)備狀況差、技術(shù)力量薄弱、生產(chǎn)規(guī)模不大且品種多樣，基本上沒有實(shí)現(xiàn)壓鑄模的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。而一些大型企業(yè)的壓鑄模計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)也都是直接采用從國外引進(jìn)的通用軟件，如：Pro/E、UG等。這些軟件在技術(shù)支持方面，操作太復(fù)雜，對技術(shù)人員和硬件設(shè)備要求高；在實(shí)用性方面，它們一般為模具設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，經(jīng)常只能停留在計(jì)算機(jī)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(jīng)過修改才能符合中國國家標(biāo)準(zhǔn)；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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)不能得到推廣應(yīng)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(jìn)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(shè)計(jì)的特點(diǎn)，結(jié)合COM組件、數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，使用Visual C++6.0語言進(jìn)行開發(fā)。其中應(yīng)包括動、定模板設(shè)計(jì)；側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；定位導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)；推出復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等模塊。主要是建立壓鑄模通用結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)庫，并生成相應(yīng)的草圖，根據(jù)產(chǎn)品外形通過參數(shù)的選擇對壓鑄模各部分機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算，最終設(shè)計(jì)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(chǎn)化、專業(yè)化，成為壓鑄模設(shè)計(jì)工作者一種完善、方便、實(shí)用的設(shè)計(jì)工具，從而有效的提高設(shè)計(jì)質(zhì)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(quán)的壓鑄模CAD系統(tǒng)，還是對引進(jìn)軟件進(jìn)行壓鑄模CAD的二次開發(fā)，都應(yīng)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(fù)雜的壓鑄模，能否滿足設(shè)計(jì)要求。并將標(biāo)準(zhǔn)化、參數(shù)化、智能化的思想應(yīng)用于系統(tǒng)的開發(fā)，減少設(shè)計(jì)錯誤，縮短設(shè)計(jì)周期，以提高設(shè)計(jì)效率。