CAD-CAE-CAM-在鑄造成型中的應(yīng)用課件

1CAD/CAE/CAM

在鑄造成型中的應(yīng)用

1CAD/CAE/CAM

在鑄造成型中的應(yīng)用

2主要內(nèi)容鑄造工藝概述鑄造CAD／CAE／CAM應(yīng)用舉例—Pro-CAST2主要內(nèi)容鑄造工藝概述31.鑄造工藝概述1）、鑄造生產(chǎn)工藝：

將金屬熔煉成具有一定化學(xué)成分、一定溫度的液態(tài)金屬，在重力場(chǎng)或外力場(chǎng)(壓力或離心力等)的作用下，澆注到具有一定幾何形狀、尺寸大小的鑄型型腔中，待液態(tài)金屬結(jié)晶、凝固并冷卻到一定溫度后，從鑄型型腔中取出，經(jīng)過(guò)清理、切除澆冒口而獲得鑄件。31.鑄造工藝概述42）、傳統(tǒng)鑄造工藝流程圖對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝分析，確定分型面、砂芯結(jié)構(gòu)，進(jìn)行型板、芯盒及澆注系統(tǒng)布置工藝試制試制品質(zhì)量分析產(chǎn)品是否符合技術(shù)要求生產(chǎn)澆注系統(tǒng)修改是否42）、傳統(tǒng)鑄造工藝流程圖對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝分析，確定分型面、砂5特點(diǎn)：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)屬于一種先試制的判別方法

需反復(fù)進(jìn)行工藝改進(jìn)，然后重新進(jìn)行工藝試驗(yàn)，而得到最終成熟合理的工藝需耗費(fèi)大量人力、物力，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)成本高即使生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量滿足了用戶要求，但工藝是否是最合理的工藝，也無(wú)法予以驗(yàn)證5特點(diǎn)：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)屬于一種先試制的判別方法需反復(fù)進(jìn)行工藝改進(jìn)6未來(lái)世界市場(chǎng)需要什么樣的鑄造產(chǎn)品？精確柔性快捷

這也就促成了CAD/CAE/CAM在鑄造領(lǐng)域有很大發(fā)展的原動(dòng)力6精確這也就促成了CAD/CAE/CAM在鑄造領(lǐng)域有很大發(fā)展72、鑄造CAD／CAE／CAM

1）鑄造CAD將計(jì)算模擬、幾何模擬和數(shù)據(jù)庫(kù)有機(jī)結(jié)合，是利用計(jì)算機(jī)輔助鑄造工作者優(yōu)化鑄造工藝，預(yù)測(cè)鑄件質(zhì)量，確定鑄造方案，估算鑄造成本，顯示并繪制鑄造工藝圖、工藝卡等技術(shù)文件。

計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確

+工藝設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、思維、綜合分析能力72、鑄造CAD／CAE／CAM1）鑄造CAD計(jì)算機(jī)處理數(shù)82）鑄件凝固過(guò)程CAE

在加工鑄造模具和投入實(shí)際鑄件生產(chǎn)之前，利用計(jì)算機(jī)對(duì)鑄件充型凝固過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，預(yù)測(cè)其缺陷所在，以便優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)。研究?jī)?nèi)容：鑄件充型凝固過(guò)程的數(shù)值模擬及疏松、縮孔預(yù)測(cè)、應(yīng)力分析、微觀組織模擬等方面。82）鑄件凝固過(guò)程CAE93）鑄造模具CAM

利用計(jì)算機(jī)對(duì)鑄造模具的制造進(jìn)行設(shè)計(jì)、監(jiān)督、控制和管理93）鑄造模具CAM利用計(jì)算機(jī)對(duì)鑄造模具的制造進(jìn)行設(shè)計(jì)、監(jiān)103.應(yīng)用舉例—Pro-CASTPro-CAST軟件是由美國(guó)ESI公司開(kāi)發(fā)的鑄造過(guò)程的模擬軟件，采用基于有限元（FEM）的數(shù)值計(jì)算和綜合求解的方法，對(duì)鑄件充型、凝固和冷卻過(guò)程中的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、電磁場(chǎng)進(jìn)行模擬分析。103.應(yīng)用舉例—Pro-CASTPro-CAST軟件是由美111.Pro-CAST適用范圍Pro-CAST適用于砂型鑄造、消失模鑄造;高壓、低壓鑄造;重力鑄造、傾斜澆鑄、熔模鑄造、殼型鑄造、擠壓鑄造;觸變鑄造、觸變成型、流變鑄造。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化的、通用的用戶界面，任何一種鑄造過(guò)程都可以用同一軟件包Pro-CASTTM進(jìn)行分析和優(yōu)化。它可以用來(lái)研究設(shè)計(jì)結(jié)果，例如澆注系統(tǒng)、通氣孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。實(shí)踐證明Pro-CASTTM可以準(zhǔn)確地模擬型腔的澆注過(guò)程，精確地描述凝固過(guò)程?？梢跃_地計(jì)算冷卻或加熱通道的位置以及加熱冒口的使用。111.Pro-CAST適用范圍Pro-CAST適用于砂型鑄122.Pro-CAST模擬分析能力

Pro-CAST幾乎可以模擬分析任何鑄造生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題,為鑄造工程師提供新的途徑來(lái)研究鑄造過(guò)程,使他們有機(jī)會(huì)看到型腔內(nèi)所發(fā)生的一切,從而產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)方案?？梢苑治隹s孔、裂紋、裹氣、沖砂、冷隔、澆不足、應(yīng)力、變形、模具壽命、工藝開(kāi)發(fā)及可重復(fù)性。122.Pro-CAST模擬分析能力Pro-CAST幾乎可133.Pro-CAST分析模塊

它主要由八個(gè)模塊組成：有限元網(wǎng)格劃分MeshCAST基本模塊傳熱分析及前后處理BaseLicense流動(dòng)分析Fluidflow應(yīng)力分析Stress熱輻射分析Rediation顯微組織分析Micromodel電磁感應(yīng)分析Electromagnetics反向求解Inverse普通用戶133.Pro-CAST分析模塊它主要由八個(gè)模塊組成：普通14基本模塊（傳熱分析模塊）：傳熱計(jì)算：“傳輸原理”與“熱力學(xué)基礎(chǔ)”傳熱包括傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。使用熱焓方程計(jì)算液固相變過(guò)程中的潛熱。前處理功能：用于設(shè)定各種初始和邊界條件，可以準(zhǔn)確設(shè)定所有已知的鑄造工藝的邊界和初始條件。鑄造的物理過(guò)程就是通過(guò)這些初始條件和邊界條件為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所認(rèn)知的。邊界條件可以是常數(shù)，或者是時(shí)間或溫度的函數(shù)。后處理功能：

Pro-CAST配備了功能強(qiáng)大而靈活的后處理，與其它模擬軟件一樣，它可以顯示溫度、壓力和速度場(chǎng)，但又同時(shí)可以將這些信息與應(yīng)力和變形同時(shí)顯示。14基本模塊（傳熱分析模塊）：傳熱計(jì)算：“傳輸原理”與“熱力15流體分析模塊：流體分析模塊可以模擬所有包括充型在內(nèi)的液體和固體流動(dòng)的效應(yīng)。Pro-cast通過(guò)完全的Navier-Stocks流動(dòng)方程對(duì)流體流動(dòng)和傳熱進(jìn)行耦合計(jì)算。本模塊中還包括非牛頓流體的分析計(jì)算。此外，流動(dòng)分析可以模擬紊流、觸變行為及多孔介質(zhì)流動(dòng)（如過(guò)濾網(wǎng)），也可以模擬注塑過(guò)程。15流體分析模塊：16應(yīng)力分析模塊：本模塊可以進(jìn)行完整的熱、流場(chǎng)和應(yīng)力的耦合計(jì)算。應(yīng)力分析模塊用以模擬計(jì)算領(lǐng)域中的熱應(yīng)力分布，包括鑄件鑄型型芯和冷鐵等。采用應(yīng)力分析模塊可以分析出殘余應(yīng)力、塑性變形、熱裂和鑄件最終形狀等。應(yīng)力分析模塊包括的求解模型有6種：線性應(yīng)力；塑性、粘塑性模型；鑄件、鑄型界面的機(jī)械接觸模型；鑄件疲勞預(yù)測(cè)；殘余應(yīng)力分析；最終鑄件形狀預(yù)測(cè)。16應(yīng)力分析模塊：17網(wǎng)格生成模塊MeshCAST：MeshCAST自動(dòng)產(chǎn)生有限元網(wǎng)格。這個(gè)模塊可與商業(yè)化CAD軟件連接。它可以讀入標(biāo)準(zhǔn)的CAD文件格式如IGES、Step、STL或者Parsolids。同時(shí)還可以讀諸如I-DEAS,Patran,Ansys,ARIES或ANVIL格式的表面或三維體網(wǎng)格,也可以直接和ESI的PAMSYSTEM和GEOMESH無(wú)縫連接。MeshcastTM同時(shí)擁有獨(dú)一無(wú)二的其它性能，例如初級(jí)CAD工具、高級(jí)修復(fù)工具、不一致網(wǎng)格的生成和殼型網(wǎng)格的生成等。17網(wǎng)格生成模塊MeshCAST：184.應(yīng)用Pro-CAST分析的一般步驟1.核心部分—數(shù)學(xué)模型液態(tài)金屬充型過(guò)程可視為不可壓縮粘性流體的流動(dòng)過(guò)程可由Navier-Stoks(動(dòng)量方程)連續(xù)性方程能量方程184.應(yīng)用Pro-CAST分析的一般步驟1.核心部分—數(shù)學(xué)192.模擬準(zhǔn)備

a.工藝造型與網(wǎng)格化分以汽車制動(dòng)盤為例，為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為減少運(yùn)算量，取二分之一。左圖為采用I-GEAS軟件對(duì)制動(dòng)盤鑄造方案的模樣和澆注系統(tǒng)（包括砂型）進(jìn)行的較為準(zhǔn)確的三維實(shí)體建模結(jié)果。192.模擬準(zhǔn)備

a.工藝造型與網(wǎng)格化分以汽車制動(dòng)盤為例，為20用I-GEAS有限元建模工具對(duì)工藝鑄件成形系統(tǒng)按步長(zhǎng)5mm進(jìn)行網(wǎng)格剖分。生成面節(jié)點(diǎn)28841個(gè)，面單元58000個(gè)。20用I-GEAS有限元建模工具對(duì)工藝鑄件成形系統(tǒng)按步長(zhǎng)5m21b.鑄造過(guò)程模擬通過(guò)一定格式文件將有限元模型傳輸至Pro-CAST軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)根據(jù)鑄造現(xiàn)場(chǎng)實(shí)況，賦予相應(yīng)節(jié)點(diǎn)單元合適的初始條件、邊界條件和材料物理性能。初始條件：澆注溫度、初始澆注速度、初始環(huán)境溫度等邊界條件：傳熱系數(shù)等材料物理性能：材料密度，固相線溫度、液相線溫度、結(jié)晶潛熱等21b.鑄造過(guò)程模擬通過(guò)一定格式文件將有限元模型傳輸至Pro223.計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)驗(yàn)證鑄件充型過(guò)程的流場(chǎng)223.計(jì)算結(jié)果與試驗(yàn)驗(yàn)證鑄件充型過(guò)程的流場(chǎng)23鑄件在凝固過(guò)程中的溫度場(chǎng)23鑄件在凝固過(guò)程中的溫度場(chǎng)24鑄件在凝固過(guò)程中的縮孔縮松傾向預(yù)報(bào)24鑄件在凝固過(guò)程中的縮孔縮松傾向預(yù)報(bào)25實(shí)際鑄造生產(chǎn)驗(yàn)證實(shí)際生產(chǎn)對(duì)比結(jié)果基本可以得出結(jié)論：模擬結(jié)果與實(shí)際情況較吻合，工藝方案雖有待于進(jìn)一步優(yōu)化，但基本上較準(zhǔn)確可行，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。25實(shí)際鑄造生產(chǎn)驗(yàn)證實(shí)際生產(chǎn)對(duì)比結(jié)果基本可以得出結(jié)論：模擬結(jié)26柔性制造一是系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力,可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)品要求的程度來(lái)衡量二是系統(tǒng)適應(yīng)內(nèi)部變化的能力,可用在有干擾(如機(jī)器出現(xiàn)故障)情況下,系統(tǒng)的生產(chǎn)率與無(wú)干擾情況下的生產(chǎn)率期望值之比來(lái)衡量26柔性制造一是系統(tǒng)適應(yīng)外部環(huán)境變化的能力,可用系統(tǒng)滿足新產(chǎn)27CAD/CAE/CAM

在鑄造成型中的應(yīng)用

1CAD/CAE/CAM

在鑄造成型中的應(yīng)用

28主要內(nèi)容鑄造工藝概述鑄造CAD／CAE／CAM應(yīng)用舉例—Pro-CAST2主要內(nèi)容鑄造工藝概述291.鑄造工藝概述1）、鑄造生產(chǎn)工藝：

將金屬熔煉成具有一定化學(xué)成分、一定溫度的液態(tài)金屬，在重力場(chǎng)或外力場(chǎng)(壓力或離心力等)的作用下，澆注到具有一定幾何形狀、尺寸大小的鑄型型腔中，待液態(tài)金屬結(jié)晶、凝固并冷卻到一定溫度后，從鑄型型腔中取出，經(jīng)過(guò)清理、切除澆冒口而獲得鑄件。31.鑄造工藝概述302）、傳統(tǒng)鑄造工藝流程圖對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝分析，確定分型面、砂芯結(jié)構(gòu)，進(jìn)行型板、芯盒及澆注系統(tǒng)布置工藝試制試制品質(zhì)量分析產(chǎn)品是否符合技術(shù)要求生產(chǎn)澆注系統(tǒng)修改是否42）、傳統(tǒng)鑄造工藝流程圖對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行工藝分析，確定分型面、砂31特點(diǎn)：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)屬于一種先試制的判別方法

需反復(fù)進(jìn)行工藝改進(jìn)，然后重新進(jìn)行工藝試驗(yàn)，而得到最終成熟合理的工藝需耗費(fèi)大量人力、物力，導(dǎo)致開(kāi)發(fā)周期過(guò)長(zhǎng)，開(kāi)發(fā)成本高即使生產(chǎn)出的產(chǎn)品質(zhì)量滿足了用戶要求，但工藝是否是最合理的工藝，也無(wú)法予以驗(yàn)證5特點(diǎn)：產(chǎn)品開(kāi)發(fā)屬于一種先試制的判別方法需反復(fù)進(jìn)行工藝改進(jìn)32未來(lái)世界市場(chǎng)需要什么樣的鑄造產(chǎn)品？精確柔性快捷

這也就促成了CAD/CAE/CAM在鑄造領(lǐng)域有很大發(fā)展的原動(dòng)力6精確這也就促成了CAD/CAE/CAM在鑄造領(lǐng)域有很大發(fā)展332、鑄造CAD／CAE／CAM

1）鑄造CAD將計(jì)算模擬、幾何模擬和數(shù)據(jù)庫(kù)有機(jī)結(jié)合，是利用計(jì)算機(jī)輔助鑄造工作者優(yōu)化鑄造工藝，預(yù)測(cè)鑄件質(zhì)量，確定鑄造方案，估算鑄造成本，顯示并繪制鑄造工藝圖、工藝卡等技術(shù)文件。

計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù)快速、準(zhǔn)確

+工藝設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)、思維、綜合分析能力72、鑄造CAD／CAE／CAM1）鑄造CAD計(jì)算機(jī)處理數(shù)342）鑄件凝固過(guò)程CAE

在加工鑄造模具和投入實(shí)際鑄件生產(chǎn)之前，利用計(jì)算機(jī)對(duì)鑄件充型凝固過(guò)程進(jìn)行模擬計(jì)算，預(yù)測(cè)其缺陷所在，以便優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)。研究?jī)?nèi)容：鑄件充型凝固過(guò)程的數(shù)值模擬及疏松、縮孔預(yù)測(cè)、應(yīng)力分析、微觀組織模擬等方面。82）鑄件凝固過(guò)程CAE353）鑄造模具CAM

利用計(jì)算機(jī)對(duì)鑄造模具的制造進(jìn)行設(shè)計(jì)、監(jiān)督、控制和管理93）鑄造模具CAM利用計(jì)算機(jī)對(duì)鑄造模具的制造進(jìn)行設(shè)計(jì)、監(jiān)363.應(yīng)用舉例—Pro-CASTPro-CAST軟件是由美國(guó)ESI公司開(kāi)發(fā)的鑄造過(guò)程的模擬軟件，采用基于有限元（FEM）的數(shù)值計(jì)算和綜合求解的方法，對(duì)鑄件充型、凝固和冷卻過(guò)程中的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、電磁場(chǎng)進(jìn)行模擬分析。103.應(yīng)用舉例—Pro-CASTPro-CAST軟件是由美371.Pro-CAST適用范圍Pro-CAST適用于砂型鑄造、消失模鑄造;高壓、低壓鑄造;重力鑄造、傾斜澆鑄、熔模鑄造、殼型鑄造、擠壓鑄造;觸變鑄造、觸變成型、流變鑄造。由于采用了標(biāo)準(zhǔn)化的、通用的用戶界面，任何一種鑄造過(guò)程都可以用同一軟件包Pro-CASTTM進(jìn)行分析和優(yōu)化。它可以用來(lái)研究設(shè)計(jì)結(jié)果，例如澆注系統(tǒng)、通氣孔和溢流孔的位置，冒口的位置和大小等。實(shí)踐證明Pro-CASTTM可以準(zhǔn)確地模擬型腔的澆注過(guò)程，精確地描述凝固過(guò)程?？梢跃_地計(jì)算冷卻或加熱通道的位置以及加熱冒口的使用。111.Pro-CAST適用范圍Pro-CAST適用于砂型鑄382.Pro-CAST模擬分析能力

Pro-CAST幾乎可以模擬分析任何鑄造生產(chǎn)過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題,為鑄造工程師提供新的途徑來(lái)研究鑄造過(guò)程,使他們有機(jī)會(huì)看到型腔內(nèi)所發(fā)生的一切,從而產(chǎn)生新的設(shè)計(jì)方案?？梢苑治隹s孔、裂紋、裹氣、沖砂、冷隔、澆不足、應(yīng)力、變形、模具壽命、工藝開(kāi)發(fā)及可重復(fù)性。122.Pro-CAST模擬分析能力Pro-CAST幾乎可393.Pro-CAST分析模塊

它主要由八個(gè)模塊組成：有限元網(wǎng)格劃分MeshCAST基本模塊傳熱分析及前后處理BaseLicense流動(dòng)分析Fluidflow應(yīng)力分析Stress熱輻射分析Rediation顯微組織分析Micromodel電磁感應(yīng)分析Electromagnetics反向求解Inverse普通用戶133.Pro-CAST分析模塊它主要由八個(gè)模塊組成：普通40基本模塊（傳熱分析模塊）：傳熱計(jì)算：“傳輸原理”與“熱力學(xué)基礎(chǔ)”傳熱包括傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。使用熱焓方程計(jì)算液固相變過(guò)程中的潛熱。前處理功能：用于設(shè)定各種初始和邊界條件，可以準(zhǔn)確設(shè)定所有已知的鑄造工藝的邊界和初始條件。鑄造的物理過(guò)程就是通過(guò)這些初始條件和邊界條件為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所認(rèn)知的。邊界條件可以是常數(shù)，或者是時(shí)間或溫度的函數(shù)。后處理功能：

Pro-CAST配備了功能強(qiáng)大而靈活的后處理，與其它模擬軟件一樣，它可以顯示溫度、壓力和速度場(chǎng)，但又同時(shí)可以將這些信息與應(yīng)力和變形同時(shí)顯示。14基本模塊（傳熱分析模塊）：傳熱計(jì)算：“傳輸原理”與“熱力41流體分析模塊：流體分析模塊可以模擬所有包括充型在內(nèi)的液體和固體流動(dòng)的效應(yīng)。Pro-cast通過(guò)完全的Navier-Stocks流動(dòng)方程對(duì)流體流動(dòng)和傳熱進(jìn)行耦合計(jì)算。本模塊中還包括非牛頓流體的分析計(jì)算。此外，流動(dòng)分析可以模擬紊流、觸變行為及多孔介質(zhì)流動(dòng)（如過(guò)濾網(wǎng)），也可以模擬注塑過(guò)程。15流體分析模塊：42應(yīng)力分析模塊：本模塊可以進(jìn)行完整的熱、流場(chǎng)和應(yīng)力的耦合計(jì)算。應(yīng)力分析模塊用以模擬計(jì)算領(lǐng)域中的熱應(yīng)力分布，包括鑄件鑄型型芯和冷鐵等。采用應(yīng)力分析模塊可以分析出殘余應(yīng)力、塑性變形、熱裂和鑄件最終形狀等。應(yīng)力分析模塊包括的求解模型有6種：線性應(yīng)力；塑性、粘塑性模型；鑄件、鑄型界面的機(jī)械接觸模型；鑄件疲勞預(yù)測(cè)；殘余應(yīng)力分析；最終鑄件形狀預(yù)測(cè)。16應(yīng)力分析模塊：43網(wǎng)格生成模塊MeshCAST：MeshCAST自動(dòng)產(chǎn)生有限元網(wǎng)格。這個(gè)模塊可與商業(yè)化CAD軟件連接。它可以讀入標(biāo)準(zhǔn)的CAD文件格式如IGES、Step、STL或者Parsolids。同時(shí)還可以讀諸如I-DEAS,Patran,Ansys,ARIES或ANVIL格式的表面或三維體網(wǎng)格,也可以直接和ESI的PAMSYSTEM和GEOMESH無(wú)縫連接。MeshcastTM同時(shí)擁有獨(dú)一無(wú)二的其它性能，例如初級(jí)CAD工具、高級(jí)修復(fù)工具、不一致網(wǎng)格的生成和殼型網(wǎng)格的生成等。17網(wǎng)格生成模塊MeshCAST：444.應(yīng)用Pro-CAST分析的一般步驟1.核心部分—數(shù)學(xué)模型液態(tài)金屬充型過(guò)程可視為不可壓縮粘性流體的流動(dòng)過(guò)程可由Navier-Stoks(動(dòng)量方程)連續(xù)性方程能量方程184.應(yīng)用Pro-CAST分析的一般步驟1.核心部分—數(shù)學(xué)452.模擬準(zhǔn)備

a.工藝造型與網(wǎng)格化分以汽車制動(dòng)盤為例，為對(duì)稱結(jié)構(gòu)，為減少運(yùn)算量，取