本文以AutoCAD2006為平臺(tái)，VC++.NET為開發(fā)環(huán)境，結(jié)合AUTODESK公司推出的Object—ARX2006二次開發(fā)工具，根據(jù)中國(guó)第二重型機(jī)械集團(tuán)鑄造分廠的大型鑄鋼件鑄造工藝要求，采用參數(shù)化設(shè)計(jì)的方法，進(jìn)行針對(duì)大型鑄鋼件的鑄造工藝CAD系統(tǒng)的開發(fā)。此工藝CAD系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)用中，改變了

　　人工紙板繪制工藝和手工查閱鑄造手冊(cè)的狀況，加快了新產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高了其市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。工藝人員通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)繪圖，并運(yùn)用此工藝CAD系統(tǒng)進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了工藝設(shè)計(jì)效率。

　　1 大型鑄鋼件鑄造工藝CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　大型鑄鋼件鑄造工藝CAD系統(tǒng)是一個(gè)基于AutoCAD的二次開發(fā)系統(tǒng)，對(duì)大型鑄鋼件的鑄造工藝CAD系統(tǒng)應(yīng)施行模塊化設(shè)計(jì)。首先，要規(guī)劃好系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。本文把鑄造工藝CAD系統(tǒng)大致上分為六大模塊：澆注系統(tǒng)、冒口系統(tǒng)、冷鐵系統(tǒng)、砂芯系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、工藝參數(shù)系統(tǒng)。整個(gè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖1。每個(gè)系統(tǒng)模塊完成所對(duì)應(yīng)的大型鑄鋼件鑄造工藝過(guò)程，整個(gè)鑄造工藝CAD系統(tǒng)涵蓋大型鑄鋼件鑄造工藝設(shè)計(jì)的全部流程。

　　圖1 鑄造工藝CAD系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

　　2 開發(fā)工具與開發(fā)環(huán)境

　　一個(gè)CAD系統(tǒng)所支持的各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言統(tǒng)稱語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境。語(yǔ)言開發(fā)環(huán)境是CAD系統(tǒng)開放式結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要組成部分，它可以將高級(jí)語(yǔ)言的運(yùn)算、判斷及字符處理功能和CAD系統(tǒng)的圖形處理功能有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而為CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)提供強(qiáng)大的工具。

　　基于AutoCAD2006平臺(tái)，以O(shè)bjectARX2006為開發(fā)工具，開發(fā)環(huán)境為VC ++. NET2002。Object-ARX的最大特點(diǎn)是引入了面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，提供了大量的類?kù)，而且ObjectARX生成的是動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)，共享程序地址空間，相比之前通過(guò)IPC(進(jìn)程間通信)進(jìn)行交互， Obj ectARX開發(fā)的系統(tǒng)效率更高，有更好的控制能力。ObjectARX支持與Microsoft的基礎(chǔ)類庫(kù)(MFC)的混合編程，使得開發(fā)者能夠創(chuàng)建基于MFC的用戶界面，其外觀和內(nèi)建與AutoCAD的用戶界面完全相同，與其它應(yīng)用程序如ADS和Lisp相比，ObjectARX充分利用了Windows的現(xiàn)有資源，可以方便、高效和可靠地設(shè)計(jì)出具有典型Windows風(fēng)格的AutoCAD應(yīng)用程序。

　　3 系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

　　大型鑄鋼件鑄造工藝CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)過(guò)程中，冒口系統(tǒng)、冷鐵系統(tǒng)、砂芯系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)中的吊把和鐵芯頭、鐵芯座、都采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法就是指在保持圖形結(jié)構(gòu)的拓?fù)潢P(guān)系不變的情況下，通過(guò)設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)來(lái)控制圖形的幾何尺寸大小，部分參數(shù)值的改變可以導(dǎo)致設(shè)計(jì)圖形的自動(dòng)修改。這種設(shè)計(jì)方式顯著地改善了圖形設(shè)計(jì)的重構(gòu)能力和設(shè)計(jì)柔性。

　　3.1 大型鑄鋼件窗口系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　普通鑄鋼件的冒口尺寸設(shè)計(jì)一般采用普通模數(shù)法計(jì)算，取冒口模數(shù)Mr=(1.1～1.2)Mc(鑄件模數(shù))，并由補(bǔ)縮效率η=14%～20%來(lái)驗(yàn)證。為了確保大型鑄鋼件的質(zhì)量，Mr往往要取上限，但這樣可能會(huì)造成相當(dāng)大的浪費(fèi)。故在二次開發(fā)中對(duì)于大型鑄鋼件采用動(dòng)態(tài)模數(shù)法：在冒口一鑄件凝固體系中，冒口不斷地向鑄件補(bǔ)縮，使得Mr和Mc處于動(dòng)態(tài)變化狀態(tài)。當(dāng)鑄件凝固結(jié)束時(shí)，鑄件的實(shí)際體積增加到Vc+εVc,冒口的殘余體積減少到Vc-εVc。因此，這時(shí)它們的確切模數(shù)分別為：

　　從理論上講，當(dāng) 時(shí)，冒口與鑄件凝固時(shí)間相等，而在凝固結(jié)束以前Mr均大于Mc，鑄件可得到充分補(bǔ)縮。按此原則制定冒口尺寸是最經(jīng)濟(jì)、合理的。

　　大型鑄鋼件多為單批或小批生產(chǎn)，且制作冒口需花費(fèi)大量的木材和工時(shí)。所以二重鑄造廠將冒口尺寸進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和系列化，這樣就可以充分的發(fā)揮冒口模型的使用價(jià)值，節(jié)省大量的人力，物力。在用鑄造工藝CAD系統(tǒng)繪制冒口時(shí)，我們根據(jù)大型鑄鋼件的結(jié)構(gòu)和工藝流程，確定冒口的尺寸和類型，點(diǎn)擊所需類型的冒口圖標(biāo)，以圓形明冒口為例，在編輯框中輸入冒口的尺寸參數(shù)、視圖類型及冒口線型，并根據(jù)需要計(jì)算出冒口重量和冒口模數(shù)。參數(shù)設(shè)置完畢后，點(diǎn)擊“開始繪制冒口”按鈕，進(jìn)入冒口繪制階段，此時(shí)，工藝人員用鼠標(biāo)選取冒口放置平面及方向，系統(tǒng)自動(dòng)生成冒口的3種視圖，并自動(dòng)標(biāo)注尺寸。圓形明冒口設(shè)計(jì)界面如圖2所示。

　　圖2 圓形明冒口設(shè)計(jì)界面

　　3.2 大型鑄鋼件澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　大型鑄鋼件幾乎都是采用漏包澆注，設(shè)計(jì)步驟為：首先計(jì)算澆注時(shí)間和平均壓力頭，并運(yùn)用流體力學(xué)公式計(jì)算阻流截面積，然后選擇截面比計(jì)算各單元截面積，并結(jié)合澆道結(jié)構(gòu)和截面參數(shù)設(shè)計(jì)各個(gè)澆道。

　　根據(jù)二重鑄造廠大型鑄鋼件的鑄造工藝要求，澆注系統(tǒng)分為3部分：?jiǎn)螌訚沧⑾到y(tǒng)、多層澆注系統(tǒng)和冒口補(bǔ)澆多向澆注系統(tǒng)，其中每個(gè)部分又分為俯視和側(cè)視兩種視圖方式。以單層澆注系統(tǒng)為例，首先計(jì)算出直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道的截面尺寸和道數(shù)，然后在繪制俯視圖時(shí)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊各澆道的放置位置，程序自動(dòng)生成各個(gè)澆道并進(jìn)行標(biāo)注。繪制側(cè)視圖時(shí)，在編輯框中輸人澆道尺寸參數(shù)，點(diǎn)擊“開始繪制”按鈕，自動(dòng)生成側(cè)視圖，再用鼠標(biāo)點(diǎn)擊確定放置位置。澆注系統(tǒng)單層側(cè)視圖設(shè)計(jì)界面如3所示。

　　圖3 澆注系統(tǒng)單層側(cè)視圖設(shè)計(jì)界面

　　3.3 大型鑄鋼件冷鐵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　大型鑄鋼件壁厚較大，凝固時(shí)的液態(tài)收縮與凝固收縮值也較大，單靠冒口往往不能充分補(bǔ)縮鑄件，所以普遍使用冷鐵。冷鐵按在鑄型中所處的位置可分為內(nèi)外兩種：外冷鐵設(shè)置在砂型表面;內(nèi)冷鐵設(shè)置在相當(dāng)鑄件熱節(jié)部位的型腔之中。在實(shí)際的冷鐵設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)生產(chǎn)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)調(diào)整冷鐵尺寸參數(shù)和布置方式，以更有效地滿足工藝要求。

　　根據(jù)二重鑄造廠大型鑄鋼件的鑄造工藝要求，將冷鐵系統(tǒng)分為規(guī)則外冷鐵、不規(guī)則外冷鐵和內(nèi)冷鐵3種。以規(guī)則外冷鐵為例，先依據(jù)激冷區(qū)的鑄鋼件的結(jié)構(gòu)，計(jì)算出所需的外冷鐵的尺寸、塊數(shù)和擺放位置，然后再在對(duì)話框中設(shè)置外冷鐵尺寸參數(shù)、塊數(shù)、線型和繪制方式。點(diǎn)擊“開始繪制”按鈕，用鼠標(biāo)選取放置外冷鐵的矩形區(qū)域，系統(tǒng)自動(dòng)按要求完成外冷鐵的繪制并自動(dòng)標(biāo)注。規(guī)則外冷鐵設(shè)計(jì)界面如圖4所示。

　　圖4 規(guī)則外冷鐵設(shè)計(jì)界面

　　3.4 大型鑄鋼件其他s藝CAD系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　　其他的一些常用的鑄造工藝，如繪制分型線、分模線和分型負(fù)數(shù)等功能都包括在鑄造工藝CAD系統(tǒng)中，工藝人員可以很方便地運(yùn)用鼠標(biāo)來(lái)指定位置，系統(tǒng)自動(dòng)生成相應(yīng)的工藝符號(hào)與參數(shù)。在工藝卡的繪制中，系統(tǒng)采用ODBC(開放數(shù)據(jù)庫(kù)互連)技術(shù)，將工藝卡中的信息儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，工藝人員依據(jù)不同鑄鋼件的工藝要求，方便地改寫工藝卡，自由拖動(dòng)技術(shù)能使工藝員拖動(dòng)工藝卡放置在任何合適的位置上，工藝卡的設(shè)計(jì)界面如圖5所示。以上功能的具體實(shí)現(xiàn)，限于篇幅，本文不再詳述。

　　圖5 工藝卡設(shè)計(jì)界面

　　4 應(yīng)用實(shí)例

　　以二重鑄造廠設(shè)計(jì)的上支撐軸承座為例。該鑄鋼件的最大外輪廓尺寸為1 266 mm X 610 mm X 1 172 mm，重3 252 kg，屬于中等復(fù)雜程度的較大型鑄鋼件，且其鑄造工藝較典型。設(shè)計(jì)步驟如下。

　　根據(jù)鑄鋼件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和技術(shù)要求，確定澆注位置，利用澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊，計(jì)算出直澆道、橫澆道和內(nèi)澆道的直徑，在主視圖和側(cè)視圖上完成澆道的繪制。在軸承座長(zhǎng)邊側(cè)面進(jìn)行分型，繪制分型線并標(biāo)出上下型。

　　通過(guò)特殊加工量與分型負(fù)數(shù)模塊，確定工藝參數(shù)值，在鑄件圖上選擇繪制位置，完成繪制，并將需鑄死的位置繪制鑄死符號(hào)。根據(jù)軸承座中空位置的尺寸大小確定砂芯的尺寸與間隙，并繪制砂芯引氣和砂芯固定符號(hào)。根據(jù)鑄鋼件熱節(jié)的大小和位置及最后凝固部位的體積和表面積，計(jì)算出鑄鋼件的模數(shù)，由此確定冒口的模數(shù)，然后根據(jù)鑄造工藝要求選擇圓形保溫明冒口，選擇冒口放置位置并完成繪制。在軸承座外壁較厚部位上放置外冷鐵，然后將繪制好的鑄造工藝圖和工藝卡打印輸出。工藝設(shè)計(jì)最終結(jié)果如圖6所示。

　　圖6 上支撐軸承座鑄造工藝圖

　　5 結(jié)論

　　以AutoCAD2006為平臺(tái)，VC++.NET2002和Object2006為二次開發(fā)工具，針對(duì)大型鑄鋼件的鑄造工藝要求開發(fā)了鑄造工藝CAD系統(tǒng)。此系統(tǒng)的功能包括了大型鑄鋼件鑄造工藝設(shè)計(jì)的全部流程，并以工廠實(shí)際需要建立了冒口、鐵芯頭鐵芯座和工藝卡等數(shù)據(jù)庫(kù)。通過(guò)尺寸驅(qū)動(dòng)方式，工藝人員經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的操作可快速準(zhǔn)確地進(jìn)行鑄造工藝設(shè)計(jì)，減輕了其工作強(qiáng)度，提高了工作效率