CAD技术-第五章-材料加工的CADCAECAM的实际应用

1、第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用5.1 液态成型液态成型5.2 板料成形板料成形5.3 焊接成形焊接成形5.4 塑料注射成型塑料注射成型5.5 快速成型快速成型第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用n学习目标：学习目标：了解液态成型、板料成形、了解液态成型、板料成形、 焊焊接成形、接成形、 塑料注射成型以及快速成型的塑料注射成型以及快速成型的CAD/CAE/CAM系统的主要内容和应用。系统的主要内容和应用。

2、n学习重点：学习重点： CAD/CAE/CAM系统的主要内系统的主要内容。容。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用5.1 液态成型液态成型v液态成型工艺液态成型工艺CADv液态成型液态成型CAE v液态成型液态成型CAM第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用 应能完成工艺基本要素的设计与绘制应能完成工艺基本要素的设计与绘制(造造型型)任务任务,包括浇注系统、冒口系统、分型面、包括浇注系统、冒口系统、分型面、加工余量、起模斜度等等加工余量、起模斜度等等 ，可以顺利地完，可以顺利地完成

3、铸造工艺设计。成铸造工艺设计。v二维工艺二维工艺CAD 目前没有通用的系统，大都基于目前没有通用的系统，大都基于AutoCAD系统进行二次开发。系统进行二次开发。v三维工艺三维工艺CADv基于基于Pro/E、UG、Solidworks等进行二等进行二次开发。次开发。液态成型工艺液态成型工艺CAD第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用华铸华铸CAD铸造工艺辅助设计铸造工艺辅助设计(二维二维)软件系统软件系统 “华铸华铸CAD铸造工艺计算机辅助铸造工艺计算机辅助设计系统设计系统”是铸造行业进行工艺设计的是铸造行业进行工艺设计的实用绘图软件，是

4、华中科技大学（原华实用绘图软件，是华中科技大学（原华中理工大学）经多年研究开发在长期工中理工大学）经多年研究开发在长期工程实践中不断改进、完善起来的软件系程实践中不断改进、完善起来的软件系统。统。软件系统采用美国软件系统采用美国Autodesk公司公司的最新开发工具的最新开发工具ARX，在，在AutoCAD环环境下开发实现。境下开发实现。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用 它以铸造工艺设计几大工艺参数为核心，它以铸造工艺设计几大工艺参数为核心，依据机械工业部颁布的依据机械工业部颁布的JB2435-78标准，集成标准，集成了整个铸造工艺

5、过程各阶段的功能，对各种工了整个铸造工艺过程各阶段的功能，对各种工艺符号进行了规范化定制与扩充。艺符号进行了规范化定制与扩充。 主要功能包括分型线、加工余量、拔摸斜度、主要功能包括分型线、加工余量、拔摸斜度、砂芯及芯头、冷铁、不铸孔、铸造圆角、工艺砂芯及芯头、冷铁、不铸孔、铸造圆角、工艺卡的绘制以及冒口与浇注系统设计等。卡的绘制以及冒口与浇注系统设计等。 该系统体系完备、适应性强、界面友好、易该系统体系完备、适应性强、界面友好、易于操作、使用灵活，能帮助铸造工艺人员快速于操作、使用灵活，能帮助铸造工艺人员快速高效地完成工艺设计过程，对于保证铸件质量，高效地完成工艺设计过程，对于保证铸件质量，提

6、高生产率和新产品开发效率具有重要作用。提高生产率和新产品开发效率具有重要作用。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用三维三维“华铸华铸CAD”第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用液态成型液态成型CAEn充型流动过程模拟充型流动过程模拟n结晶凝固过程模拟结晶凝固过程模拟n应力应力/应变分析应变分析n微观组织模拟微观组织模拟第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/C

7、AM的实际应用的实际应用华铸华铸CAE铸造工艺分析软件系统铸造工艺分析软件系统 “华铸华铸CAE”铸造工艺分析软件是分析和优化铸造铸造工艺分析软件是分析和优化铸造工艺的重要工具，是华中科技大学经二十余年研究工艺的重要工具，是华中科技大学经二十余年研究开发，并在长期的生产实践中不断改进，完善起来开发，并在长期的生产实践中不断改进，完善起来的集成软件系统，目前发行的版本是的集成软件系统，目前发行的版本是V10.0。 使用范围使用范围铸造材质铸造材质：钢、铁、铝、铜等各种各类铸造合金：钢、铁、铝、铜等各种各类铸造合金铸造方式铸造方式：砂型、金属型、壳型、铁模覆砂、熔模、：砂型、金属型、壳型、铁模覆砂

8、、熔模、低压、压力等铸造方式低压、压力等铸造方式 分析内容分析内容：流动充型过程、冷却凝固过程、充型换热：流动充型过程、冷却凝固过程、充型换热耦合过程耦合过程 预测缺陷预测缺陷：夹渣、卷气、冷隔、浇不足、缩孔、缩松：夹渣、卷气、冷隔、浇不足、缩孔、缩松 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用一次浇注成功的燃气轮机缸体一次浇注成功的燃气轮机缸体图2 原工艺冷铁布置图1 燃气轮机缸体原工艺华铸华铸CAE应用实例应用实例第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用图图3 原工艺充型模拟原工艺充型

9、模拟图图4 原工艺凝固模拟结果原工艺凝固模拟结果一次浇注成功的燃气轮机缸体一次浇注成功的燃气轮机缸体 模拟发现，原工艺铸件小半径端柱面内存在大面模拟发现，原工艺铸件小半径端柱面内存在大面积的缩孔缩松危险区。需要加大原工艺此处放置冷积的缩孔缩松危险区。需要加大原工艺此处放置冷铁的密度和厚度，经多个方案的模拟对比，优化出铁的密度和厚度，经多个方案的模拟对比，优化出一个合适的冷铁布置方案。一个合适的冷铁布置方案。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用克服康明斯机体的夹渣问题克服康明斯机体的夹渣问题图图5 康明斯机体原工艺康明斯机体原工艺 图图6

10、 康明斯机体改进工艺康明斯机体改进工艺第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用图图7 原工艺流动前沿原工艺流动前沿雨淋形态雨淋形态图图8 改进工艺流动前沿改进工艺流动前沿整齐而不零乱整齐而不零乱 克服康明斯机体的夹渣问题克服康明斯机体的夹渣问题第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用一次浇注成功的大型铸钢件校直机机架一次浇注成功的大型铸钢件校直机机架 经模拟，发现该件四角处的四个冒口补缩通道先于铸件经模拟，发现该件四角处的四个冒口补缩通道先于铸件被凝固隔断，补缩效果严重不足，可能产生脸盆

11、大小的缩被凝固隔断，补缩效果严重不足，可能产生脸盆大小的缩孔。经模拟改进，确认采用加深的漂珠保温冒口套和直立孔。经模拟改进，确认采用加深的漂珠保温冒口套和直立的内冷铁强化各该部位的顺序凝固，可以防止产生缩孔。的内冷铁强化各该部位的顺序凝固，可以防止产生缩孔。图图9 机架原工艺凝固机架原工艺凝固模拟结果模拟结果 图图10 机架改进工艺机架改进工艺模拟结果模拟结果第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用 石家庄曲轴缩孔石家庄曲轴缩孔第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用 沈飞铸件液相沈飞铸

12、件液相第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用转向节色温转向节色温第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用 大连阀体充型大连阀体充型第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用 大重阀体压力大重阀体压力第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用轮圈计算机实体模型与有限元素模型轮圈计算机实体模型与有限元素模型 铝合金轮圈铸造流动与温度分布铝合金轮圈铸造流动与温度分布轮圈凝固状态纵向剖面图轮

13、圈凝固状态纵向剖面图 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用铸件凝固过程色温图 铸件凝固过程液相分布图 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用复杂多相流模拟复杂多相流模拟 液态成型液态成型CAE新进展新进展 复杂多相流模拟、氧化夹杂复杂多相流模拟、氧化夹杂过程模拟、造型过程模拟、造型/制芯过程模拟、制芯过程模拟、消失模成形过程模拟、半固态消失模成形过程模拟、半固态成型模拟以及微观过程数值模成型模拟以及微观过程数值模拟等是研究前沿和热点。拟等是研究前沿和热点。第五章第五章 材料加工材料

14、加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用氧化夹杂的数值模拟氧化夹杂的数值模拟 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用造型造型/制芯过程模拟制芯过程模拟 芯子实物照片芯子实物照片 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用模样生成过程模拟模样生成过程模拟 气体排出速度分布气体排出速度分布 模样密度分布分析模样密度分布分析 气缸盖消失模气缸盖消失模第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用半固态铸造半固态铸造一发

15、动机支架铸件一发动机支架铸件第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用液态成型液态成型CAM主要是工装领域，包括铸造模具、模块等。主要是工装领域，包括铸造模具、模块等。固定轴铣刀具轨迹固定轴铣刀具轨迹 铸模铸模CAM 第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用5.2 板料成形板料成形v板料冲压成形产品计算机辅助设计板料冲压成形产品计算机辅助设计（CAD）v冲压计算机辅助工艺分析冲压计算机辅助工艺分析（CAPP）v冲压模具计算机辅助设计与制造冲压模具计算机辅助设计与制造 板料冲压成形是采用模具

16、对平板板料冲压成形是采用模具对平板进行加工进行加工,生产出零件的一种方法。生产出零件的一种方法。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用级进模设计级进模设计 级进模是冲模的一种，又称为连续模，是在级进模是冲模的一种，又称为连续模，是在压力机的一次行程内，在模具的不同工位上完压力机的一次行程内，在模具的不同工位上完成多到冲压工序。成多到冲压工序。 三维级进模设计软件三维级进模设计软件UG/PDW UG/PDW 由由UGS PLM 委托华中科技大学模具设委托华中科技大学模具设计国家重点实验室开发。计国家重点实验室开发。 PDW对模具设计专家的设

17、计经验和流程进行总对模具设计专家的设计经验和流程进行总结和模拟，使得设计的方法、步骤和结果都得到一结和模拟，使得设计的方法、步骤和结果都得到一定优化。同时定优化。同时PDW借助借助UG的强大功能，可以进行普的强大功能，可以进行普通板金零件的级进模设计，进行拉深和非规则面组通板金零件的级进模设计，进行拉深和非规则面组成的零件的级进模设计，很好地满足当今复杂零件成的零件的级进模设计，很好地满足当今复杂零件的级进模设计。的级进模设计。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用焊接焊接CAD/CAE/CAMCAD技术可用于焊接结构的设计。技术可用于焊

18、接结构的设计。CAM技术成熟的应用是计算机数控切割机、技术成熟的应用是计算机数控切割机、激光切割、激光切割、YAG激光（机器人）焊接的编激光（机器人）焊接的编程技术。程技术。焊接焊接CAE通常指有限元分析、结构分析等。通常指有限元分析、结构分析等。焊接焊接CAD/CAE/CAM的应用的应用焊接焊接CAD专家系统专家系统CAD/CAM在机器人中的应用在机器人中的应用焊接焊接CAE应用实例应用实例5.3 焊接成形焊接成形第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用 图图1 T型梁焊接变形图型梁焊接变形图一个简单的一个简单的T型梁纵向收缩引起型梁纵向

19、收缩引起的弯曲变形的弯曲变形焊接焊接CAE应用实例应用实例第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用 图图2 压缩机焊接的残余变形压缩机焊接的残余变形图图3 管板焊接过程中某一管板焊接过程中某一时刻的温度场时刻的温度场空调压缩机焊接变形空调压缩机焊接变形与应力分析与应力分析管板焊接管板焊接第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用 图图4 液力变矩器的焊接变形液力变矩器的焊接变形 高精度液力变矩器高精度液力变矩器第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际

20、应用的实际应用 图图5 副车架总成焊接以后在副车架总成焊接以后在X方向的变形图方向的变形图轿车副车架轿车副车架第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用大型艇体结构的焊接变形预测大型艇体结构的焊接变形预测 图图6 大型筒体结构的焊接变形大型筒体结构的焊接变形 图图7 船体结构焊接变形船体结构焊接变形 大尺寸船体结构的焊接变形大尺寸船体结构的焊接变形第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用 CAD技术在注射模的应用主要有：技术在注射模的应用主要有：塑料制品的设计塑料制品的设计模具结构设计模具

21、结构设计模具开、合模运动仿真模具开、合模运动仿真 注射模注射模CAD技术的国内外发展状况技术的国内外发展状况国外发展状况国外发展状况 Pro/E、UG等带有独立的注射模设计模块；也等带有独立的注射模设计模块；也有通用有通用CAD软件包上独立开发注射模设计系统的。软件包上独立开发注射模设计系统的。国内发展状况国内发展状况华中科技大学华中科技大学 注射模注射模CAD/CAE/CAM 系统；系统；合肥工业大学合肥工业大学 注射模二维系统注射模二维系统IPM-CAD和三维系和三维系统统IPMCADV4.0；上海交通大学；上海交通大学 集成化注射模集成化注射模CAD系统；浙江大学系统；浙江大学 精密注射模精密注射模CAD/CAM系统。系统。5.4 塑料注射成型塑料注射成型第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用 注射成型注射成型CAEv目前，注射模目前，注射模CAE限于注射过程的计算限于注射过程的计算机分析，即模拟注射成型中熔体充模、机分析，即模拟注射成型中熔体充模、保压与冷却过程以及预测塑料制品在脱保压与冷却过程以及预测塑料制品在脱模后的翘曲变形。模后的翘曲变形。第五章第五章 材料加工材料加工CAD/CAE/CAMCAD/CAE/CAM的实际应用的实际应用注射成型注射成型CAE 熔