CAD技术-第五章-材料加工的CADCAECAM的实际应用.ppt

1、5.1 液态成型 5.2 板料成形 5.3 焊接成形 5.4 塑料注射成型 5.5 快速成型,第五章 材料加工CAD/CAE/CAM 的实际应用,学习目标：了解液态成型、板料成形、 焊接成形、 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。 学习重点： CAD/CAE/CAM系统的主要内容。,5.1 液态成型,液态成型工艺CAD 液态成型CAE 液态成型CAM,应能完成工艺基本要素的设计与绘制(造型)任务,包括浇注系统、冒口系统、分型面、加工余量、起模斜度等等 ，可以顺利地完成铸造工艺设计。 二维工艺CAD 目前没有通用的系统，大都基于AutoCAD系统进行二次开发。

2、三维工艺CAD 基于Pro/E、UG、Solidworks等进行二次开发。,液态成型工艺CAD,华铸CAD铸造工艺辅助设计(二维)软件系统,“华铸CAD铸造工艺计算机辅助设计系统”是铸造行业进行工艺设计的实用绘图软件，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程实践中不断改进、完善起来的软件系统。软件系统采用美国Autodesk公司的最新开发工具ARX，在AutoCAD环境下开发实现。,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JB2435-78标准，集成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。 主要功能包括分型线、加工余量、拔摸斜度、砂

3、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。 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高效地完成工艺设计过程，对于保证铸件质量，提高生产率和新产品开发效率具有重要作用。,三维“华铸CAD”,液态成型CAE 充型流动过程模拟 结晶凝固过程模拟 应力/应变分析 微观组织模拟,华铸CAE铸造工艺分析软件系统 “华铸CAE”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V10.0。,使用范围 铸造材质：钢、铁、铝、铜等各种各类铸造合

4、金 铸造方式：砂型、金属型、壳型、铁模覆砂、熔模、低压、压力等铸造方式 分析内容：流动充型过程、冷却凝固过程、充型换热耦合过程 预测缺陷：夹渣、卷气、冷隔、浇不足、缩孔、缩松,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CAE应用实例,图3 原工艺充型模拟,图4 原工艺凝固模拟结果,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，优化出一个合适的冷铁布置方案。,克服康明斯机体的夹渣问题,图5 康明斯机体原工艺 图6 康明斯机体改进工艺,图7 原工艺流动前沿

5、 雨淋形态,图8 改进工艺流动前沿 整齐而不零乱,克服康明斯机体的夹渣问题,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的内冷铁强化各该部位的顺序凝固，可以防止产生缩孔。,图9 机架原工艺凝固模拟结果 图10 机架改进工艺模拟结果,石家庄曲轴缩孔,沈飞铸件液相,转向节色温,大连阀体充型,大重阀体压力,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,轮圈凝固状态纵向剖面图,铸件凝固过程色温图,铸件凝固过程液相分布图,复杂多相流模拟,液态成型C

6、AE新进展,复杂多相流模拟、氧化夹杂过程模拟、造型/制芯过程模拟、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拟等是研究前沿和热点。,氧化夹杂的数值模拟,造型/制芯过程模拟,芯子实物照片,模样生成过程模拟,气体排出速度分布 模样密度分布分析,气缸盖消失模,半固态铸造,一发动机支架铸件,液态成型CAM,主要是工装领域，包括铸造模具、模块等。,固定轴铣刀具轨迹,铸模CAM,5.2 板料成形,板料冲压成形产品计算机辅助设计（CAD） 冲压计算机辅助工艺分析（CAPP） 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对平板进行加工,生产出零件的一种方法。,级进模设计,级进模是冲模的一种，

7、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成多到冲压工序。,三维级进模设计软件UG/PDW UG/PDW 由UGS PLM 委托华中科技大学模具设计国家重点实验室开发。 PDW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定优化。同时PDW借助UG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。,焊接CAD/CAE/CAM CAD技术可用于焊接结构的设计。 CAM技术成熟的应用是计算机数控切割机、激光切割、YAG激光（机器人）焊接的编程技术。 焊接CAE通常指有限元分析

8、、结构分析等。 焊接CAD/CAE/CAM的应用 焊接CAD专家系统 CAD/CAM在机器人中的应用 焊接CAE应用实例,5.3 焊接成形,图1 T型梁焊接变形图,一个简单的T型梁纵向收缩引起的弯曲变形,焊接CAE应用实例,图2 压缩机焊接的残余变形,图3 管板焊接过程中某一时刻的温度场,空调压缩机焊接变形 与应力分析,管板焊接,图4 液力变矩器的焊接变形,高精度液力变矩器,图5 副车架总成焊接以后在X方向的变形图,轿车副车架,大型艇体结构的焊接变形预测,图6 大型筒体结构的焊接变形,图7 船体结构焊接变形,大尺寸船体结构的焊接变形,CAD技术在注射模的应用主要有： 塑料制品的设计 模具结构设

9、计 模具开、合模运动仿真 注射模CAD技术的国内外发展状况 国外发展状况 Pro/E、UG等带有独立的注射模设计模块；也有通用CAD软件包上独立开发注射模设计系统的。 国内发展状况 华中科技大学 注射模CAD/CAE/CAM 系统； 合肥工业大学 注射模二维系统IPM-CAD和三维系统IPMCADV4.0；上海交通大学 集成化注射模CAD系统；浙江大学 精密注射模CAD/CAM系统。,5.4 塑料注射成型,注射成型CAE 目前，注射模CAE限于注射过程的计算机分析，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模后的翘曲变形。,注射成型CAE,熔体流动前沿动态显示,华中科技大学模具技术国家重点实验室成功开发了三维真实感流动模拟软件HSCAE 3DRF,型腔压力,熔体温度,熔合纹/气穴,快速成型（Rapid Prototyping，简称RP）技术通过切片得到三维实体的截面轮廓曲线，将三维加工变为二维加工，逐层堆积，最后得到零件或零件的原型。