本文以AutoCAD2006為平臺，VC++.NET為開發(fā)環(huán)境，結合AUTODESK公司推出的Object—ARX2006二次開發(fā)工具，根據(jù)中國第二重型機械集團鑄造分廠的大型鑄鋼件鑄造工藝要求，采用參數(shù)化設計的方法，進行針對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)在實際運用中，改變了

　　人工紙板繪制工藝和手工查閱鑄造手冊的狀況，加快了新產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高了其市場競爭力。工藝人員通過計算機輔助設計繪圖，并運用此工藝CAD系統(tǒng)進行鑄造工藝設計，減輕了勞動強度，提高了工藝設計效率。

　　1 大型鑄鋼件鑄造工藝CAD系統(tǒng)的設計

　　大型鑄鋼件鑄造工藝CAD系統(tǒng)是一個基于AutoCAD的二次開發(fā)系統(tǒng)，對大型鑄鋼件的鑄造工藝CAD系統(tǒng)應施行模塊化設計。首先，要規(guī)劃好系統(tǒng)的結構。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)。整個系統(tǒng)的結構如圖1。每個系統(tǒng)模塊完成所對應的大型鑄鋼件鑄造工藝過程，整個鑄造工藝CAD系統(tǒng)涵蓋大型鑄鋼件鑄造工藝設計的全部流程。

　　圖1 鑄造工藝CAD系統(tǒng)結構圖

　　2 開發(fā)工具與開發(fā)環(huán)境

　　一個CAD系統(tǒng)所支持的各種程序設計語言統(tǒng)稱語言開發(fā)環(huán)境。語言開發(fā)環(huán)境是CAD系統(tǒng)開放式結構的一個重要組成部分，它可以將高級語言的運算、判斷及字符處理功能和CAD系統(tǒng)的圖形處理功能有機地結合起來，從而為CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)提供強大的工具。

　　基于AutoCAD2006平臺，以ObjectARX2006為開發(fā)工具，開發(fā)環(huán)境為VC ++. NET2002。Object-ARX的最大特點是引入了面向?qū)ο蟮木幊趟枷?，提供了大量的類庫，而且ObjectARX生成的是動態(tài)鏈接庫，共享程序地址空間，相比之前通過IPC(進程間通信)進行交互， 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的基礎類庫(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、高效和可靠地設計出具有典型Windows風格的AutoCAD應用程序。

　　3 系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)

　　大型鑄鋼件鑄造工藝CAD系統(tǒng)的二次開發(fā)過程中，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)化設計方法進行設計。參數(shù)化設計方法就是指在保持圖形結構的拓撲關系不變的情況下，通過設置相應的參數(shù)來控制圖形的幾何尺寸大小，部分參數(shù)值的改變可以導致設計圖形的自動修改。這種設計方式顯著地改善了圖形設計的重構能力和設計柔性。

　　3.1 大型鑄鋼件窗口系統(tǒng)設計

　　普通鑄鋼件的冒口尺寸設計一般采用普通模數(shù)法計算，取冒口模數(shù)Mr=(1.1～1.2)Mc(鑄件模數(shù))，并由補縮效率η=14%～20%來驗證。為了確保大型鑄鋼件的質(zhì)量，Mr往往要取上限，但這樣可能會造成相當大的浪費。故在二次開發(fā)中對于大型鑄鋼件采用動態(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縮，使得Mr和Mc處于動態(tài)變化狀態(tài)。當鑄件凝固結束時，鑄件的實際體積增加到Vc+εVc,冒口的殘余體積減少到Vc-εVc。因此，這時它們的確切模數(shù)分別為：

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

　　大型鑄鋼件多為單批或小批生產(chǎn)，且制作冒口需花費大量的木材和工時。所以二重鑄造廠將冒口尺寸進行標準化和系列化，這樣就可以充分的發(fā)揮冒口模型的使用價值，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，我們根據(jù)大型鑄鋼件的結構和工藝流程，確定冒口的尺寸和類型，點擊所需類型的冒口圖標，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)需要計算出冒口重量和冒口模數(shù)。參數(shù)設置完畢后，點擊“開始繪制冒口”按鈕，進入冒口繪制階段，此時，工藝人員用鼠標選取冒口放置平面及方向，系統(tǒng)自動生成冒口的3種視圖，并自動標注尺寸。圓形明冒口設計界面如圖2所示。

　　圖2 圓形明冒口設計界面

　　3.2 大型鑄鋼件澆注系統(tǒng)設計

　　大型鑄鋼件幾乎都是采用漏包澆注，設計步驟為：首先計算澆注時間和平均壓力頭，并運用流體力學公式計算阻流截面積，然后選擇截面比計算各單元截面積，并結合澆道結構和截面參數(shù)設計各個澆道。

　　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：單層澆注系統(tǒng)、多層澆注系統(tǒng)和冒口補澆多向澆注系統(tǒng)，其中每個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，鼠標點擊各澆道的放置位置，程序自動生成各個澆道并進行標注。繪制側(cè)視圖時，在編輯框中輸人澆道尺寸參數(shù)，點擊“開始繪制”按鈕，自動生成側(cè)視圖，再用鼠標點擊確定放置位置。澆注系統(tǒng)單層側(cè)視圖設計界面如3所示。

　　圖3 澆注系統(tǒng)單層側(cè)視圖設計界面

　　3.3 大型鑄鋼件冷鐵系統(tǒng)設計

　　大型鑄鋼件壁厚較大，凝固時的液態(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：外冷鐵設置在砂型表面;內(nèi)冷鐵設置在相當鑄件熱節(jié)部位的型腔之中。在實際的冷鐵設計中，應根據(jù)生產(chǎn)設計經(jīng)驗調(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)的鑄鋼件的結構，計算出所需的外冷鐵的尺寸、塊數(shù)和擺放位置，然后再在對話框中設置外冷鐵尺寸參數(shù)、塊數(shù)、線型和繪制方式。點擊“開始繪制”按鈕，用鼠標選取放置外冷鐵的矩形區(qū)域，系統(tǒng)自動按要求完成外冷鐵的繪制并自動標注。規(guī)則外冷鐵設計界面如圖4所示。

　　圖4 規(guī)則外冷鐵設計界面

　　3.4 大型鑄鋼件其他s藝CAD系統(tǒng)的設計

　　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用鼠標來指定位置，系統(tǒng)自動生成相應的工藝符號與參數(shù)。在工藝卡的繪制中，系統(tǒng)采用ODBC(開放數(shù)據(jù)庫互連)技術，將工藝卡中的信息儲存在數(shù)據(jù)庫中，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，自由拖動技術能使工藝員拖動工藝卡放置在任何合適的位置上，工藝卡的設計界面如圖5所示。以上功能的具體實現(xiàn)，限于篇幅，本文不再詳述。

　　圖5 工藝卡設計界面

　　4 應用實例

　　以二重鑄造廠設計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，屬于中等復雜程度的較大型鑄鋼件，且其鑄造工藝較典型。設計步驟如下。

　　根據(jù)鑄鋼件結構特點和技術要求，確定澆注位置，利用澆注系統(tǒng)設計模塊，計算出直澆道、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。在軸承座長邊側(cè)面進行分型，繪制分型線并標出上下型。

　　通過特殊加工量與分型負數(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。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。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。工藝設計最終結果如圖6所示。

　　圖6 上支撐軸承座鑄造工藝圖

　　5 結論

　　以AutoCAD2006為平臺，VC++.NET2002和Object2006為二次開發(fā)工具，針對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計的全部流程，并以工廠實際需要建立了冒口、鐵芯頭鐵芯座和工藝卡等數(shù)據(jù)庫。通過尺寸驅(qū)動方式，工藝人員經(jīng)過簡單的操作可快速準確地進行鑄造工藝設計，減輕了其工作強度，提高了工作效率