通常，传统的铸造工艺设计多依赖于设计人员的水平和工作经验，同一铸件的工艺设计往往会因人而异，很难保证铸件质量的优质、稳定。随着计算机软硬件技术的发展，将CAD技术应用于铸造工艺设计中，结合后续CAE软件可以快速、低成本地调整工艺方案；结合数据库技术保留已有的可行、优质方案，可以有效保证铸件质量、缩短生产周期、降低生产成本。
国内外很多企业、高校和研究院所正在进行这方面的研究开发，成果已经开始陆续应用于实际生产中，获得了较高的经济效益。铸造工艺CAD是指利用计算机辅助技术进行铸造工艺方案的设计和优化，一般可将其分为通用铸造工艺CAD和专用铸造工艺CAD两类，其中专用铸造CAD系统主要用于某些特定范围和特定目标的铸件工艺设计，比如齿轮类铸件的铸造工艺CAD系统、曲轴类铸件的铸造工艺CAD系统等。本研究所开发的
蝶阀阀体铸造工艺CAD系统就属于专用铸造CAD系统。
一、系统开发工具
采用Autodesk公司开发的通用计算机辅助绘图，以设计系统AutoCAD作为二次开发平台。AutoCAD拥有开放的体系结构，提供多种二次开发工具，方便用户对其进行二次开发，能最大限度地满足用户自身的特殊需要。系统采用Autodesk提供的ObjectARX类库借助VisualC
++对AutoCAD进行二次开发。ObjectARX包含一组动态链接库，这些库与AutoCAD在同一地址空间内运行并能够直接利用AutoCAD核心数据库结构和代码。库中包含一组通用工具，使得二次开发者可以充分利用AutoCAD的开发结构，直接访问AutoCAD数据库结构、图形系统以及CAD几何造型核心，以便能在运行期间实时扩展AutoCAD具有的类及其功能以及创建全面享受AutoCAD固有命令特权的新命令。利用ObjectARX进行二次开发获得的用户软件，具有功能强大、运行速度快等优点，并可以利用MFC（MicrosoftFoundationClass）简洁、高效地实现许多复杂功能。
系统需要的工艺数据由铸造工艺数据库统一存储、管理，系统利用MicrosoftAccess建立数据库。
二、系统设计
对蝶阀的铸造工艺设计主要包括三部分：铸造工艺数据库、工艺设计模块和三维建模模块。
1、铸造工艺数据库
工程数据库是铸造工艺CAD系统的核心，保存着各种铸造工艺数据。数据库为系统的工艺设计模块提供铸件收缩率、机加工余量、标准冒口尺寸等设计参数，这些数据根据《铸造手册》以及企业生产情况确定，并且在使用时允许用户根据实际情况修改个别参数，并将其修改结果添加入用户自定义的数据纪录中。
系统用MicrosoftAccess建立数据库，在VisualC
++中采用MicrosoftODBC（开放数据库互联）进行数据库连接，并利用MFC提供的数据库类CDatabase、CDBException、CRecordset对工艺数据库进行打开、关闭、移动数据库指针、存取数据库内容和处理数据库异常等操作。
2、工艺设计模块
作为专用的蝶阀阀体铸造工艺CAD系统，设计者根据实际生产情况或有限元模拟结果，为用户预先设定了不同大小蝶阀阀体的铸造工艺方案。使用时，用户只需在系统给定的框架内调整工艺参数。这些参数主要包括：铸件收缩率、机械加工余量、标准及自定义冒口的尺寸、冷铁厚度、补贴尺寸、浇注系统各有关尺寸以及冒口套厚度等。
3、三维建模模块
图1阀体铸造工艺CAD系统的类
当系统获得来自数据库和用户输入的数据后，系统调用三维建模模块进行三维参数化建模。三维建模模块利用面向对象技术建立，主要包括CBTech、CB2Valve、CValveData、CBAddon、CBRiser、CBIron、CBGate、CBBox、CBCap、CBAux等类。类的相互关系如图1所示。
以下简要介绍各类的主要功能：
1）CBTech：完成铸造工艺系统的三维建模。设计时，可采用SINGLETON模式，用以保证系统运行时只有一个CBTech对象，该对象代表整个蝶阀阀体铸造工艺系统。
2）CBValve：完成阀体铸件（包括冒口、浇注系统和补贴）的三维建模。
3）CValveData：存储建模过程中所需的数据。系统中与建模有关的类都需引用CValveData对象（图1中省略了对这些引用的表达）。
4）CBAux：辅助类。对ObjectARX提供的图形变换函数、布尔函数和数据库操作函数进行包装，以方便使用。
5）CBRiser、CBGate、CBAddon、CBIron、CBCap和CBBox：分别代表冒口、浇注系统、补贴、冷铁、冒口套、砂箱，运行时调用这些类提供的相应函数完成建模。
使用时，系统首先实例化一个CBTech的对象，然后在此对象中分别实例化一个CBBox、CBCap、CBI2ron和CBValve对象，调用这些对象自身的绘图函数完成铸造工艺系统各部分的绘制。其中，CBValve对象还要负责实例化一定数目的CBRiser、CBGate、CBAddon以及CBAux对象，通过调用这些对象的相关函数，完成铸件各部分的绘制以及相关的几何变换、布尔运算；最后，调用系统实例化的CBTech对象中的相应函数完成铸造工艺系统各部分的组装并将其加入AutoCAD数据库。
三、系统应用
完成设置数据库搜索路径并加载ObjectARX程序后，用户即可进行蝶阀阀体的铸造工艺CAD设计。首先，系统的阀体尺寸标签（图2）要求用户选择需要进行工艺设计的蝶阀阀体对象。当用户完成选择后，系统会从数据库中读出蝶阀阀体的有关尺寸，用户可以根据自身需要进行修改。然后，用户通过工艺设计标签（图3）对蝶阀阀体的铸造工艺数据进行设定。标准工艺数据由工艺数据库读入后，用户根据需要选择；非标准工艺数据，由用户自行输入。最后，系统自动完成蝶阀阀体的三维建模工作（图4），用户可以将建模结果输出为STL格式，以便进行后续的CAE分析。
四、结论
AutoCAD是国内使用广泛的绘图设计软件，利用ObjectARX对AutoCAD进行铸造工艺CAD系统的二次开发有着巨大的市场需求。
铸造工艺CAD系统能快速地修改有关工艺参数，配合相应的CAE软件可以在较短时间内对比多个工艺方案。同时，铸造工艺CAD系统能减小铸造工艺CAD设计中人为因素的影响，保存企业在实践中获得的优良工艺参数，提高铸件质量及其稳定性。
由于铸造工艺设计本身的复杂性，在实际生产中各企业往往不是根据手册，而是根据企业生产实践制定铸造工艺。因此，在铸造工艺CAD系统的设计中，设计者应重视和生产厂家之间的交流，并根据不同厂家的实际情况对系统进行修改和定制。
参考资料
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