用于评估铸件设计的可制造性的系统技术方案

一种用于评估铸件设计的可制造性的系统。所述系统包括几何分析器、铸造评估工具、残余应力评估工具和加工评估工具中的至少一个。所述几何分析器分析所述铸件设计的几何设计以确定其几何设计能力，所述铸造评估工具评估所述铸件设计以确定其铸造能力，残余应力评估工具评估所述铸件设计以确定其热处理能力，而加工评估工具评估评估所述铸件设计以确定所述铸件设计的加工能力。如果所述铸件设计分别被所述几何分析器、所述铸造评估工具、所述残余应力评估工具或所述加工评估工具确定为不能几何设计、不能铸造、不能热处理、或不能加工，则建议修正所述铸件设计以便为了制造而优化所述铸件设计。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及用于制造的铸件设计的优化，更具体地涉及用于快速且可靠地 评估铸件设计的可制造性的系统和方法。
技术介绍
由于低制造成本、高灵活性和近乎纯净的成形(near net shapeforming)，铸件越 来越多地使用在各种行业中。在很多行业中，铸件被机械地设计成满足希望的功能需求。这 样一来，很少考虑铸件的可制造性，不仅因为总体上缺乏对用于制造的铸件设计的重要性 的理解，而且因为通常铸件设计师难以获得计算系统和工具来容易地且可靠地评估铸件的 可制造性，更不用说目前可用的计算系统和工具的能力有限。如这里所使用的，“常规的”意 指如下技术，例如但不限于现有技术中的实践、方法、系统和工具，即在本专利技术的构思之前 存在和公开的技术。例如，在常规的铸件设计实践中，铸件设计师将铸件设计发送给铸件分析师和/ 或(机)加工分析师，以便评估铸造能力和(机)加工能力。这种做法在实践中持续存在， 尽管在评估能力中常见的可制造性评估受到很大限制。例如，在铸造能力评估中，计算结果 的解释很大程度上依赖于铸件分析师的专业知识。此外，即便可得到高级的铸造过程仿真 模块和用户接口，其中这些模块和用户接口提供铸造过程期间发生的热传递和流体流动事 件的生动的可视化预测结果，但是在不要求重要的人员交互和大量的人工反复试验交互的 情况下，系统地优化铸件设计仍然是困难的且耗时的。因此，由于评估铸件设计及其可制造 性的个体知识与经验的不同，所以对于确定可制造性来说常规的铸件设计过程通常导致长 的开发周期和低的可靠性。此外，铸造厂面临的根本问题是用于进给铸件的充分的冒口设计的开发。冒口尺 寸估计的常规方法是计算铸件的各部分或区域的体积和冷却表面积并且使用这些测量值 来得出几何模数(geometricmodulus)。具有最小几何模数值的铸件区域首先凝固，而具有 最大几何模数值的那些区域最后凝固。通常，在大断面铸件中几何模数值决定冒口的设计。 虽然这些概念可能是简单且直观的，但是在铸件设计中对它们的实施却并非这样。这是因 为难于人工计算复杂铸件的体积和表面积。在工业应用中，大多数铸造厂工程师所采取的 方式类似于重量计算方法。铸件设计被随意分成很多块，并且这些块中每个都被看作表面 积和体积可被计算出的简单的几何形状。然而在实践中，这个过程是麻烦的并且是不准确 的。使用一系列简单形状来对铸件设计求近似的随意性降低了可重复性和精确性。该方法 的另一个本质问题在于其仅基于几何形状，而没有直接考虑热效应，例如冷却或绝缘材料 的具体特性以及模具的模芯和其它区域的热饱和。虽然已经提出利用一些因素来校正这些 效应，但是这些因素可能增加关于结果精确性的不确定性。最近，利用三维计算机模型对与铸造有关的制造过程的计算机仿真变得越来越广 泛。这些仿真在一定精确度上可预测铸件和其浇冒口系统(rigging system)的顺序凝固 以及铸件缺陷形成的潜在可能性，然而，使用这些仿真的一个缺点在于它需要初始铸件设计以便在仿真过程中进行评估。许多铸造厂，甚至使用最先进的仿真工具的铸造厂，在形成 用于仿真的初始铸件设计时仍使用常规方法。通常，这需要通过人工或基于软件的方法将 铸件设计分成简单形状来计算近似的表面积、体积和几何模数值。 此外，由于金属和合金的收缩，特别是由于在热处理的淬火过程和凝固过程中的 冷却期间的热不均勻，在加工之前，最终的铸造部件可能具有高的残余应力水平和显著的 几何变形。通常认为铸件中的残余应力水平主要与铸件的几何设计有关，特别是在热处理 过程期间。更具体地，在铸件中产生的高应力水平可导致凝固期间的热裂和铸件在热处理 过程期间的破裂或严重变形。不幸的是，没有简单且可靠的方法、工具或系统来容易且快速 地核查铸件的可制造性。例如，在评估铸件的加工可行性时，根据所限定的制造过程，加工 分析师需要铸件在凝固和/或热处理之后的最终几何信息。对铸件的最终几何尺寸的准确 预测或测量对于精确评估铸件在加工过程期间被加工的能力是非常重要的。对最终铸造部 件的实际测量是可行的，但也是昂贵并且耗时的。因此，需要一种容易地且可靠地评估铸件设计的可制造性的系统。特别是，本领域 中需要如下系统和方法，该系统和方法允许铸件设计师快速地评估为了制造而提出的铸件 设计的可制造性，并且进一步允许铸件设计师为了包括但不限于几何设计能力、铸造能力、 热处理能力和加工能力的可制造性而优化铸件设计。
技术实现思路
考虑到上述
技术介绍
，本专利技术的实施方式提供用于评估铸件设计的可制造性的系 统和方法。在一个示例性实施方式中，一种用于评估铸件设计的可制造性的系统包括几何分 析器、铸造评估工具、残余应力评估工具和加工评估工具中的至少一个。所述几何分析器分 析所述铸件设计的几何设计以便确定是否符合铸件制造原则的几何设计规则从而确定所 述铸件设计的几何设计能力。所述铸造评估工具评估由所述铸件设计限定并通过仿真铸造 工艺铸造的虚拟铸件，所述虚拟铸件被评估以便确定铸造缺陷的形成从而确定所述铸件设 计的铸造能力。所述残余应力评估工具评估通过仿真热处理工艺进行热处理的所述虚拟铸 件以确定应力水平和破裂的形成从而确定所述铸件设计的热处理能力。所述加工评估工具 评估通过仿真加工工艺进行加工的所述虚拟铸件以确定破裂的形成和尺寸精确性中的至 少一个从而确定所述铸件设计的加工能力。如果所述铸件设计分别被所述几何分析器、所 述铸造评估工具、所述残余应力评估工具或所述加工评估工具确定为不能几何设计、不能 铸造、不能热处理、或不能加工，则所述几何分析器、所述铸造评估工具、所述残余应力评估 工具和所述加工评估工具中的至少一个建议修正所述铸件设计以便为了制造而优化所述 铸件设计。可选地，按照所述几何分析器、所述铸造评估工具、所述残余应力评估工具和所述 加工评估工具中的至少一个的建议对铸件设计进行的修正可包括修正所述铸件设计的几 何设计、形成铸件设计的金属或合金、形成铸造模具的材料、淬火介质、所述铸件设计的加 工裕度(machining stock)的尺寸、铸造工艺、热处理工艺和加工工艺中的至少一个。此 夕卜，按照所述几何分析器、所述铸造评估工具、所述残余应力评估工具和所述加工评估工具 中的至少一个的建议对铸件设计进行的修正可由所述系统来进行可制造性评估。再者，所述几何分析器可包括几何铸件设计工具，所述几何铸件设计工具产生和/或修正所述铸件 设计，以便由所述系统进行可制造性评估。所述几何分析器可识别并接受由常规几何铸件 设计工具产生的用于可制造性评估的铸件设计，并且所述几何分析器可与常规几何铸件设 计工具兼容以便集成和运行。另外，所述系统还可包括用于执行仿真铸造工艺、仿真热处理 工艺和仿真加工工艺中的至少一个的仿真模块。 根据另一个示例性实施方式，一种用于评估铸件设计的可制造性的系统包括工作 数据库、几何分析器、铸造评估工具、残余应力评估工具和加工评估工具中的至少一个。所 述工作数据库包括与制造由所述铸件设计限定的铸件有关的数据。所述几何分析器包括搜 索引擎和知识数据库，搜索引擎和知识数据库分析所述工作数据库的数据以评估所述铸件 设计以便确定是否符合铸件制造原则从而确定所述铸件设计的几何设计能力。所述铸造评 估工具包括几何模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于评估铸件设计的可制造性的系统，所述系统包括几何分析器、铸造评估工具、残余应力评估工具和加工评估工具中的至少一个，其中：所述几何分析器分析所述铸件设计的几何设计以便确定是否符合铸件制造原则的几何设计规则从而确定所述铸件设计的几何设计能力；所述铸造评估工具评估由所述铸件设计限定并通过仿真铸造工艺铸造的虚拟铸件，所述虚拟铸件被评估以便确定铸造缺陷的形成从而确定所述铸件设计的铸造能力；所述残余应力评估工具评估通过仿真热处理工艺进行热处理的所述虚拟铸件以便确定应力水平和破裂的形成从而确定所述铸件设计的热处理能力；所述加工评估工具评估通过仿真加工工艺进行加工的所述虚拟铸件以便确定破裂的形成和尺寸精确性中的至少一个从而确定所述铸件设计的加工能力；并且如果所述铸件设计分别被所述几何分析器、所述铸造评估工具、所述残余应力评估工具或所述加工评估工具确定为不能几何设计、不能铸造、不能热处理、或不能加工，则所述几何分析器、所述铸造评估工具、所述残余应力评估工具和所述加工评估工具中的至少一个建议对所述铸件设计进行修正以便为了制造而优化所述铸件设计。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：Q王，Y王，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]