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汽車發(fā)動機缸蓋、排氣管鑄造模CADCAM技術(shù)

缸蓋是發(fā)動機零件中最復雜的零件之一，它由氣道、水套、燃燒室等部分組成，零件形狀復雜、結(jié)構(gòu)緊湊，是影響發(fā)動機性能的關(guān)鍵零件之一。氣道形狀有一定的規(guī)則，它的變化直接影響發(fā)動機的進排氣量、壓縮比等性能，進而影響發(fā)動機的燃燒，關(guān)系到發(fā)動機的功率、排放等指標。水套的壁厚是否均勻關(guān)系到發(fā)動機的冷卻性能、可靠性等等。然而，缸蓋中的氣道、水套、燃燒室等部分的零件表面不用機加工、直接鑄造成型。因而導致缸蓋模具形狀復雜、結(jié)構(gòu)緊湊、形狀精度要求高、難度大?？梢哉f，缸蓋模具是發(fā)動機鑄造模具中形狀最為復雜、難度最大、技術(shù)要求最高的模具。缸蓋模具的傳統(tǒng)設(shè)計制造方法周期長、反復次數(shù)多、嚴重制約新產(chǎn)品投放市場的速度。 

EQ491發(fā)動機是東風汽車公司輕型車建設(shè)的關(guān)鍵項目之一，是公司拓寬產(chǎn)品系列，向兩翼發(fā)展的重中之重。EQ491發(fā)動機排氣管無進件可替代，且EQ491發(fā)動機排氣管生產(chǎn)線調(diào)試無樣件，解決EQ491發(fā)動機缸蓋和排氣管鑄造模具的設(shè)計制造問題是EQ491發(fā)動機生產(chǎn)準備的需要。  

主要工作內(nèi)容和技術(shù)方案 

本項目由缸蓋模具CAD/CAM和排氣管模具CAD/CAM組成。根據(jù)氣道樣棒完成氣道的3維設(shè)計，根據(jù)產(chǎn)品工程圖、模具二維圖完成模具的3維設(shè)計和CAM 。 

1 EQ491發(fā)動機缸蓋模具 CDA/CAM 缸蓋模具由進、排氣道，上、下水套，模樣底座和軸孔七套模具組成。 

進氣道、排氣道3維設(shè)計。 

完成氣道理維曲面的構(gòu)造，設(shè)計好的氣道經(jīng)加工后得到的實物經(jīng)試驗驗證符合設(shè)計要求。 

將3坐標測量機測得的氣道3維測量點數(shù)據(jù)經(jīng)格式轉(zhuǎn)換后輸入到 Pro/ENGINEER 軟件中，在 Pro/E 軟件中利用 PRO/SCAN-TOOLS 模塊對輸入的網(wǎng)格點進行適當?shù)奶幚恚瑒h除壞點后生成造型曲線，在由造型曲線生成曲面，再用Z向投影得到氣道的外輪廓線，利用可視化工具調(diào)整外輪廓線，從而得到分型線。然后根據(jù)分型線及氣道截面變化規(guī)律、缸蓋螺栓孔定位孔等約束條件調(diào)整網(wǎng)格點，重新生成造型曲線，利用可視化動態(tài)曲線分析工具調(diào)整造型曲線使之光順。并用光順后的造型曲線生成氣道曲面。再利用 PRO/SCAN-TOOLS 提供的可視化動態(tài)曲面分析工具調(diào)整氣道曲面使之滿足氣道對形狀的要求。利用數(shù)字化技術(shù)完成氣道口與燃燒室的匹配。 

進氣道、排氣道模具3維設(shè)計。 

將符合設(shè)計要求的氣道乘以縮放比后定位于模具的相應(yīng)位置，根據(jù)二維圖紙完成模具其它部分的3維設(shè)計。 

上水套、下水套模具3維設(shè)計。 

發(fā)動機缸蓋的氣道、燃燒室部分壁厚要求均勻，為此首先解決氣道燃燒室的等距面的生成問題。但是，由于氣道形狀復雜，現(xiàn)有的軟件無法直接生成氣道的等距面，我們利用球頭刀刀心距加工面等距的原理和CAM技術(shù)生成氣道的等距點，根據(jù)等距點用反求工程生成氣道的等距面。根據(jù)二維圖紙完成模具的3維設(shè)計，解決干涉及過渡問題，修改二維設(shè)計錯誤；采用裝配設(shè)計方法完成上下模分型面設(shè)計。 

缸蓋鑄造模具CAM 

根據(jù)鑄造工藝要求及模具形狀完成模具加工的工藝設(shè)計，依據(jù)工藝設(shè)計完成模具加工數(shù)控機床走刀軌跡鋪設(shè)及前后置處理。 

2 EQ491 發(fā)動機排氣管模具 CAD/CAM 排氣管模具由3個芯盒和外模四套模具組成。 

1 、 2 號芯盒模具計算機輔助設(shè)計。 

根據(jù)產(chǎn)品圖紙在計算機內(nèi)完成排氣管管口型面設(shè)計，用Z向外輪廓投影得到排氣管的分型線，再依據(jù)分型線進行分型面的設(shè)計，根據(jù)二維圖紙完成模具的3維設(shè)計。 

3 號芯盒模具3維設(shè)計。 

根據(jù)模具二維圖紙和排氣管形狀完成模具的 3 維設(shè)計，保證排氣管壁厚滿足要求。 

排氣管外模模具3維設(shè)計。 

根據(jù)模具二維點紙和排氣管形狀完成模具的3維設(shè)計，保證排氣管壁厚滿足要求。根據(jù)3號芯盒的3維數(shù)據(jù)采用裝配設(shè)計方法完成外模與3號芯盒配合面的設(shè)計。 

排氣管鑄造模具 CAM 。 

根據(jù)鑄造工藝要求及模具形狀完成模具加工的工藝設(shè)計，依據(jù)工藝設(shè)計完成模具加工數(shù)控機床走刀軌跡鋪設(shè)及前后置處理。 

3砂芯成型檢驗 將上下模在計算機里合模，抽取中間的空腔生成高壓造型得到的砂芯的3維模型來檢驗?zāi)＞?3 維設(shè)計的質(zhì)量。如果將全套模具鑄得的砂芯裝配在一起就可以驗證全套模具之間的定位關(guān)系，檢驗全套模具的設(shè)計質(zhì)量，實現(xiàn)鑄件的虛擬制造。 

采用的新技術(shù) 

采用 CAD/CAM 集成和無紙化設(shè)計思想來進行模具的設(shè)計制造，直接在計算機里完成排氣管管口及分型面的設(shè)計和 CAM 。研究虛擬制造技術(shù)在模具 CAD/CAM 中應(yīng)用，在計算機里用 PRO/E 軟件完成上下模合模，并抽取出砂芯的3維模型。利用可視化動態(tài)分析技術(shù)完成氣道曲面的調(diào)整，使氣道 3 維曲面光滑光順，利用數(shù)字化技術(shù)完成氣道口與燃燒室的匹配。采用原方法用了6個月、試切了多次還未能滿足要求，采用新方法只用了半個月就完成 3 維設(shè)計，僅試切了2次就達到要求。 

利用 CAM 原理和反求工程進行水套的氣道壁設(shè)計，利用先進的 CAD/CAM 軟件在計算機直接由產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)設(shè)計模具，利用裝配設(shè)計進行模具的設(shè)計以保證模具的設(shè)計質(zhì)量，利用先進的 CAD/CAM 軟件完成模具的3維設(shè)計和 CAM 工作，處于國內(nèi)領(lǐng)先水平。 

技術(shù)水平與效益分析 

當前國外各大汽車公司已廣泛采用 CAD/CAM 集成技術(shù)進行鑄造模具的設(shè)計和制造。我國各大汽車廠自80年代中開始引進 CAD/CAM 技術(shù)，主要應(yīng)用于2維繪圖、 CAM 技術(shù)開始應(yīng)用。 90年代初，國內(nèi)各主要汽車廠著手開展 CAD/CAM 的推廣應(yīng)用，均已投入了大量的人力、物力、財力，購入相應(yīng)的軟硬件設(shè)備， CAD/CAM 技術(shù)得到廣泛的推廣應(yīng)用。我們應(yīng)用可視化技術(shù)完成了發(fā)動機氣道的3維設(shè)計，利用數(shù)字化技術(shù)完成氣道口與燃燒室的匹配，應(yīng)用 CAD/CAM 技術(shù)完成了發(fā)動機缸蓋模具、排氣管芯盒及模具的3維設(shè)計，利用 CAM 原理和反求工程進行水套的氣道壁設(shè)計，利用先進的 CAD/CAM 軟件在計算機里直接由產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)設(shè)計模具，用裝配設(shè)計進行模具的設(shè)計以保證模具的設(shè)計質(zhì)量，利用先進的 CAD/CAM 軟件完成模具的3維設(shè)計和 CAM 工作，驗證了虛擬制造的可行性，使東風汽車公司的產(chǎn)品開發(fā)和鑄造模具的設(shè)計制造達到了一個新的水平。 

通過該項目的實施在較短的時間里完成缸蓋、排氣管模具的CAD/CAM工作，加速了EQ1030輕型車的生產(chǎn)準備，解決了EQ491發(fā)動機生產(chǎn)無鑄件的燃眉之急，為EQ491發(fā)動機排氣管生產(chǎn)線調(diào)試提供樣件。由于采用了新的氣道設(shè)計方法，CAD/CAM集成技術(shù)使模具的設(shè)計制造周期縮短了半年以上，設(shè)計質(zhì)量大大提高，提高了氣道3維設(shè)計的效率，節(jié)省了大量的氣道試切費用。采用模具CAD/CAB技術(shù)、虛擬制造技術(shù)可直觀的在計算機上顯示出設(shè)計中的錯誤，這樣能及時發(fā)現(xiàn)并更改設(shè)計中的錯誤，保證了產(chǎn)品質(zhì)量和模具生產(chǎn)的一次調(diào)試成功，節(jié)約了大量的調(diào)試時間和費用。