汽車發動機缸蓋、排氣管鑄造模CADCAM技術

缸蓋是發動機零件中最複雜的零件之一(yī)，它由氣道、水套、燃燒室等部分(fēn)組成，零件形狀複雜、結構緊湊，是影響發動機性能(néng)的關(guān)鍵零件之一(yī)。氣道形狀有一(yī)定的規則，它的變化(huà)直接影響發動機的進排氣量、壓縮比等性能(néng)，進而影響發動機的燃燒，關(guān)系到發動機的功率、排放(fàng)等指标。水套的壁厚是否均勻關(guān)系到發動機的冷卻性能(néng)、可靠性等等。然而，缸蓋中的氣道、水套、燃燒室等部分(fēn)的零件表面不用機加工、直接鑄造成型。因而導緻缸蓋模具形狀複雜、結構緊湊、形狀精度要求高、難度大。可以說(shuō)，缸蓋模具是發動機鑄造模具中形狀最為(wèi)複雜、難度最大、技術要求最高的模具。缸蓋模具的傳統設計制造方法周期長、反複次數多、嚴重制約新(xīn)産品投放(fàng)市(shì)場(chǎng)的速度。 

EQ491發動機是東風(fēng)汽車公司輕型車建設的關(guān)鍵項目之一(yī)，是公司拓寬産品系列，向兩翼發展的重中之重。EQ491發動機排氣管無進件可替代，且EQ491發動機排氣管生(shēng)産線調試無樣件，解決EQ491發動機缸蓋和排氣管鑄造模具的設計制造問題是EQ491發動機生(shēng)産準備的需要。  

主要工作(zuò)内容和技術方案 

本項目由缸蓋模具CAD/CAM和排氣管模具CAD/CAM組成。根據氣道樣棒完成氣道的3維設計，根據産品工程圖、模具二維圖完成模具的3維設計和CAM 。 

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

進氣道、排氣道3維設計。 

完成氣道理(lǐ)維曲面的構造，設計好(hǎo)(hǎo)的氣道經加工後得到的實物經試驗驗證符合設計要求。 

将3坐标測量機測得的氣道3維測量點數據經格式轉換後輸入到 Pro/ENGINEER 軟件中，在 Pro/E 軟件中利用 PRO/SCAN-TOOLS 模塊對輸入的網格點進行适當的處理(lǐ)，删除壞點後生(shēng)成造型曲線，在由造型曲線生(shēng)成曲面，再用Z向投影得到氣道的外輪廓線，利用可視(shì)化(huà)工具調整外輪廓線，從而得到分(fēn)型線。然後根據分(fēn)型線及氣道截面變化(huà)規律、缸蓋螺栓孔定位孔等約束條件調整網格點，重新(xīn)生(shēng)成造型曲線，利用可視(shì)化(huà)動态曲線分(fēn)析工具調整造型曲線使之光順。并用光順後的造型曲線生(shēng)成氣道曲面。再利用 PRO/SCAN-TOOLS 提供的可視(shì)化(huà)動态曲面分(fēn)析工具調整氣道曲面使之滿足氣道對形狀的要求。利用數字化(huà)技術完成氣道口與燃燒室的匹配。 

進氣道、排氣道模具3維設計。 

将符合設計要求的氣道乘以縮放(fàng)比後定位于模具的相應位置，根據二維圖紙完成模具其它部分(fēn)的3維設計。 

上(shàng)水套、下(xià)水套模具3維設計。 

發動機缸蓋的氣道、燃燒室部分(fēn)壁厚要求均勻，為(wèi)此首先解決氣道燃燒室的等距面的生(shēng)成問題。但(dàn)是，由于氣道形狀複雜，現(xiàn)有的軟件無法直接生(shēng)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(lǐ)和CAM技術生(shēng)成氣道的等距點，根據等距點用反求工程生(shēng)成氣道的等距面。根據二維圖紙完成模具的3維設計，解決幹涉及過渡問題，修改二維設計錯誤；采用裝配設計方法完成上(shàng)下(xià)模分(fēn)型面設計。 

缸蓋鑄造模具CAM 

根據鑄造工藝要求及模具形狀完成模具加工的工藝設計，依據工藝設計完成模具加工數控機床走刀軌迹鋪設及前後置處理(lǐ)。 

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

1 、 2 号芯盒模具計算(suàn)機輔助設計。 

根據産品圖紙在計算(suàn)機内完成排氣管管口型面設計，用Z向外輪廓投影得到排氣管的分(fēn)型線，再依據分(fēn)型線進行分(fēn)型面的設計，根據二維圖紙完成模具的3維設計。 

3 号芯盒模具3維設計。 

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

排氣管外模模具3維設計。 

根據模具二維點紙和排氣管形狀完成模具的3維設計，保證排氣管壁厚滿足要求。根據3号芯盒的3維數據采用裝配設計方法完成外模與3号芯盒配合面的設計。 

排氣管鑄造模具 CAM 。 

根據鑄造工藝要求及模具形狀完成模具加工的工藝設計，依據工藝設計完成模具加工數控機床走刀軌迹鋪設及前後置處理(lǐ)。 

3砂芯成型檢驗 将上(shàng)下(xià)模在計算(suàn)機裏合模，抽取中間(jiān)的空腔生(shēng)成高壓造型得到的砂芯的3維模型來(lái)檢驗模具 3 維設計的質量。如(rú)果将全套模具鑄得的砂芯裝配在一(yī)起就(jiù)可以驗證全套模具之間(jiān)的定位關(guān)系，檢驗全套模具的設計質量，實現(xiàn)鑄件的虛拟制造。 

采用的新(xīn)技術 

采用 CAD/CAM 集成和無紙化(huà)設計思想來(lái)進行模具的設計制造，直接在計算(suàn)機裏完成排氣管管口及分(fēn)型面的設計和 CAM 。研究虛拟制造技術在模具 CAD/CAM 中應用，在計算(suàn)機裏用 PRO/E 軟件完成上(shàng)下(xià)模合模，并抽取出砂芯的3維模型。利用可視(shì)化(huà)動态分(fēn)析技術完成氣道曲面的調整，使氣道 3 維曲面光滑光順，利用數字化(huà)技術完成氣道口與燃燒室的匹配。采用原方法用了(le)6個(gè)月(yuè)(yuè)、試切了(le)多次還未能(néng)滿足要求，采用新(xīn)方法隻用了(le)半個(gè)月(yuè)(yuè)就(jiù)完成 3 維設計，僅試切了(le)2次就(jiù)達到要求。 

利用 CAM 原理(lǐ)和反求工程進行水套的氣道壁設計，利用先進的 CAD/CAM 軟件在計算(suàn)機直接由産品的三維數據設計模具，利用裝配設計進行模具的設計以保證模具的設計質量，利用先進的 CAD/CAM 軟件完成模具的3維設計和 CAM 工作(zuò)，處于國内領先水平。 

技術水平與效益分(fēn)析 

當前國外各大汽車公司已廣泛采用 CAD/CAM 集成技術進行鑄造模具的設計和制造。我國各大汽車廠自80年代中開始引進 CAD/CAM 技術，主要應用于2維繪圖、 CAM 技術開始應用。 90年代初，國内各主要汽車廠着手開展 CAD/CAM 的推廣應用，均已投入了(le)大量的人(rén)力、物力、财力，購(gòu)入相應的軟硬件設備， CAD/CAM 技術得到廣泛的推廣應用。我們應用可視(shì)化(huà)技術完成了(le)發動機氣道的3維設計，利用數字化(huà)技術完成氣道口與燃燒室的匹配，應用 CAD/CAM 技術完成了(le)發動機缸蓋模具、排氣管芯盒及模具的3維設計，利用 CAM 原理(lǐ)和反求工程進行水套的氣道壁設計，利用先進的 CAD/CAM 軟件在計算(suàn)機裏直接由産品的三維數據設計模具，用裝配設計進行模具的設計以保證模具的設計質量，利用先進的 CAD/CAM 軟件完成模具的3維設計和 CAM 工作(zuò)，驗證了(le)虛拟制造的可行性，使東風(fēng)汽車公司的産品開發和鑄造模具的設計制造達到了(le)一(yī)個(gè)新(xīn)的水平。 

通過該項目的實施在較短的時(shí)間(jiān)裏完成缸蓋、排氣管模具的CAD/CAM工作(zuò)，加速了(le)EQ1030輕型車的生(shēng)産準備，解決了(le)EQ491發動機生(shēng)産無鑄件的燃眉之急，為(wèi)EQ491發動機排氣管生(shēng)産線調試提供樣件。由于采用了(le)新(xīn)的氣道設計方法，CAD/CAM集成技術使模具的設計制造周期縮短了(le)半年以上(shàng)，設計質量大大提高，提高了(le)氣道3維設計的效率，節省了(le)大量的氣道試切費用。采用模具CAD/CAB技術、虛拟制造技術可直觀的在計算(suàn)機上(shàng)顯示出設計中的錯誤，這(zhè)樣能(néng)及時(shí)發現(xiàn)并更改設計中的錯誤，保證了(le)産品質量和模具生(shēng)産的一(yī)次調試成功，節約了(le)大量的調試時(shí)間(jiān)和費用。