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汽車發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋、排氣管鑄造模CADCAM技術(shù)

缸蓋是發(fā)動(dòng)機(jī)零件中最復(fù)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(fù)雜、結(jié)構(gòu)緊湊，是影響發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)的進(jìn)排氣量、壓縮比等性能，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的燃燒，關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)的功率、排放等指標(biāo)。水套的壁厚是否均勻關(guān)系到發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)加工、直接鑄造成型。因而導(dǎo)致缸蓋模具形狀復(fù)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(dòng)機(jī)鑄造模具中形狀最為復(fù)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(jì)制造方法周期長、反復(fù)次數(shù)多、嚴(yán)重制約新產(chǎn)品投放市場(chǎng)的速度。 

EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)是東風(fēng)汽車公司輕型車建設(shè)的關(guān)鍵項(xiàng)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(dòng)機(jī)排氣管無進(jìn)件可替代，且EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管生產(chǎn)線調(diào)試無樣件，解決EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)缸蓋和排氣管鑄造模具的設(shè)計(jì)制造問題是EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)準(zhǔn)備的需要。  

主要工作內(nèi)容和技術(shù)方案 

本項(xiàng)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(jì)，根據(jù)產(chǎn)品工程圖、模具二維圖完成模具的3維設(shè)計(jì)和CAM 。 

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

進(jìn)氣道、排氣道3維設(shè)計(jì)。 

完成氣道理維曲面的構(gòu)造，設(shè)計(jì)好的氣道經(jīng)加工后得到的實(shí)物經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證符合設(shè)計(jì)要求。 

將3坐標(biāo)測(cè)量機(jī)測(cè)得的氣道3維測(cè)量點(diǎn)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(duì)輸入的網(wǎng)格點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?，刪除壞點(diǎn)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(diǎn)，重新生成造型曲線，利用可視化動(dòng)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(dòng)態(tài)曲面分析工具調(diào)整氣道曲面使之滿足氣道對(duì)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(jìn)氣道、排氣道模具3維設(shè)計(jì)。 

將符合設(shè)計(jì)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(jì)。 

上水套、下水套模具3維設(shè)計(jì)。 

發(fā)動(dòng)機(jī)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(fù)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(diǎn)，根據(jù)等距點(diǎn)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(jì)，解決干涉及過渡問題，修改二維設(shè)計(jì)錯(cuò)誤；采用裝配設(shè)計(jì)方法完成上下模分型面設(shè)計(jì)。 

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(jì)，依據(jù)工藝設(shè)計(jì)完成模具加工數(shù)控機(jī)床走刀軌跡鋪設(shè)及前后置處理。 

2 EQ491 發(fā)動(dòng)機(jī)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 號(hào)芯盒模具計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)。 

根據(jù)產(chǎn)品圖紙?jiān)谟?jì)算機(jī)內(nèi)完成排氣管管口型面設(shè)計(jì)，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(jìn)行分型面的設(shè)計(jì)，根據(jù)二維圖紙完成模具的3維設(shè)計(jì)。 

3 號(hào)芯盒模具3維設(shè)計(jì)。 

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(jì)，保證排氣管壁厚滿足要求。 

排氣管外模模具3維設(shè)計(jì)。 

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

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(jì)，依據(jù)工藝設(shè)計(jì)完成模具加工數(shù)控機(jī)床走刀軌跡鋪設(shè)及前后置處理。 

3砂芯成型檢驗(yàn) 將上下模在計(jì)算機(jī)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(yàn)?zāi)＞?3 維設(shè)計(jì)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(yàn)證全套模具之間的定位關(guān)系，檢驗(yàn)全套模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量，實(shí)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(jì)思想來進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)制造，直接在計(jì)算機(jī)里完成排氣管管口及分型面的設(shè)計(jì)和 CAM 。研究虛擬制造技術(shù)在模具 CAD/CAM 中應(yīng)用，在計(jì)算機(jī)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(dòng)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(gè)月、試切了多次還未能滿足要求，采用新方法只用了半個(gè)月就完成 3 維設(shè)計(jì)，僅試切了2次就達(dá)到要求。 

利用 CAM 原理和反求工程進(jìn)行水套的氣道壁設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的 CAD/CAM 軟件在計(jì)算機(jī)直接由產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)模具，利用裝配設(shè)計(jì)進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)以保證模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量，利用先進(jìn)的 CAD/CAM 軟件完成模具的3維設(shè)計(jì)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(dāng)前國外各大汽車公司已廣泛采用 CAD/CAM 集成技術(shù)進(jìn)行鑄造模具的設(shè)計(jì)和制造。我國各大汽車廠自80年代中開始引進(jìn) 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(cái)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(dòng)機(jī)氣道的3維設(shè)計(jì)，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(dòng)機(jī)缸蓋模具、排氣管芯盒及模具的3維設(shè)計(jì)，利用 CAM 原理和反求工程進(jìn)行水套的氣道壁設(shè)計(jì)，利用先進(jìn)的 CAD/CAM 軟件在計(jì)算機(jī)里直接由產(chǎn)品的三維數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)模具，用裝配設(shè)計(jì)進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)以保證模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量，利用先進(jìn)的 CAD/CAM 軟件完成模具的3維設(shè)計(jì)和 CAM 工作，驗(yàn)證了虛擬制造的可行性，使東風(fēng)汽車公司的產(chǎn)品開發(fā)和鑄造模具的設(shè)計(jì)制造達(dá)到了一個(gè)新的水平。 

通過該項(xiàng)目的實(shí)施在較短的時(shí)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(zhǔn)備，解決了EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)無鑄件的燃眉之急，為EQ491發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)方法，CAD/CAM集成技術(shù)使模具的設(shè)計(jì)制造周期縮短了半年以上，設(shè)計(jì)質(zhì)量大大提高，提高了氣道3維設(shè)計(jì)的效率，節(jié)省了大量的氣道試切費(fèi)用。采用模具CAD/CAB技術(shù)、虛擬制造技術(shù)可直觀的在計(jì)算機(jī)上顯示出設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤，這樣能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更改設(shè)計(jì)中的錯(cuò)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(shí)間和費(fèi)用。