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汽車發動機缸蓋、排氣管鑄造模CADCAM技術


日期:2015/9/2

缸蓋是發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、結構緊湊,是影響發動機性能的關鍵零件之一。氣道形狀有一定的規則,它的變化直接影響發動機的進排氣量、壓縮比等性能,進而影響發動機的燃燒,關系到發動機的功率、排放等指標。水套的壁厚是否均勻關系到發動機的冷卻性能、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、結構緊湊、形狀精度要求高、難度大?梢哉f,缸蓋模具是發動機鑄造模具中形狀最為復雜、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、反復次數多、嚴重制約新產品投放市場的速度。

EQ491發動機是東風汽車公司輕型車建設的關鍵項目之一,是公司拓寬產品系列,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發動機排氣管生產線調試無樣件,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發動機生產準備的需要。
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,根據產品工程圖、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、下水套,模樣底座和軸孔七套模具組成。 

進氣道、排氣道3維設計。 

完成氣道理維曲面的構造,設計好的氣道經加工后得到的實物經試驗驗證符合設計要求。 

3坐標測量機測得的氣道3測量點數據經格式轉換后輸入到 Pro/ENGINEER 軟件中,在 Pro/E 軟件中利用 PRO/SCAN-TOOLS 模塊對輸入的網格點進行適當的處理,刪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,利用可視化工具調整外輪廓線,從而得到分型線。然后根據分型線及氣道截面變化規律、缸蓋螺栓孔定位孔等約束條件調整網格點,重新生成造型曲線,利用可視化動態曲線分析工具調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 提供的可視化動態曲面分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。 

將符合設計要求的氣道乘以縮放比后定位于模具的相應位置,根據二維圖紙完成模具其它部分的3維設計。 

上水套、下水套模具3維設計。 

發動機缸蓋的氣道、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技術生成氣道的等距點,根據等距點用反求工程生成氣道的等距面。根據二維圖紙完成模具的3維設計,解決干涉及過渡問題,修改二維設計錯誤;采用裝配設計方法完成上下模分型面設計。 

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跡鋪設及前后置處理。 

2 EQ491 
發動機排氣管模具 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計。 

根據產品圖紙在計算機內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型線,再依據分型線進行分型面的設計,根據二維圖紙完成模具的3維設計。 

3 
號芯盒模具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號芯盒的3維數據采用裝配設計方法完成外模與3號芯盒配合面的設計。 

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跡鋪設及前后置處理。 

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維模型來檢驗模具 3 維設計的質量。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系,檢驗全套模具的設計質量,實現鑄件的虛擬制造。 

采用的新技術 

采用 CAD/CAM 集成和無紙化設計思想來進行模具的設計制造,直接在計算機里完成排氣管管口及分型面的設計和 CAM 。研究虛擬制造技術在模具 CAD/CAM 中應用,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。利用可視化動態分析技術完成氣道曲面的調整,使氣道 3 維曲面光滑光順,利用數字化技術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計,利用先進的 CAD/CAM 軟件在計算機直接由產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,處于國內領先水平。 

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