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1、发动机缸盖、排气管铸造模具C A D / C A M 何力、付勇智 东喊 汽 乍 呀生 研扎院 计界 R 部 摘要:缸盖 是发 动机中 JU复 杂、 最具有 代表性的零 件之一， 应用 C A D / C A M集成和无 纸化设计思想来进行缸盖和排气管铸造模具的设计制造，探索了虚拟制造技术应用在模 具C AD / C AM中的力法 书体词:C A D , C A M, 缸盖， 模ft, 虚拟制造 . 月 臼 石 缸盖是发动机零件中最复杂的零件之 一 它由气道、水套、燃烧室悦部分组成， 零 件形状复杂， 结构 紧凑， 是 影响发动机性能的 关键零州之一。 气道形状有 定的规则， 它的变化直接影响
2、发动机的进排气量,压缩比等性能，进而影响发动机的燃烧，关系到 发动机的功率、排放“ t 指标。水套的壁厚是否均匀关系到发动机的冷却性能、可靠性等 等。然而缸盖中的气道、水套、 燃烧室等部分的零件表面不用机加 1 : ,直接铸造成刑 o 因而 导致缸盖 模1 i- / r 状复杂、 结构紧凑、形 状精度要求高、 难度人。可以说， i 盖模具 是发动机铸造模具中形状最为复杂、难度最大、技术要求最高的模具。缸盖模具的传统 设计制造方法周期长反复次数多、严重制约新产品投放市场的速度 E Q 4 9 1 发动机是东风汽车公11 J 轻4 ?. 车建设 的关键项E 1 之一， 是东风公T 7 拓宽产品 系
3、列，向 两翼发 展的重中 之重。 E Q 4 9 1发 动机排气管无进f 7 件可 替代， 且 E Q 4 9 1 发动 机排气管生 产线n试无 样件，解次 E Q 4 9 1发动 机缸盖和排气管铸造模具的设计制造问 题是E Q 4 9 1 发 动机 l 产 准? r 的需要 斌，d，刁J， 几 1 三 要工作内 容和技术方案 本项目由 缸盖 模具C A D / C A M和 排气管模具C A D / C A M组成。 根据气道样棒完成 气道的 3 维设计，根据产品 以丫 图、模具_维图完成模具的3 维设计和 C A M 1 E Q 4 9 1 发动机缸m #具C A D / C A M 缸盖
4、模具由进、排气道，上、 卜 水套.摸样底座和轴孔七套模具组成 山 进气道、排气道 3 维设计 完成气道 3维曲面的构造，设计好的气道经加_ 二 后得到的实物经试验验证符合设 计要求。 将 3坐标测量机测得的气道 3维测童点数据经格式转换后输入到 P r o /E N G I N E E R 软件中，在 P R O N E软件中利用 P R O / S C A N - T OO L S模块对输入的网格点进行适当的处 理， 删除坏点后生成造型曲线，在由 造型曲 线生成曲面、再 用 z向投影得到气道的外 轮廓线，利用可视 化l : 具调 整外轮廓线， 从而得到分型线。 然后根据分 q 线及气道截面
5、变化规律、 I xi螺栓孔定位孔等约束条件调整网格点，重新生成造型曲线，利用可视化 动态曲线分析 r 具调整造!; d 曲线使之光顺，A用光顺后的造型曲线生成气道曲面。再利 用P R O / S C A N - T O O L S 提供的可视化动态曲面分析工具 调裂气道曲 面使之满足气道对形 状的要求利川数字化技术完成气道口与燃烧室的匹配 ( 2 ) 进气道、排气道模具 3 维没计 将符合设计要求的气道乘以缩放比后定位于模具的相应位置，根据二维图纸完成 模具其它部分的3 维设计 ( 3 ) 上 水套、 卜 水套模具3 维设计 发动机缸盖的气道、燃烧室部分I $ 厚要求均匀，为此首先解决气道燃烧
6、室的等距 面的生成问题。但是，由于气道形状复杂，现有的软侧无法直接生成气道的等距a u l我 们利用球头刀刀心距加 1 面等距的原理和 C A M 技术生成气道的等距点，根据等距点用 反求 下 程生成气道的等距面。 根据_ _ 维图纸完成模具的3维设计， 角 Y ;丸干涉及过渡问题， 修改_维设计错误:采用装配设计方法完成上 卜 模分1 “ a 面设计 川 缸盖铸造模具 C AM 根 据铸造 艺 要求及模具形状完成模具加 的 _ 艺设计， 依据 艺设 计完成模具 加 _ 数控机床走刀轨迹铺设及前后置处理。 2 E Q 4 9 1 发动机 排气管模具C A D / C A M 排气管模具由3 个
7、芯盒和外模四套模具组成。 ( 1 ) 、2号 芯盒模具计算机辅助设计 根据产品图纸在计算机内完1 1 排气管管门型面设计，用 z向外轮廓投影得到排气 管的分型线，再依据分型线进行分型面的设计，根据 一 维图纸完成模具的3维设计 ( 2 ) 3 号芯盒模具3维设计。 根据模具 一 维图纸和排气管形状完成模具的3维设计，保证排气管壁厚满足要求。 ( 3 ) 排气管外模模具3维设计 根据模具二维图纸和排气管形状完成模具的3维设计，保证排气管壁厚满足要求 根据3号芯盒的3维数据采用装配设计方法完成外模与3号芯盒配合面的设计 ( 4 ) 排气管铸造模具C A M 根据铸造工艺耍求及模具形状完成模具加 厂
8、 的 _ 艺设计，依据 艺设计完成模具 加 _ 数控机床走刀轨迹铺设及前后置处理 3 砂芯成型检验 将上 卜 模在计算机里合模，抽取中间的空腔生成高压造型得J 9 的砂芯的 3维模型 来检验模具3维设计的质髦。将全套模具铸得的砂芯装配在 ， 起，进而验证全套模具之 间的定位关系，检验全套模具的设计质JW，实现铸件的虚拟制造。 汽 效益分析 本项口中，我们应川可视化技术完成了发动机气道的 3维设计，利用可视化动态 分析技术完成气送曲面的调整 使气道 3维曲面光滑光顺，利用 数字化技术完成气逆口与 燃烧室 的匹配。采用原方法用了 6个月、 试切了多次还未能满足要求，采 用新力法只用了 半个月就完成
9、 3 维设计，仅试切了 2次就达到了 要求利用 C A M 原理和反求 _ 程进行水套的气道壁设计，应川 C A D / C A M 集成和无纸化设计思 想来进行模具的设计制造.完成 了发动机缸盖模贝、刊气带芯盒 及模具的 3 维 设计，直接在计算 机里完成于 气带管口及分刑面的 设 计 和C A M 。 利 用 先 进 的 C A D / C A M 软件在计算机里 以接 由产品的三维数据设计模具，用 装配设计进行模具的设计以保证 模具的设计质量。研究虚拟制造 技术在模具 C A D / C A M 中应用， 在计算机里用 P R O / E软们完成上 卜 模合模，井抽取出砂芯的 3维 模型
10、。使东风汽车公司的产品升发 图 l E Q 4 9 1 I A .砂芯及铸1 1 和铸造模具的设计制造达到了一个新的水平 通过该项目的实施，在较短的时间里完成韵盖、排气管模具的C AD / C A M ! 作， 加速了E Q 1 0 3 0轻M 1 I 的生产准各 解次了E Q 4 9 l发 动机生占 无铸件的燃眉之急，为 E Q 4 9 1发动机排气管生产线调试提供样4 I 。由于 采用 了 新的气道设计方法、C A D / C AM 集成技术使模具的设计制造周期缩知 了华年以 卜 ，设计质星人人提高，提高了气道 3 维 设计的效率，节省了大星的气道试切费用采用模具 C A D / C A
11、M 技术、虚拟制造技术 可直观的在计算机上显示出设计中的错误，这样能及时发现j i 更改设计中的错误，保证 了产品质量和模具生产的一次调试成功， 、 约 r 大晕 l勺 调试时间和费用 四 进 一 步发展的设想 通过完成这两个零件的铸造模具的计算机辅助设计辅助制造，使我们在进行铸造 模具的 C AD / C A M 方面积累了宝贵的经验，利) 月 先进的 C AD / C A M 软件，我们已经能 够做到: 直接在计算机里进行零刊的3 维设计，井由零们的 3 维模型设计分型线、分型面， 进一步在计算机里直接完成模具的 3 维设计， 根据模具的 3 维模n u 抽取砂芯的3维模 进而得到铸件的3维模型1 月 以检验模具设计的质华 最终完成模具数控编程、 加 _ 模拟 实现模具设 计制造的无纸化 也就是实现在铸造模具的设 计制造过程中应用C A D / C A M 集成技术、 虚 拟制造 技术 从而提高 模具设计制造水平和质娜， 加 速模具设计制 造速 度， 缩短产品生产准备周期，实现模具设计制造质的 飞 跃
