Cimatron 在發動機進氣接管殼芯盒模具中的應用

思美創(北京)科技有限公司資深技術工程師 胡志林   

     

   
         
   

 

一、 前言

作為發動機上一個不可缺少的部件進氣接管,它的質量和外觀越來越受到人們的關注。現在發動機行業為了節約成本又要保證外觀和質量通常採用殼芯結合重力澆注的鑄造方法來生產進氣接管。 Ciamtron 在模具行業有很多優勢,被業界公認為是工模具行業 CAD/CAM 軟體的絕對領導者。本文將介紹 Ciamtron 在車用發動機進氣接管殼芯模具上的應用,重點介紹了進氣接管從零件設計到模具設計最後到模具加工一體化的解決方案。

二、 進氣接管零件設計

Cimatron 支援曲面與實體混合造型,造型介面直觀,調用命令方便快捷,生成曲線、曲面、實體命令豐富,編輯靈活。

設計進氣接管需要以下幾個主要步驟:

步驟一:利用曲線、曲面命令生成空間曲線也就是進氣接管的氣道中心線。

步驟二:利用實體導動命令生成進氣接管主體外形。

步驟三:通過增加特徵、打孔等功能生成進氣接管最終外形。取檔案名: 進氣接管 .elt 然後保存,設計殼芯實際外形的基礎模型也就算設計完畢。

 

步驟四:利用 Cimatron 繪圖功能生成工程圖,工程圖功能提供了各種視圖的自動生成,工程圖和三維實體關聯,三維實體的改變都會直接反映到工程圖上。

 

零件的材質為 ZL102 ,最大外形尺寸 181x122x115 。

三、進氣接管模具殼芯形狀設計

我們在 Cimatron 設計環境中按照鑄造工藝參考零件模型來設計 殼芯形狀也就是 實際中的芯子。

步驟一、生成芯子外形面。在設計環境中打開上步設計的 進氣接管零件,也就是打開檔進氣接管 .elt , 把進氣接管零件裏腔需要用芯子生成的曲面拷貝下來建立一個集合,取名芯子外形面。

步驟二、生成殼芯 .elt 文件。把這個芯子外形面集合輸出為另一個檔,取名殼芯 .elt

步驟三、生成芯頭定位部分。在 CAD 環境打開殼芯 .elt ,利用 Cimatron 曲面拉伸等功能作出殼芯定位段部分。

 

步驟四、生成芯子實際外形。利用複製鏡像功能生成芯子的另一面 , 最終的結果是實際芯子的形狀。設計好的模型取名: 殼芯 .elt 然後保存。供下步設計使用。

實際的芯子形狀( 殼芯 .elt )

說明: 為了提高生產效率工藝要求一型要出兩件進氣接管,也就是要求實際的芯子是上圖所示,其中兩頭紅色為定位芯頭,中間綠色為連接和定位段,藍色為生成進氣接管裏腔的工作部分。

四、 進氣接管模具 芯盒動、靜模體及裝配設計

Cimatron 可以根據曲面或實體模型快速分出動、靜模和滑塊的分模面,利用功能豐富的曲線、曲面功能作出動靜模共用的分模面,再結合其他功能很容易設計出芯盒動、靜模體。設計的主要步驟如下:

步驟一、進入分模設計 , 載入上步設計的資料模型殼芯 .Elt.

步驟二、利用最大輪廓線自動斷開功能把殼芯外形分為兩部分,一部分為動模面,另一部分靜模面。

步驟三、檢測拔模角, Cimatron 允許設計者隨時檢測拔模角,並以不同的顏色顯示拔模角的大小,紅色表示負拔模。觀察分模面有沒有倒拔模,沒有繼續下一步。

步骤四、共有分模面设计,利用组合曲线和拉伸、混合曲面等功能设计动、静模共有的分模面。 分模面最终外形如下:

步驟五、設計芯盒動、靜模毛坯,通過草繪一個毛坯外形,再用拉伸功能即可完成。

步驟六、輸出動模體和靜模體,這兩個部分都含有毛坯和分模面。

步驟七、生成芯盒動模體、靜模體。

Cimatron 是通過縫合分模面,再用切出命令生成動模體和靜模體。

                          芯盒动模体                            芯盒静模体

步驟八、 進氣接管模具 裝配設計

Cimatron 裝配功能齊全,為裝配零件提供了便捷的約束指令,可以根據企業的要求作出標準件庫,可以在裝配環境中參考其他零件任意創建所需要的特殊零件。

在進氣接管模具 裝配裏設計內容包括:確定模架大小,在模體上確定頂杆直徑大小及位置、確定加熱管功率大小及位置、確定定位銷孔位置等等,下圖是在裝配環境中設計的結果:

五、進氣接管殼芯盒模具的加工

Cimatron 加工特色: 1 、 基於知識的加工( KBM ) 2 、基於毛坯殘留知識( KSR )的加工 3 、基於斜率的一體化分析功能 4 、自動化加工( ANC ),可以稱為面向 NC 的 CAPP 5 、世界領先的高速銑削加工 (H.S.M.) 。 Cimatron 加工以簡單易學,高效安全著稱於世。

進氣接管殼芯盒模具的加工設計過程:

步驟一、進入加工環境,調入 進氣接管殼芯盒動模 。

步驟二、粗加工設計。毛坯是矩形方塊,尺寸 468x262x104 ,材質為耐熱鑄鐵 RTCr 。粗加工加工策略採用體積銑、毛坯環切,刀具選擇φ 24 R4 環刀。設置參數及刀路軌跡如下 :

步驟三、半精加工設計。 加工策略 採用體積銑、二次開粗選項對模具進行半精加工,系統會自動在餘料大的地方進行二次開粗,保證為下一道工序精加工留量一致,根據零件特點刀具選擇 φ 16 球刀,設置參數及刀路軌跡如下:

步驟四、精加工設計。根據零件特點,芯子面和分模面應採用不同的刀具加工,芯子面刀具使用球刀,分模面精加工刀具採用環刀。

分模面精加工 策略 選擇曲面銑、根據角度精銑,使用這種策略系統會自動查找平緩區域和垂直區域,不同的區域採取不同的加工策略,直到滿足圖紙要求為止,刀具選擇 φ 16 R4 環刀。設置參數及刀路軌跡如下:

裏腔芯子面精 加工策略 選擇曲面銑、根據角度精銑,刀具選擇 φ 12 球刀。設置參數及刀路軌跡如下:

步驟五、清根設計。 加工策略選擇局部精細加工、清根銑。刀具選擇φ 6 球刀,由於與前一把刀具直徑φ 12 相差大一些,系統會採取二次開粗保護刀具。設置參數及刀路軌跡如下:

步驟六、仿真類比。模擬可以觀察加工的效果。 Cimatron 的模擬最大特點是比較真實,模擬能很好地反映實際。最終模擬結果如下:

步驟七、後置處理,生成 G 代碼。 Cimatron 支持法納克,西門子、海德漢等數控系統。下圖是清根程式的一部分:

同樣過程使用 Cimatron 軟體加工出模具另一半型——進氣接管殼芯盒靜模。

六、總結

使用 Cimatron 設計和加工進氣接管殼芯盒模具,使原來兩個半月才能交貨的一整套模具現在只要一個月就可以了,大大降低了模具的開發週期。而且基於毛坯殘留知識的加工特色使的 Cimatron 軟體在加工模具的整個過程中沒有產生過切,模具一次驗收合格。