Cimatron在发动机进气接管壳芯模具中的应用

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一、 前言
+ [5 D; _6 B: Q4 @作为发动机上一个不可缺少的部件进气接管，它的质量和外观越来越受到人们的关注。现在发动机行业为了节约成本又要保证外观和质量通常采用壳芯结合重力浇注的铸造方法来生产进气接管。 Ciamtron 在模具行业有很多优势，被业界公认为是工模具行业 CAD/CAM 软件的绝对领导者。本文将介绍 Ciamtron 在车用发动机进气接管壳芯模具上的应用，重点介绍了进气接管从零件设计到模具设计最后到模具加工一体化的解决方案。
二、 进气接管零件设计
. d4 E8 m7 |: d1 i( H. C% [Cimatron 支持曲面与实体混合造型，造型界面直观，调用命令方便快捷，生成曲线、曲面、实体命令丰富，编辑灵活。
' J$ H( o) I+ k# [" z设计进气接管需要以下几个主要步骤：
7 T  E5 D; [! r) f# t! Y1 O步骤一：利用曲线、曲面命令生成空间曲线也就是进气接管的气道中心线。

步骤二：利用实体导动命令生成进气接管主体外形。

步骤三：通过增加特征、打孔等功能生成进气接管最终外形。取文件名： 进气接管 .elt 然后保存，设计壳芯实际外形的基础模型也就算设计完毕。

步骤四：利用 Cimatron 绘图功能生成工程图，工程图功能提供了各种视图的自动生成，工程图和三维实体关联，三维实体的改变都会直接反映到工程图上。

零件的材质为 ZL102 ，最大外形尺寸 181x122x115 。

三、进气接管模具壳芯形状设计

我们在 Cimatron 设计环境中按照铸造工艺参考零件模型来设计 壳芯形状也就是 实际中的芯子。

步骤一、生成芯子外形面。在设计环境中打开上步设计的 进气接管零件，也就是打开文件进气接管 .elt ， 把进气接管零件里腔需要用芯子生成的曲面拷贝下来建立一个集合，取名芯子外形面。

步骤二、生成壳芯 .elt 文件。把这个芯子外形面集合输出为另一个文件，取名壳芯 .elt

步骤三、生成芯头定位部分。在 CAD 环境打开壳芯 .elt ，利用 Cimatron 曲面拉伸等功能作出壳芯定位段部分。

步骤四、生成芯子实际外形。利用复制镜像功能生成芯子的另一面 , 最终的结果是实际芯子的形状。设计好的模型取名： 壳芯 .elt 然后保存。供下步设计使用。

实际的芯子形状（ 壳芯 .elt ）
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说明： 为了提高生产效率工艺要求一型要出两件进气接管，也就是要求实际的芯子是上图所示，其中两头红色为定位芯头，中间绿色为连接和定位段，蓝色为生成进气接管里腔的工作部分。

四、 进气接管模具 芯盒动、静模体及装配设计

Cimatron 可以根据曲面或实体模型快速分出动、静模和滑块的分模面，利用功能丰富的曲线、曲面功能作出动静模共用的分模面，再结合其它功能很容易设计出芯盒动、静模体。设计的主要步骤如下：

步骤一、进入分模设计 , 加载上步设计的数据模型壳芯 .Elt.

步骤二、利用最大轮廓线自动断开功能把壳芯外形分为两部分，一部分为动模面，另一部分静模面。

步骤三、检测拔模角， Cimatron 允许设计者随时检测拔模角，并以不同的颜色显示拔模角的大小，红色表示负拔模。观察分模面有没有倒拔模，没有继续下一步。

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：

步骤五、设计芯盒动、静模毛坯，通过草绘一个毛坯外形，再用拉伸功能即可完成。

步骤六、输出动模体和静模体，这两个部分都含有毛坯和分模面。

步骤七、生成芯盒动模体、静模体。

Cimatron 是通过缝合分模面，再用切出命令生成动模体和静模体。

                          芯盒动模体                            芯盒静模体

步骤八、 进气接管模具 装配设计

Cimatron 装配功能齐全，为装配零件提供了便捷的约束指令，可以根据企业的要求作出标准件库，可以在装配环境中参考其他零件任意创建所需要的特殊零件。

在 进气接管模具 装配里设计内容包括：确定模架大小，在模体上确定顶杆直径大小及位置、确定加热管功率大小及位置、确定定位销孔位置等等，下图是在装配环境中设计的结果：

五、进气接管壳芯盒模具的加工 。

Cimatron 加工特色： 1 、 基于知识的加工（ KBM ） 2 、基于毛坯残留知识（ KSR ）的加工 3 、基于斜率的一体化分析功能 4 、自动化加工（ ANC ），可以称为面向 NC 的 CAPP 5 、世界领先的高速铣削加工 (H.S.M.) 。 Cimatron 加工以简单易学，高效安全著称于世。

进气接管壳芯盒模具的加工设计过程：

步骤一、进入加工环境，调入 进气接管壳芯盒动模 。

步骤二、粗加工设计。毛坯是矩形方块，尺寸 468x262x104 ，材质为耐热铸铁 RTCr 。粗加工加工策略采用体积铣、毛坯环切，刀具选择φ 24 R4 环刀。设置参数及刀路轨迹如下 :
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步骤三、半精加工设计。 加工策略 采用体积铣、二次开粗选项对模具进行半精加工，系统会自动在余料大的地方进行二次开粗，保证为下一道工序精加工留量一致，根据零件特点刀具选择 φ 16 球刀，设置参数及刀路轨迹如下：

步骤四、精加工设计。根据零件特点，芯子面和分模面应采用不同的刀具加工，芯子面刀具使用球刀，分模面精加工刀具采用环刀。
4 W& Y* F7 M" d# s# G  H; }5 ?分模面精加工 策略 选择曲面铣、根据角度精铣，使用这种策略系统会自动查找平缓区域和垂直区域，不同的区域采取不同的加工策略，直到满足图纸要求为止，刀具选择 φ 16 R4 环刀。设置参数及刀路轨迹如下：

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里腔芯子面精 加工策略 选择曲面铣、根据角度精铣，刀具选择 φ 12 球刀。设置参数及刀路轨迹如下：

步骤五、清根设计。 加工策略选择局部精细加工、清根铣。刀具选择φ 6 球刀，由于与前一把刀具直径φ 12 相差大一些，系统会采取二次开粗保护刀具。设置参数及刀路轨迹如下：

步骤六、仿真模拟。模拟可以观察加工的效果。 Cimatron 的模拟最大特点是比较真实，模拟能很好地反映实际。最终模拟结果如下：

步骤七、后置处理，生成 G 代码。 Cimatron 支持法纳克，西门子、海德汉等数控系统。下图是清根程序的一部分：

同样过程使用 Cimatron 软件加工出模具另一半型——进气接管壳芯盒静模。

六、总结

使用 Cimatron 设计和加工进气接管壳芯盒模具，使原来两个半月才能交货的一整套模具现在只要一个月就可以了，大大降低了模具的开发周期。而且基于毛坯残留知识的加工特色使的 Cimatron 软件在加工模具的整个过程中没有产生过切，模具一次验收合格。