一种气缸盖进排气道三维建模方法

姜宇生 唐 松

(四川共享铸造有限公司，四川641301)

目前，随着发动机行业的发展，气缸盖形状复杂程度越来越高，其中气道的流道形状是影响发动机功率、油耗、加速性、排放及噪音等性能指标的主要因素。因此进、排气道各断面尺寸是否准确关系气缸盖的性能，而三维建模的质量直接关系到铸件的结构、壁厚及轮廓尺寸。

1 建模思路和建模方法分析

此气缸盖的进、排气道的二维示意图如图1所示。

图1 气缸盖的进、排气道示意图Figure 1 Scheme of inlet and exhaust passages of cylinder cover

在建模前，通过分析进、排气道视图及各个断面结构特征和形状，可以得出以下结论：

(1)要保证进、排气道“A-A”、“B-B”流道视图尺寸。

(2)进、排气道主视图保证R65 mm、图中标注及连接角度符图。

(3)进、排气道必须圆滑过渡，各断面尺寸R若不符图，允许适当放大。

由于进、排气道的形状复杂，传统用剖面图来表示的方法，理论上不够严密、准确，过渡部分仍然不能确定其外形。将复杂的曲面造型技术应用到进、排气道的三维建模中来，可以根据已有的断面轮廓曲线，按两个方向排列的曲线轮廓建立曲线网格。建“曲线网格”时，需要选择两种类型的控制线，一种是按某个方向排列的曲线，可称为“基线”，另一种是按大致与基线垂直方向排列的曲线称为截面线。在选择第1条或最后1条基线时允许选择1个点作为基线。在建模过程中，应先在空间坐标系中确定基准轴和原点。将二维图中的主视图在XYZ空间坐标系中相互垂直平面内投影轮廓，通过空间曲线创建三维模型。

进、排气道的圆弧变化过度大且不易控制，进、排气道建模一般有两种方法：第一种是把各个断面形状分别画出，用“扫掠”命令把相邻断面形状做成实样模型，通过“求和”来完成，但各个断面连接不圆滑、流畅，且高低不平。第二种方法是把各断面形状的十字线交点在中心线上的点做出，画出断面十字线及断面形状，利用“样条”命令把各点相互连接，做到样条光滑平顺、流畅，然后利用“曲线网格”做出片体，再“缝合”成实体模样。通过对比两种方法，决定使用第二种建模方法。

2 三维建模

2.1 构造轮廓线

此气缸盖的进、排气道分别由15个不同形状、不同尺寸的断面轮廓形状组成，轮廓曲面复杂，变化较大。首先在空间坐标系XY平面中画出主视图的轮廓线形状，利用“拉伸”命令在Z轴方向沿中心线拉出一个片体，然后在ZY平面中分别画出“A-A”，“B-B”的轮廓形状，然后利用“拉伸”命令在“A-A”、“B-B”剖视图中心线沿X轴方向分别拉出一个片体，两片体利用“求交”命令即求出进排气道在空间的中心线，如图2所示。由于进、排气道的建模方法基本一致，本文主要介绍进气道的建模方法，排气道就不再叙述了。

2.2 构造辅助曲线

以起点为中心，做出直径44 mm的圆(片体)，圆与中心线相交，即求出各断面的中心点在中心线的位置点，用“拉伸”命令偏置画出各断面中心点十字中心线，利用“直线”、“偏置”命令将各断面形状画出，用“样条”命令把各断面形状相关的点，用“样条”相连接起来，如图3所示。

2.3 用“曲线网格”构建片体

利用“曲线网格”命令做出各连接面的片体，如图4所示。

要求各片体能够圆滑过渡，中间无凸起、皱褶等现象，最后利用“缝合”命令使片体变成实体，补做出进气道的其它结构，对不圆滑的位置要做适当修整，使其圆滑光顺、流畅，最后得到完整进气道三维，如图5所示。

图2 进气道空间坐标中心线Figure 2 Space coordinate center line of inlet passage

图3 进气道各断面线Figure 3 Each section line of inlet passage

图4 进气道片体Figure 4 Pieces of inlet passage

图5 进气道三维Figure 5 3D of inlet passage

将三维模型与二维图纸尺寸进行核对，补齐结构，修改尺寸，确保三维模型的几何关系、形状、结构、尺寸准确。

3 结论

(1)在三维建模中，要看懂二维图，做到思路要清晰，认真规划好设计建模步骤，便于操作。

(2)如果三维形状复杂且异形，变化大，最好用“曲线网格”来构造面，使其光滑、流畅符图，从而保证其准确性。

参考文献

[1] 刘昌丽，康士廷.UGNX8.0中文版标准教程[M].北京：清华大学出版社，2012：116-121.