复杂气缸盖CAE热分析模型的建立与优化

　　1前言

　　随着全球市场一体化的形成，制造业的竞争十分激烈，大型复杂件开发速度日益成为市场竞争的主要对象。在这种情况下，自主快速产品开发能力成为制造业全球竞争的实力基础。同时，制造业为满足用户多层次需求，系列产品层出不穷，使制造企业面临新产品试制的挑战愈来愈多，为满足市场需求，对试制的大型复杂件开展工艺分析优化成为企业明智的选择。因此，CAE优化技术在不增加产品成本条件下提高产品开发的速度和制造技术的柔性就成为现实。可当前我们一些企业在面临高昂的软硬件投入及人员的高素质要求前望而止步，即使拥有此条件的企业也面临着从CAD到CAE流程中多个环节出现进展慢、流程漫长、过程误差使优化结果显得粗造、差强人意等技术难题，所以，对当前热分析CAE模型的建立和流程的优化需亟待解决。

　　众所周知，工程分析技术是人类解决重大工程问题的首选，也是产品开发的利器，而CAD建模、与CAE接口及其网格剖分等前处理技术是工程分析的基础，流程优化是工程分析的灵魂。中船重工第十二研究所作为专业工艺所，近几年应用商用先进成形软件为许多企业解决了工艺技术急难问题，在提升传统热加工行业方面开展了大量工作，致力于应用最新的技术与理念，指导船舶行业及热加工领域在新产品开发和军工型号研制过程中遇到的材料成形问题，使企业在实际的设计与制造过程中能提高成品率，缩短研发周期，降低生产成本，预测热加工过程中的缩孔、缩松、热裂、变形、冷隔和浇不足铸件缺陷，预测锻件的折叠V形鬼线等缺陷，预知金属流线、材料成形流变，报告铸锻件成形过程中的自由表面、温度场、速度场、应力场的变化，更有效地分享到数字化带来的成果，因此，在"十五"及"十一五"期间，十二所围绕船舶动力及水中兵器的关键件精密成形开展了大量研究开发，通过攻克复杂型腔铸件的建模技术、解决与CAE的接口难题、并改善CAE前处理中的网格剖分方法，建立了针对复杂缸盖铸造CAE的热分析模型和CAD/CAE集成数字化平台，实现了热分析的流程优化。该技术可解决当前大型件复杂试制件CAE分析问题多、周期长的难题，对传统铸造产业的提升具有积极的意义。

　　2缸盖铸件及其工装的CAD几何建模

　　缸盖为发动机关键高技术部件，获得精准的CAD几何模型是后续CAE研究的关键，本文通过对缸盖几何参数的正确理解和可靠建模思路的确定等技术突破的介绍，建立了精度高的铸件及型芯CAD几何模型。

　　(1)、正确理解几何参数。在发动机缸盖复杂型腔铸件建模过程中，对进排气道设计特点的理解和曲线数据处理是建模的关键，设计要求进、排气道内外壁曲面光顺，保证在G2以上连续是其建模的难点。本文根据气道设计曲线之间的形状和结构变化(见图1)，采用了曲面特征与控制点约束特征，同时还采用曲面片连续及拼接相结合的综合方法进行建模[1]，最终实现了气道光顺模型的建立(见图2)。

　　(2)、确立有效的复杂型腔件建模思路。分别进行进、排气道和水道的建模，建立多层特征分类管理，最后进行特征之间的布尔运算，获得最终的缸盖模型(见图3)。型腔结构(见图4)。数据继续应用于下游的CAE分析及RP技术，为该件的精密成形提供了可靠模型。

　　图1发动机缸盖图进、排气道结构