發動機氣缸蓋逆向設計過程研究

摘要：本文介紹了發動機氣缸蓋的逆向設計開發過程，結合采用逆向設計軟件Imageware、Geomagic Studio 、PRO/E，經過三維激光掃描、3D測量、三維逆向造型形成三維模型，最終得到符合參照模型的理想三維模型。

關鍵詞：氣缸蓋； 逆向設計； 掃描測量

前言

逆向設計相對正向設計而言，是一種先進的、具有創新性的現代設計方法，是從實物樣機到數字模型的一個反向、再設計、創新、優化的過程。它被廣泛應用于汽車零部件的開發設計當中，并且對加快產品開發速度等具有一定的推動作用。

發動機氣缸蓋是整個發動機中較難設計的零部件之一。本文主要是通過FARO+3D SCANNERS 激光掃描測量系統得到氣缸蓋的三維點云模型，運用Imageware、Geomagic Studio軟件對測量得到的三維點云模型進行點云對齊、點云輪廓的提起、曲線擬合和分割，得到主要輪廓的三維曲線，然后利用逆向造型軟件Proe/E 進行模型重構。

1.缸蓋逆向設計總體安排

首先，根據項目技術要求及設計目標確定參加項目人員，并確定設計方案；

其次，確定氣道切割方案、定好測量球，將缸蓋放在零件臺上進行缸蓋外形掃描；

第三，用逆向設計軟件對缸蓋外形點云處理、擺正坐標；定孔位、骨架線、缸蓋外形造型；進排氣道三維造型；水套切割、掃描、拼點云；水套三維造型；

第四，用逆向設計軟件對缸蓋毛坯模型造型；

第五，用造型軟件對氣門導管、座圈、碗形塞造型，得到最終裝配數據。

2.缸蓋逆向設計準備

2.1. 激光掃描及測量設備

2.1.1.Creaform Handyscan形創3D手持式三維激光掃描儀一臺；光筆三坐標測量儀Handyprobe一臺。

2.1.2.輸出數據為：

點云數據：*.asc

孔位數據：*.igs

球數據：*.igs

2.1.3. 設備精度：0.02mm

2.2. 逆向造型軟件

2.2.1.Pro/E

2.2.2.Imageware

2.2.3.Geomagic Studio

2.3. 參照零件

為了保證數據的高度準確性，選擇兩個狀態相同的新的參照缸蓋，選擇了兩臺四缸發動機的缸蓋，其中一臺用于切割，另外一臺用于后期的檢查標準。

2.4.輔助工具

2.4.1 著色滲透探傷劑

掃描過程中黑色表面或者反光表面對光反射不理想，噴上探傷劑使表面呈白色，白色對激光反射比較好，數據采集較好。

2.4.2 特制絲錐

測量螺紋孔，螺紋孔比較

難測量準確，我們把特制絲錐擰在螺紋孔里，測量后部標準光桿，螺紋中心就會比較準確。

2.4.3 自制坐標定位球

需要切割的產品被切割后，測量產品上的三個定位球，通過三點定位的方法，把所有坐標統一。

3.缸蓋逆向設計過程

3.1.整體數據掃描

把準備好的缸蓋模型放在零件臺上，用3DSCANNERS激光掃描儀對氣缸蓋的整體進行掃描，將其數據保存備用。

3.2.缸蓋外形及孔位測量

檢測缸蓋整體孔位及機加工平面，用美國 FARO2.4m鉑金測量臂測量氣缸蓋的6個端面以及所有的孔位，將其數據保存備用。

3.3. 缸蓋外形建模

將處理完后的缸蓋整體掃描點云數據和缸蓋外形及孔位測量數據導入pro/E進行逆向建模，在pro/E中主要是正向和逆向相結合進行建模。參考三坐標打完的孔線，先進行外部所有孔位的建模以及氣道口的布置，確定骨架，利用骨架進行建模，運用此種建模方式，幾位設計工程師的設計工作可以并行進行，提高工作效率。

3.4. 確定氣道切割方案及掃描

缸蓋掃描完后，在缸蓋上確定氣道切割方案，切割時主要考慮到能完整的掃描完氣道即可，送到機加廠進行切割。將切割好的氣道噴顯像劑，安裝到夾具上進行掃描。以測量球為基準，拼接完整的點云氣道模型，并以此電云數據用于三維造型。

3.5. 水套切割、掃描、拼接點云

根據缸蓋的實際結構確定水套切割方案后，將水套進行切割；用三維掃描儀進行掃描水套被切割的各部分結構，將各部分的點云數據導入Imageware進行拼接；然后將拼接好的水套點云數據導入Proe進行三維造型。

3.6.缸蓋毛坯、產品模型造型

將進排氣道、水套三維模型切割缸蓋外形模型得到缸蓋毛坯模型。在毛坯模型上進行機加工得到產品模型。此建模次序完全符合缸蓋制造程工序。

3.7.缸蓋最終模型造型

用Pro/E對氣門導管、座圈、碗形塞分別造型，然后裝配到缸蓋上去。得到最終的缸蓋最終模型。

圖1缸蓋最終模型

4. 結束語

此項發動機缸蓋逆向設計過程表明，逆向設計在現代企業新產品開發過程中起著舉足輕重的作用，這項技術不僅能夠吸取到參考樣件的技術精華，還能指導設計人員在原有技術基礎上做到更多的完善和創新，也是對原有產品技術上的一種檢驗。通過無數次的實踐證明，逆向設計技術在缸蓋開發過程中是一種非常有效的，而且比較容易實現的開發模式，比起傳統的缸蓋開發技術，逆向設計開發缸蓋明顯的優勢有：成本低、風險小、周期短、見效快?；谶@些優勢，隨著汽車行業的不斷發展和壯大，汽車行業競爭日益激烈，誰掌握了新技術，誰就能在短時間內開發出新產品而占領市場。

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[3]劉偉軍，孫玉文.逆向工程：原理方法及應用[M].北京：機械工業出版社，2009.

[4]張國亮.PRO/ENGINEER中文野火版逆向工程專家實例精講[M].北京：中國青年出版社，2007.

作者簡介：湯茂銀 （1985-），女，設計工程師，從事發動機零部件研究。

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