Siemens PLM Sortware征文：集成数字化平台实现船用关键件快速精密成形

    1、前言
   
    随着全球市场一体化的形成，造船业的竞争十分激烈，船用关键件开发速度日益成为市场竞争的主要矛盾。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，造船业为满足用户多层次需求，又要求制造技术有较强的灵活性，能够以小批量甚至单件生产而不增加产品的成本。因此，产品开发的速度和制造技术的柔性就变的十分关键。
   
    快速成形（Rapid Prototyping简称 RP）技术是20世纪80年代末、90年代初发展起来的、集机械、电子、光学、材料等学科为一体的先进制造技术。它突破了传统的加工模式，与科学计算可视化和虚拟现实等技术相结合，为设计者、制造者与用户之间提供了一种可测量、可触摸的新手段。快速成形技术可以自动、快速、直接、精确地将设计思想转化为具有一定功能的原型或直接制造零件或模具，有效地缩短了产品的研发周期，是提高产品质量、降低产品成本的有力工具。它的核心是基于数字化的新型成形技术。
   
    本文介绍了船用关键件快速精密制造应用背景，阐述了从铸件与复杂型芯的CAD几何建模、型芯RP快速成型、铸件的CAE工艺优化及成形的快速研制流程及实施过程。      
   
    2、复杂铸件及其型芯的CAD几何建模
   
    缸盖为船用关键高技术部件，获得精准的CAD几何模型是关键，研究主要通过以下两方面的技术突破，建立了可靠的铸件及型芯CAD几何模型。
   
    1、在船用缸盖类复杂型腔铸件建模过程中，对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］，最终实现了光顺气道模型的建立（见图2）。
   

    图1：船用缸盖进、排气道结构

        图2： 船用缸盖进、排气道模型

    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3：船用缸盖模型

    图4：船用缸盖型腔结构