葉輪逆向反求及其注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

張國(guó)新

(無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院，江蘇無(wú)錫 214028)

Vivid 9i非接觸式三維掃描儀是日本美能達(dá)公司的產(chǎn)品，它為鑄造、鍛造、壓鑄、塑料澆注和模具制造提供高速度、高精度的三維尺寸測(cè)量；采用條狀激光對(duì)輸入對(duì)象進(jìn)行掃描，使用CCD相機(jī)接受其反射光束，根據(jù)三角測(cè)距原理獲得與拍攝物體之間的距離，進(jìn)行三維數(shù)據(jù)化處理；根據(jù)三維激光掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)專用軟件Geomagic Studio進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得片體，結(jié)合UG6.0進(jìn)行優(yōu)化處理成三維實(shí)體，直接可用于其注射模具設(shè)計(jì)。葉輪是用于汽車水泵上的重要零件，葉輪上葉片薄且長(zhǎng)，給模具加工帶來(lái)一定困難，經(jīng)客戶介紹葉輪在某單位曾經(jīng)開(kāi)發(fā)過(guò)，但沒(méi)有成功，主要是由于在注射成型時(shí)，葉片端面不易充足，如圖1所示。

1 葉輪反求

(1)葉輪數(shù)據(jù)采集

基于Vivid 9i激光掃描儀對(duì)葉輪實(shí)物進(jìn)行掃描，由于葉輪葉片較薄、曲率變化小而且較規(guī)則，這給點(diǎn)云拼接帶來(lái)一定困難。本文采用輔助球法點(diǎn)云拼接技術(shù)實(shí)現(xiàn)了葉輪點(diǎn)云的拼接，如圖2所示。

(2)葉輪點(diǎn)云處理

利用Vivid 9i激光掃描儀系統(tǒng)軟件PolygonEditingTool將采集的點(diǎn)云進(jìn)行合并處理，并以*.stl格式導(dǎo)出。采用Geomagic Studio逆向軟件進(jìn)行點(diǎn)云處理，首先將三角面片顯示為100，刪除雜數(shù)據(jù)：點(diǎn)擊［開(kāi)流形］，逐幅尋找雜數(shù)據(jù)，并將其刪除；合并數(shù)據(jù)：將所有的數(shù)據(jù)選中，點(diǎn)擊［合并］，并將所有參數(shù)設(shè)為無(wú)，執(zhí)行合并；去除噪點(diǎn)：清除、刪除釘狀物、減少噪聲；松弛多邊形(光順)；補(bǔ)洞：小洞可以選擇一起補(bǔ)上，大洞則需要根據(jù)情況分別采用部分補(bǔ)洞，或者橋接之類的做處理，如變形較大，則采用清除數(shù)據(jù)，或者橋接的時(shí)候不采用基于曲率填充；修復(fù)相交多邊形：修復(fù)相交多邊形的最終目的是全部沒(méi)有相交多邊形，如果有要應(yīng)用松弛或者清除去除掉；點(diǎn)擊［形狀階段］進(jìn)入曲面階段，選擇新建Fashion面；探測(cè)曲率：點(diǎn)擊［探測(cè)曲率］進(jìn)入探測(cè)曲率截面，點(diǎn)擊計(jì)算區(qū)域，然后手動(dòng)刪除或者更改區(qū)域，點(diǎn)擊［抽?。荩痪庉嬢喞€：點(diǎn)擊［編輯輪廓線］進(jìn)入輪廓線邊界，點(diǎn)擊［細(xì)分］，［接受］，然后進(jìn)入編輯，最終使所有的都沒(méi)有問(wèn)題；延長(zhǎng)輪廓線；編輯延伸：左鍵點(diǎn)擊控制點(diǎn)，分別進(jìn)行調(diào)整，讓所有的問(wèn)題消失；創(chuàng)建修剪曲面：點(diǎn)擊自動(dòng)分類，并且手動(dòng)調(diào)整面分類，(先選擇區(qū)域，然后點(diǎn)擊類型按鈕)；擬合初級(jí)曲面；擬合連接面：點(diǎn)擊全部擬合；縫合對(duì)象：點(diǎn)擊縫合修剪，點(diǎn)擊縫合對(duì)象，點(diǎn)擊創(chuàng)建；導(dǎo)出數(shù)據(jù)：點(diǎn)選縫合模型，獲得葉輪片體如圖3所示，點(diǎn)擊保存，另存為STEP格式或者IGES格式，不能保存在中文目錄下。

(3)葉輪片體處理

采用UG對(duì)葉輪片體處理，采用相交曲線法抽取典型截面曲線，采用光順?lè)▽?duì)這些典型截面曲線進(jìn)行光整，光整后的典型截面曲線如圖4所示。運(yùn)用旋轉(zhuǎn)與拉伸技術(shù)實(shí)現(xiàn)葉輪實(shí)體的創(chuàng)建，如圖5所示。

2 葉輪模具設(shè)計(jì)要點(diǎn)

(1)成型零件設(shè)計(jì)

根據(jù)葉輪零件結(jié)構(gòu)分析，采用點(diǎn)澆口，在!-!處分型，如圖6所示。由于葉輪成型時(shí)，葉片端面難充足，加上零件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，給模具加工帶來(lái)較大的困難。本文針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，采用分體式結(jié)構(gòu)，將復(fù)雜的葉輪模具結(jié)構(gòu)分解成若干個(gè)簡(jiǎn)單的單元組成，如圖6所示，成功解決了葉輪模具加工困難問(wèn)題。定模鑲塊Ⅰ與定模鑲塊Ⅱ在裝配時(shí)，不要過(guò)緊也不要過(guò)松，保證既便于排氣又不會(huì)溢料，可控制間隙為0.02～0.04 mm，這樣可成功解決葉輪成型時(shí)，由于不便于排氣而充不足的現(xiàn)象。

(2)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用一模兩腔、點(diǎn)澆口二次分型的模具結(jié)構(gòu)(圖7)，經(jīng)分析主流道過(guò)長(zhǎng)，不便于充型；開(kāi)合模時(shí)，澆口套與中間板頻繁相對(duì)運(yùn)動(dòng)，易磨損而產(chǎn)生溢料。如圖8所示，采用澆口套固定在中間板上，澆口套頭部與定模座板采用大間隙配合，能夠成功解決上述問(wèn)題。根據(jù)零件結(jié)構(gòu)分析，塑件與定模之間摩擦力較小，沒(méi)有足夠的力先在B-B處分型，如圖10所示。采用簡(jiǎn)單的膠塞螺絲模具結(jié)構(gòu)，如圖9所示，增大A-A處摩擦力，實(shí)現(xiàn)在B-B處先分型。葉輪模具結(jié)構(gòu)總圖，如圖10所示。葉輪注射模開(kāi)合模工作過(guò)程：動(dòng)模后移，在膠塞螺絲摩擦力作用下，實(shí)現(xiàn)在B-B面先分型，在拉料釘?shù)淖饔孟?，?shí)現(xiàn)點(diǎn)澆口拉斷；動(dòng)模后移一段距離后，在限位螺釘Ⅰ作用下，拉動(dòng)中間板，實(shí)現(xiàn)在C-C面分型，凝料與拉料釘分離；在限位螺釘Ⅱ作用下，中間板、定模板、定模套板都停止運(yùn)動(dòng)，在開(kāi)模力的作用下，實(shí)現(xiàn)A-A面分型，在塑件包緊力的作用下，塑件停留在動(dòng)模一側(cè)，動(dòng)模后移到注射機(jī)頂桿接觸到推板停止后移，推出機(jī)構(gòu)將制件推出，從A-A分型面取出塑件。動(dòng)定合模，在合模力作用下，利用復(fù)位桿，實(shí)現(xiàn)推出機(jī)構(gòu)復(fù)位。

3 結(jié)語(yǔ)

依靠逆向反求技術(shù)可實(shí)現(xiàn)復(fù)雜實(shí)物到數(shù)模的過(guò)程；采用化復(fù)雜到簡(jiǎn)單的方法，采用分體式模具結(jié)構(gòu)，解決復(fù)雜零件加工難問(wèn)題，同時(shí)解決了成型排氣問(wèn)題，便于充足成型。經(jīng)生產(chǎn)實(shí)踐驗(yàn)證，該方法實(shí)用、可行、有效，取得良好經(jīng)濟(jì)效益。

［1］許發(fā)樾.模具機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

［2］陳萬(wàn)林.實(shí)用塑料注射模設(shè)計(jì)與制造［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［3］金濤，童水光.逆向工程技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

［4］劉萬(wàn)里，馬強(qiáng)，孫大許，等.UG在逆向工程技術(shù)中應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005(10)：96-97.