便攜式三維測量儀在模具修復中的應用

肖愛琴

（無錫翰威機械設備有限公司，江蘇 無錫 214000）

便攜式三維測量儀在模具修復中的應用

肖愛琴

（無錫翰威機械設備有限公司，江蘇 無錫 214000）

隨著市場競爭的加劇，公司的內(nèi)外貿(mào)產(chǎn)品不斷增加，產(chǎn)品周期在不斷縮短，產(chǎn)品交付尺寸要求在不斷提高，很多外貿(mào)鍛件葉片型面要求只有±1.0 mm的公差范圍，對鍛造設備精度和模具精度都提出了苛刻的要求。提高葉片鍛模型面制造和修復質(zhì)量，改進葉片鍛模檢測手段，提高檢驗精度和準確性都已迫在眉睫。

模具修復；便攜式三維測量儀；效率提高

作為與汽輪機葉片相對應的葉片鍛模，公司鍛件開發(fā)部每年都新設計各類型葉片模具300副以上。對葉片尺寸的公差控制和加工的穩(wěn)定性都有了更高的要求，特別是一些外貿(mào)成品葉片，關鍵尺寸要求都非常高，公差范圍都只有±0.05 mm。要制造出合格的葉片，前提必須要有合格的毛坯，要鍛造出合格的毛坯最先需要保證的就是合格優(yōu)質(zhì)的鍛模。汽輪機用葉片鍛件都是通過棒料入鐓頭模制坯，制坯后坯料天然氣轉(zhuǎn)爐加熱，經(jīng)螺旋壓力機高溫模鍛切邊而成。

1 模具的制造

公司的模具制造，在未采用數(shù)控機床以前是通過鉗工按模具圖紙劃線，臥式鏜床粗加工，模具熱處理，電火花加工到位的步驟實現(xiàn)的。這種方式加工模具出產(chǎn)效率低，加工精度不穩(wěn)定，環(huán)境污染嚴重。一付模具的平均制造周期在半個月以上。2005年以后，隨著數(shù)控機床的發(fā)展普及，模具加工逐步實現(xiàn)了數(shù)控化生產(chǎn)。數(shù)控加工的優(yōu)點是效率高，加工精度控制好，人員精簡。模具的制造周期在一周左右，比原來大大縮短。

2 模具需要修模的原因

長時間的高溫高壓大批量鍛造，對模具的使用壽命是一個極大的挑戰(zhàn)。每次的下場模具都會出現(xiàn)局部的型腔變形，這些都是目前在鍛造過程中無法避免的。為了保證再次上場時模具質(zhì)量，每批葉片鍛造完成后模具必須下場進行復測修復。

3 模具修復手段

3.1 傳統(tǒng)型修復

（1）2005年以前的模具修復是通過鉗工按模具圖紙劃出各個檔位線——對應檔位按鍛模樣板檢測透光——鉗工對透光超差處燒焊——鉗工按鍛模樣板修模燒焊部位——檢驗模具透光合格——模具拋光。通過這六個步驟完成對一付模具修復工作。

（2）劃線修模的優(yōu)點：第一，適應性廣，對工作場地要求低，沒有對周圍環(huán)境的要求，只要具備簡單的工作平臺和氣動工具就可操作。第二，操作簡單，工藝方法成熟，人員經(jīng)過簡單培訓就可操作。

（3）存在的缺陷：第一，這種方法是公司對模具修復的傳統(tǒng)方式，缺陷是生產(chǎn)工序較多，對鉗工技術要求高，勞動強度大，型腔檢測精度存在偏差，局部轉(zhuǎn)接R樣板無法檢測到，存在檢測“盲區(qū)”。第二，修模可能會因人員操作手法的不同存在細微差別，進而影響到模具型腔尺寸精度。第三，模具修復后的最終檢驗也會因檢驗員經(jīng)驗不同，角度不同，判斷不一致而得出不同的判斷標準。

3.2 便攜式三維測量儀引入

為了提高汽輪機葉片鍛模的檢測精度，公司嘗試引進了便攜式三維測量儀。它的特點是攜帶方便，檢測效率高，覆蓋全面，檢測無死角，檢測環(huán)境要求低，適應性廣。通過它輸出的檢測報告，用不同顏色對模具表面超差尺寸加以區(qū)分，可以直觀的表示出需要修模的位置，方便了鉗工的修模。它的檢測精度可以達到0.016 mm，而公司對普通鍛模的加工精度要求為±0.2 mm， 完全能夠達到要求。

3.3 三維輔助修模

（1）隨著便攜式三維測量儀的投入使用，車間考慮逐步擴大它的使用范圍，從只專門檢測新制模具擴大使用在老模具的修復上面，進而來縮短車間模具修復時間，充分發(fā)揮先進設備優(yōu)勢。我們將鍛造車間鍛造完成的下場模具在進行表面清理后，確認外形尺寸和硬度合格后，直接利用原模具造型對模具進行三維掃描，按照掃描結(jié)果指導現(xiàn)場燒焊，對超差部位進行補焊，合格部位保持原樣不動。模具補焊完成后，車間按造型編制修模程序，利用數(shù)控機床對補焊部位局部小范圍進行數(shù)控加工，將模具整體修復合格。數(shù)控機床加工完成后，鉗工對模具進行簡單鉗修后再次進行三維掃描，型面符合要求后模具拋光，交付鍛造車間繼續(xù)使用。

（2）三維輔助修模優(yōu)點：首先，采用三維測量儀掃描修復模具，省去了鍛模樣板制造，模具表面劃線，樣板復測三道工序，節(jié)約了模具燒焊修復前的時間。其次，每年公司共減少鍛模樣板制造300套以上，在不影響模具修復質(zhì)量的前提下，每年節(jié)約工裝費用30萬元。第三，模具檢測狀態(tài)直觀，在較短時間內(nèi)通過紅外掃描就可以獲得模具表面狀態(tài)，修模部位一目了然（圖1）。第四，隨著便攜式三維測量儀的投入使用，模具車間的模具檢測效率大大提高，平均2 h可以檢測完一付鍛模，一天能夠檢測4付模具，這和以前用卡板檢測是不能相提并論的。平均模具檢測效率提高50%以上。

（3）三維輔助修模劣勢：第一，設備價格成本較高，一臺便攜式三維測量儀的購買費用接近百萬，一次性資金投入較大。第二，維修成本高，設備損壞后的維修比較困難，目前在無錫沒有售后服務，必須送到上海服務站維修，修復周期較長。維修期間備用設備租賃費用600/天，費用昂貴。

4 超差部位修模過程

（1）根據(jù)三維掃描報告，對報告中模具型腔超差相應部位做出標記，指導燒焊。

圖1 紅外掃描模具表面狀態(tài)

（2）焊工對需要燒焊部位進行加熱補焊，焊后去應力回火。模具補焊所用焊材為南京江聯(lián)焊接技術有限公司1.6RMD545焊絲。數(shù)控加工后的模具補焊部位硬度可以達到HRC40，滿足葉片鍛模制造要求。

（3）模具補焊結(jié)束待完全空冷后，現(xiàn)場技術根據(jù)燒焊部位編制修復程序。

（4）現(xiàn)場操作工根據(jù)數(shù)控操作任務書，調(diào)用對應加工程序?qū)δ＞哐a焊處進行數(shù)控修復。

（5）對數(shù)控修復完成的模具，安排便攜式三維測量儀進行檢測，經(jīng)檢測合格拋光后即可投入下次使用。

表1 多批次模具對比

5 總結(jié)

（1）經(jīng)過多批次模具對比（表1），鍛模的平均修復周期提高30%以上，提高了模具車間模具修復速度，更好地保證了前方車間的生產(chǎn)需求。

（2）通過采用數(shù)控機床修復，進一步提高了模具修復質(zhì)量，消除了樣板修復存在的人為因素干擾，極好地保證了葉片鍛模的整體性要求。

（3）采用便攜式三維測量儀檢驗減輕了樣板檢測時的勞動強度，解放了勞動生產(chǎn)力，提高了生產(chǎn)效率。

（4）采用便攜式三維測量儀降低了模具制造修復成本，為公司降本增效作出了貢獻。

（5）可以嘗試將便攜式三維測量儀應用于更廣泛的領域，如替代框架檢測葉片鍛件，對老模具根據(jù)掃描結(jié)果反推三維造型等，這些都可在今后的生產(chǎn)實踐中不斷摸索，爭取有更大的創(chuàng)新。

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［3］ 沈曉紅，劉璇.基于夾具自動設計的工件裝夾穩(wěn)定性判別系統(tǒng)研究［J］.機械設計，2003，7，36～39.

（P-03）

Portable 3D measuring instrument in mold repair

TG806

1009-797X（2015）22-0099-03

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.22.038

肖愛琴（1986-），女，本科，初級職稱，研究方向為數(shù)控技術應用。

2015-09-10