基于逆向技術(shù)的模具型腔修復(fù)研究

賴(lài) 嘯，郭 晟

(宜賓職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 宜賓 644000)

0 引言

逆向工程技術(shù)是現(xiàn)代高新技術(shù)之一，其主要特征是以逆向建模為基礎(chǔ)，以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與功能要素重現(xiàn)為導(dǎo)向。逆向技術(shù)綜合了現(xiàn)代設(shè)計(jì)和制造的并行思想，其三大核心技術(shù)為測(cè)量技術(shù)、網(wǎng)格剖分技術(shù)、重構(gòu)曲面模型技術(shù)。隨著科技的發(fā)展，能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品復(fù)原及創(chuàng)新開(kāi)發(fā)的逆向工程技術(shù)，與現(xiàn)代CAD/CAM技術(shù)相結(jié)合，已成為現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)師的重要技術(shù)手段，運(yùn)用它可以有效地再現(xiàn)產(chǎn)品原始設(shè)計(jì)特征參數(shù)，可以創(chuàng)造性地實(shí)現(xiàn)再設(shè)計(jì)。

除了在現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及造型方面擁有較高的應(yīng)用價(jià)值外，逆向技術(shù)還在產(chǎn)品的修復(fù)，特別是模具型腔的反求建模與復(fù)原修復(fù)等方面具有一定的應(yīng)用價(jià)值。隨著生活產(chǎn)品的多樣化發(fā)展，產(chǎn)品曲面模型也呈現(xiàn)多樣性，相應(yīng)地，對(duì)曲面產(chǎn)品成形的模具型腔也隨即呈多樣性變化，多樣化的型腔表面原始特征數(shù)據(jù)不可能被長(zhǎng)久保存，當(dāng)型腔表面失效，而其對(duì)應(yīng)的曲面產(chǎn)品又需重新加工或需通過(guò)進(jìn)一步創(chuàng)新設(shè)計(jì)后再加工，可原始的參數(shù)難以找到，此時(shí)逆向技術(shù)就顯得尤為重要，運(yùn)用它可以有效、方便、快捷地實(shí)現(xiàn)失效表面特征參數(shù)的復(fù)原再現(xiàn)。

本研究通過(guò)運(yùn)用逆向設(shè)計(jì)技術(shù)，探討模具型腔失效表面的再生設(shè)計(jì)與修復(fù)方法及手段，為型腔失效表面實(shí)現(xiàn)高速、高質(zhì)、低成本的復(fù)原與修復(fù)提供參考與指導(dǎo)。

1 模具型腔的逆向修復(fù)案例

逆向技術(shù)這種先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法與反求復(fù)原修復(fù)手段，在業(yè)界的應(yīng)用日趨廣泛。對(duì)模具型腔的失效表面進(jìn)行逆向修復(fù)，其主要思路與步驟是：模具型腔失效分析、逆向掃描與數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)處理、重構(gòu)建模、數(shù)控加工等。

1.1 產(chǎn)品分析

如圖1所示，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的工作或閑置后，某蓋殼注塑模具型腔表面已失效，成型的塑件表面質(zhì)量已達(dá)不到要求，型腔須修復(fù)。通過(guò)逆向建模來(lái)獲得早已丟失的型腔的原始技術(shù)數(shù)據(jù)。

1.2 三維逆向掃描與數(shù)據(jù)采集

要還原并獲取型腔受損表面技術(shù)參數(shù)等生產(chǎn)信息，3D逆向掃描是基礎(chǔ)，在此利用三維天下科技有限公司的3D掃描設(shè)備來(lái)獲取原始數(shù)據(jù)，其精度與速度都較好，操作方便。為得到精度與完整度都較優(yōu)的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，需擬好較優(yōu)的掃描方案，并注意在合適的位置貼好標(biāo)志點(diǎn)，并借助墊塊、轉(zhuǎn)盤(pán)、橡皮泥等工具選擇合適的角度進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

圖1 需修復(fù)的型腔

如圖2所示，將噴好顯影劑并貼好標(biāo)志點(diǎn)的型腔放于三維轉(zhuǎn)盤(pán)上進(jìn)行三維掃描與數(shù)據(jù)采集，得到數(shù)據(jù)模型如圖3所示。

圖2貼好標(biāo)志點(diǎn)的型腔圖3掃描得到的待處理的數(shù)據(jù)模型

1.3 數(shù)據(jù)的優(yōu)化處理

對(duì)離散的初始圖元數(shù)據(jù)，需要通過(guò)專(zhuān)用軟件進(jìn)行優(yōu)化處理方能甄別掃描數(shù)據(jù)誤差，得到較精確的片層。在此運(yùn)用Geomagic Wrap專(zhuān)用軟件，通過(guò)去除雜點(diǎn)和孤點(diǎn)、除噪、光潤(rùn)等處理后，封裝得到型腔片層網(wǎng)格模型，如圖4所示。

1.4 重構(gòu)建模

將封裝好的片層模型導(dǎo)入到業(yè)界功能最全面的逆向建模軟件DX中，先依不同的區(qū)域進(jìn)行分塊，再通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)線(xiàn)及構(gòu)面操作，不同區(qū)域的構(gòu)面方法是不同的，各面域間的過(guò)渡要盡可能光潤(rùn)。通過(guò)DX所構(gòu)建的產(chǎn)品數(shù)字模型已具有其比較完整的特征信息，但有時(shí)會(huì)產(chǎn)生扭曲、交叉等影響表面質(zhì)量精度的狀況，此時(shí)可以再將數(shù)字模型導(dǎo)入到UG或CATIA等功能強(qiáng)大的正逆向建模軟件中進(jìn)行優(yōu)化處理，完成最終的型腔重構(gòu)建模。

1.5 數(shù)控加工

建好模后以UG來(lái)進(jìn)行型腔的CAM編程設(shè)計(jì)，UG具有強(qiáng)大的自動(dòng)編程加工功能。先以型腔銑開(kāi)粗，其刀路如圖5所示。

圖4封裝好的型腔數(shù)據(jù)模型圖5型腔銑刀路

采用自動(dòng)換刀，得到以下粗加工程序(因篇幅有限，在此僅列出前面部分程序)：

%

N0010 G40 G17 G90 G70

N0020 G91 G28 Z0.0

:0030 T00 M06

N0040 G0 G90 X-111.3309 Y-75.0854 S1500 M03

N0050 G43 Z34.62 H00 M08

N0060 Z23.9893

N0070 G1 Z20.9893 F250.

N0080 X-106.3309 Y-79.8144

N0090 G3 X-105.9108 Y-80.1527 I2.3297 J2.4632

N0100 X-105.8001 Y-80.1792 I.0901 J.1322

N0110 G1 X-105.5271 Y-80.1438

N0120 G3 X-105.4611 Y-80.1197 I-.0204 J.1587

N0130 G1 X-105.0306 Y-79.8433

N0140 G3 X-105.0241 Y-79.8389 I-.0865 J.1346

N0150 G1 X-104.8201 Y-79.6932

N0160 X-104.3879 Y-79.4325

N0170 G3 X-104.3837 Y-79.4299 I-.0826 J.137

N0180 G1 X-103.956 Y-79.1537

N0190 X-102.8457 Y-78.4867

N0200 G3 X-102.8433 Y-78.4852 I-.0824 J.1371

N0210 G1 X-102.1972 Y-78.0809

N0220 X-99.2861 Y-77.3528

N0230 X-100.0306 Y-81.3054

……

再以區(qū)域輪廓銑進(jìn)行型腔的精加工，刀路如圖6所示。

其精加工程序(部分)如下：

%

N0010 G40 G17 G90 G70

N0020 G91 G28 Z0.0

:0030 T00 M06

N0040 G0 G90 X-34.5283 Y-5.1477 S4000 M03

N0050 G43 Z34.6147 H00 M08

N0060 Z17.1147

N0070 G1 Z14.4412 F250.

N0080 X-34.5933 Y-5.1924 Z13.9599

N0090 X-34.8051 Y-5.3381 Z13.5454

N0100 X-35.1314 Y-5.5626 Z13.2608

N0110 X-35.5227 Y-5.8317 Z13.1495

N0120 X-35.8089 Y-6.0286 Z13.1378

N0130 X-36.1136 Y-6.2395 Z13.148

N0140 X-36.284 Y-6.3331 Z13.1396

N0150 X-36.2845 Y-6.3334

N0160 X-37.2925 Y-6.8191 Z13.1377

N0170 X-38.3642 Y-7.1409 Z13.1324

N0180 X-39.473 Y-7.291 Z13.1382

……

圖6 區(qū)域輪廓銑刀路

從刀軌驗(yàn)證的過(guò)程來(lái)看，加工中沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)切、加工不到位及打刀等不良情況，刀路也合理。刀軌驗(yàn)證后最后生成三維加工模型，其效果如圖7所示。從三維模擬效果來(lái)看，型腔質(zhì)量較好，能達(dá)到復(fù)原修復(fù)的目標(biāo)。

圖7 加工后的三維效果

1.6 型腔加工與精度檢測(cè)

應(yīng)用上述編好的數(shù)控程序加工出型腔產(chǎn)品后,以三坐標(biāo)對(duì)型腔進(jìn)行精度檢測(cè)，其尺寸精度、形位公差及表面粗糙度均達(dá)到了工作要求。

2 結(jié)語(yǔ)

隨著逆向技術(shù)的迅猛發(fā)展，其已成為現(xiàn)代先進(jìn)工業(yè)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的重要標(biāo)志，在企業(yè)新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)與重要零件的復(fù)原修復(fù)及創(chuàng)新設(shè)計(jì)中起著技術(shù)支撐作用。本文對(duì)常用的蓋體模具型腔的失效表面進(jìn)行逆向復(fù)原修復(fù)，其結(jié)果可以為同類(lèi)曲面零件的失效表面實(shí)現(xiàn)低成本高精度的有效修復(fù)提供參考和指導(dǎo)。

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