逆向工程技術(shù)在快速模具制造中的應(yīng)用研究

劉衛(wèi)東

【摘要】基于逆向工程的快速模具制造技術(shù)是快速制造領(lǐng)域中發(fā)展最迅速的技術(shù)之一，它能對模具快速反求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品到模具的快速設(shè)計(jì)、制造?；诖它c(diǎn)，文章從沖壓模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀分析入手，闡述了快速沖壓模具制造技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐，最后展望了沖壓模具制造技術(shù)的發(fā)展方向。期望通過本文的研究能對促進(jìn)沖壓模具制造技術(shù)水平的提升有所幫助。

【關(guān)鍵詞】沖壓模具 制造 逆向工程技術(shù)

1沖壓模具制造技術(shù)的現(xiàn)狀分析

沖壓模具歸屬于特殊工藝裝備的范疇，其又被稱之為冷沖模，具體是指在冷沖壓加工中，將金屬或是非金屬材質(zhì)的原材料加工成零件的裝備。沖壓模具的種類較多，不同的沖壓模具可用于不同零件的加工制造。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，沖壓模具的應(yīng)用日益廣泛，由此為工業(yè)產(chǎn)品的批量化生產(chǎn)提供了條件。

近年來，我國的工業(yè)產(chǎn)業(yè)獲得快速發(fā)展，作為工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的沖壓模具也得到了相應(yīng)發(fā)展。在業(yè)內(nèi)專家學(xué)者的不斷努力下，使得沖壓模具制造方面取得了顯著的成果，從而進(jìn)一步推動了模具工業(yè)的增長速度，在這一背景下，越來越多的模具企業(yè)加大了技術(shù)創(chuàng)新方面的投入力度，CAD技術(shù)在模具制造中得到了一定程度的應(yīng)用。不僅如此，還有一些模具企業(yè)開始應(yīng)用國際通用軟件，如PDX（擴(kuò)展級進(jìn)模）、Pro/E等等，從而使模具設(shè)計(jì)制造周期大幅度縮短，模具制造效率顯著提升。

我國雖然在工業(yè)模具制造方面取得了巨大的進(jìn)步，但與國外發(fā)達(dá)國家相比，沖壓模具制造技術(shù)仍存在諸多不足之處，具體體現(xiàn)在如下幾個方面：模具制造的標(biāo)準(zhǔn)化程度不足;模具的使用壽命不長;CAD/CAE等先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用尚未普及。上述問題對沖壓模具制造水平的提升造成了一定的影響。因此，在未來一段時期，應(yīng)當(dāng)以解決這些問題作為主要目標(biāo)，這樣才能推動我國沖壓模具制造業(yè)的發(fā)展，也才能使沖壓模具制造技術(shù)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。

2沖壓模具制造技術(shù)的應(yīng)用實(shí)踐

2.1電火花銑削加工技術(shù)

該技術(shù)歸屬于成型加工技術(shù)的范疇，其之所以在沖壓模具制造中得到越來越廣泛的應(yīng)用，與自身所具備的優(yōu)點(diǎn)有著密不可分的關(guān)聯(lián)，具體體現(xiàn)在如下幾個方面：一是可對傳統(tǒng)成型加工有困難的工件進(jìn)行加工;二是由于加工中采用了簡單標(biāo)準(zhǔn)的電極，從而使得加工工藝得以簡化，有效改善了加工條件，放電間隙的穩(wěn)定性更高;三是電極在加工中以較高的速度旋轉(zhuǎn)，加之放電位置的不斷改變，使放電條件得到改善，避免了電弧放電及短路等問題的發(fā)生;四是簡單標(biāo)準(zhǔn)電極的使用，減小了電容效應(yīng)，能夠獲得更低的表面粗糙度，加工質(zhì)量大幅度提升。

2.2低速走絲切割技術(shù)

這是一種利用能夠連續(xù)移動的細(xì)金屬絲對工件進(jìn)行切割加工的技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾個方面：一是加工表面的質(zhì)量較高。由于切割加工時采用了納秒級大峰值電流脈沖電源技術(shù)，從而可以形成氣化加工，由此減小了變質(zhì)層的厚度，工件表面質(zhì)量得到提高，內(nèi)應(yīng)力的減小防止了加工中工件表面裂紋的產(chǎn)生;二是切割精度高。低速走絲切割加工中引入了多次切割技術(shù)，從而使得加工精度大幅度提升。為節(jié)省工件的切割時間，多次切割的次數(shù)為3-4次左右，首次切割成型、二次切割提高精度、三次切割提高工件表面質(zhì)量，當(dāng)有特殊需要時可進(jìn)行四次切割;三是加工效率高。當(dāng)使用標(biāo)準(zhǔn)絲進(jìn)行切割加工時，加工效率能夠達(dá)到每分鐘350，厚度較大工件的加工效率可以達(dá)到每分鐘170。在對該技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用時，需要注意如下事項(xiàng)：由于低速走絲切割機(jī)的機(jī)構(gòu)復(fù)雜程度較高，因此容易出現(xiàn)故障，為避免停機(jī)，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備檢查，并正確操作，降低故障發(fā)生率。

2.4高速切削加工技術(shù)

這是沖壓模具制造中最為先進(jìn)的一項(xiàng)技術(shù)，其特點(diǎn)體現(xiàn)在效率高、能耗低等方面。與傳統(tǒng)的切削加工相比，該技術(shù)無論是在切削速度還是在進(jìn)給速度上，都顯著提高，不僅如此，切削機(jī)理也隨之發(fā)生了變化。應(yīng)用實(shí)踐表明，在沖壓模具制造中，高速切削加工單位功率的金屬切除率比傳統(tǒng)切削提高了40%左右，切削力降低了30%，由此使得切削刀具的使用壽命延長了70%以上，基本上消除.了低階切削過程的振動問題。在沖壓模具的高淬硬鋼件加工中，高速切削技術(shù)的應(yīng)用，能夠取代電加工和磨削拋光工序，從而使得加工過程不需要再進(jìn)行電極制造和電加工，能耗大幅度降低。同時，高速切削加工技術(shù)能夠用于薄壁沖壓模具工件的制造，可以滿足市場的需求。此外，在高速銑削加工中心上，模具一次裝夾能夠完成多工步加工，生產(chǎn)效率顯著提升。在沖壓模具制造中應(yīng)用高速切削技術(shù)時，機(jī)床應(yīng)當(dāng)滿足如下要求：機(jī)床結(jié)構(gòu)必須具有足夠不高的剛性，能夠提供高速進(jìn)給的驅(qū)動器;主軸和刀柄應(yīng)當(dāng)能滿足高轉(zhuǎn)速的要求，并且主軸的軸向間隙不得超過0.00508mm;機(jī)床應(yīng)當(dāng)帶有控制單元，能夠?qū)崿F(xiàn)自動加減速和高速率的數(shù)據(jù)傳輸。

2.4成型技術(shù)

2.4.1擠壓成型。這是成型技術(shù)中應(yīng)用較為廣泛的一種方法，具體是指對放在模具型腔內(nèi)的坯料施加壓力，從而使坯料在模具限制和壓力的雙重作用下產(chǎn)生塑性變形，并從模具孔中擠出。擠壓成型的應(yīng)用優(yōu)勢體現(xiàn)在如下幾個方面：能夠使原材料的變形能力獲得大幅度提升;產(chǎn)品的綜合質(zhì)量高;工藝流程簡單，所需的設(shè)備較少，費(fèi)時少、效率高。這種方法適用于凹、凸模等形狀復(fù)雜且需要批量生產(chǎn)的零件加工。

2.4.2化學(xué)腐蝕成型。沖壓模具制造的過程中，凹凸模經(jīng)過淬火處理之后，其形狀會變得比較復(fù)雜，當(dāng)淬火硬度比較高時，不利于后續(xù)的修正加工處理。對此，可應(yīng)用化學(xué)腐蝕技術(shù)予以解決。該方法具體是指用化學(xué)試劑對金屬工件進(jìn)行腐蝕，配合研磨獲得一定形狀和表面光潔度。其優(yōu)點(diǎn)時操作簡單，能夠?qū)θ我饪汕邢鞯慕饘俨牧线M(jìn)行加工處理，不會受到硬度和強(qiáng)度等條件的限制。

2.4.3堆焊成型。堆焊是材料表面改性的常用方法之一，具有高效、優(yōu)質(zhì)等特點(diǎn)，在模具制造領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛。如可在合金壓鑄模具以及模具腔強(qiáng)化中應(yīng)用，通過該技術(shù)的運(yùn)用，能夠使沖壓模具的使用壽命大幅度提升，并且還能降低沖壓模具的制造成本。

2.4.4逆向快速成型技術(shù)。逆向工程也稱反求工程或反向工程，是根據(jù)已存在的產(chǎn)品或零件原型構(gòu)造產(chǎn)品或零件的工程設(shè)計(jì)模型，并在此基礎(chǔ)上對已有的產(chǎn)品進(jìn)行剖析、理解和改進(jìn)，是對已有設(shè)計(jì)的二次設(shè)計(jì)。逆向工程系統(tǒng)主要由三部分組成：產(chǎn)品實(shí)物幾何外形的數(shù)字化、CAD模型重建、產(chǎn)品或模具制造。逆向工程中的關(guān)鍵技術(shù)是據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和模型的重建。

（1）數(shù)據(jù)采集：數(shù)據(jù)采集是逆向工程的第一步，其方法的得當(dāng)直接影響到是否能準(zhǔn)確、快速、完整地獲取實(shí)物的二維、三維幾何數(shù)據(jù)，影響到重構(gòu)的CAD實(shí)體模型的質(zhì)量，并最終影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

（2）數(shù)據(jù)處理：對于獲取的一系列點(diǎn)數(shù)據(jù)在進(jìn)行CAD模型重建前，必須進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、噪聲濾除、平滑、對齊、歸并、測頭半徑補(bǔ)償和插值補(bǔ)點(diǎn)等處理。

（3）模型重建：將處理過的測量數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD系統(tǒng)，依據(jù)前面創(chuàng)建的曲線、曲面構(gòu)建出原型的CAD模型。

3沖壓模具制造技術(shù)的發(fā)展方向

目前，國外發(fā)達(dá)國家在沖壓模具制造中，CAD/CAM等技術(shù)的應(yīng)用非常普遍，但我國在這方面略顯落后。因此，在未來一段時期，國內(nèi)的專家學(xué)者應(yīng)當(dāng)加大對這些技術(shù)的研究力度，使其能夠在沖壓模具制造中得到越來越廣泛的應(yīng)用。同時，應(yīng)當(dāng)加快沖壓模具加工設(shè)備的發(fā)展速度，朝著高速化、一體化的方向發(fā)展，借此來提升沖壓模具制造的效率。

隨著市場競爭的日益加劇，要求企業(yè)必須能夠快速響應(yīng)市場和用戶的需求變化，同時由于工業(yè)生產(chǎn)越來越向多品種、小批量、高質(zhì)量、低成本的方向發(fā)展，為了在競爭中占據(jù)有利的地位，企業(yè)必須對變化的市場需求能夠作出快速響應(yīng)，高效率地實(shí)現(xiàn)多品種、小批量的敏捷化生產(chǎn)?；谀嫦蚬こ痰目焖倌＞咧圃旒夹g(shù)是快速制造領(lǐng)域中發(fā)展最迅速的技術(shù)之一，它能對模具快速反求，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品到模具的快速設(shè)計(jì)、制造，從而提高設(shè)計(jì)效率、準(zhǔn)確性和縮短模具的設(shè)計(jì)周期。

結(jié)論：綜上所述，為大幅度提升沖壓模具的使用壽命，應(yīng)當(dāng)逐步加大對沖壓模具制造技術(shù)的研究力度，使沖壓模具制造朝著高效率、高精度、多功能的方向發(fā)展。同時，還應(yīng)充分考慮到產(chǎn)品的更新?lián)Q代問題，并開發(fā)出能夠滿足小批量生產(chǎn)的快速模具制造技術(shù)。