機(jī)油瓶塑料模具的逆向設(shè)計(jì)*

呂淑艷

(包頭職業(yè)技術(shù)學(xué)院 材料工程系，內(nèi)蒙古 包頭 014035)

工業(yè)生產(chǎn)或日常生活中隨處可見大小不同、形狀各異的機(jī)油瓶，里面裝的機(jī)油可用于各類設(shè)備或交通工具的保養(yǎng)。現(xiàn)有一款機(jī)油瓶，如圖1所示。目前只有機(jī)油瓶的成品，沒有其零件和塑料模具的三維數(shù)學(xué)模型。本文利用逆向設(shè)計(jì)方法，獲得機(jī)油瓶塑件的三維數(shù)學(xué)模型，并利用注塑模向?qū)嫦蛟O(shè)計(jì)機(jī)油瓶吹塑模具。

圖1 機(jī)油瓶塑件

1 機(jī)油瓶塑件成型工藝分析

機(jī)油瓶塑件材料采用的是聚乙烯(PE)塑料粒料，如圖2所示。聚乙烯塑料材質(zhì)較軟，與同等塑料相比質(zhì)量較輕，半透明，無毒，成型溫度在200℃左右。聚乙烯具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性，防水防濕性，可用于包裝。

圖2 聚乙烯塑料粒料

根據(jù)機(jī)油瓶結(jié)構(gòu)形狀特點(diǎn)，塑件適合采用擠出吹塑成型。該零件尺寸適中，如果吹塑模具采用一模多件，生產(chǎn)效率較高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)對(duì)擠出機(jī)的要求也較高，操作不方便。綜合以上分析，機(jī)油瓶塑件采用一模一件，成型設(shè)備選用雙工位氣動(dòng)擠出吹塑機(jī)。成型時(shí)將聚乙烯塑料粒加入擠出機(jī)料筒內(nèi)加熱熔融，使之呈粘流狀態(tài)，在擠出機(jī)擠壓系統(tǒng)作用下通過具有與制品截面形狀相仿的口模，成為形狀與口模相仿的粘流態(tài)熔體，管坯再經(jīng)吹塑輔機(jī)吹塑成型，經(jīng)冷卻定型，最終獲得機(jī)油瓶塑料制品。

2 機(jī)油瓶塑件逆向設(shè)計(jì)

機(jī)油瓶塑件逆向設(shè)計(jì)過程主要包括掃描測量、數(shù)據(jù)處理和逆向建模。

2.1 掃描測量

機(jī)油瓶塑件掃描前，首先對(duì)零件進(jìn)行表面噴粉處理，噴粉要在室外空曠的地方進(jìn)行，粉量越薄越好，對(duì)塑件表面覆蓋薄薄一層，避免過厚，噴粉過厚會(huì)影響塑件掃描精度。接下來是貼標(biāo)記點(diǎn)，在貼標(biāo)記點(diǎn)之前，應(yīng)注意標(biāo)記點(diǎn)是貼在掃描零件上還是掃描零件周圍，還是兩者都需要。標(biāo)記點(diǎn)貼在零件表面的優(yōu)點(diǎn)是零件可以自由移動(dòng)，缺點(diǎn)是會(huì)影響被標(biāo)記點(diǎn)覆蓋的零件表面的3D數(shù)據(jù)。貼在零件周圍雖不影響3D數(shù)據(jù)，但在整個(gè)采集過程中，要保持掃描零件不能移動(dòng)。由于機(jī)油瓶塑件是扁平零件，激光掃描光束受零件遮擋的原因，不可能通過一次掃描完成對(duì)整個(gè)零件的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取，因此需要從不同的位置和角度對(duì)零件進(jìn)行掃描，然后通過三維匹配把相鄰掃描的點(diǎn)云數(shù)據(jù)拼接在一起。為保證采集精度，需在零件表面和周圍都粘貼標(biāo)記點(diǎn)。粘貼時(shí)，標(biāo)記點(diǎn)盡量不要貼在一條直線上，可成V型分布。機(jī)油瓶塑件掃描測量圖，如圖3所示。

圖3 機(jī)油瓶塑件掃描測量

2.2 數(shù)據(jù)處理

利用Geomagic Studio數(shù)據(jù)處理軟件處理掃描完成的數(shù)據(jù)。首先著色，然后用補(bǔ)孔命令進(jìn)行補(bǔ)孔，對(duì)凹凸不平的表面用去除特征命令進(jìn)行修復(fù),最后導(dǎo)出機(jī)油瓶塑件數(shù)據(jù)處理結(jié)果，如圖4所示。

圖4 機(jī)油瓶塑件數(shù)據(jù)處理

2.3 逆向建模

逆向建模[1]是機(jī)油瓶塑件整個(gè)逆向過程中最關(guān)鍵的一環(huán)，可以對(duì)塑件進(jìn)行結(jié)構(gòu)改進(jìn)再設(shè)計(jì)，對(duì)后面吹塑模具的尺寸形狀等都有直接的影響。機(jī)油瓶塑件三維數(shù)學(xué)模型，如圖5所示。

圖5 機(jī)油瓶塑件三維數(shù)學(xué)模型

3 機(jī)油瓶塑料模具逆向設(shè)計(jì)

機(jī)油瓶擠出吹塑模具[2]由兩蘭凹模組成，模具設(shè)計(jì)采用的是UG軟件注塑模向?qū)K和建模模塊，以逆向設(shè)計(jì)為主，必要時(shí)輔助正向設(shè)計(jì)。首先加載機(jī)油瓶產(chǎn)品零件，定義模具坐標(biāo)系，然后模具分型，分型面的選擇盡量使兩半型腔為對(duì)稱，易于制品脫模，由于機(jī)油瓶為矩形截面容器，分型面應(yīng)通過中心線或?qū)蔷€。模板和吹氣口參照擠出吹塑和相關(guān)尺寸設(shè)計(jì)，導(dǎo)柱導(dǎo)套和固定零件直接調(diào)入標(biāo)準(zhǔn)件。由于該模具為小型模具，需開設(shè)冷卻水道，通水冷卻。利用注塑模向?qū)Ы⑺?，加入水管接頭和堵頭等。機(jī)油瓶吹塑模具模狀態(tài)圖如圖6所示。機(jī)油瓶吹塑模具分模狀態(tài)圖如圖7所示。

圖6 機(jī)油瓶吹塑模具合模狀態(tài)圖

圖7 機(jī)油瓶吹塑模具分模狀態(tài)圖

4 結(jié)論

逆向設(shè)計(jì)在產(chǎn)品研發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)過程中起著重要作用。本文以機(jī)油瓶塑件為例，采用逆向設(shè)計(jì)方法，從產(chǎn)品的成型工藝分析、掃描測量、數(shù)據(jù)處理、逆向建模和吹塑模具逆向設(shè)計(jì)等方面，詳細(xì)闡述了塑件逆向設(shè)計(jì)和其吹塑模具逆向設(shè)計(jì)過程。為后續(xù)制造吹塑模具工作零件模擬數(shù)控加工刀路提供三維數(shù)據(jù)支撐。這種方法特別適合以實(shí)物塑件為基礎(chǔ)的塑料模具設(shè)計(jì)，開發(fā)周期短，經(jīng)濟(jì)效益高。