葉輪逆向反求及其注射模結構設計

張國新

(無錫科技職業學院，江蘇無錫 214028)

Vivid 9i非接觸式三維掃描儀是日本美能達公司的產品，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量；采用條狀激光對輸入對象進行掃描，使用CCD相機接受其反射光束，根據三角測距原理獲得與拍攝物體之間的距離，進行三維數據化處理；根據三維激光掃描的點云數據，通過專用軟件Geomagic Studio進行數據處理，獲得片體，結合UG6.0進行優化處理成三維實體，直接可用于其注射模具設計。葉輪是用于汽車水泵上的重要零件，葉輪上葉片薄且長，給模具加工帶來一定困難，經客戶介紹葉輪在某單位曾經開發過，但沒有成功，主要是由于在注射成型時，葉片端面不易充足，如圖1所示。

1 葉輪反求

(1)葉輪數據采集

基于Vivid 9i激光掃描儀對葉輪實物進行掃描，由于葉輪葉片較薄、曲率變化小而且較規則，這給點云拼接帶來一定困難。本文采用輔助球法點云拼接技術實現了葉輪點云的拼接，如圖2所示。

(2)葉輪點云處理

利用Vivid 9i激光掃描儀系統軟件PolygonEditingTool將采集的點云進行合并處理，并以*.stl格式導出。采用Geomagic Studio逆向軟件進行點云處理，首先將三角面片顯示為100，刪除雜數據：點擊［開流形］，逐幅尋找雜數據，并將其刪除；合并數據：將所有的數據選中，點擊［合并］，并將所有參數設為無，執行合并；去除噪點：清除、刪除釘狀物、減少噪聲；松弛多邊形(光順)；補洞：小洞可以選擇一起補上，大洞則需要根據情況分別采用部分補洞，或者橋接之類的做處理，如變形較大，則采用清除數據，或者橋接的時候不采用基于曲率填充；修復相交多邊形：修復相交多邊形的最終目的是全部沒有相交多邊形，如果有要應用松弛或者清除去除掉；點擊［形狀階段］進入曲面階段，選擇新建Fashion面；探測曲率：點擊［探測曲率］進入探測曲率截面，點擊計算區域，然后手動刪除或者更改區域，點擊［抽取］；編輯輪廓線：點擊［編輯輪廓線］進入輪廓線邊界，點擊［細分］，［接受］，然后進入編輯，最終使所有的都沒有問題；延長輪廓線；編輯延伸：左鍵點擊控制點，分別進行調整，讓所有的問題消失；創建修剪曲面：點擊自動分類，并且手動調整面分類，(先選擇區域，然后點擊類型按鈕)；擬合初級曲面；擬合連接面：點擊全部擬合；縫合對象：點擊縫合修剪，點擊縫合對象，點擊創建；導出數據：點選縫合模型，獲得葉輪片體如圖3所示，點擊保存，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，采用光順法對這些典型截面曲線進行光整，光整后的典型截面曲線如圖4所示。運用旋轉與拉伸技術實現葉輪實體的創建，如圖5所示。

2 葉輪模具設計要點

(1)成型零件設計

根據葉輪零件結構分析，采用點澆口，在!-!處分型，如圖6所示。由于葉輪成型時，葉片端面難充足，加上零件結構較復雜，給模具加工帶來較大的困難。本文針對這兩個問題，采用分體式結構，將復雜的葉輪模具結構分解成若干個簡單的單元組成，如圖6所示，成功解決了葉輪模具加工困難問題。定模鑲塊Ⅰ與定模鑲塊Ⅱ在裝配時，不要過緊也不要過松，保證既便于排氣又不會溢料，可控制間隙為0.02～0.04 mm，這樣可成功解決葉輪成型時，由于不便于排氣而充不足的現象。

(2)模具結構設計

采用一模兩腔、點澆口二次分型的模具結構(圖7)，經分析主流道過長，不便于充型；開合模時，澆口套與中間板頻繁相對運動，易磨損而產生溢料。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題。根據零件結構分析，塑件與定模之間摩擦力較小，沒有足夠的力先在B-B處分型，如圖10所示。采用簡單的膠塞螺絲模具結構，如圖9所示，增大A-A處摩擦力，實現在B-B處先分型。葉輪模具結構總圖，如圖10所示。葉輪注射模開合模工作過程：動模后移，在膠塞螺絲摩擦力作用下，實現在B-B面先分型，在拉料釘的作用下，實現點澆口拉斷；動模后移一段距離后，在限位螺釘Ⅰ作用下，拉動中間板，實現在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、定模套板都停止運動，在開模力的作用下，實現A-A面分型，在塑件包緊力的作用下，塑件停留在動模一側，動模后移到注射機頂桿接觸到推板停止后移，推出機構將制件推出，從A-A分型面取出塑件。動定合模，在合模力作用下，利用復位桿，實現推出機構復位。

3 結語

依靠逆向反求技術可實現復雜實物到數模的過程；采用化復雜到簡單的方法，采用分體式模具結構，解決復雜零件加工難問題，同時解決了成型排氣問題，便于充足成型。經生產實踐驗證，該方法實用、可行、有效，取得良好經濟效益。

［1］許發樾.模具機構設計［M］.北京：機械工業出版社，2004.

［2］陳萬林.實用塑料注射模設計與制造［M］.北京：機械工業出版社，2002.

［3］金濤，童水光.逆向工程技術［M］.北京：機械工業出版社，2003.

［4］劉萬里，馬強，孫大許，等.UG在逆向工程技術中應用［J］.機械設計與制造，2005(10)：96-97.