模具設計制造中逆向工程技術的應用探析

張 豐

撫順礦業集團技師學院，遼寧撫順 113008

0 引言

在現實生活中，模具對于汽車、摩托車等的換型工作具有決定性的作用，就摩托車而言，以油箱為代表的沖壓件的質量（包括外表、輪廓、型面等）會對機車整體外觀產生重要影響，這甚至會對該型號的摩托車所占的市場份額產生決定性的作用，因此，傳統的模具制造方法已經不能滿足現代化模具的發展需求，這就需要逆向工程技術在這一領域發揮其得天獨厚的優勢。

1 傳統模具的設計與制造方法

就拿以熔模精密鑄造為制造工藝制成的一般機床零件來講，這屬于傳統模具制造的范疇。傳統的模具制造中，我們一般會采取以下兩種方法：一種是將等比例模型用液壓三次元靠模銑床制造出來，另一種是用立體雕刻機進行制造，得出等比例模型之后再進行生產。但是這種制造方法存在諸多漏洞，除了產品的尺寸圖檔無法進行建立、手工修模數量巨大、產品質量穩定性差、成品修改困難或無法修改、制造周期長之外，還存在產品間隙不均勻等情況，這無疑對后續的數控加工和質檢工作帶來困難。由于實物鑄造模具在一定程度上也可歸納為產品，那就不可避免的存在偏差及收縮等情況，這樣的模具造出來的產品必定會存在這樣或那樣的缺陷。

2 模具設計制造中逆向工程技術應用

2.1 相關實物的零件幾何建模

上游廠家提供的信息資料，不能保證每一次都是數據類型的三圍建模，應該充分考慮到客戶所提供資料的全面性，這一方面有效的防止了模型設計單獨對CAD 的依賴性，另一方面，更能有效促進逆向工程技術與CAD/CAM 系統的結合，提高模具設計的質量。

逆向工程技術的廣泛應用，以及現階段三維空間的模擬仿真技術的實踐，為模型的設計帶來了新的發展空間，它極大的突破了原有條件對創新想法的限制，逐步將新穎的創新想法變為現實。

2.2 CAD 模型下的數據建模

2.2.1 三維數據采集

為了使掃描零件這一過程更加方便和精確，就需要在掃面前對該零件做諸如設置參考點、噴涂顯像劑、軟件校準、儀器校準等前期準備。本文中我們采用的是三維激光掃描抄數系統，通過對前期準備時設置的一系列標記進行精確的掃描，在此基礎上對掃描得到的數據進行合并，這些數據可以在掃描頭上直接獲得。在掃描時，全新的自定位技術被應用到這一過程中，將測量精度設置為0.1mm/0.5m，運用十字激光掃描對數據進行實時處理，最終會生成三角面。為了保障數據的精確無重疊，也為了使數據無冗雜，我們采用用.STL 格式進行數據輸出。掃描時，我們采用三維激光掃描系統全方位、多角度地對整個零件進行掃描。

2.2.2 三維幾何建模

作為逆向工程的關鍵部分—幾何建模，其必須保證自身的關鍵部分—曲面構建的科學性。建模過程看似簡單，其實包含了復雜的數據處理。要想進行數據處理，就需要相應的圖形參與其中，這些圖形我們不僅可以通過數據調整、密集度修改、雜點去除這些方法獲得，還可以通過區域修剪、數據光順、尖角保留等方法獲得。

為了提取截面線，我們必須做出一系列的準備，最主要的便是將零件點云進行方位對齊；為了對齊零件點云，我們首先得運用相關軟件對掃描獲得的點云文件進行調入，接下來則需要有針對性（例如分析點云特征等）的做出相應的輔助基準。點云數據不是一經獲得就進行處理，還需進行一系列的后續優化，因為這些初始數據往往存在諸多雜點，因此需要對這些雜點進行過濾，然后進行諸如平滑、補齊遺失點等后續優化，只有這樣才能將不需要的數據處理掉，降低點云密度。只有這樣，才能加快數據的處理速度和準確性，使得零件對稱基準面得以有效構建。

要想進行模型的重新構建，就必須重視特征線的有效提取。在這一過程中，諸如平面、內孔、凹槽、圓柱面等二次曲面的區域要首先根據零件的外部特征劃分出來；接下來則需要分割零件點云，將二次曲面通過被分割的點云擬合構造平面、內孔、凹槽、圓柱面，除此之外，零件的外部特征也可以直接做出來。我們可以用兩條相交直線或三點來確定平面，可以用矢量或截面線來確定圓柱面或內孔，這一過程要將實際測量數據和系統掃描數據結合起來。曲面的特征線需要根據自由曲面構造出來。要想獲得自由曲面，我們必須先得到必要的截面線，這一截面線是根據零件點云做出的，在去除冗余點云的基礎上進行雜點光順，然后將處理過的點云進行擬合，得到曲線。

2.3 模具的結構優化與制造

建成以上模型后，可以設計生成型模凹槽及鑲件等。要想生成模具的型腔，可以利用Pro/E 中的Model 等模塊，然后對型腔進行處理，這需要用到Pro/E 中的Pro/ Manufacturing模塊，接下來需要生成粗精加工程序，這需要對新獲得的模型進行NC 加工程序制作，需要用到Pro/E 中的Manufacturing模塊。在具體的操作之前，要不斷探索該設計的最優方案，優化模具內部結構，保證形式、外觀與內部的高度統一。在具體的實施過程中，為了避免加工時產生誤差，須提前驗證機床的刀位。加工過程需用真實感圖形顯示技術形成動態顯示；要想對模具進行加工，必須將新生成的NC 加工的G 碼輸入五軸加工中心；最后對模具進行電極加工。

2.4 模具的結構評估與改進

將2.2%的尺寸增加率運用到陶瓷模精密制造法中，得到零件鑄造毛坯；在Pro/E 的Manufacturing 模塊中匯入前面得到的三維造型，得到新的Pro/ NC 文件，用這一文件對毛坯進行進一步的加工。對成型產品進行質量評估，確保所生產產品質量達標，并逐步探索當前產品的不足之處，并尋求更好的完善方案，只有這樣才能制造出符合要求的產品。

3 結論

綜上所述，將CAD/CAM 與逆向工程結合起來，可以大大促進模具的設計與制造，不僅可以縮短周期，而且可以將模具設計制造與產品原型設計生產緊密結合起來，使其得到系統集成，這將使得逆向工程技術在今后的模具制造中發揮更大的作用。

[1]陳靜媛.模具行業設計制造技術現狀與趨勢[J].機械設計與制造，2007(2)：174-176.

[2]黃平華，尹桂林，余震，等.逆向工程和數值模擬在汽車覆蓋件模具創新設計中的綜合應用[J].機床與液壓，2007，35(10)：67-69.