逆向工程技術在快速模具制造中的應用研究

劉衛東

【摘要】基于逆向工程的快速模具制造技術是快速制造領域中發展最迅速的技術之一，它能對模具快速反求，實現產品到模具的快速設計、制造。基于此點，文章從沖壓模具制造技術的現狀分析入手，闡述了快速沖壓模具制造技術的應用實踐，最后展望了沖壓模具制造技術的發展方向。期望通過本文的研究能對促進沖壓模具制造技術水平的提升有所幫助。

【關鍵詞】沖壓模具 制造 逆向工程技術

1沖壓模具制造技術的現狀分析

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。在現代工業生產中，沖壓模具的應用日益廣泛，由此為工業產品的批量化生產提供了條件。

近年來，我國的工業產業獲得快速發展，作為工業生產中不可或缺的沖壓模具也得到了相應發展。在業內專家學者的不斷努力下，使得沖壓模具制造方面取得了顯著的成果，從而進一步推動了模具工業的增長速度，在這一背景下，越來越多的模具企業加大了技術創新方面的投入力度，CAD技術在模具制造中得到了一定程度的應用。不僅如此，還有一些模具企業開始應用國際通用軟件，如PDX（擴展級進模）、Pro/E等等，從而使模具設計制造周期大幅度縮短，模具制造效率顯著提升。

我國雖然在工業模具制造方面取得了巨大的進步，但與國外發達國家相比，沖壓模具制造技術仍存在諸多不足之處，具體體現在如下幾個方面：模具制造的標準化程度不足;模具的使用壽命不長;CAD/CAE等先進技術的應用尚未普及。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，應當以解決這些問題作為主要目標，這樣才能推動我國沖壓模具制造業的發展，也才能使沖壓模具制造技術的應用范圍進一步擴大。

2沖壓模具制造技術的應用實踐

2.1電火花銑削加工技術

該技術歸屬于成型加工技術的范疇，其之所以在沖壓模具制造中得到越來越廣泛的應用，與自身所具備的優點有著密不可分的關聯，具體體現在如下幾個方面：一是可對傳統成型加工有困難的工件進行加工;二是由于加工中采用了簡單標準的電極，從而使得加工工藝得以簡化，有效改善了加工條件，放電間隙的穩定性更高;三是電極在加工中以較高的速度旋轉，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生;四是簡單標準電極的使用，減小了電容效應，能夠獲得更低的表面粗糙度，加工質量大幅度提升。

2.2低速走絲切割技術

這是一種利用能夠連續移動的細金屬絲對工件進行切割加工的技術，該技術的應用優勢體現在如下幾個方面：一是加工表面的質量較高。由于切割加工時采用了納秒級大峰值電流脈沖電源技術，從而可以形成氣化加工，由此減小了變質層的厚度，工件表面質量得到提高，內應力的減小防止了加工中工件表面裂紋的產生;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，從而使得加工精度大幅度提升。為節省工件的切割時間，多次切割的次數為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量，當有特殊需要時可進行四次切割;三是加工效率高。當使用標準絲進行切割加工時，加工效率能夠達到每分鐘350，厚度較大工件的加工效率可以達到每分鐘170。在對該技術進行應用時，需要注意如下事項：由于低速走絲切割機的機構復雜程度較高，因此容易出現故障，為避免停機，應加強設備檢查，并正確操作，降低故障發生率。

2.4高速切削加工技術

這是沖壓模具制造中最為先進的一項技術，其特點體現在效率高、能耗低等方面。與傳統的切削加工相比，該技術無論是在切削速度還是在進給速度上，都顯著提高，不僅如此，切削機理也隨之發生了變化。應用實踐表明，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，高速切削技術的應用，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，生產效率顯著提升。在沖壓模具制造中應用高速切削技術時，機床應當滿足如下要求：機床結構必須具有足夠不高的剛性，能夠提供高速進給的驅動器;主軸和刀柄應當能滿足高轉速的要求，并且主軸的軸向間隙不得超過0.00508mm;機床應當帶有控制單元，能夠實現自動加減速和高速率的數據傳輸。

2.4成型技術

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

2.4.2化學腐蝕成型。沖壓模具制造的過程中，凹凸模經過淬火處理之后，其形狀會變得比較復雜，當淬火硬度比較高時，不利于后續的修正加工處理。對此，可應用化學腐蝕技術予以解決。該方法具體是指用化學試劑對金屬工件進行腐蝕，配合研磨獲得一定形狀和表面光潔度。其優點時操作簡單，能夠對任意可切削的金屬材料進行加工處理，不會受到硬度和強度等條件的限制。

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、優質等特點，在模具制造領域中的應用非常廣泛。如可在合金壓鑄模具以及模具腔強化中應用，通過該技術的運用，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。逆向工程也稱反求工程或反向工程，是根據已存在的產品或零件原型構造產品或零件的工程設計模型，并在此基礎上對已有的產品進行剖析、理解和改進，是對已有設計的二次設計。逆向工程系統主要由三部分組成：產品實物幾何外形的數字化、CAD模型重建、產品或模具制造。逆向工程中的關鍵技術是據采集、數據處理和模型的重建。

（1）數據采集：數據采集是逆向工程的第一步，其方法的得當直接影響到是否能準確、快速、完整地獲取實物的二維、三維幾何數據，影響到重構的CAD實體模型的質量，并最終影響產品的質量。

（2）數據處理：對于獲取的一系列點數據在進行CAD模型重建前，必須進行格式轉換、噪聲濾除、平滑、對齊、歸并、測頭半徑補償和插值補點等處理。

（3）模型重建：將處理過的測量數據導入CAD系統，依據前面創建的曲線、曲面構建出原型的CAD模型。

3沖壓模具制造技術的發展方向

目前，國外發達國家在沖壓模具制造中，CAD/CAM等技術的應用非常普遍，但我國在這方面略顯落后。因此，在未來一段時期，國內的專家學者應當加大對這些技術的研究力度，使其能夠在沖壓模具制造中得到越來越廣泛的應用。同時，應當加快沖壓模具加工設備的發展速度，朝著高速化、一體化的方向發展，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，要求企業必須能夠快速響應市場和用戶的需求變化，同時由于工業生產越來越向多品種、小批量、高質量、低成本的方向發展，為了在競爭中占據有利的地位，企業必須對變化的市場需求能夠作出快速響應，高效率地實現多品種、小批量的敏捷化生產。基于逆向工程的快速模具制造技術是快速制造領域中發展最迅速的技術之一，它能對模具快速反求，實現產品到模具的快速設計、制造，從而提高設計效率、準確性和縮短模具的設計周期。

結論：綜上所述，為大幅度提升沖壓模具的使用壽命，應當逐步加大對沖壓模具制造技術的研究力度，使沖壓模具制造朝著高效率、高精度、多功能的方向發展。同時，還應充分考慮到產品的更新換代問題，并開發出能夠滿足小批量生產的快速模具制造技術。