叶轮逆向反求及其注射模结构设计

张国新

(无锡科技职业学院，江苏无锡 214028)

Vivid 9i非接触式三维扫描仪是日本美能达公司的产品，它为铸造、锻造、压铸、塑料浇注和模具制造提供高速度、高精度的三维尺寸测量；采用条状激光对输入对象进行扫描，使用CCD相机接受其反射光束，根据三角测距原理获得与拍摄物体之间的距离，进行三维数据化处理；根据三维激光扫描的点云数据，通过专用软件Geomagic Studio进行数据处理，获得片体，结合UG6.0进行优化处理成三维实体，直接可用于其注射模具设计。叶轮是用于汽车水泵上的重要零件，叶轮上叶片薄且长，给模具加工带来一定困难，经客户介绍叶轮在某单位曾经开发过，但没有成功，主要是由于在注射成型时，叶片端面不易充足，如图1所示。

1 叶轮反求

(1)叶轮数据采集

基于Vivid 9i激光扫描仪对叶轮实物进行扫描，由于叶轮叶片较薄、曲率变化小而且较规则，这给点云拼接带来一定困难。本文采用辅助球法点云拼接技术实现了叶轮点云的拼接，如图2所示。

(2)叶轮点云处理

利用Vivid 9i激光扫描仪系统软件PolygonEditingTool将采集的点云进行合并处理，并以*.stl格式导出。采用Geomagic Studio逆向软件进行点云处理，首先将三角面片显示为100，删除杂数据：点击［开流形］，逐幅寻找杂数据，并将其删除；合并数据：将所有的数据选中，点击［合并］，并将所有参数设为无，执行合并；去除噪点：清除、删除钉状物、减少噪声；松弛多边形(光顺)；补洞：小洞可以选择一起补上，大洞则需要根据情况分别采用部分补洞，或者桥接之类的做处理，如变形较大，则采用清除数据，或者桥接的时候不采用基于曲率填充；修复相交多边形：修复相交多边形的最终目的是全部没有相交多边形，如果有要应用松弛或者清除去除掉；点击［形状阶段］进入曲面阶段，选择新建Fashion面；探测曲率：点击［探测曲率］进入探测曲率截面，点击计算区域，然后手动删除或者更改区域，点击［抽取］；编辑轮廓线：点击［编辑轮廓线］进入轮廓线边界，点击［细分］，［接受］，然后进入编辑，最终使所有的都没有问题；延长轮廓线；编辑延伸：左键点击控制点，分别进行调整，让所有的问题消失；创建修剪曲面：点击自动分类，并且手动调整面分类，(先选择区域，然后点击类型按钮)；拟合初级曲面；拟合连接面：点击全部拟合；缝合对象：点击缝合修剪，点击缝合对象，点击创建；导出数据：点选缝合模型，获得叶轮片体如图3所示，点击保存，另存为STEP格式或者IGES格式，不能保存在中文目录下。

(3)叶轮片体处理

采用UG对叶轮片体处理，采用相交曲线法抽取典型截面曲线，采用光顺法对这些典型截面曲线进行光整，光整后的典型截面曲线如图4所示。运用旋转与拉伸技术实现叶轮实体的创建，如图5所示。

2 叶轮模具设计要点

(1)成型零件设计

根据叶轮零件结构分析，采用点浇口，在!-!处分型，如图6所示。由于叶轮成型时，叶片端面难充足，加上零件结构较复杂，给模具加工带来较大的困难。本文针对这两个问题，采用分体式结构，将复杂的叶轮模具结构分解成若干个简单的单元组成，如图6所示，成功解决了叶轮模具加工困难问题。定模镶块Ⅰ与定模镶块Ⅱ在装配时，不要过紧也不要过松，保证既便于排气又不会溢料，可控制间隙为0.02～0.04 mm，这样可成功解决叶轮成型时，由于不便于排气而充不足的现象。

(2)模具结构设计

采用一模两腔、点浇口二次分型的模具结构(图7)，经分析主流道过长，不便于充型；开合模时，浇口套与中间板频繁相对运动，易磨损而产生溢料。如图8所示，采用浇口套固定在中间板上，浇口套头部与定模座板采用大间隙配合，能够成功解决上述问题。根据零件结构分析，塑件与定模之间摩擦力较小，没有足够的力先在B-B处分型，如图10所示。采用简单的胶塞螺丝模具结构，如图9所示，增大A-A处摩擦力，实现在B-B处先分型。叶轮模具结构总图，如图10所示。叶轮注射模开合模工作过程：动模后移，在胶塞螺丝摩擦力作用下，实现在B-B面先分型，在拉料钉的作用下，实现点浇口拉断；动模后移一段距离后，在限位螺钉Ⅰ作用下，拉动中间板，实现在C-C面分型，凝料与拉料钉分离；在限位螺钉Ⅱ作用下，中间板、定模板、定模套板都停止运动，在开模力的作用下，实现A-A面分型，在塑件包紧力的作用下，塑件停留在动模一侧，动模后移到注射机顶杆接触到推板停止后移，推出机构将制件推出，从A-A分型面取出塑件。动定合模，在合模力作用下，利用复位杆，实现推出机构复位。

3 结语

依靠逆向反求技术可实现复杂实物到数模的过程；采用化复杂到简单的方法，采用分体式模具结构，解决复杂零件加工难问题，同时解决了成型排气问题，便于充足成型。经生产实践验证，该方法实用、可行、有效，取得良好经济效益。

［1］许发樾.模具机构设计［M］.北京：机械工业出版社，2004.

［2］陈万林.实用塑料注射模设计与制造［M］.北京：机械工业出版社，2002.

［3］金涛，童水光.逆向工程技术［M］.北京：机械工业出版社，2003.

［4］刘万里，马强，孙大许，等.UG在逆向工程技术中应用［J］.机械设计与制造，2005(10)：96-97.