基于逆向技术的模具型腔修复研究

赖 啸，郭 晟

(宜宾职业技术学院，四川 宜宾 644000)

0 引言

逆向工程技术是现代高新技术之一，其主要特征是以逆向建模为基础，以产品结构与功能要素重现为导向。逆向技术综合了现代设计和制造的并行思想，其三大核心技术为测量技术、网格剖分技术、重构曲面模型技术。随着科技的发展，能实现产品复原及创新开发的逆向工程技术，与现代CAD/CAM技术相结合，已成为现代机械设计师的重要技术手段，运用它可以有效地再现产品原始设计特征参数，可以创造性地实现再设计。

除了在现代工业产品的结构设计及造型方面拥有较高的应用价值外，逆向技术还在产品的修复，特别是模具型腔的反求建模与复原修复等方面具有一定的应用价值。随着生活产品的多样化发展，产品曲面模型也呈现多样性，相应地，对曲面产品成形的模具型腔也随即呈多样性变化，多样化的型腔表面原始特征数据不可能被长久保存，当型腔表面失效，而其对应的曲面产品又需重新加工或需通过进一步创新设计后再加工，可原始的参数难以找到，此时逆向技术就显得尤为重要，运用它可以有效、方便、快捷地实现失效表面特征参数的复原再现。

本研究通过运用逆向设计技术，探讨模具型腔失效表面的再生设计与修复方法及手段，为型腔失效表面实现高速、高质、低成本的复原与修复提供参考与指导。

1 模具型腔的逆向修复案例

逆向技术这种先进的设计方法与反求复原修复手段，在业界的应用日趋广泛。对模具型腔的失效表面进行逆向修复，其主要思路与步骤是：模具型腔失效分析、逆向扫描与数据获取、数据处理、重构建模、数控加工等。

1.1 产品分析

如图1所示，经长时间的工作或闲置后，某盖壳注塑模具型腔表面已失效，成型的塑件表面质量已达不到要求，型腔须修复。通过逆向建模来获得早已丢失的型腔的原始技术数据。

1.2 三维逆向扫描与数据采集

要还原并获取型腔受损表面技术参数等生产信息，3D逆向扫描是基础，在此利用三维天下科技有限公司的3D扫描设备来获取原始数据，其精度与速度都较好，操作方便。为得到精度与完整度都较优的点云数据，需拟好较优的扫描方案，并注意在合适的位置贴好标志点，并借助垫块、转盘、橡皮泥等工具选择合适的角度进行数据采集。

图1 需修复的型腔

如图2所示，将喷好显影剂并贴好标志点的型腔放于三维转盘上进行三维扫描与数据采集，得到数据模型如图3所示。

图2贴好标志点的型腔图3扫描得到的待处理的数据模型

1.3 数据的优化处理

对离散的初始图元数据，需要通过专用软件进行优化处理方能甄别扫描数据误差，得到较精确的片层。在此运用Geomagic Wrap专用软件，通过去除杂点和孤点、除噪、光润等处理后，封装得到型腔片层网格模型，如图4所示。

1.4 重构建模

将封装好的片层模型导入到业界功能最全面的逆向建模软件DX中，先依不同的区域进行分块，再通过点云数据进行构线及构面操作，不同区域的构面方法是不同的，各面域间的过渡要尽可能光润。通过DX所构建的产品数字模型已具有其比较完整的特征信息，但有时会产生扭曲、交叉等影响表面质量精度的状况，此时可以再将数字模型导入到UG或CATIA等功能强大的正逆向建模软件中进行优化处理，完成最终的型腔重构建模。

1.5 数控加工

建好模后以UG来进行型腔的CAM编程设计，UG具有强大的自动编程加工功能。先以型腔铣开粗，其刀路如图5所示。

图4封装好的型腔数据模型图5型腔铣刀路

采用自动换刀，得到以下粗加工程序(因篇幅有限，在此仅列出前面部分程序)：

%

N0010 G40 G17 G90 G70

N0020 G91 G28 Z0.0

:0030 T00 M06

N0040 G0 G90 X-111.3309 Y-75.0854 S1500 M03

N0050 G43 Z34.62 H00 M08

N0060 Z23.9893

N0070 G1 Z20.9893 F250.

N0080 X-106.3309 Y-79.8144

N0090 G3 X-105.9108 Y-80.1527 I2.3297 J2.4632

N0100 X-105.8001 Y-80.1792 I.0901 J.1322

N0110 G1 X-105.5271 Y-80.1438

N0120 G3 X-105.4611 Y-80.1197 I-.0204 J.1587

N0130 G1 X-105.0306 Y-79.8433

N0140 G3 X-105.0241 Y-79.8389 I-.0865 J.1346

N0150 G1 X-104.8201 Y-79.6932

N0160 X-104.3879 Y-79.4325

N0170 G3 X-104.3837 Y-79.4299 I-.0826 J.137

N0180 G1 X-103.956 Y-79.1537

N0190 X-102.8457 Y-78.4867

N0200 G3 X-102.8433 Y-78.4852 I-.0824 J.1371

N0210 G1 X-102.1972 Y-78.0809

N0220 X-99.2861 Y-77.3528

N0230 X-100.0306 Y-81.3054

……

再以区域轮廓铣进行型腔的精加工，刀路如图6所示。

其精加工程序(部分)如下：

%

N0010 G40 G17 G90 G70

N0020 G91 G28 Z0.0

:0030 T00 M06

N0040 G0 G90 X-34.5283 Y-5.1477 S4000 M03

N0050 G43 Z34.6147 H00 M08

N0060 Z17.1147

N0070 G1 Z14.4412 F250.

N0080 X-34.5933 Y-5.1924 Z13.9599

N0090 X-34.8051 Y-5.3381 Z13.5454

N0100 X-35.1314 Y-5.5626 Z13.2608

N0110 X-35.5227 Y-5.8317 Z13.1495

N0120 X-35.8089 Y-6.0286 Z13.1378

N0130 X-36.1136 Y-6.2395 Z13.148

N0140 X-36.284 Y-6.3331 Z13.1396

N0150 X-36.2845 Y-6.3334

N0160 X-37.2925 Y-6.8191 Z13.1377

N0170 X-38.3642 Y-7.1409 Z13.1324

N0180 X-39.473 Y-7.291 Z13.1382

……

图6 区域轮廓铣刀路

从刀轨验证的过程来看，加工中没有出现过切、加工不到位及打刀等不良情况，刀路也合理。刀轨验证后最后生成三维加工模型，其效果如图7所示。从三维模拟效果来看，型腔质量较好，能达到复原修复的目标。

图7 加工后的三维效果

1.6 型腔加工与精度检测

应用上述编好的数控程序加工出型腔产品后,以三坐标对型腔进行精度检测，其尺寸精度、形位公差及表面粗糙度均达到了工作要求。

2 结语

随着逆向技术的迅猛发展，其已成为现代先进工业设计与制造技术的重要标志，在企业新产品开发与重要零件的复原修复及创新设计中起着技术支撑作用。本文对常用的盖体模具型腔的失效表面进行逆向复原修复，其结果可以为同类曲面零件的失效表面实现低成本高精度的有效修复提供参考和指导。

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