逆向工程技术在塑料模具设计中的应用

王书林

（徐州市中等专业学校，江苏 徐州 221000）

随着工业产品、生活用品塑料化趋势的增强，塑料制品的应用范围逐渐扩大，市场需求量不断上升，同时各应用领域对塑料产品的强度特性、品质也提出了更高要求，尤其是塑料制品逐渐取代传统金属元件，对塑料制品质量要求更为严格。目前塑料制品设计与加工技术依然沿用传统设计模式，即先进行图纸三维模型构建，再根据成品应用需要进行材料、工艺等设计，常出现因缺失图纸数据而延长设计与生产周期的情况。将逆向工程技术应用于常规设计模式，颠倒传统设计流程，先进行实物样件图纸设计再进行三维数字模型转化，能够有效提高设计精度与效率。以下探究逆向工程技术在塑料模具设计中的具体应用，希望能对行业内合理利用逆向工程技术有一定的参考作用。

1 逆向工程技术概述

逆向工程技术又被称作反求工程，是指运用测量手段展开对实物、模型的测量，根据获取的测量数据构建三维几何模型，重构实物CAD 模型，进行产品设计与制造。具体流程是：在已有样品基础上通过测量获取相关数据、处理数据、经CAD 进行曲面创面和CAD 曲面造型修饰，数据基础形成后进行模具造型、经CAD 软件生成NC 程序和加工模具，最终完成模具重构，用于产品复制。

其中需要用到诸多工具与软件，如在数据测量环节，需要大量点群数据处理软件，CAD、MAE、CNC 和CAM 等，以及机械接触式坐标测量机、三维激光扫描机和光学坐标测量机等设备[1]。逆向工程技术作为一项创新型技术，对工程软件的应用要求严格，需要具备噪声滤除、内插补、曲面修改、细线化、曲线与曲面构建和补点等诸多操作功能[2]。

2 逆向工程技术在塑料模具设计中的应用流程

2.1 数据测量与采集

数据测量与采集是逆向塑料模具设计的第一步，以测量期间侧头与工件是否发生接触为标准，目前分为有接触与非接触两种测量方式，其中接触式测量具有较高精准度，对工件的表面光线以及颜色无特殊要求，但需要在测量过程中严格控制测量速度，避免划损侧头；非接触式具有测量速率快的优点，但测量精度较低，测量过程中要求工件表面光线适宜，目前常用于曲面结构复杂的工件测量。

数据测量是将实物工件与三维数据模型这两个孤立过程连接实现数字化加工的桥梁，目前为了满足内行业内高设计效率的需求，测量过程中应充分描绘工件几何外形特征，采用合适技术与工具，减少无用点云数据的扫描与采集[3]。常用三坐标测量机测量工件曲面点云数据，通过曲面特征情况分析，可自动规划化面片测量路径，减少测量中干扰因素、提高测量效率，及时在点云数据下保障曲面质量。

2.2 数据处理

获取后的点云数据需要经过处理，形成统一视角下的物理轮廓数据信息，这一步骤需要将测量中采集的点云数据转换成.asc 格式，经Geomagic Studio 软件完成点云之间的拼合；完成合并后，再利用软件中的噪音滤除功能，将数据采集过程中因扫描设备振动以及光照产生的噪音点消除；最后需要重新采样，这一环节至关重要，关系到后续设计的整体效率，其需要对从点云数据的整体上进行考虑，改变数据点之间的距离，进行系统性的处理，减少不必要的点云数据，从而获取完整的曲面点云[4]。也可利用三维CAD 软件直接进行点云处理，将获取的点云数据转化为.igs 格式，上传到CAD 软件中，经冗余数据清除处理、误测与波动数据消除处理、侧头半径影响消除处理、数据平滑处理、提取特征数据处理、数据分割处理和视图合并处理步骤进行操作。

2.3 曲面及CAD 模型建构

目前，常用的曲面模型建构方法有两种，一种是直接利用点云数据建构曲面，另一种则是点云数据拟合曲面后经过造型工具处理建构曲面。两种方法获取的曲面存在差异，点云数据直接建构曲面为非参数化曲面，原始点与曲面之间为非关联关系，增加了后续设计的难度；而拟合曲面后形成的新曲面为参数化曲面，可为设计提供参数且可进行修改[5]。可将.igs 格式点云数据上传至Pro/e 软件中，进行曲面建构；也可利用UG 软件，经过布尔运算，获取实物原型的完整三维数据，进行标准化参数曲面建构。

2.4 注塑模具成型件设计

曲面模型建构后可继续利用Pro/e 软件进行分模处理，因考虑到需要塑件具有一定拔模倾度，选择合适的分型面至关重要；软件中模具分析工具可执行脱模倾斜度检测命令，使用构成中将收缩率调整为0.005，点击“编辑”菜单，通过复制、粘贴命令，则可快速创建完成工件外表曲面，再利用填充等工具进行修补，最终合并形成完整分型面。获取分型面后，利用体积块分割以及模具进料孔两个工具进行开模演示，无任何问题后，则可将模块导进数控加工程序进行编制。

利用UG 等软件时则可利用无线模块以及单片机处理数据，最终通过液晶模块显示数据用于设计编制。

3 逆向工程技术在塑料模具设计中应用（以电钻壳模具设计为例）

3.1 数据测量与采集环节

考虑到电钻壳的外形复杂度，采用Laser-RE600Ⅲ型非接触式激光扫描仪配和双CCD 三角测量技术完成点云数据测量采集工作，在采集数据过程中，为避免激光扫描受区域限制，需对电钻壳正、侧两面进行2 次以上扫描，其中正面扫描利用单方向直线式进行连续性扫描即可，而侧面扫描则需要在360°旋转下完成扫描。

3.2 数据处理环节

将测量后采集的点云数据转化为.asc 格式，经Geomagic Studio 软件处理，将其中噪音点与无效点云数据清除，第一环节共采集8633 个点云数据，经过处理后留取4509 个点云数据。

3.3 曲面及CAD 模型建构环节

逆向工程技术设计中采用曲面建构方法先进行曲面拟合，形成参数化曲面，具体操作中将点云数据转化为.igs 格式，通过Pro/e 软件进行建构，建构过程中为最大程度保障整个过程清晰、有序，先进行点层数据分层处理，根据电钻壳曲面特征共分为3 个层次：手柄部为第一层次、电机仓为第二层次、连接处为第三层次，每个层次分别构建起曲面片，经过合并与修剪形成完整曲面。

建构过程中采用四边参数曲面的“边界混合”功能，先形成平行的基准面进行曲线造型，再在基准面基础上消除误差数据，使曲面过度更为光顺；并通过“曲率分析”判断曲线光顺性是否达到标准，如果分析结果显示曲率呈较大变化趋势，则表示光顺性差。按照以上环节完成第二层次造型曲线建构，最终利用“边界混合”工具完成不同层次造型曲线的合并。需要注意的是，在曲线建构过程中，需要细化曲线特征，详细分析塑件形状以及塑件特征，清除非必须拟合造型曲线，合并过程中需要通过面片的修建处理、合并处理和过度处理，经过“抽壳”与“实体化”工具实现整体的构造，最终经过后期拉伸、倒圆角等工具细化模具特征，完成三维数字化模型建构。

在注塑模具成型件设计环节，需先进行分型面设计，经过体积块分割将分型面分模，形成如图1 所示的凹、凸模型腔，模拟模具进料，无问题后导入到数控加工程序编制。

4 结语

逆向工程技术实现了更高效的塑料模具设计，且经过实践验证，在设计过程中通过参数化曲面重构提高了模具设计精准度，为实现塑料模具高质量、高效率设计创造了条件。因此，通过逆向工程技术的具体应用分析，希望其使用功能与价值得到充分发挥，成为一种快速、有效的塑料模具设计手段。