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反求工程在模具制造中的应用_模具_中国百科网
反求工程在模具制造中的应用
      满意产品的设计和开发途径主要有两条:一是原创型设计,即从无到有,从创意到制作生产的过程;二是改进型设计,即在原有产品的基础上,进行适当改进和局部创新。一般来说,在产品造型设计过程中,除数量不多的全新概念设计外,绝大多数产品的造型设计与同类产品的设计有极大的相似性和继承性,希望对用做物的样品进行快速测量,并反求为可被3D软件接受的数据模型,进而作出修改和详细设计,达到快速开发新产品的目的。反求工程就是这样一门实用化程度很高的新产品开发技术。反求工程的出现,是现代测量技术、数控技术、CAD技术、加工技术发展和综合应用的产物,对现代制造业起到了巨大的推动作用。  反求工程也叫逆向工程,是产品设计生产的反向过程,是相对于传统的产品的正向开发过程(即思想D图样D产品)而言的逆向过程(即样件电子数据D产品)。广义的反求工程包括产品的几何、精度、工艺、材料、功能原理和设计思想的逆向反求,是一个复杂的系统工程。目前,大多数有关反求工程问题的研究都集中在将实物样件转变为可制造的CAD模型。即对各种形式的物理模型或实物样件进行三维数字化处理,数字化手段包括传统测绘及各种先进测量方法,将获得的三维离散数据作为初始素材,借助专用曲面处理软件和CAD系统构造实物的CAD模型,利用输出的NC加工指令或STL文件驱动CNC或快速成形机制造出产品或原形,这一产品开发模式即为反求工程。反求工程设计过程与传统设计过程的区别如所示。  反求工程由三维几何形状测量、三维重构及快速制造三部分组成。  常见的物体三维几何形状的测量方法基本可分为接触式和非接触式两大类,而测量系统与物体的作用又有光、声、机、电等方式。在反求工程中常用的三维数据获取技术有:坐标测量机(CMM)、线结构光扫描、投影光栅法、数字照相系统、模具最终产品传统设计制造过程与反求工程的区别层切法和计算机断层扫描(CT)法。  实物原型的三维重构主要分为三个阶段:第一阶段为数据处理。首先对原始的层析数据(即原型的每一断层的位图)进行滤波去噪;其次是对经滤波后的图像提取边界轮廓,提取边界后,数据就成为一个个封闭的环,即数据环。第二阶段的工作是特征识别。  首先处理数据环,把表示实物原型上同一特征的数据环构造为该特征的实体环。这个处理过程实际上是数据环的匹配过程;然后,通过自动或交互方式来识别实体环的特征,将其构成为特征环。在交互识别特征时,可采用相对识别方式,即对人工的识别结果进行最小二乘法拟合计算,以检验识别的正确性,也可采用绝对识别方式,即直接接受人工的识别结果,不再进行检验。最后阶段的工作是在选定的CAD造型软件的支持下完成三维实体重构。  反求工程CAD模型给出后,可以通过三种方式获得零件。第一种是由传统的数控加工制造零件,第二种是运用快速原型制造(RPM)技术直接制造模具,第三种为利用快速物理原型经过中间转化而制造模具。后两种本质上均采用了快速原型制造技术来制造模具。快速原型制造的加工过程实质上就是在2轴方向上的叠加过程,即接受CAD数据,由材料逐层累加成形。快速成形工艺可分为三类:光化学方法、光物理方法和非激光堆积直接成形。光化学方法是指利用化学变化实现成形的方法,有SLA、SGC等方法;光物理方法是指利用物理变化实现成形的方法,如SLS、LOM等方法;非激光堆积直接成形是指不使用激光能源的成形方法,如等。  如上所述,利用反求工程快速制造模具主要有两种方式:一是运用快速原型制造技术直接制造模具,另一种为利用快速物理原型经过中间转化而制造模具。  是由许多平面模型堆叠而成的。LOM系统有片材系统和粉末系统两种。LOM片材系统的基本原理如所示。塑料薄膜和背面涂有热熔胶的纸质片材是最常见的片材,采用金属箔(板)的研究也已在进行。RPS的数控系统驱动伺服机构和的运动部件,使激光束在片材平面内沿确定轨迹扫描而形成平面模型。平面模型逐层堆叠并在滚压辊的滚压下粘结,逐步形成整体物理模型,去除废料后即成快速模型。  LOM系统的工作原理用LOM法可以制造下列用途的纸质模具:灌注失蜡铸造蜡模的模具、石裔成形模、塑料压铸成形模、低熔点合金铸造模等,但这些成形模的制作寿命只有几件至几百件。如果金属箔(板)片材应用成功,则法可直接制成金属模,其用途将大大拓宽;使用寿命也会大大提篼。  该制造技术是采用二氧化碳激光烧结粉末层。一个顺时针转动的滚筒,将粉末撤成薄薄的一层,粉末预热温度稍低于其熔点,激光束跟踪粉末表面上的层状截面形状,将粉末加热到烧结温度,这样被激光扫过的粉末就被凝结成固体,而未被激光扫过的粉末继续以粉状存在,并起支撑下一层粉末的作用。当这层粉末烧结完成后,滚筒升一层,在烧结层上撤上新的一层粉末供下一次烧结,直到完成零件的成形。  间接制模法较多,且技术成熟,在国内外都已得到应用。目前成功的方法有:硅橡胶模橡胶模的制备是以RPM原型为样件(母模),采用硫化的有机硅橡胶浇注制作模具。  首先在RPM原型上设置浇口,标出分模线,然后将原型放人容器中浇注液态硅橡胶,通过真空脱泡,除去桂橡胶中溶解的气体,以保证模具比较致密。在一定的温度和时间条件下,硅橡胶固化,再用刀子按分模线切开,即可得到硅橡胶模具。硅胶模的特点是制模过程简单,不需专用设备,脱模容易。硅胶模适宜于错、树脂、石儋等烧铸成形方法,广泛用于精铸腊模的制作、艺术品的仿制和生产样件的制备。目前采用的TEK篼温硅橡胶模具寿命可达200~500件。一般室温固化的硅橡胶模具寿命为1~25件。  金属喷涂制模以RPM原型为样模,将低熔点熔化的金属充分雾化后,以一定的速度喷射到样模表面,形成模具型腔面,背衬充填复合材料并加人浇注系统和冷却系统,连同模架一起构成模具。金属喷涂极适宜于低压成形过程,如反应注塑、吹塑、浇铸等。  电火花电极用电火花加工(EDM)技术加工模具正成为一种常规技术,但复杂的型腔使电火花加工用电极的制作十分困难,且费时多。一般的RPM原型大多不导电,不能直接用作EDM电极。当然,可以通过RPM原型制作电极,采用EDM法快速制造金属模具。  精密铸造常用的精密铸造方法有熔模铸造、真空实型铸造、陶瓷型铸造等。采用RPM原型作为精密铸造用模的母模,使精铸技术生产周期大大缩短。其中,熔模铸造用熔模可以采用多种RPM方法制作原型,即熔模,不需传统地利用压型制造熔模。例如,采用选择性激光烧结(SLS)法可用不同材料制造熔模(原型)。若用蜡粉做烧结材料可制造精密铸造用蜡模;用可烧失性树脂粉为原料可成形树脂熔模。真空实型铸造是将涂有耐火材料的消失模放置于密封并充满干细砂的箱体中,抽掉箱中空气使砂型紧实,再将熔化的金属液通过特殊的浇冒口系统进人砂型中,将消失模烧掉并取代其位置而形成金属零件。RPM技术的立体印刷(SLA)、分层实体制造(LOM)、熔丝沉积制造(FDM)等工艺方法制出的树脂或热塑性材料原型都可以作为真空实体铸造用消失模。  基于反求工程技术,通过对模型的数字化处理和三维实体建模实现对模具的快速设计和加工,是加快产品的研发周期,提篼产品开发质量和企业市场竞争能力的关键技术之一。(收稿曰期:)机械工人(
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