1 引言

    模具是制造業(yè)的基本工藝裝備，模具設(shè)計(jì)制造的效率對(duì)產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)效率具有決定性的影響。目前模具制造企業(yè)基本上是承接式生產(chǎn)。制品設(shè)計(jì)者提供給模具制造者制品實(shí)物或制品圖紙，楔具制造者再進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)制造。若提供的是制品實(shí)物，采用逆向工程技術(shù)，通過(guò)測(cè)量出制品數(shù)據(jù)，并反求出其CAD模型，就可以在模具的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中，運(yùn)用這一數(shù)字模型，設(shè)計(jì)模具；并基于該模型進(jìn)行數(shù)控自動(dòng)編程，從而大大提高了模具的生產(chǎn)效率，降低了模具的制造成本。因此，逆向工程技術(shù)在我國(guó)，特別是在注塑模具行業(yè)有著十分廣闊的應(yīng)用前景。將以某玩具塑料件為例，闡述基于逆向工程的注塑模具快速設(shè)計(jì)。

2 制品CAD模型重構(gòu)

    依據(jù)掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)來(lái)構(gòu)建CAD模型，經(jīng)常會(huì)遇到這樣的問(wèn)題：應(yīng)用激光掃描儀獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)量非常大，被稱(chēng)之為“點(diǎn)云”數(shù)據(jù)，就目前的技術(shù)水平，這樣的數(shù)據(jù)還不能被現(xiàn)有的CAD/CAM系統(tǒng)直接用來(lái)構(gòu)建實(shí)體模型。而采用數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)方法，不僅費(fèi)時(shí)，而且易于導(dǎo)致特征數(shù)據(jù)點(diǎn)的丟失。依據(jù)制品表面的特性，將該制品表面分為上表面、下表面、側(cè)面和過(guò)渡面幾個(gè)曲面片，其中，上表面的構(gòu)型較為復(fù)雜。經(jīng)過(guò)分析，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用了如下的重構(gòu)策略：上表面是一個(gè)直紋面，采取“點(diǎn)—線(xiàn)—面”的重構(gòu)方法，即依據(jù)掃描數(shù)據(jù)點(diǎn)提取部分截面線(xiàn)，然后采用截面線(xiàn)來(lái)構(gòu)建曲面。側(cè)面的構(gòu)建可以采用同樣的方法。而下表面是—個(gè)平面，構(gòu)建就簡(jiǎn)單得多。過(guò)渡面是—個(gè)變曲率半徑的圓弧面，可以直接利用軟件中所提供的變曲率過(guò)渡面生成功能來(lái)構(gòu)建。將所構(gòu)建的曲面片進(jìn)行縫合，形成—個(gè)完整的曲面。然后以IGES格式導(dǎo)出，輸入到現(xiàn)有的CAD/CAM軟件中。在該曲面的基礎(chǔ)上，進(jìn)行加厚，并構(gòu)建制品上的圓柱體等結(jié)構(gòu)，形成一個(gè)完整的CAD模型。實(shí)例證明，采用該方法，所構(gòu)建模型的精度較高，可以滿(mǎn)足模具設(shè)計(jì)的需要。該塑料制品模型重構(gòu)的關(guān)鍵步驟和重要結(jié)果，如圖1所示。

圖1 重構(gòu)制品CAD模型

3 制品注塑模具的設(shè)計(jì)

    注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括：分型面的選擇、型腔數(shù)目及排列方式的確定、分流道的設(shè)計(jì)、冷卻水道布局、澆口的位置、模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的一個(gè)重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的脫模和模具制造工藝有關(guān)。依據(jù)該CAD模型，在對(duì)曲面的曲率進(jìn)行了分析，采用了階梯形式的分型面，如圖2所示。

圖2 分型面的確定

    本例中，制品的尺寸較小，且結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，因此型芯、型腔結(jié)構(gòu)采用了整體式結(jié)構(gòu)。在確定型腔數(shù)目時(shí)，由于每增加一個(gè)型腔，塑件的尺寸精度會(huì)降低4%。而本制品的塑件有精度要求，因此型腔數(shù)目不宜過(guò)多，要盡量保證成型條件一致。綜合考慮澆注系統(tǒng)、模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素，擬采用一模四腔、H形排列的方式。如圖3所示。

圖3 型腔排列方式

    本制品模具分流道采用直的、截面形狀為圓形的結(jié)構(gòu)。澆口是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。澆口的位置、形狀及尺寸對(duì)塑件性能和質(zhì)量的影響很大。澆口可分為限制性和非限制性澆口兩種，考慮到本制品的結(jié)構(gòu)，將采用限制性澆口。限制性澆口一方面通過(guò)截面積的突然變化，使分流道輸送來(lái)的塑料熔體的流速產(chǎn)生加速度，提高剪切速率，使其成為理想的流動(dòng)狀態(tài)，迅速而均衡地充滿(mǎn)型腔，另一方面改善塑料熔體進(jìn)入型腔時(shí)的流動(dòng)特性，調(diào)節(jié)澆口尺寸，可使多型腔同時(shí)充滿(mǎn)，可控制填充時(shí)間、冷卻時(shí)間及塑件表面質(zhì)量，同時(shí)還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝料與塑件分離的作用。具體到這套模具，其澆口形式為側(cè)澆口，如圖4所示。

圖4 澆口形狀及位置

    型芯和型腔時(shí)模具結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵性工作部件。本模具結(jié)構(gòu)中，型芯和型腔的模仁采用整體鑲拼式，通過(guò)螺釘固定在板上，如圖5所示。基于上述的討論和設(shè)計(jì)，完成后的模具結(jié)構(gòu)，如圖6所示。

圖5 型芯及型腔模仁

圖6 模具CAD結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)束語(yǔ)

    在當(dāng)今產(chǎn)品更新速度不斷加快的時(shí)代，逆向工程技術(shù)在模具的快速設(shè)計(jì)與制造中具有廣闊的應(yīng)用前景。利用逆向工程技術(shù)，在完成制品CAD模型重構(gòu)的基礎(chǔ)上，快速設(shè)計(jì)出制品的注塑模具。實(shí)踐證明，恰當(dāng)?shù)闹貥?gòu)方法，可以獲得很高的重構(gòu)模型精度，滿(mǎn)足高精度模具設(shè)計(jì)的需要。采用逆向工程技術(shù)，可以有效地縮短模具的設(shè)計(jì)與制造周期，提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。

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本文標(biāo)題：基于逆向工程的注塑模具快速設(shè)計(jì)

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