引言

對(duì)于注塑模具廠來(lái)說(shuō),，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)模具修模的情況,，一般來(lái)說(shuō)有以下幾種原因:客戶產(chǎn)品更改造成的模具修模、模具自身設(shè)計(jì)方案不合理造成的模具修模,、模具制造過(guò)程中發(fā)生的質(zhì)量問(wèn)題,。其中因客戶產(chǎn)品更改造成的模具修模約總修模任務(wù)的三分之二,。特別是家電產(chǎn)品上市幾年后，隨著消費(fèi)者需求的變化,，需要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)改造,。但是注塑模具廠接到模具修模任務(wù)后，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)模具無(wú)三維圖或者三維圖不一致的情況,，這種現(xiàn)象不但加大了模具修模的困難,，而且還會(huì)增加模具加工過(guò)程中撞機(jī)的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要對(duì)模具三維圖重新建模,。

該研究以常見(jiàn)的冰箱果菜盒模具為例,，采用三維掃描技術(shù)、逆向工程技術(shù),、UG設(shè)計(jì)與數(shù)控編程技術(shù)對(duì)模具凹模進(jìn)行三維圖形的重建和加工,。

1、逆向工程技術(shù)

隨著人們生活水平的提高,，大家對(duì)家電產(chǎn)品的升級(jí)換代要求也越來(lái)越高,，產(chǎn)品的功能向多樣性發(fā)展，很多客戶希望購(gòu)買(mǎi)的家電產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自己的個(gè)性定制服務(wù),，這就需要模具在制造過(guò)程中交期要短,、質(zhì)量要好、換型要快,。傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)制造技術(shù)無(wú)法滿足客戶的需求,，需要先進(jìn)的模具制造技術(shù)來(lái)支撐，三維掃描逆向工程技術(shù)的出現(xiàn)解決了這一難題,。

逆向工程技術(shù)又被稱為反向工程技術(shù),、反求工程技術(shù)，它是在已有的工程產(chǎn)品實(shí)物基礎(chǔ)上,，運(yùn)用三維掃描技術(shù)來(lái)獲取工程產(chǎn)品的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù),，然后運(yùn)用逆向工程軟件對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行處理以及模型三維的設(shè)計(jì)，最終獲得工程產(chǎn)品的全部模型數(shù)據(jù),。

2,、產(chǎn)品更改方案對(duì)比

冰箱果菜盒原來(lái)的產(chǎn)品如圖1所示，該產(chǎn)品的內(nèi)部底面為一個(gè)大平面,，無(wú)任何其它形狀,；而客戶的最終產(chǎn)品如圖2所示，二維圖紙如圖3所示,，底部為十條均勻排列的凸起形狀,。產(chǎn)品經(jīng)過(guò)升級(jí)后，不但看起來(lái)更加美觀,，而且使果菜盒的底部與冰箱內(nèi)膽之間的摩擦力減小,，增加了果菜盒的使用壽命,。

3、模具凹模三維掃描

由于此套果菜盒模具是很久以前開(kāi)發(fā)的模具,，而且在不同的注塑廠生產(chǎn)時(shí)被改動(dòng)過(guò)多次,，導(dǎo)致此套模具沒(méi)有最終的三維圖形數(shù)據(jù)，也無(wú)法直接進(jìn)行數(shù)控加工,。所以本次修模任務(wù)非常艱巨,，很難滿足客戶的交期要求。針對(duì)此次模具的特殊情況,，采取三維掃描技術(shù)和逆向成型技術(shù)來(lái)完成模具零件的建模,。在產(chǎn)品逆向設(shè)計(jì)過(guò)程中，選用Geomagic DesignX和UG軟件相互結(jié)合來(lái)最終完成模具零件的三維數(shù)據(jù),。

3.1 三維掃描的準(zhǔn)備工作,。

首先將果菜盒模具的全部零件進(jìn)行拆解到位，把模具的凹模進(jìn)行全面的清洗,，生銹部位需要拋光處理,，確保模具凹模的整體表面質(zhì)量；然后對(duì)模具表面噴灑顯像劑,，在噴灑顯像劑之前一定要搖勻,，并把里面的空氣排掉，在距離模具表面30厘米左右,，對(duì)準(zhǔn)模具表面進(jìn)行均勻的噴灑,；最后在模具凹模表面粘貼標(biāo)志點(diǎn)，在粘貼標(biāo)志點(diǎn)時(shí),，為獲得理想的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，要求標(biāo)志點(diǎn)的位置不能有規(guī)律性,，不能呈直線分布,，而且要盡可能貼在工件的平坦區(qū)域，不要離每個(gè)面的邊界處太近,。

3.2　三維掃描儀的標(biāo)定

三維掃描儀一般由高精密工業(yè)級(jí)立體視覺(jué)傳感器,、激光發(fā)生器、三維數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)軟件,、標(biāo)定系統(tǒng),、筆記本電腦等組成，三維掃描儀如圖4所示,。

在三維掃描儀使用之前,，一般要進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定的好壞直接決定掃描的精度,，所以在標(biāo)定過(guò)程中,，要嚴(yán)格按照三維掃描儀的標(biāo)定步驟執(zhí)行到位,。首先打開(kāi)電腦桌面三維掃描儀軟件，利用標(biāo)定板進(jìn)行系統(tǒng)的標(biāo)定,，系統(tǒng)需要采集18個(gè)位置進(jìn)行標(biāo)定,。第一次標(biāo)定時(shí)，需要把標(biāo)定板的大點(diǎn)朝上,，如圖5所示,，設(shè)備需要離標(biāo)定板大約300mm標(biāo)定1次，接著下降100mm標(biāo)定第2次,，然后提到350mm標(biāo)定第3次,；然后按照標(biāo)定步驟依次完成其它15個(gè)位置的標(biāo)定。若標(biāo)定后計(jì)算的誤差過(guò)大,，就需要重新進(jìn)行標(biāo)定,。

3.3　三維掃描生成點(diǎn)云

三維掃描時(shí)，三維掃描儀距離工件約300mm左右,，需要用手按一下設(shè)備的掃描健就可以開(kāi)始掃描了,，如圖6所示，指示燈顯示綠色說(shuō)明距離正常,。在掃描過(guò)程中,，注意掃描技巧，兩個(gè)鏡頭就相當(dāng)于人的兩個(gè)眼睛觀察物體,，防止掃描盲區(qū)的出現(xiàn),。每當(dāng)掃描一個(gè)區(qū)域完成后需要移動(dòng)位置繼續(xù)掃描，直到掃描結(jié)果滿意為止,，掃描完成后,，再按一下“掃描健”停止掃描，點(diǎn)云數(shù)據(jù)如圖7所示,。然后在掃描軟件中旋轉(zhuǎn)觀察掃描的點(diǎn)云是否完整,，最后進(jìn)行數(shù)據(jù)的導(dǎo)出，需要對(duì)“掃描健”按兩下,，導(dǎo)出的過(guò)程就是生成三角網(wǎng)格的過(guò)程,。

圖6　三維掃描

圖7　點(diǎn)云數(shù)據(jù)

4、模具設(shè)計(jì)與制造

4.1　利用Geomagic軟件逆向建模

三維掃描獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)經(jīng)常有很多噪音點(diǎn),、雜點(diǎn),，首先要對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，可在軟件中選擇“過(guò)濾噪音點(diǎn)云”對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行處理,，也可以根據(jù)需要選擇“用包圍盒過(guò)濾”或“用掃描范圍過(guò)濾”過(guò)濾離群領(lǐng)域,；然后點(diǎn)擊“采樣”菜單可對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)按照“統(tǒng)一比率”或“統(tǒng)一距離”進(jìn)行選擇，在選項(xiàng)中可對(duì)“單元點(diǎn)云間的平均距離”、“采樣比例”進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置,；在“詳細(xì)設(shè)置”里面可以根據(jù)需要選擇是否選擇“保持邊界”,。點(diǎn)云優(yōu)化完成后就進(jìn)行建模環(huán)節(jié)了。

首先在在軟件中把點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)齊到坐標(biāo)系中,，分別在模具凹模點(diǎn)云的兩側(cè)面建立參考平面,，然后通過(guò)手動(dòng)對(duì)齊分別與軟件的上平和及右平面對(duì)齊。然后考慮模具凹模形狀中平面較多,，在“領(lǐng)域”選項(xiàng)卡中選擇“自動(dòng)分割”菜單,，軟件根據(jù)掃描數(shù)據(jù)的曲率和特征自動(dòng)將面片歸類(lèi)于不同的領(lǐng)域。最后根據(jù)不同領(lǐng)域的面片,，采用曲面擬合,、放樣向?qū)У裙ぞ撸浜险蛎罾?、旋轉(zhuǎn),、放樣、掃描等工具進(jìn)行三維圖形的設(shè)計(jì),，設(shè)計(jì)完成后如圖8所示,。逆向設(shè)計(jì)完成后，根據(jù)客戶的產(chǎn)品需求,，在逆向設(shè)計(jì)完成的三維圖形基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì),，最終完成模具凹模的全部三維圖形的設(shè)計(jì)，如圖9所示,。

圖8　模具凹模逆向設(shè)計(jì)

圖9　模具凹模創(chuàng)新設(shè)計(jì)

4.2模具凹模數(shù)控編程加工

由于此模具凹模逆向完成后比原來(lái)的模型長(zhǎng)出了十條均勻排列的凸起形狀,，一般有兩種模具修模方案：一種是模具凹模整體預(yù)熱后燒焊，然后再進(jìn)行數(shù)控加工,，此種方案由于修模時(shí)只加工燒焊部分,，模具的修模工期較短，但燒焊對(duì)模具的使用壽命影響較大,；另外一種方案是把模具凹模型腔形狀整體降低,，該種方案需要對(duì)模具凹模所有形狀重新加工，不但要進(jìn)行數(shù)控編程與加工,、電火花放電加工、還需要整體拋光處理,，所以加工周期和修模成本較高,，但模具的使用壽命較好。

對(duì)于此次模具整改方案,，考慮到客戶的需求,，急需進(jìn)行產(chǎn)品的升級(jí)換代，采取整體預(yù)熱底部燒焊的方式進(jìn)行整改,，燒焊完成后需要進(jìn)行模具凹模的數(shù)控編程與加工,。數(shù)控加工工藝按照粗加工,、半精加工、精加工的思路來(lái)進(jìn)行數(shù)控編程,；加工刀具采用以下型號(hào)：D21R0.8飛刀,、B16R8球頭銑刀、B8R4球頭銑刀,，其中D21R0.8飛刀主要用于粗加工,，B16R8球頭銑刀用于型腔面的半精加工及精加工，B8R4球頭銑刀主要用于型腔面的清角加工,。

5,、結(jié)語(yǔ)

該研究以冰箱果菜盒模具為例，詳細(xì)闡述了產(chǎn)品更新?lián)Q代進(jìn)行模具修模全流程的整改方案,，該研究中應(yīng)用了目前行業(yè)內(nèi)先進(jìn)的三維掃描技術(shù),、逆向建模技術(shù)、數(shù)控編程與加工技術(shù),，該方案的研究為注塑模具廠進(jìn)行模具修模提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn),，值得借鑒和參考。