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[模具设计] 逆向工程技术在模具设计制造中的作用

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发表于 2015-1-10 10:58:19 | 显示全部楼层 |阅读模式
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模具工业是国民经济的基础产业,模具工业的发展水平标志着一个国家的工业水平和产品的开发能力。无论是在汽车工业中新车型的开发与批量生产,还是机电及家电和轻工业产品等都与模具制造技术息息相关。随着仪器、仪表、家用电器、交通、通信和轻工业产品等行业的飞速发展,模具工业的产品已经超过机床行业。据统计在2000年,工业品零件粗加工类的75%、精加工类的50%都使用成型模具。
模具设计不同于传统的机械设计,有其专业化的特殊要求,主要体现在:1、模具是用于批量生产的基础设备,零件的复杂性分为形体复杂性和结构复杂性。模具主要用于形体复杂零件的加工;2、用模具生产的产品一般为最终产品,因此模具的几何设计必须能够完成零件的所有细节结构的描述,甚至包括产品的浮雕等表面细节结构的造型设计;3、模具型腔结构必须有模有角及必要的圆弧过渡,以满足生产工艺的要求,而一般的机械设计不考虑这些问题;4、模具工业的产品设计专业化程度很高;5、模具具有品种多,数量大,更新换代快,单件生产等特点。
因此如何快速、准确地进行模具设计和制造变得越来越重要。
基于逆向工程技术(RE)的模具制造技术有两种:一是RE+RP (快速原型);二是RE技术和CAD/CAM的结合。基于逆向工程的模具制造的的CAD模型是来自实物或样件模型,通过数字化扫描和三维重建获得。实际上对于具有复杂外形的快速模具制造,由于很难或根本就无法建立其CAD模型,这给RP的数据来源带来不小的限制,也正好与善于制造复杂三维形体的的优势相矛盾。利用逆向工程技术则可以解决这个问题,它能根据多种数据来源(三维测量、图像、CT等)重构出事务的CAD模型,然后转换成STL文件和NC代码。对简单零件,在完全仿制的情况下,也可以不建立CAD模型,由测量数据直接生成STL文件和NC代码。
下图为两种方法的加工流程:

                               
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逆向工程模具制造流程
首先是逆向工程中与模具CAD/CAM技术的结合。在CAD阶段,设计者完成模具及模架结构的三维实体设计(造型),生成零件的凸模、凹模、上下模座等。根据需要,可通过三维转二维功能,绘制出模具零件图和装配图。CAE主要对模具的制造过程进行模拟,如对注塑产品进行注射流动、保压模拟、冷却过程分析和力学分析等。
模具CAD/CAM技术的发展。
据美国科学研究院工程技术系统委员会测算,CAD/CAM应用所得的效益为:降低工程技术成本13%~30%,减少产品从设计到投产的时间30%~60%,提高产品质量5~15倍,增加分析问题的广度和深度的能力3~35倍,增加投入设备的利用率30%~60%,降低人工成本5%~20%等。全世界CAD系统的销售额正以15%的速度递增,CAD/CAM技术在机械、电子、轻工、航天等领域的应用日益普遍。
模具CAD/CAM技术的应用价值。
模具CAD/CAM系统的应用从根本上改变了传统的模具生产方式及流程。它以计算机软件的形式提供了一种有效的辅助工具,使用户能借助于计算机对产品、模具结构、加工乃至成本等进行设计并反复的修改,直至获得最优的结果。
采用几何造型技术,产品一般不必进行原型试验,其形状能逼真地显示在计算机的屏幕上,借助于弹性有限元软件,可以对产品的力学与机械性能进行预测。采用模具CAD软件,自动绘图能够取代人工绘图,自动检索能够取代查阅手册,快速分析能够取代手工计算。模具的设计师们可以从繁重的绘图和计算中解放出来,集中精力从事诸如方案的构思和结构优化等创造性的工作。
在模具图下达生产车间之前,利用计算机分析软件,可以预测成型工艺及模具有关结构参数的正确性与合理性,避免传统模具生产中需要的“反复试模”,提高效率。例如,可以采用塑料注射成形流动分析软件,考察塑料熔体在模具腔内的流动过程,以此改进流道与浇口的设计,提高试模的成功率。借助于CAM软件,模具型腔的几何参数能交互地转换为机床刀具的曲面运动轨迹,进而生成数控加工指令,这样就可省去木模制作工序,提高模具型腔表面的加工精度和效率。
使用CAD/CAM系统后,每一种模具设计图纸、NC数据、设计数据等均可自动存储起来。如在进行类似模具的设计与制作时,可使用过去的数据,既可以积蓄和检索模具设计和制作的经验,大幅度地缩短设计制作周期,降低生产成本,并能大幅度地提高产品的质量。
其次是逆向工程中与快速模具制造技术的结合。
一般产品从设计到模具验收需要一段相当长的时间,通常模具完成后都要对模具进行修改,而且修模时间要占整个制作时间的20%~30%,使模具的制造周期加长,成本增大,一套简单的塑料模具的价值也在10万元以上。
对于小批量生产,模具的费用占有很大比重。因此,短工期和小批量的零件制造的最好方法就是用与逆向工程结合的快速原型制造模具,它能在几天之内完成非常复杂的的零部件模具的制造,而且月复杂的零件越能显示其优越性。
逆向工程技术利用原型直接作为气化模或代替蜡模进行熔模铸造,可以简化制模工序、节约制模时间。此外,也可以原型代替木模制造砂型,不仅可以降低制模成本,还可以提高模具的精度。更由于原型能够采用较好的材料,其更好的力学性能使模具在受压、受热时不易翘曲和变形。

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