摘要：随着科学技术的发展，我国的逆向技术有了很大进展，并在模具零件修复设计中得到了广泛的应用。通过实物反求获得流道表面数据,在CAD环境下对获得的数据进行处理,设定工艺参数后在CAE中进行工艺优化,确定分型曲面获得模具CAD模型后在CAM系统中完成模具的数控加工。运用这种将逆向工程、CAD/CAM/CAE技术相结合的模具设计制造方法,能够提高产品精度、降低产品成本、缩短模具制造周期、提高产品质量。
关键词：逆向工程;铸造模具;切削加工;数据处理
引言
逆向工程技术是现代高新技术之一，其主要特征是以逆向建模为基础，以产品结构与功能要素重现为导向。逆向技术综合了现代设计和制造的并行思想，其三大核心技术为测量技术、网格剖分技术、重构曲面模型技术。随科技的发展，能实现产品复原及创新开发的逆向工程技术，与现代CAD/CAM技术相结合，已成为现代机械设计师的必备重要技术手段，运用它可以有效再现产品原始设计特征参数，可以创造性地实现再设计。
1顺向工程与逆向工程设计
在工程技术人员的一般概念中，产品设计过程是一个从无到有的过程：设计人员首先构思产品的外形、性能和大致的技术参数等，然后利用CAD技术建立产品的三维数字化模型，最终将这个模型转入制造流程，完成产品的整个设计制造周期。这样的产品设计过程可以称之为“正向设计”，又称“顺向工程设计”。逆向工程（ReverseEngineering）也称“反求工程”，是指用一定的测量手段对实物或模型进行测量，根据测量数据通过三维几何建模方法重构实物的CAD模型，从而实现产品设计或制造的过程。
2逆向技术在模具零件修复设计中的应用
2.1高速切削加工技术
这是冲压模具制造中最为先进的一项技术，其特点体现在效率高、能耗低等方面。与传统的切削加工相比，该技术无论是在切削速度还是在进给速度上，都显著提高，不仅如此，切削机理也随之发生了变化。应用实践表明，在冲压模具制造中，高速切削加工单位功率的金属切除率比传统切削提高了40%左右，切削力降低了30%，由此使得切削刀具的使用寿命延长了70%以上，基本上消除.了低阶切削过程的振动问题。在冲压模具的高淬硬钢件加工中，高速切削技术的应用，能够取代电加工和磨削抛光工序，从而使得加工过程不需要再进行电极制造和电加工，能耗大幅度降低。同时，高速切削加工技术能够用于薄壁冲压模具工件的制造，可以满足市场的需求。此外，在高速铣削加工中心上，模具一次装夹能够完成多工步加工，生产效率显著提升。在冲压模具制造中应用高速切削技术时，机床应当满足如下要求：机床结构必须具有足够不高的刚性，能够提供高速进给的驱动器;主轴和刀柄应当能满足高转速的要求，并且主轴的轴向间隙不得超过0.00508mm;机床应当带有控制单元，能够实现自动加减速和高速率的数据传输。
2.2点云数据采集
逆向设计的基础是数据采集。点云数据是指在一个三维坐标系统中的一组向量的集合，大多数点云数据都是由3D扫描设备采集的，这些设备用自动化的方式扫描测量物体表面的点云信息，将物体外形特征数字化，点云数据采集设备根据其采集方式的不同分为扫描式测量、接触式测量和逐层扫描测量三种。本文选用Ｗｉｎ3D三维扫描仪获取零件的外形特征点云。
2.3数据的优化处理
将封装好的片层模型导入到业界最全面的逆向建模软件DX中，先依不同的区域进行分块，再通过点云数据进行构线及构面操作，不同区域的构面方法是不同的，各面域间的过渡要尽可能地光润。通过DX所构的产品数字模型已具有其比较完全的特征信息，但有时会产生扭曲、交叉等影响表面质量精度的状况，此时可以再将数字模型导入到UG或CATIA等功能强大的正逆向建模软件中进行优化处理，完成最终的型腔重构建模。
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2.4Accuracy Analyzer（TM）模型偏差对比分析
Geomagic DesignX软件提供了体偏差分析、曲率分析、连续性分析、环境写像分析等模型偏差对比分析方法，可动态观察模型偏差结果。根据设计需求将实体与原始数据之间的偏差上下限制设定为±0.1ｍｍ，通过色彩偏差图可知，所创建的实体与三角面片之间的偏差在允许范围之内，所建模型符合要求。
2.5奶勺模具制造
对于模具零件的制造，要更多地借助于数控加工设备来完成。首先将抽取的型芯和型腔导入到Pro/E系统的CAM模块或者导入到CIMA-TRON、UG等CAD/CAM软件中，然后根据零件的特点，确定数控加工工艺，如加工方式、刀具、进给深度、速度等相关的加工参数的计算与设定，以生成刀具路径，再经过后置处理程序形成数控加工代码，即可用于模具的数控加工。
2.6模具的设计与数控加工
将处理好的三维模型数据通过IGES接口转入UG软件中后,根据产品的特征进行工艺设计,如设置冒口、收缩余量、拔模斜度等。确定工艺参数后,进行曲面分模以获得模具,再设置顶杆等位置。对于象进气歧管这类费用较高的模具设计,设置好工艺参数之后,采用华铸CAE模拟软件进行工艺数值模拟,以实现对工艺的优化。完成模具设计后,在CAM模块下进行加工参数设定、模拟加工并生成NC数据,最后传输到数控加工中心完成模具的加工。
2.7数据的优化处理
将封装好的片层模型导入到业界最全面的逆向建模软件DX中，先依不同的区域进行分块，再通过点云数据进行构线及构面操作，不同区域的构面方法是不同的，各面域间的过渡要尽可能地光润。通过DX所构的产品数字模型已具有其比较完全的特征信息，但有时会产生扭曲、交叉等影响表面质量精度的状况，此时可以再将数字模型导入到UG或CATIA等功能强大的正逆向建模软件中进行优化处理，完成最终的型腔重构建模。
3冲压模具制造技术的发展方向
目前，国外发达国家在冲压模具制造中，CAD/CAM等技术的应用非常普遍，但我国在这方面略显落后。因此，在未来一段时期，国内的专家学者应当加大对这些技术的研究力度，使其能够在冲压模具制造中得到越来越广泛的应用。同时，应当加快冲压模具加工设备的发展速度，朝着高速化、一体化的方向发展，借此来提升冲压模具制造的效率。
结语
综上所述，随着逆向技术在工业界的应用的迅猛发展，其已成为现代先进工业设计与制造技术的重要标志，在企业新产品开发与重要零件的复原修复及创新设计中起着技术支撑作用。本文通过对常用的盖体模具型腔的失效表面进行逆向复原修复，其结果可以为同类曲面零件的失效表面实现低成本高精度的有效修复提供重要的指导及借鉴意义。
参考文献
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论文作者:孔苏林
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/13
标签：技术论文; 加工论文; 模型论文; 模具论文; 建模论文; 曲面论文; 零件论文; 《基层建设》2019年第28期论文;