模具设计制造中逆向工程技术的应用探析
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摘 要 在模具的设计制造过程中，逆向工程采用逆向方法，与传统模具制造方法相比具有巨大的优势，不仅能够使得产品的开发周期大大缩短，质量较高，而且设计和制造者可以建立起一套自己的设计制造体系。本文以某零件为例，对其压铸模逆向制造方法和过程进行详细的分析，同时对逆向工程的基本理念进行系统的阐述，得出逆向工程技术在模具制造中发挥着重要作用这一结论。
关键词 逆向工程；CAD/CAM；模具制造；应用
中图分类号TH13 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）104-0140-02
0引言
在现实生活中，模具对于汽车、摩托车等的换型工作具有决定性的作用，就摩托车而言，以油箱为代表的冲压件的质量（包括外表、轮廓、型面等）会对机车整体外观产生重要影响，这甚至会对该型号的摩托车所占的市场份额产生决定性的作用，因此，传统的模具制造方法已经不能满足现代化模具的发展需求，这就需要逆向工程技术在这一领域发挥其得天独厚的优势。
1 传统模具的设计与制造方法
就拿以熔模精密铸造为制造工艺制成的一般机床零件来讲，这属于传统模具制造的范畴。传统的模具制造中，我们一般会采取以下两种方法：一种是将等比例模型用液压三次元靠模铣床制造出来，另一种是用立体雕刻机进行制造，得出等比例模型之后再进行生产。但是这种制造方法存在诸多漏洞，除了产品的尺寸图档无法进行建立、手工修模数量巨大、产品质量稳定性差、成品修改困难或无法修改、制造周期长之外，还存在产品间隙不均匀等情况，这无疑对后续的数控加工和质检工作带来困难。由于实物铸造模具在一定程度上也可归纳为产品，那就不可避免的存在偏差及收缩等情况，这样的模具造出来的产品必定会存在这样或那样的缺陷。
2.1相关实物的零件几何建模
上游厂家提供的信息资料，不能保证每一次都是数据类型的三围建模，应该充分考虑到客户所提供资料的全面性，这一方面有效的防止了模型设计单独对CAD的依赖性，另一方面，更能有效促进逆向工程技术与CAD/CAM 系统的结合，提高模具设计的质量。
逆向工程技术的广泛应用，以及现阶段三维空间的模拟仿真技术的实践，为模型的设计带来了新的发展空间，它极大的突破了原有条件对创新想法的限制，逐步将新颖的创新想法变为现实。
2.2 CAD模型下的数据建模
2.2.1三维数据采集
为了使扫描零件这一过程更加方便和精确，就需要在扫面前对该零件做诸如设置参考点、喷涂显像剂、软件校准、仪器校准等前期准备。本文中我们采用的是三维激光扫描抄数系统，通过对前期准备时设置的一系列标记进行精确的扫描，在此基础上对扫描得到的数据进行合并，这些数据可以在扫描头上直接获得。在扫描时，全新的自定位技术被应用到这一过程中，将测量精度设置为0.1mm/0.5m，运用十字激光扫描对数据进行实时处理，最终会生成三角面。为了保障数据的精确无重叠，也为了使数据无冗杂，我们采用用.STL格式进行数据输出。扫描时，我们采用三维激光扫描系统全方位、多角度地对整个零件进行扫描。
2.2.2三维几何建模
作为逆向工程的关键部分—几何建模，其必须保证自身的关键部分—曲面构建的科学性。建模过程看似简单，其实包含了复杂的数据处理。要想进行数据处理，就需要相应的图形参与其中，这些图形我们不仅可以通过数据调整、密集度修改、杂点去除这些方法获得，还可以通过区域修剪、数据光顺、尖角保留等方法获得。
为了提取截面线，我们必须做出一系列的准备，最主要的便是将零件点云进行方位对齐；为了对齐零件点云，我们首先得运用相关软件对扫描获得的点云文件进行调入，接下来则需要有针对性（例如分析点云特征等）的做出相应的辅助基准。点云数据不是一经获得就进行处理，还需进行一系列的后续优化，因为这些初始数据往往存在诸多杂点，因此需要对这些杂点进行过滤，然后进行诸如平滑、补齐遗失点等后续优化，只有这样才能将不需要的数据处理掉，降低点云密度。只有这样，才能加快数据的处理速度和准确性，使得零件对称基准面得以有效构建。
要想进行模型的重新构建，就必须重视特征线的有效提取。在这一过程中，诸如平面、内孔、凹槽、圆柱面等二次曲面的区域要首先根据零件的外部特征划分出来；接下来则需要分割零件点云，将二次曲面通过被分割的点云拟合构造平面、内孔、凹槽、圆柱面，除此之外，零件的外部特征也可以直接做出来。我们可以用两条相交直线或三点来确定平面，可以用矢量或截面线来确定圆柱面或内孔，这一过程要将实际测量数据和系统扫描数据结合起来。曲面的特征线需要根据自由曲面构造出来。要想获得自由曲面，我们必须先得到必要的截面线，这一截面线是根据零件点云做出的，在去除冗余点云的基础上进行杂点光顺，然后将处理过的点云进行拟合，得到曲线。
2.3模具的结构优化与制造
建成以上模型后，可以设计生成型模凹槽及镶件等。要想生成模具的型腔，可以利用Pro/E中的Model等模块，然后对型腔进行处理，这需要用到Pro/E中的Pro/ Manufacturing模块，接下来需要生成粗精加工程序，这需要对新获得的模型进行NC加工程序制作，需要用到Pro/E中的Manufacturing模块。在具体的操作之前，要不断探索该设计的最优方案，优化模具内部结构，保证形式、外观与内部的高度统一。在具体的实施过程中，为了避免加工时产生误差，须提前验证机床的刀位。加工过程需用真实感图形显示技术形成动态显示；要想对模具进行加工，必须将新生成的NC加工的G码输入五轴加工中心；最后对模具进行电极加工。
2.4 模具的结构评估与改进
将2.2%的尺寸增加率运用到陶瓷模精密制造法中，得到零件铸造毛坯；在Pro/E的Manufacturing模块中汇入前面得到的三维造型，得到新的Pro/ NC 文件，用这一文件对毛坯进行进一步的加工。对成型产品进行质量评估，确保所生产产品质量达标，并逐步探索当前产品的不足之处，并寻求更好的完善方案，只有这样才能制造出符合要求的产品。
3结论
综上所述，将CAD/CAM与逆向工程结合起来，可以大大促进模具的设计与制造，不仅可以缩短周期，而且可以将模具设计制造与产品原型设计生产紧密结合起来，使其得到系统集成，这将使得逆向工程技术在今后的模具制造中发挥更大的作用。
参考文献
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[2]黄平华，尹桂林，余震，等.逆向工程和数值模拟在汽车覆盖件模具创新设计中的综合应用[J].机床与液压，2007，35（10）：67-69.