踏板的彎曲與脹形模具設(shè)計,踏板,彎曲,曲折,模具設(shè)計 踏板彎曲與脹形 文獻綜述 1.1 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位 模具是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)用的重要工藝裝備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中,60％～90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具，模具工業(yè)已成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，許多新 產(chǎn)品的開發(fā)和研制在很大程度上都依賴于模具生產(chǎn)，特別是汽車、摩托車、輕工、電子、航空等行業(yè)尤為突出。模具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志之一，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。早在1989年，在國務(wù)院頒布的《關(guān)于當前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，模具被列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的首位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)院批準，從1997年開始對部分模具企業(yè)實行了增值稅返還70%的優(yōu)惠政策。所有這些國家對模具工業(yè)采取的優(yōu)惠政策也將對其發(fā)展提供有力支持 模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)裝備，被稱為“工業(yè)之母”。75％的粗加工工業(yè)產(chǎn)品零件、50％的精加工零件由模具成型，絕大部分塑料制品也由模具成型。作為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)，模具涉及機械、汽車、輕工、電子、化工、冶金、建材等各個行業(yè)，應(yīng)用范圍十分廣泛。模具技術(shù)水平的高低，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力，因此模具工業(yè)的發(fā)展水平標志著一個國家工業(yè)水平及產(chǎn)品開發(fā)能力 塑料成型工業(yè)是隨著石油工業(yè)的發(fā)展應(yīng)運而生的一種新興的工業(yè)。在短短的幾十年內(nèi)塑料成型模具的應(yīng)用在各類模具的應(yīng)用中就占有了與沖壓模齊駕并驅(qū)的“老大”位置。目前，由于用模具生產(chǎn)的塑料制品具有高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率、質(zhì)量穩(wěn)定和低消耗等特點，塑料制件幾乎已經(jīng)進入了一切工業(yè)部門以及人民日常生活的各個領(lǐng)域。特別是在辦公設(shè)備、照相機、汽車、儀器儀表、機械制造、交通、電信、輕工、建筑業(yè)產(chǎn)品、日用品以及家用電器行業(yè)中的電視機、收錄機、洗衣機、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經(jīng)向塑料化方向發(fā)展。近幾年來由于工程塑料制件的強度和精度等得到很大的提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍正在不斷擴大，預(yù)計今后隨著微型電子計算機的普及和汽車的微型化，塑料制件的使用范圍將會越來越大，塑料工業(yè)的生產(chǎn)量也將迅速增長，塑料的應(yīng)用將覆蓋國民經(jīng)濟所有部門，尤其在國防和尖端科學技術(shù)領(lǐng)域中占有越來越重要的地位 。 隨著我國經(jīng)濟與國際的接軌和國家經(jīng)濟建設(shè)持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，材料制件的應(yīng)用快速上升，模具設(shè)計與制造和塑料成型的各類企業(yè)日益增多，塑料成型工業(yè)在基礎(chǔ)工業(yè)中的地位和對國民經(jīng)濟的影響日益重要。 1.2 國內(nèi)外模具行業(yè)的發(fā)展狀況 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。我國的模具工業(yè)的發(fā)展，日益受到人們的重視和關(guān)注，在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。近幾年，我國模具工業(yè)一直以每年15%左右的增長速度發(fā)展，2003年，我國模具總產(chǎn)值超過400億元人民幣 隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間 近年許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件，并成功應(yīng)用于沖壓模的設(shè)計中。 以汽車覆蓋件模具為代表的大型沖壓模具的制造技術(shù)已取得很大進步，東風汽車公司模具廠、一汽模具中心等模具廠家已能生產(chǎn)部分轎車覆蓋件模具。此外，許多研究機構(gòu)和大專院校開展模具技術(shù)的研究和開發(fā)。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術(shù)方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計制造周期等方面做出了貢獻。 例如，吉林大學汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學模具技術(shù)國家重點實驗室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學模具CAD國家工程研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖研究中心開發(fā)的冷沖模和精沖模CAD軟件等在國內(nèi)模具行業(yè)擁有不少的用戶。 雖然這些年來，中國模具工業(yè)一直以15％左右的增長速度發(fā)展，年模具生產(chǎn)總量僅次于日、美之后位居世界第三位。2007年上半年模具進口量和出口量分別為9．47億美元和5．95億美元。我國模具生產(chǎn)點多數(shù)是自產(chǎn)自用的模具車間(分廠)，商品化模具僅占I／3左右。從模具市場來看，國內(nèi)的模具生產(chǎn)仍供不應(yīng)求，約20％左右靠進口，特別是精密、大型、復雜和長壽命的高檔模具進口比例高達到40％。由此可見，雖然我們模具總量目前達到相當規(guī)模，模具水平也有很大提高，但在模具產(chǎn)品和生產(chǎn)工藝水平總體上要比德、美、日、法、意等發(fā)達國家至少落后十年，也比英國、加拿大、西班牙、葡萄牙、韓國、新加坡等國落后。此外，模具的標準化、專業(yè)化、商品化程度低，模具配料及模具相關(guān)技術(shù)比較落后，也是造成與國外先進水平差距大的重要原因。CAD／CAE／CAM一體化先進技術(shù)已經(jīng)在國內(nèi)部分模具企業(yè)得到應(yīng)用，但要得到推廣和普及還要很長一段時間。 近年來，國有模具企業(yè)、三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)(個體)模具企業(yè)有了很大發(fā)展。但企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進出口結(jié)構(gòu)都不夠合理。專業(yè)模具廠大多數(shù)是“大而全”、“小而全”的組織形式。而國外模具企業(yè)大多是“小而專”、“小而精”。中國模具自產(chǎn)自配比例高達50％ 以上。國外70％ 以上是商品模具。國內(nèi)模具總量中屬大型、精密、復雜、長壽命模具的比例只有30％左右，國外在50％以上，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進水平長許多。產(chǎn)品水平低主要表現(xiàn)在精度、型腔表面粗糙度、壽命及模具的復雜程度上；工藝水平低主要表現(xiàn)在設(shè)計、加工、工藝裝1備等方面。中國模具企業(yè)技術(shù)人員比例較低，水平也較低，不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中常處于被動地位。國內(nèi)每個職工平均每年創(chuàng)造模具產(chǎn)值約合1萬美元左右，而模具工業(yè)發(fā)達國家大多是l5～20萬美元，有的甚至達到25～ 30萬美元。國外先進國家模具標準件使用覆蓋率達70％以上，國內(nèi)模具標準件使用覆蓋率只有45％左右。與國際先進水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術(shù)。管理落后易被忽視，國內(nèi)大多數(shù)模具企業(yè)還沿用過去作坊式粗放經(jīng)營管理模式．真正實現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的還不多。 綜上所述，雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展．但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。特別在大型、精密、復雜和長壽命模具技術(shù)上存在明顯差距，這些類型模具的生產(chǎn)能力也不能滿足國內(nèi)需求。因而需要大量從國外進口。 國外模具設(shè)計愚想十分明確，力求設(shè)計的模縣盡可能以低造債，短周期，高質(zhì)量去適應(yīng)自動化生產(chǎn)并符臺生產(chǎn)批量等各種因素的要求，從而降低產(chǎn)品成本和價格， 以獲得最大的利潤 即使是一個緊固螺釘也要精打細算，例如在美國Borg Worn er公司的試驗中心有一副模板面積為600×9O0mm 的大摸具，其模板周定僅1／2 的螺釘八只，而國內(nèi)一般就要選用M16或M18的螺釘。 國外多工位級進模大多采用鑲拼結(jié)構(gòu)， 凸模用標準型式進行鑲嵌，凹模拼塊用環(huán)氧樹脂 粘結(jié)周定，普遍使用氣動迭料器，通過鎖緊進給機構(gòu)，利用壓縮空氣推動活塞往復進行送 料。 國外塑料模向一模多腔方向發(fā)展，型腔數(shù)量可多達l0O0個， 尺寸精度5微米并普遍采用熱流道塑料模， 這種模具的成本雖然比冷流遘模具高20~20％ 但工件成本卻降低30—5O％ 。法國已成功地把熱流道技術(shù)應(yīng)用在注塑成型46公斤重塑件的注塑模上。 CAD／CAM是模具生產(chǎn)走向全面自動化的根本措施，但還沒有普遍推廣使用。國外工業(yè)發(fā)達國家摸具采用CAD／CAM約占20—3o％，只用CAD系統(tǒng)，可縮短設(shè)計時間4o70@， 畫圖質(zhì)量提高，可避免圖紙錯誤 國內(nèi)CAD ／CAM總的情況是處于起步和研究階段，1984年華中理工大學與國營73 3廠共同開發(fā)了國內(nèi)第～ 個精沖模具CAD／CAM 系統(tǒng)一北京機電研究院開發(fā)了沖裁模cAD／cAM系統(tǒng)。1987年華中理工大學與北京模具廠，星火模具廠等共同開發(fā)了我國第一個注堡摸CAD系統(tǒng)。 CADI／CAM還沒有普遍推廣使用的主要原因是：設(shè)備投資大；技術(shù)不夠成熟；培訓工作跟不上 基礎(chǔ)工作和標準化工作不夠國外模具加工設(shè)備和加工方法都是根據(jù)模具的品種、類別、批量不同來確定的?？偟奶攸c和發(fā)展趨勢： 1 .采用數(shù)控(NC)和計算機控制(CNC)等高效自動化設(shè)備 在加工模具的車、銑、鏜、磨等備類機床上部附加了一套讀數(shù)顯示裝置，包括一一個傳惑器和一個數(shù)字顯示器， 并有公英制轉(zhuǎn)換開關(guān)。一般模具廠主要設(shè)備中NC CNC設(shè)備巳占2030骺，生產(chǎn)效率可提高30~50曬。在NC基礎(chǔ)上叉發(fā)展TDNC(群控) MC(加工中心)，對于各種型孔，螺紋孔、型腔模的孔道等可以一次加工，節(jié)省輔助時間，提高效率和加工精度。CNC仿形銑快速行程可達3000—650Omm／min，一般仿形精度可達0．01一O．1 mm 2 .采用座標鏜床、座標磨床等高精度設(shè)備 用于精密模具的孔加工， 一般座標鏜床精度可達2 m， 高的可達0．5 m。 3．發(fā)展電加工技術(shù) 用于加工復雜形狀和硬材料模具。國外一般采用多電極加工， 常用4— 5個電極加工一個型腔． 以保證尺寸精度和表面粗糙度 線切割加工應(yīng)用慢走絲· 鋼絲切割， 不重復使用等新技術(shù)， 使加工精度達到 m級。 4. 采用先進的檢鍘裝置 對于形狀復雜的空間曲面 三座標測量機的測頭可以達到任何一點， 測出 、Y、z三個方向的精確位置，由計算機打印出數(shù)據(jù)， 測量精度一般可達1 m左右。 5 .計算機集成制造及管理系統(tǒng)(CIMS) 機床的加工指令可由計算機的后置處理軟件自動編程后， 由計算機中心通過接口直接輸入機床進行加m(DNC技術(shù))。進一步發(fā)展柔性加工系統(tǒng)(FMs)，從而形成：制品設(shè)計一模具設(shè)計一模具制造一檢測一制品生產(chǎn)一檢測一包裝的完整過程的CIMS系統(tǒng)。國外模具制造精度水平， 如彩色顯象管電子槍的膜片制件， 用22步精密級進模自動沖制，有三個小孔， 直徑4'0．67ram，孔徑誤差為±0．0lmm， 孔的位置誤差為±0．01mm，孔的罔度誤差小于±0．01ram， 日本日立公司制造的模具實鍘值為， 凸模、凹模等零件尺寸誤差2 m， 步距誤差2— 3 m， 步距累積誤差0．Ol5mm。國內(nèi)模具制造精度水平： 上海星火模具廠的制造精度可迭3—5 m， 表面粗糙度Ra0．1—0．2 m：謂河工具廠的硬質(zhì)臺金級進模步距精度為±5 P-m， 鑲拼件尺寸精度為±2 m。國外模具制造周期快．一般沖模制造周期為2—4周， 中等復雜程度的為3個月， 大型 精密 復雜的為6— 7個月。1000克以下的注塑模具交貸期不超過3個月。外形尺寸在40mm左右的中等復雜的精沖件模具交貨期為3個月。汽車模具制造周期也很快，美國完成一個車型模具， 只要8一lo-9月， 日本要9一l2個月． 我國至少要2—3年國外設(shè)備更新?lián)Q懵快，在日本一般機床設(shè)備更新搠為9—1 0年，而摸具制造的設(shè)備更新期為4— 5年。國內(nèi)模具廠設(shè)備陳舊不配套， 數(shù)控機床僅占3骺， 電加工機床占15骺， 模具加工新工藝采用較少，使國內(nèi)模縣制造精度泡國外低l一2級， 制造閆期長l一2倍。汽車覆蓋件模具制造的難度大，國外已普遍采用實型鑄造法制造模具鑄件，使鑄造模具毛坯余量控制在5—1 0ram范圍內(nèi) 實型鑄造就是采用發(fā)泡塑料一聚苯乙烯制造模型。造型時，模型埋在型砂里不取出，待鐵水澆人后， 發(fā)拖塑料模型就溶化并揮發(fā)成氣體逸出。這種方法可以鑄出很復雜的覆蓋件摸具鑄件，鑄件精度高，外表美觀， 組織細密， 強度高。國內(nèi)第二汽車制造廠已將這種方法普遍應(yīng)用于生產(chǎn) 使型面加工余量控制在1 5—20mJn，減輕了鑄件重置，提高了鑄件精度， 保證了沖模薄壁結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用， 為鑄造模具的少切屑和無切屑加工提供了有利條件。 3 模具專業(yè)化和標準化 模具生產(chǎn)走專業(yè)化道路， 是發(fā)展模具工業(yè)的必由之路。工業(yè)發(fā)達國家均發(fā)展了大批小，精 專的摸具廠， 如美國， 日本均有一萬多個，香港和臺灣地區(qū)也有二千多個， 我國專業(yè)模具廠目前僅有二百個左右。西歐的模具生產(chǎn)在五十年代就實現(xiàn)了專業(yè)化，80眄以上的模具由專韭廠提供， 英國9O眄以上的塑料摸由專業(yè)廠生產(chǎn)。這些專業(yè)廠的人數(shù)大多在2O人以下。國外的專業(yè)模具廠； 大體上分為三種類型： (1)模具標準件制造廠；(2 )模具專業(yè)工藝協(xié)作廠—— 為模具制造提供特種工藝協(xié)作加工： (3)模具制造廠。 國外專業(yè)模具廠的特點： 1. 分工細：不搞包羅萬象， 如生產(chǎn)塑料模的就不生產(chǎn)玲沖模。 2. 人員少，產(chǎn)值高：英國Lobro工具公司是一個21人的小廠， 專門生產(chǎn)厚板沖壓模具，年產(chǎn)值迭45萬英磅。日本的專業(yè)模具廠，1o人以下的企業(yè)約占90眄以上。國外每個模具工人年創(chuàng)產(chǎn)值大約為4一lo萬美元， 國內(nèi)每個摸具工人年創(chuàng)產(chǎn)值約l萬元。 3. 機床少而精： 專業(yè)模具廠都按模具類型和加工特點選擇機床， 用處不大的無關(guān)設(shè)備基本沒有， 數(shù)量少的加工靠外協(xié)， 集中資金購買高效精密機床，例如塑料模采用數(shù)控銑、仿形銑；精沖模采用座標磨， 線切割。 4. 模具廠可以帶件生產(chǎn)：如塑料模具廣都有注塑機生產(chǎn)塑料件，有的模具廠還生產(chǎn)與模具有關(guān)的設(shè)備和機床。 5. 采用計算機管理，提高生產(chǎn)技術(shù)水平：一般模具廠管理人員很少， 只占lo嘶以下。工廠的經(jīng)理既懂技術(shù)又懂管理， 同時對信息， 銷售都很熟悉。英國ALAN公司經(jīng)理除管理全廠外， 自己有一臺機床親自操作，掌握有關(guān)加工技術(shù)。 6. 重視職工培訓； 國外很重視模具企業(yè)職工的培訓， 采用工廠辦培訓中心和專業(yè)學校相結(jié)臺的辦法。企業(yè)中的模具設(shè)計人員和生產(chǎn)、經(jīng)營管理人員絕大部份是從有實踐經(jīng)驗的中， 青年工人中提拔，經(jīng)過再培訓后成長起來的 為了提高職工的素質(zhì)和適應(yīng)新技術(shù)的要求， 在職職工每年培訓時間為2— 4周。國外對老工人很重視， 凡年滿2O年、30年，4O年的在廠職工都張榜公布， 進行鼓勵， 還有不少優(yōu)惠待遇，所t,2許多老工人仍堅持工作崗位，發(fā)揮一技之長， 不千或外流的很少。 國內(nèi)模具生產(chǎn)廠專業(yè)化程度只有1O一1 5嚦，上海共約23家專業(yè)模具廠， 專業(yè)化程度不到1 0嚦， 分工不細，技術(shù)提不高， 質(zhì)量上不去 投資多，效益少。 國內(nèi)現(xiàn)在模具生產(chǎn)僅能滿足需要的60嚦， 每年進口精密． 復雜模具約需二億美元。國外工業(yè)國家模具標準化程度達80曬，標準件品種多， 規(guī)格壘， 全部商品化。 模具采用標準件可以節(jié)省加工量45嚦， 節(jié)省材料3O嚦，降低成本25眄。使模具設(shè)計人員的設(shè)計工作量大為減少。 美國的D·M—E公司生產(chǎn)的塑料模．壓，鑄模標準件多達二萬余種。西德HASCO 公司標準件規(guī)格達三萬多種。許多模架專業(yè)公司實行24小時服務(wù)．可用電話訂貨， 交貨異常迅速。 我國1983年1O月在長沙成立了全國模具標準化技術(shù)委員會。目前國內(nèi)采用模具標準件不到2O％ ， 品種僅約二千個， 缺少精密高效標準件。我國2000年目標是使模具標準化程度由2O％ 提高到6O％ ， 補齊精密標準模架、精密頂桿、自動抽芯機構(gòu)、標準凸凹模、熱流道元件等模具標準件新系列，并進行批量生產(chǎn)。預(yù)計“八五” 期間，將有50嚦的模具生產(chǎn)企業(yè)采用商品標準件組織模具生產(chǎn)。 國際標準化組織(ISO)從1979年開始組織制訂模具的國際標準，它們的特點是通用性強，例如模板標準對冷沖模、塑料模、壓鑄模的模板都適用，其次標準件的尺寸系列采用優(yōu)先數(shù)系。 3.逆向工程技術(shù)在模具中的應(yīng)用 1.逆向工程技術(shù)的概念及其應(yīng)用 長久以來，工業(yè)產(chǎn)品的傳統(tǒng)開發(fā)方式均是遵循嚴謹?shù)难邪l(fā)流程，從產(chǎn)品需求的構(gòu)思、功能與規(guī)格預(yù)期指標的確定，進而到各個組件的設(shè)計、制造、組裝、性能測試等。每個組件都保留有原始的設(shè)計圖，此設(shè)計圖目前通常通過CAD文件來保存。這種開發(fā)模式被稱為“預(yù)定模式”，開發(fā)工程亦通稱為“正向工程”(convention engineering)。近年來在3D CAD軟件的帶動下，工業(yè)設(shè)計已Et益受到重視。工業(yè)設(shè)計多著重于產(chǎn)品的外觀造型，在正向工程的研發(fā)流程中已不是傳統(tǒng)的機械工程師們所能勝任的了，取而代之的就是所謂的“逆向工程”(re—VerSe engineering)。隨著生物、材料技術(shù)的發(fā)展，逆向工程開始應(yīng)用在人工生物骨骼等醫(yī)學領(lǐng)域。逆向工程通常是指對某一產(chǎn)品進行仿制工作。這種需求的產(chǎn)生可能是由于原始設(shè)計文件遺失、部分零件重新設(shè)計，或是委托方交付一件樣品或產(chǎn)品請制造廠商復制出來。傳統(tǒng)的復制方法是利用立體雕刻機或是仿型銑床制作出成比例的模具，然后再進行量產(chǎn)。這種方法被稱之為“類比式(AnalogType)復制”，缺點是無法建立工件尺寸的文件，也無法做任何的外形修改，現(xiàn)已逐漸被數(shù)字化的逆向工程系統(tǒng)所取代。 目前逆向工程技術(shù)的應(yīng)用主要有以下幾個方面： (1)無零件設(shè)計圖紙逆向生成樣件 在沒有設(shè)計圖紙或設(shè)計圖紙不完整的情況下，通過對零件原型進行測量，生成零件的設(shè)計圖紙或CAD模型，并以此為目的產(chǎn)生數(shù)控加工的NC代碼，加工復制出零件原型。 (2)以實驗?zāi)Ｐ妥鳛樵O(shè)計零件及反求其模具的依據(jù)對通過實驗測試才能定型的工件模型，也通常采用逆向工程的方法。比如航天航空領(lǐng)域，為了滿足產(chǎn)品對空氣動力學等的要求，首先要求在初始設(shè)計模型的基礎(chǔ)上經(jīng)過各種性能測試建立符合要求的產(chǎn)品模型，這類零件一般具有復雜的自由曲面外形，最終的實驗?zāi)Ｐ蛯⒊蔀樵O(shè)計這類零件及反求其模具的依據(jù)。 (3)美學設(shè)計領(lǐng)域 例如，汽車外形設(shè)計廣泛應(yīng)用真實比例的木制或泥塑模型來評估設(shè)計的美學效果。此外，如計算機仿形、禮品創(chuàng)意開發(fā)等都需要用逆向工程的設(shè)計方法。 2．逆向工程的關(guān)鍵技術(shù) 逆向工程技術(shù)的研究對象為產(chǎn)品實物，對于一些具有復雜曲面的零部件如果并非來自圖紙而是起源于另外一些產(chǎn)品或?qū)嵨铮敲矗O(shè)計人員怎樣將這些實物信息轉(zhuǎn)化為CAD模型，作為模具的設(shè)計與制造的依據(jù)呢?關(guān)鍵技術(shù)主要包括三個部分： 2．1實物的數(shù)據(jù)采集及使用的設(shè)備 所謂數(shù)據(jù)采集，就是透過特定的測量設(shè)備和測量方法，獲取零件表面離散點的幾何坐標數(shù)據(jù)，即形成數(shù)據(jù)點云。在反求工程中常采用三坐標測量機、三維激光掃描儀、三維數(shù)字化儀等數(shù)字化方法來快速、準確地獲取“點云”數(shù)據(jù)。作為逆向工程的第一步，如何高效、高精度的獲得實物表面數(shù)據(jù)，是逆向工程實現(xiàn)的基礎(chǔ)和關(guān)鍵技術(shù)之一。通常，物體三維幾何形狀的測量方法可分為接觸式和非接觸式兩種。非接觸式方法適合采集結(jié)構(gòu)復雜的樣件，效率高，獲得的密集點云信息量大，但是受被測樣件的色澤、光照條件等限制。由于技術(shù)本身的限制，在測量中會出現(xiàn)一些不可測區(qū)域(如型腔、小的凹形區(qū)域)，可能會造成測量數(shù)據(jù)不完整。同時，產(chǎn)生的測量數(shù)據(jù)過于龐大，會增 大數(shù)據(jù)處理和曲面重建的負擔。接觸式測量的典型代表是三坐標測量機，它綜合運用了電子、計算機，光學和數(shù)控等先進技術(shù)，是目前最應(yīng)用最廣泛的測量方法。它是利用測量機上的測頭按規(guī)則捕捉被測表面數(shù)據(jù)，然后按軟件的計算方法算出物體幾何尺寸和相對位置。接觸式方法穩(wěn)定、精度高、智慧化程度高，對被測樣件的色澤、光照條件等沒有特殊要求，但采集數(shù)據(jù)效率低、數(shù)據(jù)量小，受被測物體的結(jié)構(gòu)、材質(zhì)的限制；所以在實際生產(chǎn)過程中，可以結(jié)合兩種測量方法，獲得數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上進行復雜曲面的建構(gòu)、評價、創(chuàng)新性改進和設(shè)計 2．2數(shù)據(jù)的處理 由于測量誤差等因素的存在，采集獲得的數(shù)據(jù)往往存在一定的缺陷，因此需要對點云數(shù)據(jù)進行一些必要的處理。處理工作包括： (1)剔除冗余數(shù)據(jù)； (2)消除存在的誤測或者波動數(shù)據(jù)； (3)消除測頭半徑影響； (4)數(shù)據(jù)平滑處理； (5)特征提取和數(shù)據(jù)分割處理； (6)多視圖拼合。 2．3曲面模型重建 實物原型的三維重構(gòu)是指在獲得較為完整的三維數(shù)據(jù)以后，通過反求工程CAD軟件將采樣數(shù)據(jù)以三維圖形的方式顯示出來，得到簡略的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)外形建模技術(shù)。 3．逆向工程技術(shù)實施的條件 3．1硬件條件 在逆向工程技術(shù)設(shè)計時，需要從設(shè)計對象中提取三維數(shù)據(jù)信息。檢測設(shè)備的發(fā)展為產(chǎn)品三維信息的獲取提供了硬件條件。目前，國內(nèi)廠家使用較多的有英國、美國、意大利、德國、日本等國家生產(chǎn)的三坐標測量機和蘭維掃描儀。就測頭結(jié)構(gòu)原理來說，可分為接觸式和非接觸式兩種，其中，接觸式測頭又可分為硬測頭和軟測頭兩種，這類測頭與被測頭物體直接接觸，獲取數(shù)據(jù)信息，其中軟測頭比較少見，它不會損傷物體表面，可以掃描較軟的物體。非接觸式測頭是應(yīng)用光學及激光的原理進行的。不同的測量對象和測量目的，決定了測量過程和測量方法的不同。在實際三坐標測量時，應(yīng)該根據(jù)測量對象的特點以及設(shè)計工作的要求，確定合適的掃描方法并選擇相應(yīng)的掃描設(shè)備。例如，材質(zhì)硬且形狀較為復雜、容易定位且精度要求比較高物體，應(yīng)盡量使用接觸式掃描儀，因為這種掃描儀設(shè)備損耗費相對較少，精度比較高，但掃描時間相對長些。對橡膠、油泥、人體頭像或超薄形物體進行掃描時，則需要采用非接觸式測量方法。如果精度要求比較高時也可采用軟測頭的接觸式掃描儀?，F(xiàn)在很多人認為激光掃描技術(shù)優(yōu)于機械接觸式，其實這是不正確的，激光技術(shù)的優(yōu)點確實很多，也是未來的發(fā)展方向。 3．2軟件條件 逆向工程應(yīng)用軟件能控制測量過程，產(chǎn)生原型曲面的測量“點云”，以合適的數(shù)據(jù)格式傳輸至CAD／CAM系統(tǒng)中；或在生成及接收的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過編輯和處理直接生成復雜的三維曲線或曲面原型，選擇合適的數(shù)據(jù)格式后，再轉(zhuǎn)入到CAD／CAM系統(tǒng)中，經(jīng)過反復修改完成最終的產(chǎn)品造型。 4．逆向工程設(shè)計前的準備工作 做一個逆向設(shè)計的工作，可能比正向設(shè)計更具有挑戰(zhàn)性，也更加困難，在設(shè)計一個產(chǎn)品之前，首先必須盡量理解原有模型的設(shè)計思想，在此基礎(chǔ)上還可能要修復或克服原有模型上存在的缺陷。從某種意義上看，逆向設(shè)計是一個二次開發(fā)設(shè)計的過程，而不僅僅是一個簡單的復制過程。在開始進行一個逆向設(shè)計前，應(yīng)該對零件進行仔細分析，主要考慮以 下一些要點： (1)確定設(shè)計的整體思路，對已有的設(shè)計模型或產(chǎn)品原型進行系統(tǒng) 地分析。面對大批量、無序的點云數(shù)據(jù)，初次接觸的設(shè)計人員會感覺到無從下手。這是應(yīng)首先要周全地考慮好先做什么，后做什么，用什么方法做，主要是將模型劃分為幾個特征區(qū)，得出設(shè)計的整體思路，并找到設(shè)計的難點，在心中形成逆向設(shè)計的總步驟。 (2)確定模型的基本構(gòu)成形狀的曲面類型，這關(guān)系到相應(yīng)設(shè)計軟件 的選擇和軟件模塊的確定。對于自由曲面，例如汽車、摩托車的外覆蓋件和內(nèi)飾件等，一般需要采用具有方便調(diào)整曲線和曲面的模塊；對于初等解析曲面件，如平面、圓柱面、圓錐面等則沒必要，因為有測量數(shù)據(jù)可以用自由曲面和簡單的去擬合形成。 5．逆向工程應(yīng)用中的問題 在實際設(shè)計中，目前這些軟件還存在著較大的局限性。在機械設(shè)計領(lǐng)域中，集中表現(xiàn)為軟件智能化低；點云數(shù)據(jù)的處理方面功能弱；點云數(shù)據(jù)處理過程復雜；建模過程主要依靠人工干預(yù)，設(shè)計精度不夠高；集成化程度低等問題。但是，使用Pro／E、UG等軟件讀取點云數(shù)據(jù)時，卻會造成數(shù)據(jù)龐大的問題，對它們來說，一次讀取如此多的點是比較困難的，這也給今后的軟件發(fā)展提出了新的課題。在具體工程設(shè)計中，一般采用幾種軟件配套使用、取長補短的方式。例如可以采用了Imageware與UG和Pro／E功能結(jié)合的方法，在具體操作中，使用Imageware進行點、線處理，得到基本控制曲線，然后使用UG和Pro／E引入控制線的數(shù)據(jù)，進行曲面造型。其中，Pro／E應(yīng)用的模塊主要有ICEMSurf、Pro／DESIGNER (CDRS)等，UG使用的模塊主要是UG／Modeling和UG／Surface模塊。這幾個設(shè)計模塊都是一般CAD設(shè)計時常用到的。 另外需要指出的是很多剛剛接觸逆向工程的人把它想象得很簡單，以為就像用平板掃描儀掃描照片一樣，掃描完就可以加工了，其實這是個誤區(qū)，雖然希望這樣，但是基本上這是無法實現(xiàn)的，幾乎所有的掃描數(shù)據(jù)都需要進行處理，這一點必須清醒的認識到，逆向工程可能省略掉了繁瑣的計算求證的過程，但不能省略造型的過程。 [1] 屈華昌，塑料成型工藝與模具設(shè)計, 高等教育出版社, 2005.5 [2] 朱福順,王鵬程,郭勝利; 模具材料及其發(fā)展概況[J], 內(nèi)蒙古石油化工;2007 [3] 王忠洲，國內(nèi)外模具發(fā)展概況 ，四川工業(yè)學院學報-1992年2期 [4] 喻楠霖 ，李英利 ； 模具工業(yè)與技術(shù)的發(fā)展狀況，湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院學報-2010年3期 [5] 孫錫紅 ，我國塑料模具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展建議， 電加工與模具-2010年B04期 [6] 王樹選 ，逆向工程技術(shù)在模具制造中的應(yīng)用， 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