踏板的彎曲與脹形模具設(shè)計(jì)

踏板的彎曲與脹形模具設(shè)計(jì),踏板,彎曲,曲折,模具設(shè)計(jì) 踏板彎曲與脹形 文獻(xiàn)綜述 1.1 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)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(gè)國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)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(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定》中，模具被列為機(jī)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(dāng)前國家重點(diǎn)鼓勵(lì)發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵(lì)外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)，從1997年開始對部分模具企業(yè)實(shí)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(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，模具涉及機(jī)械、汽車、輕工、電子、化工、冶金、建材等各個(gè)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(biāo)志著一個(gè)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(yùn)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(fù)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(diǎn)，塑料制件幾乎已經(jīng)進(jìn)入了一切工業(yè)部門以及人民日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。特別是在辦公設(shè)備、照相機(jī)、汽車、儀器儀表、機(jī)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(jī)、收錄機(jī)、洗衣機(jī)、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(qiáng)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(kuò)大，預(yù)計(jì)今后隨著微型電子計(jì)算機(jī)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(jì)所有部門，尤其在國防和尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占有越來越重要的地位 。 隨著我國經(jīng)濟(jì)與國際的接軌和國家經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)的影響日益重要。 1.2 國內(nèi)外模具行業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)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(dú)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(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨(dú)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(jī)、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(fù)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(rèn)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(gè)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(gè)國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)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(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)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(gè)別廠家還引進(jìn)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(jì)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(jìn)步，東風(fēng)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(jī)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(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面做出了貢獻(xiàn)。 例如，吉林大學(xué)汽車覆蓋件成型技術(shù)所獨(dú)立研制的汽車覆蓋件沖壓成型分析KMAS軟件，華中理工大學(xué)模具技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的注塑模、汽車覆蓋件模具和級進(jìn)模CAD/CAE/CAM軟件，上海交通大學(xué)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(jìn)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(diǎn)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(jìn)口，特別是精密、大型、復(fù)雜和長壽命的高檔模具進(jìn)口比例高達(dá)到40％。由此可見，雖然我們模具總量目前達(dá)到相當(dāng)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(dá)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(biāo)準(zhǔn)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(jìn)水平差距大的重要原因。CAD／CAE／CAM一體化先進(jìn)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(shí)間。 近年來，國有模具企業(yè)、三資企業(yè)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)(個(gè)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(jìn)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?！?、“小而精”。中國模具自產(chǎn)自配比例高達(dá)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(fù)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(jìn)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(fù)雜程度上；工藝水平低主要表現(xiàn)在設(shè)計(jì)、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(gè)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(dá)國家大多是l5～20萬美元，有的甚至達(dá)到25～ 30萬美元。國外先進(jìn)國家模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率達(dá)70％以上，國內(nèi)模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率只有45％左右。與國際先進(jìn)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(shí)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(dá)國家相比仍有較大的差距。特別在大型、精密、復(fù)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(jìn)口。 國外模具設(shè)計(jì)愚想十分明確，力求設(shè)計(jì)的?？h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(jià)格， 以獲得最大的利潤 即使是一個(gè)緊固螺釘也要精打細(xì)算，例如在美國Borg Worn er公司的試驗(yàn)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(jìn)模大多采用鑲拼結(jié)構(gòu)， 凸模用標(biāo)準(zhǔn)型式進(jìn)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(jìn)給機(jī)構(gòu)，利用壓縮空氣推動活塞往復(fù)進(jìn)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(dá)l0O0個(gè)， 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(dá)國家摸具采用CAD／CAM約占20—3o％，只用CAD系統(tǒng)，可縮短設(shè)計(jì)時(shí)間4o70@， 畫圖質(zhì)量提高，可避免圖紙錯(cuò)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(xué)與國營73 3廠共同開發(fā)了國內(nèi)第～ 個(gè)精沖模具CAD／CAM 系統(tǒng)一北京機(jī)電研究院開發(fā)了沖裁模cAD／cAM系統(tǒng)。1987年華中理工大學(xué)與北京模具廠，星火模具廠等共同開發(fā)了我國第一個(gè)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(xùn)工作跟不上 基礎(chǔ)工作和標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)和發(fā)展趨勢： 1 .采用數(shù)控(NC)和計(jì)算機(jī)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(jī)床上部附加了一套讀數(shù)顯示裝置，包括一一個(gè)傳惑器和一個(gè)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(shí)間，提高效率和加工精度。CNC仿形銑快速行程可達(dá)3000—650Omm／min，一般仿形精度可達(dá)0．01一O．1 mm 2 .采用座標(biāo)鏜床、座標(biāo)磨床等高精度設(shè)備 用于精密模具的孔加工， 一般座標(biāo)鏜床精度可達(dá)2 m， 高的可達(dá)0．5 m。 3．發(fā)展電加工技術(shù) 用于加工復(fù)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(gè)電極加工一個(gè)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(fù)使用等新技術(shù)， 使加工精度達(dá)到 m級。 4. 采用先進(jìn)的檢鍘裝置 對于形狀復(fù)雜的空間曲面 三座標(biāo)測量機(jī)的測頭可以達(dá)到任何一點(diǎn)， 測出 、Y、z三個(gè)方向的精確位置，由計(jì)算機(jī)打印出數(shù)據(jù)， 測量精度一般可達(dá)1 m左右。 5 .計(jì)算機(jī)集成制造及管理系統(tǒng)(CIMS) 機(jī)床的加工指令可由計(jì)算機(jī)的后置處理軟件自動編程后， 由計(jì)算機(jī)中心通過接口直接輸入機(jī)床進(jìn)行加m(DNC技術(shù))。進(jìn)一步發(fā)展柔性加工系統(tǒng)(FMs)，從而形成：制品設(shè)計(jì)一模具設(shè)計(jì)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(jìn)模自動沖制，有三個(gè)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(shí)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(jìn)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(fù)雜程度的為3個(gè)月， 大型 精密 復(fù)雜的為6— 7個(gè)月。1000克以下的注塑模具交貸期不超過3個(gè)月。外形尺寸在40mm左右的中等復(fù)雜的精沖件模具交貨期為3個(gè)月。汽車模具制造周期也很快，美國完成一個(gè)車型模具， 只要8一lo-9月， 日本要9一l2個(gè)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(jī)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(jī)床僅占3骺， 電加工機(jī)床占15骺， 模具加工新工藝采用較少，使國內(nèi)?？h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(shí)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(shí)型鑄造就是采用發(fā)泡塑料一聚苯乙烯制造模型。造型時(shí)，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(fù)雜的覆蓋件摸具鑄件，鑄件精度高，外表美觀， 組織細(xì)密， 強(qiáng)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(jì)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(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(gè)，香港和臺灣地區(qū)也有二千多個(gè)， 我國專業(yè)模具廠目前僅有二百個(gè)左右。西歐的模具生產(chǎn)在五十年代就實(shí)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(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)： 1. 分工細(xì)：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(gè)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(gè)模具工人年創(chuàng)產(chǎn)值大約為4一lo萬美元， 國內(nèi)每個(gè)摸具工人年創(chuàng)產(chǎn)值約l萬元。 3. 機(jī)床少而精： 專業(yè)模具廠都按模具類型和加工特點(diǎn)選擇機(jī)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(jī)床，例如塑料模采用數(shù)控銑、仿形銑；精沖模采用座標(biāo)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(jī)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(jī)床。 5. 采用計(jì)算機(jī)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(shí)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(jī)床親自操作，掌握有關(guān)加工技術(shù)。 6. 重視職工培訓(xùn)； 國外很重視模具企業(yè)職工的培訓(xùn)， 采用工廠辦培訓(xùn)中心和專業(yè)學(xué)校相結(jié)臺的辦法。企業(yè)中的模具設(shè)計(jì)人員和生產(chǎn)、經(jīng)營管理人員絕大部份是從有實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的中， 青年工人中提拔，經(jīng)過再培訓(xùn)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(xùn)時(shí)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(jìn)行鼓勵(lì)， 還有不少優(yōu)惠待遇，所t,2許多老工人仍堅(jiān)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(xì)，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(jìn)口精密． 復(fù)雜模具約需二億美元。國外工業(yè)國家模具標(biāo)準(zhǔn)化程度達(dá)80曬，標(biāo)準(zhǔn)件品種多， 規(guī)格壘， 全部商品化。 模具采用標(biāo)準(zhǔn)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(jì)人員的設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)件多達(dá)二萬余種。西德HASCO 公司標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格達(dá)三萬多種。許多模架專業(yè)公司實(shí)行24小時(shí)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(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會。目前國內(nèi)采用模具標(biāo)準(zhǔn)件不到2O％ ， 品種僅約二千個(gè)， 缺少精密高效標(biāo)準(zhǔn)件。我國2000年目標(biāo)是使模具標(biāo)準(zhǔn)化程度由2O％ 提高到6O％ ， 補(bǔ)齊精密標(biāo)準(zhǔn)模架、精密頂桿、自動抽芯機(jī)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)凸凹模、熱流道元件等模具標(biāo)準(zhǔn)件新系列，并進(jìn)行批量生產(chǎn)。預(yù)計(jì)“八五” 期間，將有50嚦的模具生產(chǎn)企業(yè)采用商品標(biāo)準(zhǔn)件組織模具生產(chǎn)。 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)從1979年開始組織制訂模具的國際標(biāo)準(zhǔn)，它們的特點(diǎn)是通用性強(qiáng)，例如模板標(biāo)準(zhǔn)對冷沖模、塑料模、壓鑄模的模板都適用，其次標(biāo)準(zhǔn)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(yán)謹(jǐn)?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(biāo)的確定，進(jìn)而到各個(gè)組件的設(shè)計(jì)、制造、組裝、性能測試等。每個(gè)組件都保留有原始的設(shè)計(jì)圖，此設(shè)計(jì)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(jì)已Et益受到重視。工業(yè)設(shè)計(jì)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(jī)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(xué)領(lǐng)域。逆向工程通常是指對某一產(chǎn)品進(jìn)行仿制工作。這種需求的產(chǎn)生可能是由于原始設(shè)計(jì)文件遺失、部分零件重新設(shè)計(jì)，或是委托方交付一件樣品或產(chǎn)品請制造廠商復(fù)制出來。傳統(tǒng)的復(fù)制方法是利用立體雕刻機(jī)或是仿型銑床制作出成比例的模具，然后再進(jìn)行量產(chǎn)。這種方法被稱之為“類比式(AnalogType)復(fù)制”，缺點(diǎn)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(gè)方面： (1)無零件設(shè)計(jì)圖紙逆向生成樣件 在沒有設(shè)計(jì)圖紙或設(shè)計(jì)圖紙不完整的情況下，通過對零件原型進(jìn)行測量，生成零件的設(shè)計(jì)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(fù)制出零件原型。 (2)以實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ妥鳛樵O(shè)計(jì)零件及反求其模具的依據(jù)對通過實(shí)驗(yàn)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(xué)等的要求，首先要求在初始設(shè)計(jì)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(fù)雜的自由曲面外形，最終的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯⒊蔀樵O(shè)計(jì)這類零件及反求其模具的依據(jù)。 (3)美學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域 例如，汽車外形設(shè)計(jì)廣泛應(yīng)用真實(shí)比例的木制或泥塑模型來評估設(shè)計(jì)的美學(xué)效果。此外，如計(jì)算機(jī)仿形、禮品創(chuàng)意開發(fā)等都需要用逆向工程的設(shè)計(jì)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(shí)物，對于一些具有復(fù)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?，設(shè)計(jì)人員怎樣將這些實(shí)物信息轉(zhuǎn)化為CAD模型，作為模具的設(shè)計(jì)與制造的依據(jù)呢?關(guān)鍵技術(shù)主要包括三個(gè)部分： 2．1實(shí)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(diǎn)的幾何坐標(biāo)數(shù)據(jù)，即形成數(shù)據(jù)點(diǎn)云。在反求工程中常采用三坐標(biāo)測量機(jī)、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(zhǔn)確地獲取“點(diǎn)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(shí)物表面數(shù)據(jù)，是逆向工程實(shí)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(fù)雜的樣件，效率高，獲得的密集點(diǎn)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(shí)，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(fù)擔(dān)。接觸式測量的典型代表是三坐標(biāo)測量機(jī)，它綜合運(yùn)用了電子、計(jì)算機(jī)，光學(xué)和數(shù)控等先進(jìn)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(jī)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(jì)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(shí)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(jìn)行復(fù)雜曲面的建構(gòu)、評價(jià)、創(chuàng)新性改進(jìn)和設(shè)計(jì) 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(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)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(shí)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(shí)施的條件 3．1硬件條件 在逆向工程技術(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，需要從設(shè)計(jì)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(biāo)測量機(jī)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(xué)及激光的原理進(jìn)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(shí)際三坐標(biāo)測量時(shí)，應(yīng)該根據(jù)測量對象的特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)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(fù)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?yàn)檫@種掃描儀設(shè)備損耗費(fèi)相對較少，精度比較高，但掃描時(shí)間相對長些。對橡膠、油泥、人體頭像或超薄形物體進(jìn)行掃描時(shí)，則需要采用非接觸式測量方法。如果精度要求比較高時(shí)也可采用軟測頭的接觸式掃描儀?，F(xiàn)在很多人認(rèn)為激光掃描技術(shù)優(yōu)于機(jī)械接觸式，其實(shí)這是不正確的，激光技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)確實(shí)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(diǎn)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(fù)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(fù)修改完成最終的產(chǎn)品造型。 4．逆向工程設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作 做一個(gè)逆向設(shè)計(jì)的工作，可能比正向設(shè)計(jì)更具有挑戰(zhàn)性，也更加困難，在設(shè)計(jì)一個(gè)產(chǎn)品之前，首先必須盡量理解原有模型的設(shè)計(jì)思想，在此基礎(chǔ)上還可能要修復(fù)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(jì)是一個(gè)二次開發(fā)設(shè)計(jì)的過程，而不僅僅是一個(gè)簡單的復(fù)制過程。在開始進(jìn)行一個(gè)逆向設(shè)計(jì)前，應(yīng)該對零件進(jìn)行仔細(xì)分析，主要考慮以 下一些要點(diǎn)： (1)確定設(shè)計(jì)的整體思路，對已有的設(shè)計(jì)模型或產(chǎn)品原型進(jìn)行系統(tǒng) 地分析。面對大批量、無序的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，初次接觸的設(shè)計(jì)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(gè)特征區(qū)，得出設(shè)計(jì)的整體思路，并找到設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，在心中形成逆向設(shè)計(jì)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(jì)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?yàn)橛袦y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(shí)際設(shè)計(jì)中，目前這些軟件還存在著較大的局限性。在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，集中表現(xiàn)為軟件智能化低；點(diǎn)云數(shù)據(jù)的處理方面功能弱；點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜；建模過程主要依靠人工干預(yù)，設(shè)計(jì)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(diǎn)云數(shù)據(jù)時(shí)，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(diǎn)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(jì)中，一般采用幾種軟件配套使用、取長補(bǔ)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(jìn)行點(diǎn)、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(jìn)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(gè)設(shè)計(jì)模塊都是一般CAD設(shè)計(jì)時(shí)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(shí)這是個(gè)誤區(qū)，雖然希望這樣，但是基本上這是無法實(shí)現(xiàn)的，幾乎所有的掃描數(shù)據(jù)都需要進(jìn)行處理，這一點(diǎn)必須清醒的認(rèn)識到，逆向工程可能省略掉了繁瑣的計(jì)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(jì), 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(xué)院學(xué)報(bào)-1992年2期 [4] 喻楠霖 ，李英利 ； 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