1 引言
模具是制造業的基本工藝裝備，模具設計制造的效率對產品的開發效率具有決定性的影響。目前模具制造企業基本上是承接式生產。制品設計者提供給模具制造者制品實物或制品圖紙，楔具制造者再進行模具的設計制造。若提供的是制品實物，采用逆向工程技術，通過測量出制品數據，并反求出其CAD模型，就可以在模具的設計制造過程中，運用這一數字模型，設計模具；并基于該模型進行數控自動編程，從而大大提高了模具的生產效率，降低了模具的制造成本。因此，逆向工程技術在我國，特別是在注塑模具行業有著十分廣闊的應用前景。將以某玩具塑料件為例，闡述基于逆向工程的注塑模具快速設計。
2 制品CAD模型重構
依據掃描數據點來構建CAD模型，經常會遇到這樣的問題：應用激光掃描儀獲得的測量數據量非常大，被稱之為“點云”數據，就目前的技術水平，這樣的數據還不能被現有的CAD/CAM系統直接用來構建實體模型。而采用數據精簡方法，不僅費時，而且易于導致特征數據點的丟失。依據制品表面的特性，將該制品表面分為上表面、下表面、側面和過渡面幾個曲面片，其中，上表面的構型較為復雜。經過分析，在現有技術的基礎上，采用了如下的重構策略：上表面是一個直紋面，采取“點—線—面”的重構方法，即依據掃描數據點提取部分截面線，然后采用截面線來構建曲面。側面的構建可以采用同樣的方法。而下表面是—個平面，構建就簡單得多。過渡面是—個變曲率半徑的圓弧面，可以直接利用軟件中所提供的變曲率過渡面生成功能來構建。將所構建的曲面片進行縫合，形成—個完整的曲面。然后以IGES格式導出，輸入到現有的CAD/CAM軟件中。在該曲面的基礎上，進行加厚，并構建制品上的圓柱體等結構，形成一個完整的CAD模型。實例證明，采用該方法，所構建模型的精度較高，可以滿足模具設計的需要。該塑料制品模型重構的關鍵步驟和重要結果，如圖1所示。
圖1 重構制品CAD模型
3 制品注塑模具的設計
注射模結構設計主要包括：分型面的選擇、型腔數目及排列方式的確定、分流道的設計、冷卻水道布局、澆口的位置、模具工作零件的結構設計。分型面是決定模具結構形式的一個重要因素，它與模具的整體結構、澆注系統設計、塑件的脫模和模具制造工藝有關。依據該CAD模型，在對曲面的曲率進行了分析，采用了階梯形式的分型面，如圖2所示。
圖2 分型面的確定
本例中，制品的尺寸較小，且結構較為簡單，因此型芯、型腔結構采用了整體式結構。在確定型腔數目時，由于每增加一個型腔，塑件的尺寸精度會降低4%。而本制品的塑件有精度要求，因此型腔數目不宜過多，要盡量保證成型條件一致。綜合考慮澆注系統、模具結構的復雜程度等因素，擬采用一模四腔、H形排列的方式。如圖3所示。
圖3 型腔排列方式
本制品模具分流道采用直的、截面形狀為圓形的結構。澆口是澆注系統中截面最小的部分，但卻是澆注系統的關鍵部分。澆口的位置、形狀及尺寸對塑件性能和質量的影響很大。澆口可分為限制性和非限制性澆口兩種，考慮到本制品的結構，將采用限制性澆口。限制性澆口一方面通過截面積的突然變化，使分流道輸送來的塑料熔體的流速產生加速度，提高剪切速率，使其成為理想的流動狀態，迅速而均衡地充滿型腔，另一方面改善塑料熔體進入型腔時的流動特性，調節澆口尺寸，可使多型腔同時充滿，可控制填充時間、冷卻時間及塑件表面質量，同時還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝料與塑件分離的作用。具體到這套模具，其澆口形式為側澆口，如圖4所示。
圖4 澆口形狀及位置
型芯和型腔時模具結構中的關鍵性工作部件。本模具結構中，型芯和型腔的模仁采用整體鑲拼式，通過螺釘固定在板上，如圖5所示。基于上述的討論和設計，完成后的模具結構，如圖6所示。
圖5 型芯及型腔模仁
圖6 模具CAD結構圖
4 結束語
在當今產品更新速度不斷加快的時代，逆向工程技術在模具的快速設計與制造中具有廣闊的應用前景。利用逆向工程技術，在完成制品CAD模型重構的基礎上，快速設計出制品的注塑模具。實踐證明，恰當的重構方法，可以獲得很高的重構模型精度，滿足高精度模具設計的需要。采用逆向工程技術，可以有效地縮短模具的設計與制造周期，提高產品的競爭能力。
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本文標題：基于逆向工程的注塑模具快速設計
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