王忠華，李宏偉，榮國(guó)燦，巨 萌，孫 亮，顧 萌，劉佳一

（1.一汽模具制造有限公司，吉林長(zhǎng)春 130011；2.長(zhǎng)春創(chuàng)元模具設(shè)計(jì)有限公司，吉林長(zhǎng)春 130011）

1 引言

模具鑲塊損壞或使用一定時(shí)期后磨損，不能滿(mǎn)足沖裁制件的尺寸要求，需要重新制造鑲塊。通常需要按理論數(shù)據(jù)重新加工，之后進(jìn)行裝配、調(diào)試，造成成本的浪費(fèi)，周期延長(zhǎng)。所以用掃描鑲塊利用點(diǎn)云進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)，加工后鑲塊不用再調(diào)試，直接安裝使用，大大縮短制造周期，節(jié)約成本。

2 重制模具鑲塊前期準(zhǔn)備

對(duì)模具鑲塊掃描，其數(shù)據(jù)質(zhì)量至關(guān)重要。掃描前，要對(duì)模具鑲塊的基準(zhǔn)、型面、輪廓等目前存在的質(zhì)量缺陷進(jìn)行處理，再利用ATOS 光學(xué)掃描設(shè)備和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)鑲塊進(jìn)行掃描，生成鑲塊實(shí)體點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

2.1 掃描前確定基準(zhǔn)

（1）確定掃描基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)。

將模具鑲塊的安裝結(jié)構(gòu)面確定為掃描和加工基準(zhǔn)，精度要求：平面度公差帶公差值控制在0.03mm，垂直度公差帶公差值控制在0.1mm，表面粗糙度值均達(dá)到Ra1.6μm。如圖1所示。

圖1 掃描基準(zhǔn)和加工基準(zhǔn)

（2）新制模具鑲塊的加工基準(zhǔn)孔的作用。

重制模具鑲塊的加工基準(zhǔn)孔的作用與鑲塊的安裝面加工基準(zhǔn)作用是相同的，要求其表面粗糙度值要達(dá)到Ra0.8μm，垂直度公差0.1mm，孔位公差±0.02mm。

（3）重做待重制模具鑲塊基準(zhǔn)。

如果重制模具鑲塊原有結(jié)構(gòu)基準(zhǔn)面或基準(zhǔn)孔的垂直度、平面度、表面粗糙度已經(jīng)不滿(mǎn)足精度要求，就必須重新加工基準(zhǔn)面或基準(zhǔn)孔。重制模具鑲塊基準(zhǔn)確定方式有3種：一種是在重制模具鑲塊上加工X/Y/Z方向的垂直面；一種是在重制模具鑲塊上加工X和Z方向的面和一個(gè)孔；還有一種是在重制模具鑲塊上加工出X/Y底面和兩個(gè)孔。

2.2 掃描前對(duì)重制的模具鑲塊手工修復(fù)

模具在調(diào)試和生產(chǎn)使用中可能會(huì)經(jīng)歷多次修改，會(huì)經(jīng)歷燒焊、加工后強(qiáng)度減弱等過(guò)程，會(huì)使重制模具鑲塊會(huì)產(chǎn)生或殘留一些表面缺陷，掃描前鉗工要對(duì)這些表面缺陷進(jìn)行手工修復(fù)。

（1）去除殘余和毛刺。

為了保證掃描點(diǎn)云的表面質(zhì)量，要去除模具鑲塊的燒焊殘余、毛刺，以保證點(diǎn)云表面光順，進(jìn)而使逆向后的鑲塊型面曲率連續(xù)。

（2）表面填充處理。

對(duì)鑲塊表面的塌陷不平等缺陷進(jìn)行填充，填充材料一般選用膩?zhàn)印?shù)脂等，以保證逆向后的鑲塊型面曲率連續(xù)。

3 掃描和檢測(cè)生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)

在ATOS設(shè)備上和三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上對(duì)修復(fù)后的模具鑲塊進(jìn)行掃描和檢測(cè)，以?huà)呙韬蜋z測(cè)結(jié)果作為依據(jù)，進(jìn)行加工數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。

3.1 ATOS光學(xué)掃描

為保證掃描基準(zhǔn)的精度，需要清理放置被檢測(cè)鑲塊的工作臺(tái)表面，以保證鑲塊底面平面度精度要求。在ATOS設(shè)備上掃描鑲塊的型面、結(jié)構(gòu)面、輪廓、銷(xiāo)孔、螺釘孔。

3.2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)檢測(cè)

將模具鑲塊在ATOS 設(shè)備上掃描之后，再在三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)上進(jìn)行檢測(cè)，為保證檢測(cè)基準(zhǔn)統(tǒng)一，三坐標(biāo)檢測(cè)時(shí)要利用ATOS 光學(xué)掃描的基準(zhǔn)，測(cè)量修邊刃口輪廓、及相關(guān)的孔位、孔徑。斜楔鑲塊要在斜楔機(jī)構(gòu)上進(jìn)行檢測(cè)。

4 設(shè)計(jì)新加工數(shù)據(jù)

掃描結(jié)束后，獲取到掃描和檢測(cè)數(shù)據(jù)，導(dǎo)入CATIA軟件，可以進(jìn)行逆向設(shè)計(jì)。需要特殊注意的是，逆向設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)鉗工手修部位進(jìn)行改造，對(duì)模具鑲塊的主型面進(jìn)行延伸放大，對(duì)鑲塊的孔位、孔徑要圓整。使最后設(shè)計(jì)完成的加工數(shù)據(jù)滿(mǎn)足加工需求，保證加工后的模具鑲塊趨近于完美的狀態(tài)。如圖2所示。

圖2 三坐標(biāo)測(cè)量獲取的測(cè)量點(diǎn)云

（1）判定掃描點(diǎn)云質(zhì)量。

對(duì)掃描點(diǎn)云質(zhì)量主要關(guān)注模具鑲塊的基準(zhǔn)和關(guān)鍵部位的完整性、型面的光順性和連續(xù)性等。

（2）導(dǎo)入點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

確定點(diǎn)云質(zhì)量合格，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入CATIA中，與模具結(jié)構(gòu)環(huán)境中的位置對(duì)齊后，再進(jìn)行下一步工作。

（3）處理點(diǎn)云網(wǎng)格。

處理的方式主要采用點(diǎn)云稀化、堵孔、網(wǎng)格優(yōu)化，邊處理邊分析。

a.點(diǎn)云稀化。

點(diǎn)數(shù)控制在50 萬(wàn)個(gè)以?xún)?nèi)，型面偏差控制在0.02mm 以?xún)?nèi)，進(jìn)行點(diǎn)云稀化。在CATIA 中過(guò)濾突兀的型面和R角，稀化比率達(dá)到20%，以保證型面質(zhì)量和精度。如圖3、圖4、圖5、圖6所示。

圖3 曲率分割前

圖5 稀化前

圖6 稀化后

b.堵孔。

在鑲塊上噴顯影劑、擺參考點(diǎn)方可獲得掃描結(jié)果，但參考點(diǎn)位置會(huì)在掃描后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)中形成小孔，所以，處理點(diǎn)云時(shí)要對(duì)這些位置進(jìn)行堵孔。如圖7、圖8所示。

圖7 堵孔前

圖8 堵孔后

c.檢查點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

上述工作完成后，在CATIA 中檢測(cè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，檢測(cè)的原則是曲面的法向方向與點(diǎn)云的掃描方向要一致，最后得到理論與實(shí)際的偏差分析結(jié)果。如圖9所示。

圖9 理論與實(shí)際偏差分析

（4）重制模具鑲塊新實(shí)體加工數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。

在重制模具鑲塊新加工數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)，將點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入CATIA中，與模具結(jié)構(gòu)環(huán)境中的位置對(duì)齊。設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮理論與實(shí)際的偏差。

a.建立加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系。

在逆向設(shè)計(jì)優(yōu)化后的模具鑲塊實(shí)體上的結(jié)構(gòu)面上取X/Y/Z方向的垂直面作為加工基準(zhǔn)面，建立鑲塊加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系，通常首要考慮此加工基準(zhǔn)與掃描檢測(cè)基準(zhǔn)一致。如圖10所示。

圖10 加工基準(zhǔn)坐標(biāo)系

b.修復(fù)補(bǔ)償及型面延伸。

鉗工手工修復(fù)的表面質(zhì)量不會(huì)滿(mǎn)足要求，所以加工數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行修復(fù)補(bǔ)償。為了數(shù)控加工完全不殘留，加工數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)鑲塊型面進(jìn)行延伸放大20mm左右。如圖11所示。

圖11 型面按理論邊界向外延伸

c.新輪廓加工數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)。

加工數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)，直接提取掃描點(diǎn)云的輪廓、孔位、孔徑，并對(duì)這些設(shè)計(jì)元素進(jìn)行優(yōu)化。沖孔孔徑和孔位公差按制件產(chǎn)品的原有標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，螺釘孔位置偏差控制在±0.2mm以?xún)?nèi)，銷(xiāo)孔是精定位，不能采用原孔位，需要換新位置重新加工，只有這些精度的保證，才能保證了新輪廓加工數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)確和合理性。

d.型面負(fù)角空開(kāi)。

設(shè)計(jì)完成的重制模具鑲塊，可能會(huì)有型面負(fù)角，所以，要對(duì)模具鑲塊的整體加工數(shù)據(jù)型面進(jìn)行檢查，如果有負(fù)角，要對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行空開(kāi)處理。如圖12所示。

圖12 鑲塊新實(shí)體加工數(shù)據(jù)

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)采用重制模具鑲塊的設(shè)計(jì)原則和方法，嚴(yán)格保證了重制后模具鑲塊與原有生產(chǎn)使用的待重制模具鑲塊的一致性，加工后快速滿(mǎn)足使用要求，為客戶(hù)節(jié)省更多的等待時(shí)間。