呂淑艷

(包頭職業(yè)技術(shù)學院 材料工程系，內(nèi)蒙古 包頭 014035)

工業(yè)生產(chǎn)或日常生活中隨處可見大小不同、形狀各異的機油瓶，里面裝的機油可用于各類設(shè)備或交通工具的保養(yǎng)。現(xiàn)有一款機油瓶，如圖1所示。目前只有機油瓶的成品，沒有其零件和塑料模具的三維數(shù)學模型。本文利用逆向設(shè)計方法，獲得機油瓶塑件的三維數(shù)學模型，并利用注塑模向?qū)嫦蛟O(shè)計機油瓶吹塑模具。

圖1 機油瓶塑件

1 機油瓶塑件成型工藝分析

機油瓶塑件材料采用的是聚乙烯(PE)塑料粒料，如圖2所示。聚乙烯塑料材質(zhì)較軟，與同等塑料相比質(zhì)量較輕，半透明，無毒，成型溫度在200℃左右。聚乙烯具有優(yōu)良的耐化學腐蝕性，防水防濕性，可用于包裝。

圖2 聚乙烯塑料粒料

根據(jù)機油瓶結(jié)構(gòu)形狀特點，塑件適合采用擠出吹塑成型。該零件尺寸適中，如果吹塑模具采用一模多件，生產(chǎn)效率較高，但模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時對擠出機的要求也較高，操作不方便。綜合以上分析，機油瓶塑件采用一模一件，成型設(shè)備選用雙工位氣動擠出吹塑機。成型時將聚乙烯塑料粒加入擠出機料筒內(nèi)加熱熔融，使之呈粘流狀態(tài)，在擠出機擠壓系統(tǒng)作用下通過具有與制品截面形狀相仿的口模，成為形狀與口模相仿的粘流態(tài)熔體，管坯再經(jīng)吹塑輔機吹塑成型，經(jīng)冷卻定型，最終獲得機油瓶塑料制品。

2 機油瓶塑件逆向設(shè)計

機油瓶塑件逆向設(shè)計過程主要包括掃描測量、數(shù)據(jù)處理和逆向建模。

2.1 掃描測量

機油瓶塑件掃描前，首先對零件進行表面噴粉處理，噴粉要在室外空曠的地方進行，粉量越薄越好，對塑件表面覆蓋薄薄一層，避免過厚，噴粉過厚會影響塑件掃描精度。接下來是貼標記點，在貼標記點之前，應(yīng)注意標記點是貼在掃描零件上還是掃描零件周圍，還是兩者都需要。標記點貼在零件表面的優(yōu)點是零件可以自由移動，缺點是會影響被標記點覆蓋的零件表面的3D數(shù)據(jù)。貼在零件周圍雖不影響3D數(shù)據(jù)，但在整個采集過程中，要保持掃描零件不能移動。由于機油瓶塑件是扁平零件，激光掃描光束受零件遮擋的原因，不可能通過一次掃描完成對整個零件的三維點云數(shù)據(jù)的獲取，因此需要從不同的位置和角度對零件進行掃描，然后通過三維匹配把相鄰掃描的點云數(shù)據(jù)拼接在一起。為保證采集精度，需在零件表面和周圍都粘貼標記點。粘貼時，標記點盡量不要貼在一條直線上，可成V型分布。機油瓶塑件掃描測量圖，如圖3所示。

圖3 機油瓶塑件掃描測量

2.2 數(shù)據(jù)處理

利用Geomagic Studio數(shù)據(jù)處理軟件處理掃描完成的數(shù)據(jù)。首先著色，然后用補孔命令進行補孔，對凹凸不平的表面用去除特征命令進行修復(fù),最后導(dǎo)出機油瓶塑件數(shù)據(jù)處理結(jié)果，如圖4所示。

圖4 機油瓶塑件數(shù)據(jù)處理

2.3 逆向建模

逆向建模[1]是機油瓶塑件整個逆向過程中最關(guān)鍵的一環(huán)，可以對塑件進行結(jié)構(gòu)改進再設(shè)計，對后面吹塑模具的尺寸形狀等都有直接的影響。機油瓶塑件三維數(shù)學模型，如圖5所示。

圖5 機油瓶塑件三維數(shù)學模型

3 機油瓶塑料模具逆向設(shè)計

機油瓶擠出吹塑模具[2]由兩蘭凹模組成，模具設(shè)計采用的是UG軟件注塑模向?qū)K和建模模塊，以逆向設(shè)計為主，必要時輔助正向設(shè)計。首先加載機油瓶產(chǎn)品零件，定義模具坐標系，然后模具分型，分型面的選擇盡量使兩半型腔為對稱，易于制品脫模，由于機油瓶為矩形截面容器，分型面應(yīng)通過中心線或?qū)蔷€。模板和吹氣口參照擠出吹塑和相關(guān)尺寸設(shè)計，導(dǎo)柱導(dǎo)套和固定零件直接調(diào)入標準件。由于該模具為小型模具，需開設(shè)冷卻水道，通水冷卻。利用注塑模向?qū)Ы⑺溃尤胨芙宇^和堵頭等。機油瓶吹塑模具模狀態(tài)圖如圖6所示。機油瓶吹塑模具分模狀態(tài)圖如圖7所示。

圖6 機油瓶吹塑模具合模狀態(tài)圖

圖7 機油瓶吹塑模具分模狀態(tài)圖

4 結(jié)論

逆向設(shè)計在產(chǎn)品研發(fā)和創(chuàng)新設(shè)計過程中起著重要作用。本文以機油瓶塑件為例，采用逆向設(shè)計方法，從產(chǎn)品的成型工藝分析、掃描測量、數(shù)據(jù)處理、逆向建模和吹塑模具逆向設(shè)計等方面，詳細闡述了塑件逆向設(shè)計和其吹塑模具逆向設(shè)計過程。為后續(xù)制造吹塑模具工作零件模擬數(shù)控加工刀路提供三維數(shù)據(jù)支撐。這種方法特別適合以實物塑件為基礎(chǔ)的塑料模具設(shè)計，開發(fā)周期短，經(jīng)濟效益高。