防护罩的模具设计与制造

【摘 要】本文通过对模具结构设计原理的分析论证,阐述了模具设计的要点,并以某机械产品的防护罩基于逆向工程的模具设计制造为例进行了探讨研究.

【关 键 词】防护罩模具模具设计制造

一、引言

很多企业的核心设备机械产品,其性能和质量都紧紧关系着企业的生产和制造过程的安全以及产品质量.因此各种防护罩在企业机械产品的使用过程中被大量应用.在防护罩的设计和制造过程中常常面对的是实物样件,而不是现成的CAD模型.这就需要通过一定的途径把这些实物模型转化为CAD模型,再利用它进行模具开发制造.目前这种从实物样件出发获得产品的数学模型技术也被称之为逆向工程模具设计,是一种防护罩快速模具设计方法,已经成为防护罩模具设计和制造缩短开发周期、降低开发制造成本的重要手段.

二、模具结构设计原理

通常情况下,复合模具结构都只是合并落料、拉深或拉深、冲孔2道工序,本文所探讨的模具结构复合3道工序.落料时增加复合条料定位和卸料装置设计,让落料件定位更加准确,并能避免落料后废料套在凸模上.冲孔时增加废料托板固定在下模座上的设计,能够避免冲孔废料落入冲床内.拉深时增加复合压边圈兼推板装置设计,可以进一步确保零件外观质量.另外,还可以增设星形打板和打杆避免零件拉深后卡在凹模内.在模具结构设计过程中,为缩短模具制造周期,降低生产成本,可以将模具上、下模座、导向部分、紧固件采用通用件；同时,为便于对模具的后期维修,模具的工作部分即落料凹模、冲孔凸模和拉深、冲孔凸凹模等可以采用镶拼结构设计.

三、模具设计中的要点

(一)模具选材.

通常情况下防护罩对于使用时间的需求很高,为保证其模具具备较高的使用寿命,模具工作部分的材料均选用CrWMn.因为CrWMn经过热处理后,变形小,耐磨性高,承载力大,能够完全适应防护罩的冲压加工过程.

(二)模具间隙的确定.

模具工作部分的间隙是复合落料、拉深、冲孔成型过程关键参数之一.它的大小对落料力、拉深力、冲孔力和产品质量都有很大的影响.落料、冲孔间隙过小时,所需的落料冲孔力大、对模具损坏亦大；拉深间隙小时,使产品容易开裂或擦伤表面,并使产品局部变薄；间隙过大时,使产品容皱或使产品局部变厚,降低产品的尺寸、形状精度.因此,设计模具时,需要选择合理的间隙.

(三)模具凹凸模和定位卸料板设计.

1.凸模设计采用台阶整体式结构,通过凸模固定板、垫板和内六角圆柱头螺钉与上模座固定在一起.

2.凹模设计采用整体式结构,通过接板、固定板和内六角圆柱头螺钉与下模座固定在一起.

3.定位卸料板的设计采用一左一右的结构,通过内六角圆柱头螺钉和圆柱销钉与凹模固定在一起.

四、基于逆向工程的快速模具设计关键技术

针对使用逆向工程技术进行快速产品模具设计主要流程进行分析,不难看出基于逆向工程的快速模具设计中关键技术有以下三个方面：

(一)技术测量的分类和针对性.

现阶段的数据测量方式通常分为三个类型：接触式测量、非接触式测量、逐层扫描测量.其中接触式测量方式虽然精度高,然而效率低,无法针对那些易变形件进行准确测量；非接触式测量虽然效率也比较高,一定程度上能够避免摩擦产生误差,然而却缺乏一定的高精度效果；逐层扫描测量通常被运用于产品内部扫描.针对普通的产品而言,一般都会采取应用广泛的非接触式测量方式.

(二)曲面重建技术的运用.

依据曲面的数据采集信息将原始曲面的几何模型进行恢复,也就是通常意义的曲面重构.在逆向工程中,一般采取两种曲面重构方法：一种方法是利用B样条或NURBS曲面作为基础制定曲面构造方案；另一种方法是以三角Bezier曲面作为基础制定曲面构造方案.现在利用相对成熟的逆向工程软件进行曲面重构,采取步骤通常都是点云数据处理、数据三角化、曲线拟合和曲面构建.

(三)注塑CAE分析.

在注塑成型的具体过程中,塑料是在固定的型腔中进行流动并且最终成型,这个过程和材料的性能、制品的形状尺寸、成型温度和速度以及压力和时间、型腔表面状况与模具设计等各个不同环节的系列因素息息相关.所以,在新产品进行模具设计的具体实施过程当中,可以运用CAE注塑成型分析,及时发现设计过程中产生的缺陷,进而可以确保模具设计的科学合理性,进一步让模具的一次试模成功率得到提高,以此实现企业生产成本的降低和控制目标.

五、逆向工程在防护罩模具设计中的具体应用

本文以某工程设备的防护罩为例,从以下方面说明逆向工程在防护罩快速模具设计上的应用.

(一)防护罩数字测量方法.

防护罩的整体形状通常都是带有自由曲面的异形件,因此防护罩的测量关键是相当于针对自由曲面的测量.在实际的测量过程中如果有条件使用美国FARO公司的激光扫描仪对带有自由曲面特征的防护罩实施测量,测量的点云图如果要得到更加准确的产品边界,那么建议可以针对防护罩下的垫块加强测量,如此就可以为随后的CAD模型重建工作提供相应的数据参考.

(二)防护罩的CAD模型重构方法.

防护罩CAD重建的关键之处是在于曲面的重构,以及针对防护罩上孔和槽特征进行创建.在设计的过程中应该首先针对所获得的数据点云进行去噪或剔除杂点和数据插补以及数据平滑等处理,其次将处理过的数据进行分割,需要将同属一类型的数据点划分到相同的区域.然后再对划分的区域选择特征截面、建立特征线和特征线网格,并且需要对网格线进行光顺处理,最后再由曲线拟合成曲面.

(三)防护罩注塑CAE分析的内容和意义.

注塑成型CAE分析的相关内容和结果,可以为防护罩模具设计制造提供科学有效的参考数据,这些数据通常包含浇注系统的平衡,浇口的数量、位置和大小,模腔内温度和压力的变化等.如果能够运用MOLDFLOW软件针对防护罩注塑过程实施分析,就可以迅速寻找到最佳注塑位置和压力变化规律.

(四)防护罩注塑模设计.

在CAE分析的前提下实施相应的模具设计制造,在浇注位置的选择上应该尽量选择防护罩的外沿而不是防护罩的中部作为最佳浇注位置,这样的选择方式是为了让浇注系统的设计更加方便并且同时简化模具结构设计.在针对防护罩侧孔的侧抽芯机构进行设计的时候,可以运用内置式的斜导柱抽芯机构.与此同时,在开模抽芯的过程中,合理利用弹簧的回复力来推动滑块完成侧抽芯.这样的内置式侧抽芯机构具有方便可靠的优势,并且在模具的外部更不会留下不必要的痕迹.

六、结语

综上所述,经过一定的生产实践证明,本文分析研究的这种模具结构设计合理科学,结构紧凑,维修便捷,定位精确,产品的精度更高,加工效率也比传统工艺方法提高了很多倍,不但能够完全满足防护罩的产品需求,而且其设计方案也可以应用到其他类似零件的复合落料、拉深、冲孔成形过程当中.

与此同时,如果将逆向工程技术应用于防护罩的模具设计制造中,不但可以缩短模具的设计制造周期,而且可以大大地降低模具的生产成本,以此确保模具的加工质量,进一步提高数控设备利用率,实现防护罩模具的快速设计和制造.