逆向工程技术在快速模具制造中的应用研究

刘卫东

【摘要】基于逆向工程的快速模具制造技术是快速制造领域中发展最迅速的技术之一，它能对模具快速反求，实现产品到模具的快速设计、制造。基于此点，文章从冲压模具制造技术的现状分析入手，阐述了快速冲压模具制造技术的应用实践，最后展望了冲压模具制造技术的发展方向。期望通过本文的研究能对促进冲压模具制造技术水平的提升有所帮助。

【关键词】冲压模具 制造 逆向工程技术

1冲压模具制造技术的现状分析

冲压模具归属于特殊工艺装备的范畴，其又被称之为冷冲模，具体是指在冷冲压加工中，将金属或是非金属材质的原材料加工成零件的装备。冲压模具的种类较多，不同的冲压模具可用于不同零件的加工制造。在現代工业生产中，冲压模具的应用日益广泛，由此为工业产品的批量化生产提供了条件。

近年来，我国的工业产业获得快速发展，作为工业生产中不可或缺的冲压模具也得到了相应发展。在业内专家学者的不断努力下，使得冲压模具制造方面取得了显著的成果，从而进一步推动了模具工业的增长速度，在这一背景下，越来越多的模具企业加大了技术创新方面的投入力度，CAD技术在模具制造中得到了一定程度的应用。不仅如此，还有一些模具企业开始应用国际通用软件，如PDX（扩展级进模）、Pro/E等等，从而使模具设计制造周期大幅度缩短，模具制造效率显著提升。

我国虽然在工业模具制造方面取得了巨大的进步，但与国外发达国家相比，冲压模具制造技术仍存在诸多不足之处，具体体现在如下几个方面：模具制造的标准化程度不足;模具的使用寿命不长;CAD/CAE等先进技术的应用尚未普及。上述问题对冲压模具制造水平的提升造成了一定的影响。因此，在未来一段时期，应当以解决这些问题作为主要目标，这样才能推动我国冲压模具制造业的发展，也才能使冲压模具制造技术的应用范围进一步扩大。

2冲压模具制造技术的应用实践

2.1电火花铣削加工技术

该技术归属于成型加工技术的范畴，其之所以在冲压模具制造中得到越来越广泛的应用，与自身所具备的优点有着密不可分的关联，具体体现在如下几个方面：一是可对传统成型加工有困难的工件进行加工;二是由于加工中采用了简单标准的电极，从而使得加工工艺得以简化，有效改善了加工条件，放电间隙的稳定性更高;三是电极在加工中以较高的速度旋转，加之放电位置的不断改变，使放电条件得到改善，避免了电弧放电及短路等问题的发生;四是简单标准电极的使用，减小了电容效应，能够获得更低的表面粗糙度，加工质量大幅度提升。

2.2低速走丝切割技术

这是一种利用能够连续移动的细金属丝对工件进行切割加工的技术，该技术的应用优势体现在如下几个方面：一是加工表面的质量较高。由于切割加工时采用了纳秒级大峰值电流脉冲电源技术，从而可以形成气化加工，由此减小了变质层的厚度，工件表面质量得到提高，内应力的减小防止了加工中工件表面裂纹的产生;二是切割精度高。低速走丝切割加工中引入了多次切割技术，从而使得加工精度大幅度提升。为节省工件的切割时间，多次切割的次数为3-4次左右，首次切割成型、二次切割提高精度、三次切割提高工件表面质量，当有特殊需要时可进行四次切割;三是加工效率高。当使用标准丝进行切割加工时，加工效率能够达到每分钟350，厚度较大工件的加工效率可以达到每分钟170。在对该技术进行应用时，需要注意如下事项：由于低速走丝切割机的机构复杂程度较高，因此容易出现故障，为避免停机，应加强设备检查，并正确操作，降低故障发生率。

2.4高速切削加工技术

这是冲压模具制造中最为先进的一项技术，其特点体现在效率高、能耗低等方面。与传统的切削加工相比，该技术无论是在切削速度还是在进给速度上，都显著提高，不仅如此，切削机理也随之发生了变化。应用实践表明，在冲压模具制造中，高速切削加工单位功率的金属切除率比传统切削提高了40%左右，切削力降低了30%，由此使得切削刀具的使用寿命延长了70%以上，基本上消除.了低阶切削过程的振动问题。在冲压模具的高淬硬钢件加工中，高速切削技术的应用，能够取代电加工和磨削抛光工序，从而使得加工过程不需要再进行电极制造和电加工，能耗大幅度降低。同时，高速切削加工技术能够用于薄壁冲压模具工件的制造，可以满足市场的需求。此外，在高速铣削加工中心上，模具一次装夹能够完成多工步加工，生产效率显著提升。在冲压模具制造中应用高速切削技术时，机床应当满足如下要求：机床结构必须具有足够不高的刚性，能够提供高速进给的驱动器;主轴和刀柄应当能满足高转速的要求，并且主轴的轴向间隙不得超过0.00508mm;机床应当带有控制单元，能够实现自动加减速和高速率的数据传输。

2.4成型技术

2.4.1挤压成型。这是成型技术中应用较为广泛的一种方法，具体是指对放在模具型腔内的坯料施加压力，从而使坯料在模具限制和压力的双重作用下产生塑性变形，并从模具孔中挤出。挤压成型的应用优势体现在如下几个方面：能够使原材料的变形能力获得大幅度提升;产品的综合质量高;工艺流程简单，所需的设备较少，费时少、效率高。这种方法适用于凹、凸模等形状复杂且需要批量生产的零件加工。

2.4.2化学腐蚀成型。冲压模具制造的过程中，凹凸模经过淬火处理之后，其形状会变得比较复杂，当淬火硬度比较高时，不利于后续的修正加工处理。对此，可应用化学腐蚀技术予以解决。该方法具体是指用化学试剂对金属工件进行腐蚀，配合研磨获得一定形状和表面光洁度。其优点时操作简单，能够对任意可切削的金属材料进行加工处理，不会受到硬度和强度等条件的限制。

2.4.3堆焊成型。堆焊是材料表面改性的常用方法之一，具有高效、优质等特点，在模具制造领域中的应用非常广泛。如可在合金压铸模具以及模具腔强化中应用，通过该技术的运用，能够使冲压模具的使用寿命大幅度提升，并且还能降低冲压模具的制造成本。

2.4.4逆向快速成型技术。逆向工程也称反求工程或反向工程，是根据已存在的产品或零件原型构造产品或零件的工程设计模型，并在此基础上对已有的产品进行剖析、理解和改进，是对已有设计的二次设计。逆向工程系统主要由三部分组成：产品实物几何外形的数字化、CAD模型重建、产品或模具制造。逆向工程中的关键技术是据采集、数据处理和模型的重建。

（1）数据采集：数据采集是逆向工程的第一步，其方法的得当直接影响到是否能准确、快速、完整地获取实物的二维、三维几何数据，影响到重构的CAD实体模型的质量，并最终影响产品的质量。

（2）数据处理：对于获取的一系列点数据在进行CAD模型重建前，必须进行格式转换、噪声滤除、平滑、对齐、归并、测头半径补偿和插值补点等处理。

（3）模型重建：将处理过的测量数据导入CAD系统，依据前面创建的曲线、曲面构建出原型的CAD模型。

3冲压模具制造技术的发展方向

目前，国外发达国家在冲压模具制造中，CAD/CAM等技术的应用非常普遍，但我国在这方面略显落后。因此，在未来一段时期，国内的专家学者应当加大对这些技术的研究力度，使其能够在冲压模具制造中得到越来越广泛的应用。同时，应当加快冲压模具加工设备的发展速度，朝着高速化、一体化的方向发展，借此来提升冲压模具制造的效率。

随着市场竞争的日益加剧，要求企业必须能够快速响应市场和用户的需求变化，同时由于工业生产越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了在竞争中占据有利的地位，企业必须对变化的市场需求能够作出快速响应，高效率地实现多品种、小批量的敏捷化生产。基于逆向工程的快速模具制造技术是快速制造领域中发展最迅速的技术之一，它能对模具快速反求，实现产品到模具的快速设计、制造，从而提高设计效率、准确性和缩短模具的设计周期。

结论：综上所述，为大幅度提升冲压模具的使用寿命，应当逐步加大对冲压模具制造技术的研究力度，使冲压模具制造朝着高效率、高精度、多功能的方向发展。同时，还应充分考虑到产品的更新换代问题，并开发出能够满足小批量生产的快速模具制造技术。