机油瓶塑料模具的逆向设计*

吕淑艳

(包头职业技术学院 材料工程系，内蒙古 包头 014035)

工业生产或日常生活中随处可见大小不同、形状各异的机油瓶，里面装的机油可用于各类设备或交通工具的保养。现有一款机油瓶，如图1所示。目前只有机油瓶的成品，没有其零件和塑料模具的三维数学模型。本文利用逆向设计方法，获得机油瓶塑件的三维数学模型，并利用注塑模向导逆向设计机油瓶吹塑模具。

图1 机油瓶塑件

1 机油瓶塑件成型工艺分析

机油瓶塑件材料采用的是聚乙烯(PE)塑料粒料，如图2所示。聚乙烯塑料材质较软，与同等塑料相比质量较轻，半透明，无毒，成型温度在200℃左右。聚乙烯具有优良的耐化学腐蚀性，防水防湿性，可用于包装。

图2 聚乙烯塑料粒料

根据机油瓶结构形状特点，塑件适合采用挤出吹塑成型。该零件尺寸适中，如果吹塑模具采用一模多件，生产效率较高，但模具结构复杂，同时对挤出机的要求也较高，操作不方便。综合以上分析，机油瓶塑件采用一模一件，成型设备选用双工位气动挤出吹塑机。成型时将聚乙烯塑料粒加入挤出机料筒内加热熔融，使之呈粘流状态，在挤出机挤压系统作用下通过具有与制品截面形状相仿的口模，成为形状与口模相仿的粘流态熔体，管坯再经吹塑辅机吹塑成型，经冷却定型，最终获得机油瓶塑料制品。

2 机油瓶塑件逆向设计

机油瓶塑件逆向设计过程主要包括扫描测量、数据处理和逆向建模。

2.1 扫描测量

机油瓶塑件扫描前，首先对零件进行表面喷粉处理，喷粉要在室外空旷的地方进行，粉量越薄越好，对塑件表面覆盖薄薄一层，避免过厚，喷粉过厚会影响塑件扫描精度。接下来是贴标记点，在贴标记点之前，应注意标记点是贴在扫描零件上还是扫描零件周围，还是两者都需要。标记点贴在零件表面的优点是零件可以自由移动，缺点是会影响被标记点覆盖的零件表面的3D数据。贴在零件周围虽不影响3D数据，但在整个采集过程中，要保持扫描零件不能移动。由于机油瓶塑件是扁平零件，激光扫描光束受零件遮挡的原因，不可能通过一次扫描完成对整个零件的三维点云数据的获取，因此需要从不同的位置和角度对零件进行扫描，然后通过三维匹配把相邻扫描的点云数据拼接在一起。为保证采集精度，需在零件表面和周围都粘贴标记点。粘贴时，标记点尽量不要贴在一条直线上，可成V型分布。机油瓶塑件扫描测量图，如图3所示。

图3 机油瓶塑件扫描测量

2.2 数据处理

利用Geomagic Studio数据处理软件处理扫描完成的数据。首先着色，然后用补孔命令进行补孔，对凹凸不平的表面用去除特征命令进行修复,最后导出机油瓶塑件数据处理结果，如图4所示。

图4 机油瓶塑件数据处理

2.3 逆向建模

逆向建模[1]是机油瓶塑件整个逆向过程中最关键的一环，可以对塑件进行结构改进再设计，对后面吹塑模具的尺寸形状等都有直接的影响。机油瓶塑件三维数学模型，如图5所示。

图5 机油瓶塑件三维数学模型

3 机油瓶塑料模具逆向设计

机油瓶挤出吹塑模具[2]由两兰凹模组成，模具设计采用的是UG软件注塑模向导模块和建模模块，以逆向设计为主，必要时辅助正向设计。首先加载机油瓶产品零件，定义模具坐标系，然后模具分型，分型面的选择尽量使两半型腔为对称，易于制品脱模，由于机油瓶为矩形截面容器，分型面应通过中心线或对角线。模板和吹气口参照挤出吹塑和相关尺寸设计，导柱导套和固定零件直接调入标准件。由于该模具为小型模具，需开设冷却水道，通水冷却。利用注塑模向导建立水道，加入水管接头和堵头等。机油瓶吹塑模具模状态图如图6所示。机油瓶吹塑模具分模状态图如图7所示。

图6 机油瓶吹塑模具合模状态图

图7 机油瓶吹塑模具分模状态图

4 结论

逆向设计在产品研发和创新设计过程中起着重要作用。本文以机油瓶塑件为例，采用逆向设计方法，从产品的成型工艺分析、扫描测量、数据处理、逆向建模和吹塑模具逆向设计等方面，详细阐述了塑件逆向设计和其吹塑模具逆向设计过程。为后续制造吹塑模具工作零件模拟数控加工刀路提供三维数据支撑。这种方法特别适合以实物塑件为基础的塑料模具设计，开发周期短，经济效益高。