逆向工程在模具设计制造中的应用

  逆向工程技术离不开数据采集，根据探头是否与零件表面接触，对于物体表面数字化三维数据采集方法通常分为接触式和非接触式两种。接触式包括基于力一变形原理的触发式和连续式数据采集；而非接触式主要有激光三角测量法、激光测距法、光干涉法，结构光法、图像分析法等。不同的方法都有各自的特点和适宜的应用范围，具体方法的选用应根据被测物体的形体特征和应用目的而决定。

  在现代工业生产中，60%~90％的工业产品需要使用模具，模具工业已经成为工业发展的基础。由于模具的生产方式和模具几何形状的特点，逆向工程技术在模具的设计制造中得到了广泛的应用。综合国内的研究现状，逆向工程技术在模具设计制造中的应用主要包含以下几个方面：

一、根据实物样件制造模具

  从上游厂商接收的技术资料可能是各种数据类型的三维模型，但是，也可能面对的并非CAD模型，而是实实在在的实物样件，这就需要通过逆向工程技术与CAD，CAM系统的结合，为客户提供快速模具设计服务。首先依据零件实物的数字化点云，用逆向工程软件构造其数模，并生成实体模型，再通过对该数模进行相应的工艺分析与处理，给出合理的模具设计方案，完成基于三维CAD的模具总体设计和结构设计。

二、模具的修改定型

  在模具制造行业中，经常需要通过反复修改原始设计的模具型面，以得到符合要求的模具。然而这些几何外形的改变，却往往并未反映在原始的CAD模型上。借助于逆向工程的表面数字化和CAD模型重建功能，设计者可以建立或修改制造过程中变更过的设计模型。在重复制造该模具时就可运用这一备用数字模型生成加工程序，可以大大提高模具生产效率，降低模具制造成本。

三、以样本模具为对象的消化吸收

  对引进模具消化吸收、二次创新，通过分析引进技术设计意图，结合逆向工程技术，建立其数字化模型，进行再设计，可以实现引进技术的消化吸收与二次创新。再设计—般首先对引进模具进行三维扫描，应用逆向工程软件把样件模具逆向生成CAD模型，导入CAE中进行计算机仿真模拟，判断成形结果是否符合实际情况。通过两者的结合，反复试验，修改、优化模具以达到消除缺陷乃至模具创新的目的。

  使用逆向工程技术和仿真模拟技术进行模具设计创新，是把现代化手段应用于技术创新中，满足国家长远发展要求。通过对逆向工程和仿真模拟技术在模具设计中的完美结合，在充分理解原始模具的基础上加入自身的设计，从而拥有了独立的知识产权。使用逆向工程技术进行模具创新，能充分实现继承和创新相结合的思想，以前人的创新作为基础，再提高一步创新出更高水平的新产品，这是我国提高模具工业自主创新能力的必由之路。

四、损坏或磨损模具的还原

  对于汽车模具，尤其是大型覆盖件模具是汽车生产的关键性工艺装备，由于其结构尺寸大，模具型面形状复杂，尺寸精度和表面质量要求高，使得模具制造周期长，成本高，而一旦磨损或损坏，将造成很大的损失，因此其修复技术日益受到重视。模具修复就是利用材料、热处理、激光焊接或刷焊、数控加工和表面工程等技术实现模具的物理修复。但由于缺少科学有效的指导方法和评价标准，使得模具修复成本高，周期长，质量差，甚至造成被修模具报废。

  基于逆向工程技术的磨损模具建模方法可以通过对磨损区域表面特征的识别与恢复功能，建立完整的模具CAD模型，然后基于恢复的CAD模型，应用有限元方法进行冲压成形模拟和分析计算，对修复的CAD模型的质量进行评价及修改，这将很大地减少模具修复的成本和强度，提高模具的使用寿命。目前，逆向工程和有限元分析技术在模具开发中已经发挥着重要作用，将这两项技术应用于模具修复，可为模具修复带来更加科学有效的方法，从而提高模具修复的质量和效率，达到快速修复模具的目的。

五、回弹检测与质量控制

  回弹是薄板冲压成型过程中不可避免的物理现象，与模具几何形状、材料特性、摩擦接触等诸多因素密切相关。目前广泛采用的方法是用CAE技术通过迭代计算获得模具最终的补偿型面，但由于仿真技术还无法准确计算冲压件的回弹，因此通过这种方式获得的模具补偿型面很难保证其准确性。

  通过逆向工程技术为研究解决模具设计制造中的回弹检测与质量控制提供了新的思路，即首先通过逆向工程技术建立实际冲压件的数字模型，将该数字模型和原始CAD模型进行比较从而实现三维冲压件回弹的准确评测，避开了仿真方法无法准确计算回弹的问题，从而可以为模具的修整提供正确的指导。而且获得实际冲压件的数字化模型后，可以将其和有限元方法计算的回弹仿真结果进行比较，获得回弹仿真计算的误差，并以该误差建立回弹仿真误差补偿模型。