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摘要:汽車后視鏡的三維模型由三步制作出來。首先用非接觸式的三維激光掃描儀獲得汽車后視鏡的點(diǎn)云,然后用IMAGEWARE對(duì)點(diǎn)云進(jìn)行去噪處理,由點(diǎn)構(gòu)建線,得到線的網(wǎng)格模型,最后將網(wǎng)格模型倒入三維軟件中進(jìn)行對(duì)曲面重構(gòu),并對(duì)產(chǎn)品模型進(jìn)行再設(shè)計(jì)。獲得汽車后視鏡的三維模型后,進(jìn)一步運(yùn)用MOLDFLOW模擬注塑工藝過程,建立了一模兩腔的流道系統(tǒng),比較側(cè)面澆口流道系統(tǒng)和頂桿潛伏式澆口流道系統(tǒng)的充填參數(shù),結(jié)合CAE分析結(jié)果,得到側(cè)面澆口流道系統(tǒng)具有更好的充填工藝參數(shù)。
關(guān)鍵詞:逆向工程;點(diǎn)云處理;曲面重構(gòu);模流分析
引言
逆向工程技術(shù)起源于精密測(cè)量和質(zhì)量檢驗(yàn),是通過設(shè)計(jì)下游向上游反饋數(shù)據(jù)信息的回路[1-2]。逆向工程技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用背景,盡管各種軟件有強(qiáng)大快速的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)(CAD)功能,但是仍然無法滿足復(fù)雜曲面零件的需求,有時(shí)要用黏土或泡沫模型代替CAD設(shè)計(jì),逆向工程需要將這些物理模型轉(zhuǎn)換為CAD模型[1,3]。逆向工程系統(tǒng)主要由產(chǎn)品物理集合形狀數(shù)字化、CAD模型重建、產(chǎn)品或模具制造3部分組成[4-5]。目前,大多數(shù)逆向工程研究的重點(diǎn)放在一種逆向重塑上,被稱為“實(shí)物逆向工程”[2,6],其可定義為將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型以及相關(guān)的數(shù)字化信息技術(shù)、幾何結(jié)構(gòu)模型重建技術(shù)和產(chǎn)品生產(chǎn)制造技術(shù)的總稱,是將已有研究產(chǎn)品或?qū)嵨锬P娃D(zhuǎn)化為一個(gè)工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)理論模型,在此基礎(chǔ)上對(duì)已有產(chǎn)品進(jìn)行解剖、深化和再創(chuàng)造的過程,具體流程如圖1所示[6-7]。通過逆向工程,在消化和吸收先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,建立和發(fā)展自己的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù),進(jìn)一步創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)[1]。逆向工程可以通過重構(gòu)產(chǎn)品零件的CAD模型,對(duì)原型信息進(jìn)行修改和再設(shè)計(jì),這不僅為產(chǎn)品的再設(shè)計(jì)及創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計(jì)提供了數(shù)字原型,也為各種先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)研究提供了平臺(tái)。注塑制品往往由于塑料在模具型腔中的不當(dāng)流動(dòng)產(chǎn)生許多缺陷,如氣穴、焊接線甚至制品的變形。而MPI/Flow通過對(duì)塑料熔融體在模具型腔中的流動(dòng)進(jìn)行分析模擬,對(duì)填充方式進(jìn)行預(yù)測(cè)與分析,預(yù)測(cè)填充過程中的壓力、溫度變化,以及在此過程中形成的焊接線和氣泡[8]。這有助于工程人員在測(cè)試模具之前了解和識(shí)別澆注過程中可能出現(xiàn)的缺陷,以便在制造前改進(jìn)模具,并減少返工廢料。
1汽車后視鏡模型重構(gòu)
1.1點(diǎn)云采集
本次逆向設(shè)計(jì)采用的是LASER-RE600Ⅱ三維激光掃描機(jī),測(cè)量原理為:將被測(cè)物體置于三坐標(biāo)測(cè)量空間,可獲得被測(cè)物體上各測(cè)點(diǎn)的坐標(biāo)位置,根據(jù)這些點(diǎn)的空間坐標(biāo)值,經(jīng)計(jì)算求出被測(cè)物體的幾何尺寸、形狀和位置。為了減少點(diǎn)云噪點(diǎn),提高點(diǎn)云質(zhì)量,采集點(diǎn)云前,要對(duì)汽車后視鏡進(jìn)行表面處理,在表面噴涂均勻的反差顯影劑,如圖2所示。為了保證工件掃描的準(zhǔn)確性,必須對(duì)系統(tǒng)中心誤差進(jìn)行補(bǔ)償,圖3所示為對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)中心坐標(biāo)的測(cè)定。
1.2點(diǎn)云處理
該次掃描比較成功,得到的點(diǎn)云較為平滑,如圖4所示。由于固定件的原因限制了工件的擺放,導(dǎo)致有2個(gè)面缺失掃描,基本符合以后的建模要求,需要在點(diǎn)云處理時(shí)補(bǔ)上,這將增加創(chuàng)建時(shí)的難度。本次掃描是進(jìn)行了3次旋轉(zhuǎn)掃描,一共掃描了4次,每次掃描都會(huì)互相有很多重復(fù)和交叉的點(diǎn)云或者分層現(xiàn)象,這對(duì)后面的曲線或者曲面構(gòu)造的影響非常大,所以一定要處理掉這些多余的點(diǎn)云。實(shí)踐證明,產(chǎn)品并非放得越正越好,事實(shí)上,有些產(chǎn)品要盡量放傾斜,保證都能反射得到。噴射反差劑的時(shí)候并非越多越好,其實(shí)只需噴上薄薄均勻的一層,效果比厚厚的一層更好。掃描工件一定要注意掃描清楚工件的輪廓線,以方便后面可以更好地處理點(diǎn)云和畫邊界線。當(dāng)點(diǎn)云處理完成后,開始創(chuàng)建曲線,如圖5所示。由于得出的線并不連貫甚至有些曲率太大,可以通過數(shù)據(jù)線上的點(diǎn)來擬合出一條光順且接近數(shù)據(jù)的線,如圖6所示。這樣得出的線不夠光順,或者與本來的線條有所出入,必須要進(jìn)行修改。如圖7所示,通過選中局部區(qū)域,診斷曲率,調(diào)整線條上的點(diǎn),使線條曲率光滑過渡。在連線過程中,曲線會(huì)出現(xiàn)首尾相連或者與其他曲線相連接,再或者出現(xiàn)小的鋸齒狀波動(dòng),這些缺陷在連線中在所難免,可以根據(jù)連出曲線的情況,刪除全部曲線,再有針對(duì)性地去修改相應(yīng)的點(diǎn)云。經(jīng)過X軸、Y軸、Z軸3個(gè)方向?qū)c(diǎn)云進(jìn)行分層提取,由點(diǎn)至線的線擬合,最終得到產(chǎn)品的曲線網(wǎng)格圖,如圖8所示。
1.3三維造型
將獲得的線模型導(dǎo)入主流的三維軟件中,按順序選擇曲線,生成曲面,進(jìn)行曲面縫合,通過加厚效果,重定位,最終構(gòu)件出產(chǎn)品的三維圖,如圖9所示。
2模流分析
CAE系統(tǒng)的核心思想是結(jié)構(gòu)的離散化,就是將實(shí)際結(jié)構(gòu)離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體,實(shí)際結(jié)構(gòu)的物理性能可以通過對(duì)離散體進(jìn)行分析,得出滿足工程精度的近似結(jié)果。本文模流分析采用的是MOLDFLOW軟件,可在模具加工之前在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過程進(jìn)行模擬分析,包括填充、保壓、冷卻、翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應(yīng)力、收縮以及氣體輔助注射成型和熱固性材料流動(dòng)分析。此次分析的主要目的是利用分析產(chǎn)品的填充性來比較側(cè)面澆口和頂桿潛伏式澆口兩種澆口在模具中的可行性。
2.1建模過程
將汽車后視鏡的實(shí)體信息導(dǎo)入MPI模塊中,得到工件網(wǎng)格劃分圖,如圖10所示。該制件的網(wǎng)格總數(shù)為3270個(gè),修復(fù)網(wǎng)格,縱橫比不超過20,匹配率應(yīng)在85%,以上經(jīng)檢驗(yàn)修正后符合要求。MPI模塊提供了最佳澆口位置分析功能,根據(jù)分析有助于確定澆口位置并建立澆注系統(tǒng)。根據(jù)如圖11所示的分析結(jié)果,當(dāng)某個(gè)位置的因子為1或接近于1時(shí),表示這個(gè)位置是最佳的澆口位置。但實(shí)際上確定澆口放置的位置時(shí),通常還會(huì)考慮澆口在這個(gè)位置能否生產(chǎn)出一個(gè)產(chǎn)品、產(chǎn)品外觀要求等,要與實(shí)際經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合才能確定。當(dāng)采用一模兩腔設(shè)計(jì)時(shí),采用兩種澆注系統(tǒng)建模,比較側(cè)面澆口(方案1)和頂桿潛伏式澆口(方案2)的可行性。圖12所示為側(cè)面澆口澆注系統(tǒng);圖13所示為頂桿潛伏式澆口澆注系統(tǒng)。
2.2填充結(jié)果分析
(1)填充時(shí)間比較如圖14所示,方案1的填充時(shí)間為2.412s,方案2的填充時(shí)間為2.519s。利用查詢結(jié)果命令,可以看出熔膠流至對(duì)稱區(qū)域的時(shí)間較為接近方案1的2.331s和2.337s,方案2的2.427s和2.422s。說明制件兩端填充較平衡,但填充時(shí)間為方案1小于方案2。(2)流動(dòng)前沿溫度一般認(rèn)為,流動(dòng)前沿溫度越高,熔膠流動(dòng)將更為順暢且熔接線強(qiáng)度通常都較好。如圖15所示,本次分析所采用材料的料溫為230℃,方案1熔體大部分的流體前沿溫度分布范圍在230~231℃之前;方案2熔體大部分溫度分布在230~233.1℃。可以分辨出方案1和方案2的流動(dòng)前沿溫度中,方案1大于方案2,同時(shí)也意味著熔接痕將會(huì)發(fā)生在方案1的a位置,方案2的b位置。(3)氣穴如圖16所示,兩個(gè)方案產(chǎn)品上的氣穴都分布在分型面和模具配合間隙上,較易排氣。但方案2產(chǎn)品上的氣穴明顯比方案1的多。()熔接痕如圖17所示,兩個(gè)方案的產(chǎn)品都有比較少的熔接痕,都是出現(xiàn)在兩股塑料流交匯處,但方案2的熔接痕要比方案1的熔接痕少一些。綜合比較,方案2除了熔接痕比方案1少一些,其他方面都比方案1差,所以頂桿潛伏式澆口并不適合,側(cè)面澆口才是此次流道設(shè)計(jì)的最佳選擇。對(duì)于分析結(jié)果不能完全相信,因?yàn)槠涫芫W(wǎng)格劃分的影響,結(jié)果只能是一個(gè)參考,如果系統(tǒng)推薦的數(shù)值或結(jié)果不符合或不貼近于生產(chǎn),則可以主觀地選擇合理的方案進(jìn)行調(diào)整,對(duì)于后面分析出來的合理結(jié)果,可以把結(jié)果再反過來用在之前的分析,優(yōu)化前面的參數(shù)設(shè)置,以得到更合理的分析結(jié)果。使用MOLDFLOW在注塑過程中流變分析,通過對(duì)填充和保壓過程的模擬,還可以得到分子趨向、剪切率、剪切應(yīng)力等結(jié)果,并可直觀地顯示出來,從而幫助工藝人員找到產(chǎn)生缺陷的原因。優(yōu)化了注塑成型工藝參數(shù),降低了產(chǎn)品的開發(fā)和制造成本,有助于工藝人員從本質(zhì)上了解產(chǎn)生缺陷的原因,找出消除缺陷的辦法。
3結(jié)束語
本文構(gòu)建了汽車后視鏡的三維模型,并且對(duì)產(chǎn)品針對(duì)側(cè)面澆口和頂桿潛伏式澆口流道設(shè)計(jì)進(jìn)行了模流分析。通過掃描點(diǎn)云及點(diǎn)云的預(yù)處理,由點(diǎn)生成線模型,經(jīng)過構(gòu)線優(yōu)化至網(wǎng)格模型,最終得到三維實(shí)體模型。將三維模型導(dǎo)入模流分析軟件,根據(jù)一模兩腔的流道設(shè)計(jì),采用了側(cè)面澆口和頂桿潛伏式澆口流道系統(tǒng)設(shè)計(jì),并通過流變分析,得到了填充時(shí)間、流道前沿溫度、氣穴分析結(jié)果和熔接痕分析結(jié)果,優(yōu)化了注射成型工藝參數(shù)。
參考文獻(xiàn):
[1]簡(jiǎn)正偉.逆向工程在車身覆蓋件造型方法與檢測(cè)中的應(yīng)用研究[D].秦皇島:燕山大學(xué),2005.
[2]高志巧.基于逆向工程的摩托車油箱建模技術(shù)研究及應(yīng)用[D].重慶:重慶大學(xué),2007.
[3]朱建能,周繼偉,吳正洪,等.基于逆向工程的零件反求設(shè)計(jì)與制造[J].硅谷,2012(11):46-47.
[4]吳勇斌.模具設(shè)計(jì)制造中的逆向工程技術(shù)[J].設(shè)備管理與維修,2018(08):165-166.
[5]徐紀(jì)高,周禮新,張洪昌.基于PRO/E"逆向工程"的三元葉片測(cè)繪設(shè)計(jì)[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2013(02):55-58.
[6]李勝男,林曉,陳言,等.基于點(diǎn)云的球面三維逆向建模[J].圖學(xué)學(xué)報(bào),2013,34(03):49-52.
[7]陳曦.基于逆向工程的曲面擬合與模型精度分析[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué),2012.
[8]朱圓圓.注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及注塑成型數(shù)值模擬研究[D].烏魯木齊:新疆大學(xué),2009.
作者:肖金 翟倩 張彬 陳偉全 嚴(yán)繼超 鄭永濤 李武初 單位:廣東工業(yè)大學(xué) 華立學(xué)院