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1、 毕业设计开题报告题 目：基于逆向工程技术的电风扇外壳成型工 艺及模具设计 学 院： 机械工程学院 专 业： 材料成型及控制工程 学生姓名： 吴红丹 学 号： 200802050427 指导老师： 孙孝文 李东锋 2012年 3 月 25 日 毕 业 设 计 开 题 报 告1文献综述：结合毕业设计课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2500字以上的文献综述，文后应列出所查阅的文献资料。文 献 综 述0 引言随着模具技术的迅速发展，在现代工业生产中，模具已成为各种工业产品不可或缺的重要工艺设备。模具成型具有优质、高产、低消耗、低成本的特点。因而在国民经济各个部门中得到了及其广泛的应用1。注塑
2、模具是模具中的一个非常大的部分，研究其设计、制造过程非常有实际的工程应用价值。随着世界工业制造及设计技术的进步及各国经济相互影响日趋加大,人们对产品的各方面要求也越来越高。产品不仅要有方便实用的先进功能,还要具备美观的造型和个性的外观。而且外观和造型的好坏已成为产品的重要竞争因素。常会遇到的难题是，客户给你的只有一个实物样品或手板模型，没有图纸或CAD数据档案，制造模具非常复杂，用传统方法设计加工产品，时间长而效果不佳，甚至根本无法成功。而逆向工程技术为这一难题提供了一个一体化的解决方案：样品数据产品，这是一个高效的三维制造路线。逆向工程技术广泛的应用在设计和制造中2。对于电风扇外壳这类家电产
3、品，在我们的生活中随处可见，市场的需求量很大，结构也非常普遍。现在市场上对电风扇外壳在外形美观、结构改良的要求越来越高3。所以采用逆向工程对电风扇外壳进行成型工艺分析及注塑模具的设计，有利干设计人员快速消化、吸收原产品的优点，在原产品的基础上进行各种创新设计，设计出更适合市场的产品。而且，其在产品设计中的应用可以缩短新产品的开发周期，降低设计成本，提高设计质量和设计水平，从而增强企业竞争力4,5。 1 逆向工程技术概念及特点所谓逆向工程技术是在没有设计图纸或者设计图纸不完整以及没有CAD模型的情况下，按照现有零件的实物模型（或称为零件原形），利用各种数字化技术及CAD技术通过软件构造曲面或实体
4、使之成为所需的三维数据模型，以便进行二次设计或者是直接加工6。从这个意义上说，逆向工程在工业设计中的应用已经很久了。早期的船舶工业中常用的船体放样设计就是逆向工程的很好实例。随着计算机技术在制造领域的广泛应用，特别是数字化测量技术的迅猛发展，基于测量数据的产品造型技术成为逆向工程技术关注的主要对象。通过数字化测量设备（如坐标测量机、激光测量设备等）获取的物体表面的空间数据，需要利用逆向工程技术建立产品的三维模型，进而利用CAM系统完成产品的制造。因此，逆向工程技术可以认为是将产品样件转化为三维模型的相关数字化技术和几何建模技术的总称。逆向工程的实施过程是多领域、多学科的协同过程4。逆向工程技术
5、在模具行业中的应用从逆向工程的概念和技术特点可以看出，逆向工程的应用领域主要是飞机、汽车、玩具和家电等模具相关行业。近年来随着生物、材料技术的发展，逆向工程技术也开始应用在人工生物骨骼等医学领域。但是其最主要的应用领域还是在模具行业7。由于模具制造过程中经常需要反复试冲和修改模具型面。若测量最终符合要求的模具并反求出其数字化模型，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。逆向工程技术在我国，特别是以生产各种汽车、玩具配套件的地区、企业有着十分广阔的应用前景8。 2 逆向工程实现过程的关键技术由建立实物CAD模型，要求首先对其实物表面进行
6、数字化处理。由此可见，逆向工程的关键技术有两个方面：一方面是实物模型表面数据获取技术，即数字化扫描技术；另一方面是产品建模技术（曲面构造技术）9。 （1） 数字化扫描技术实物模型表面数据获取的数字化过程就是数字化扫描过程。扫描时采用模拟式或非接触激光扫描测头沿着未知模型的表面连续扫描。采集模型表面的坐标值，把采集的数据存入计算机中。根据模型制造的需要，既可以对扫描模型进行阴阳转换、比例缩放、镜像、旋转、平移以及根据用户设定自动生成分型面等处理，然后生成需要的加工程序，同时还可以生成不同格式的数据，可以进行在处理10。（2） 产品建模技术当零件圆形数字化后形成一系列的空间离散点，生成原型的模型就
7、是要在这些离散点基础上，应用计算机辅助几何设计的有关技术，构造零件原型。通常对于含有自 由曲面的复杂型面，用一张曲面来拟合所有数据点是不行的。一般首先按照原型所具有的特征，将测量数据点分割成不同的区域，各个区域分别拟合出不同的曲面，然后应用曲面求交或曲面间过渡的方法将不同的曲面连接起来构成一个整体11。 3 国内外逆向工程技术的发展现状 早在20世纪80年代，日本名古屋工业研究所和美国UVP公司、美国3M公司提出了逆向工程技术 (RE)并开始研制开发。一些重要的国际和国内学术会议都将逆向工程及相关技术作为一个重要学术议题。逆向工程技术是新产品开发和消化吸收先进技术的重要手段之一12。因此，各国
8、成立逆向工程技术系统研究中心，同时相应的设备制造公司也在各国建成，政府还发展和支持大规模的材料供应商和相应的专业软件公司，再加上从事这些项目众多的教育、科研机构和提供赞助的基金会以及大量快速成型设备的制造者。这就形成一个强大的集体。这对逆向工程技术发展、应用创造了很好的发展空间。在英国，测量设备CYCLON2高速扫描仪的精准度达0.02mm并可进行精细扫描；而德国的ATOS扫描仪则可随意绕零件移动，非常灵活；日本的PIX-30网点式扫描仪更具高速、功能复合化的特点。在数据软件的处理方面，各国的软件应用水平在不断提高，处理手段也在不断丰富，软件操作趋于简单化，可以根据测量数据快速构造出多张连续曲
9、面模型，并具有较精准的误差检测功能。另外，在CADCAM软件开发上，开始集成逆向工程模块。如：UG NX5中的PointCloud 、 Pr-e软件中的ProSCAN功能7,13。我国对逆向工程的研究和国外比起来起步较晚，经费投入也较少，创新性的研究也很少。直到20世纪90年代中期。逆向工程才在我国得到了迅速的发展与推广。目前，国内外有关逆向工程的研究主要集中在几何形状的逆向，即重建产品实物的CAD，称为“实物逆向工程”。国内在逆向工程软件方面的研究主要集中在高校，产品主要是高华CAD、Re-sofe和QuickForm等。其中QuickForm是国内开发的较好的逆向工程软件。随着逆向工程快速
10、发展，我国在数据处理、曲面片拟合、几何特征识别、商用专业软件和坐标测量机的研究开发上也有很大进步。我国在数据测量方面发展面向逆向工程的专用测量设备，能够高速、高精度的实现产品几何形状的三维数字化，并能进行自动测量和规划路径； 在数据的预处理方面，针对不同种类的测量数据，开发研究一种通用的数据处理软件，完善改进目前的数据处理算法； 能够控制曲面的光顺性和能够进行光滑拼接； 在测量技术、模型重建技术、基于网络的协同设计和数字化制造技术等集成技术也日渐突破。4注塑模具发展现状及展望注塑成型技术作为塑料加工成型方法中最重要的方法之一，已经得到相当广泛的应用。据统计，注塑制品约占整个塑料制品的2030，
11、而在工程塑料中有80以上的制品是采用注塑成型加工的14。但随着塑料制品应用的日益广泛，不同的领域对塑料制品的开头精度、功能成本等方面提出了很多更高的要求。因此传统注塑成型技术越来越不能满足制品的要求。所以现在的注塑成型技术更多的是跟现代先进制造技术结合，如快速原型技术、CAD/CAE/CAM技术、逆向工程等，这也正是以后的发展方向15,16。 5 基于逆向工程的注塑模具设计在注塑模具的开发过程中，通常的流程是设计人员依据产品图纸绘制三维模型，并根据零件材料的性质、设备的要求进行工艺修改。经计算机软件处理后生成数控加工设备的NC文件。这种模式成为预定模式。在实际生产中，在只有实物样件，没有可参考
12、图纸的情况下，由于注塑模具个面之间通常采用圆滑过渡，部分制品的外形是有多个复杂的不同空间曲率的曲面连接而成，用传统的方法很难测量，无法采用预定模式进行设计。如果没有CAD数字模型就无法使用CAD/CAM、多轴加工中心等新进的加工手段。所以设计人员需要通过一定的途径测量实物信息并转化为CAD数字模型。这就应用到了逆向工程17。 在基于逆向工程的注塑模具设计中，对于一件塑料制品电风扇外壳，首先采用扫描测量参考模型后得到点云图。然后在逆向工程软件Imageware中建立电风扇外壳的基本面与过渡曲面。将得到的外部曲面导入UG中，按照制品结构的性质与功能，进行内部结构设计18。在得到制件的3D模型后，即
13、可开始设计每个零件的注塑模具。首先，应该确定模具的设计方案，也就是确定模具的基本形式，如采用一模几腔、浇口的基本形式、推出机构等。在设计过程中，应结合Moldflow分析，比较优劣。模具方案确定后，即可进行模具的详细设计在这个阶段，主要是在3D软件中，创建模具各个零件的模型。建立分型面，并用分型面分割工件，就可以得到型芯和型腔的模型，然后调入相应的标准件，最后进行模具的后处理，建立浇注系统和冷却系统。在设计过程中，应采用Moldflow软件优化浇注系统和冷却系统的具体参数，完成模具的设计19。 6 小结目前，模具行业越来越多的业务是需要根据客户提供的样件制造出模具。基于原型或事物的逆向工程引其
14、快捷的开发方式，特别是对于没有原始几何信息的零件。逆向工程是完成零件精确几何造型的重要手段。将逆向工程技术应用到注塑模的设计与制造中，借助于三坐标测量仪和UG软件，通过数据采集、数据处理、产品建模、模具设计、NC程序生成以及加工。随着计算机技术的发展，逆向工程技术和先进制造技术的结合日益紧密，而基于逆向工程的塑料产品的成型工艺及模具设计可以极大的缩短新产品的开发周期，降低设计成本，提高设计质量和设计水平，对于制品的设计与制造具有一定的借鉴意义。参考文献1 于波. 我国模具材料的发展概况及其选用J.热处理技术装备.2009.2 田涛,陈扬,史廷春.逆向工程与新产品设计J.河北理工工学学报.200
15、6.3 谭煜民.电风扇的现代设计方法及发展现状J.沿海企业与科技.2009.4 尚广庆等. 基于逆向工程的注塑模具快速设计J.机械设计与制造.2011.10.5 项建云等. 基于逆向工程的注塑模具制造与技术J.模具设计.2008.5.6 付建军.模具制造工艺M.机械工业出版社.2007.7 祖文明.逆向工程技术的应用及国内外研究的现状及发展趋势J.价值工程.2011.8 李彬.逆向工程在模具工艺中的应用研究J.煤矿机械.2008.9 张瑞,李建华.逆向工程的关键技术及其最新发展J.中国重型装备.2008.10 许志钦等.逆向工程技术三维激光扫描测量D.天津:天津大学精密测量技术及仪器国家重点实验室.2001.5.11 马淑梅,陈彬，张曙.基于逆向工程的快速模具制造J.同济大学学报.2001.12 周立萍,陈平. 逆向工程发展现状研究.计算机工程与设计.2004.13
