一种基于逆向工程的模具三维快速成形修复方法
【专利摘要】一种基于逆向工程的模具三维快速成形修复方法，通过应用逆向工程技术用于对失效模具的三维反求，结合CAD技术完成失效模具模型与标准模具模型的对比运算，实现模具待修复区CAD模型的识别获取；应用快速成形技术的“分层”思想，对模具待修复区CAD模型进行切片处理，然后采用氩弧焊技术对模具待修复区进行逐道逐层的三维快速成形修复，最后对修复区进行适当后处理加工，完成模具的快速修复再制造。本发明实现模具修复层厚和修复量的精确控制，有效减少甚至去除修复后处理环节，提高模具修复的精度和质量，为模具的现场修复再制造提供了一种低成本、高精度、高效率的有效途径。
【专利说明】一种基于逆向工程的模具三维快速成形修复方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及模具加工【技术领域】，特别是一种基于逆向工程的模具三维快速成形修复方法。
【背景技术】
[0002]模具是制造业的基础工艺装备，在电子、汽车、家电、通讯等产品中，60?80%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产的产品具备高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工方法无法比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具结构复杂，制造周期长，成本高。但因在工作中通常承受很大的压力和冲击力，或者很高的工作温度，模具在使用过程中容易会出现磨损、破损等失效形式，如果对失效模具进行修复再制造而避免模具的报废，将挽回极大的损失。
[0003]现阶段模具修复工艺主要是激光熔覆修复和氩弧焊修复。激光熔覆修复虽具有输入热量少、模具变形小等优势，但其修复设备复杂，成本高，且不能实现模具的现场修复。传统的氩弧焊修复主要采用游标卡尺、量规等量具以及目测等方法对失效模具的失效区域进行测量，再利用氩弧焊修复，在焊接修复之后利用砂轮、砂纸等进行打磨处理去除多余材料，完成模具的修复。该种修复方法设备简单，成本较低，且易于实现现场修复，但修复过程耗时长，修复效率低，且修复质量严重依赖于工人的技术水平和操作的熟练程度，如果失效区域结构复杂，则修复区的尺寸精度和形状精度均将难以保证。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于提供一种基于逆向工程的模具三维快速成形修复方法，可以实现模具修复层厚和修复量的精确控制，有效减少甚至去除修复后处理环节，提高模具修复的精度和质量，为模具的现场修复再制造提供一种低成本、高精度、高效率的有效途径。
[0005]为解决上述技术问题，本发明技术方案如下:
[0006]一种基于逆向工程的模具三维快速成形修复方法，包括以下步骤:
[0007]步骤1:打磨掉失效模具的破损和磨损区表面的氧化层，并进行清洗；
[0008]步骤2:利用数字化测量设备测量失效模具失效区域及周边的几何特征，获取失效模具的点云数据，应用CAD软件进行反求建模，获取失效模具的三维CAD模型；
[0009]步骤3:数字化失效模具的设计图纸或数字化测量相同型号的完好模具，建立三维模型，将该三维模型作为标准模具的三维CAD模型；
[0010]步骤4:将失效模具和标准模具的三维CAD模型进行几何结构对比运算，以差异部分数据建立模具待修复区的特征CAD模型；
[0011]步骤5:将所述模具待修复区的特征CAD模型进行数字化切片，根据切片层厚和每层尺寸确定氩弧焊工作参数；
[0012]步骤6:应用氩弧焊机按照切片逐层对模具待修复区进行焊接修复；
[0013]步骤7:冷却后对修复部分着色检查缺陷，检验合格后，应用数控加工设备进行后续加工，按照标准模具的三维CAD模型数据还原模具待修复区的尺寸和几何特征。
[0014]优选的，步骤I中采用丙酮和/或酒精对模具进行清洗。
[0015]优选的，步骤2中所述数字化测量设备为高精度光学三维测量系统。
[0016]优选的，步骤4中将失效模具和标准模具的三维CAD模型均导入CAD软件，进行布尔求差运算获得差异部分的特征模型数据。
[0017]本发明的有益技术效果是:
[0018]1.本发明将逆向工程、氩弧焊三维快速成形技术相结合，实现了模具修复过程的全数字化和自动化，消除了人为因素对修复质量的影响，为精确修复提供了条件，保证了模具的修复质量；
[0019]2.本发明采用了快速成形技术的分层切片处理技术，实现了修复层厚和修复量的精确控制，提高了修复精度，降低了修复再制造区后处理的工作量，大幅提高了修复效率；
[0020]3.本发明可完成模具的快速修复再制造，特别适用于复杂模具的修复再制造，在制造业中具有很高的应用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明模具修复方法的工艺流程图；
[0022]图2为本发明实施例中金属压铸模具待修复区照片；
[0023]图3为本发明实施例中建立的待修复区特征三维模型立体图；
[0024]图4为本发明实施例中修复区组织结构显微照片。
【具体实施方式】
[0025]本实施例为金属压铸模具修复，以下结合附图通过实施例对本发明做进一步说明。
[0026]该模具用于铝合金的压铸成形，其材质为H13合金，属热作模具钢。该钢具有高的淬透性和抗热裂能力，具有良好的耐热性和热疲劳稳定性，在较高温度时具有优良的综合力学性能和较高的抗回火稳定性。
[0027]经长期服役，模具定位凸缘处存在较大挤压磨损损伤，现应用本发明专利工艺技术对损伤区进行修复再制造，如图1所示，实施工艺如下:
[0028]1.对失效模具的待修复区进行打磨处理，去除疲劳层和氧化层，用丙酮和酒精清洗干净;
[0029]2.应用光学测量设备对如图2所示的失效模具，特别是该模具的失效区域进行三维测量，获得失效模具的三维CAD模型；
[0030]3.建立标准模具零件的三维CAD模型；
[0031]4.将失效模具模型与标准模具模型进行比较，输入CAD软件进行布尔求差运算，获取如图3所示的待修复区特征三维模型；
[0032]5.对待修复区三维模型进行切片处理，根据待修复区尺寸大小，保证修复质量并兼顾修复效率，分为3层进行修复:第I层层厚1.5mm，第2层层厚0.8mm，第3层层厚0.8mm ；
[0033]6.选用H13氩弧焊丝，直径1.0mm,应用氩弧焊装备逐道逐层进行焊接修复，主要工艺参数:第一层:电流70A，焊接速度30cm/min，氩气流量5L/min ;第二层和第三层:电流45A，焊接速度50cm/min，氩气流量5L/min ；
[0034]7.着色检查修复区是否存在裂纹等缺陷，对修复后的模具零件进行磨削加工，磨削厚度0.1mm，保证修复区几何形状精度和尺寸精度，修复区微观结构如图4所示。
[0035]经上述工艺得到的模具修复再制造件，修复区结合强度高，无裂纹气孔等缺陷，性能测试指标均符合要求，且修复过程精度高，后加工余量小，修复成本低。
[0036]应理解，上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于供本领域技术人员了解本发明的内容并据以实施，并非【具体实施方式】的穷举，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种基于逆向工程的模具三维快速成形修复方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤1:打磨失效模具的破损或磨损区表面的氧化层，并进行清洗； 步骤2:利用数字化测量设备测量失效模具失效区域及周边的几何特征，获取失效模具的点云数据，应用CAD软件进行反求建模，获取失效模具的三维CAD模型； 步骤3:根据失效模具的设计图纸或数字化测量相同型号的完好模具，建立三维模型，将该三维模型作为标准模具的三维CAD模型； 步骤4:将失效模具和标准模具的三维CAD模型进行几何结构对比运算，以差异部分数据建立模具待修复区的特征CAD模型； 步骤5:将所述模具待修复区的特征CAD模型进行数字化切片，根据切片层厚和每层尺寸确定氩弧焊工作参数； 步骤6:应用氩弧焊机按照切片逐层对模具待修复区进行焊接修复； 步骤7:冷却后对修复部分着色检查缺陷，检验合格后，应用数控加工设备进行后续加工，按照标准模具的三维CAD模型数据还原模具待修复区的尺寸和几何特征。
2.根据权利要求1所述的基于逆向工程的模具三维快速成形修复方法，其特征在于:所述步骤I中采用丙酮和/或酒精对模具进行清洗。
3.根据权利要求1所述的基于逆向工程的模具三维快速成形修复方法，其特征在于:步骤2中所述数字化测量设备为高精度光学三维测量系统。
4.根据权利要求1至3任一项所述的基于逆向工程的模具三维快速成形修复方法，其特征在于:步骤4中将失效模具和标准模具的三维CAD模型均导入CAD软件，进行布尔求差运算获得差异部分的特征模型数据。
【文档编号】B23P6/00GK104439884SQ201410704998
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年11月27日 优先权日:2014年11月27日
【发明者】肖猛, 高雪松, 张涛, 刘建涛 申请人:南京先进激光技术研究院