前言 

煤矿机械产品是煤矿的核心设备，其性能和质量直接影响着煤矿的生产和安全。而煤矿特殊的工作环境又要求机械产品具有很强的适应能力，因此各种防护装置在煤矿机械产品中被大量应用。 

在防护罩的设计和制造过程中常常面对的是实物样件，而不是现成的CAD模型。这就需要通过一定的途径把这些实物模型转化为CAD模型，再利用它进行模具开发。目前这种从实物样件出发获得产品的数学模型技术己经成为CAD/CAM中一个相对独立的范畴，称为逆向工程(reverse engineering)。而基于逆向工程的产品快速模具设计也已经成为企业缩短开发周期、降低成本的重要手段。

1 基于逆向工程的快速模具设计主要流程

使用逆向工程技术进行快速产品模具设计主要流程如图1所示。

图1 基于逆向工程的快速模具设计流程

从上述过程可以看出，基于逆向工程的快速模具设计中关键技术有以下3个方面：

(1)逆向工程中三坐标技术测量

现有的数据测量方法主要分为三大类：接触式测量、非接触式测量、逐层扫描测量。其中接触式测量精度高，但是效率低，对于一些易变形件无法测量；非接触式测量效率高，可以排除摩擦所产生的误差，但是精度相对稍低;逐层扫描测量主要应用在产品内部扫描的场合，对于一般的产品非接触式测量方法使用最为普遍。

(2)产品的曲面重建技术

根据曲面的数据采集信息来恢复原始曲面的几何模型，称为曲面重构。在逆向工程中，主要有2种曲面构造方法:以B样条或NURBS曲面为基础的曲面构造方案；以三角Bezier曲面为基础的曲面构造方案。现在成熟的逆向工程软件进行曲面重构的步骤一般是点云数据处理、数据三角化、曲线拟合和曲面构建。

(3)注塑CAE分析

在注塑成型过程中，塑料在型腔中的流动和成型，与材料的性能、制品的形状尺寸、成型温度、成型速度、成型压力、成型时间、型腔表面情况和模具设计等一系列因素有关。因此，在新产品模具设计的过程中，可以通过注塑成型分析，发现设计存在的缺陷，从而保证模具设计的合理性，提高模具的一次试模成功率，降低企业生产成本。

2 防护罩模具设计

现在以某工程设备的防护罩为例说明逆向工程在快速模具设计上的应用。

(1)防护罩数字扫描

防护罩是带有自由曲面的异形件，测量的关键在于自由曲面的测量。在实际的测量中使用了美国FARO公司的激光扫描仪对防护罩进行测量。

在测量时为了得到准确的产品边界，多测量了防护罩下的垫块，这样可为后面的CAD模型重建提供了参考。

(2)防护罩的CAD模型重构

防护罩CAD重建的关键在于曲面的重构以及防护罩上孔、槽特征创建。在设计时首先对所获得的数据点云进行处理，去噪、剔除杂点、数据插补和数据平滑等处理，接着对数据进行分割，把属于同一类型的数据点划分到同一区域。对划分的区域选取特征截面、建立特征线、建立特征线网格，再对网格线进行光顺，最后由曲线拟合曲面。

(3)防护罩注塑CAE分析

注塑成型CAE分析的内容和结果为模具设计和制造提供可靠、优化的参考数据，其中主要包括浇注系统的平衡、浇口的数量、位置和大小，模腔内温度和压力的变化等。

利用MOLDFLOW软件对防护罩注塑过程进行分析，找出了最佳注塑位置以及压力变化的规律。

(4)防护罩注塑模设计

在CAE分析的基础上进行相应的模具设计。在浇注位置的选择上，选择了防护罩的外沿而不是图4(a)的最佳浇注位置(防护罩的中部)，这主要是方便浇注系统的设计和简化模具结构。在防护罩侧孔的侧抽芯机构的设计中，采用了内置式的斜导柱抽芯机构。在开模抽芯的时候，利用弹簧2的回复力推动滑块3进行侧抽芯。这种内置式的侧抽芯机构方便可靠，而且在模具的外部不会有任何痕迹。图6为模具的主剖视图。

模具侧剖视图

模具主视图

结语

逆向工程技术应用于产品的模具设计，不但缩短了模具的设计制造周期，而且大大地降低了模具的生产成本，保证了模具的加工质量，提高了数控设备利用率，实现了模具的快速制造。