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        淺談汽車后視鏡逆向造型及模流

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        淺談汽車后視鏡逆向造型及模流

        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云,然后用IMAGEWARE對點云進行去噪處理,由點構(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行對曲面重構(gòu),并對產(chǎn)品模型進行再設計。獲得汽車后視鏡的三維模型后,進一步運用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)起源于精密測量和質(zhì)量檢驗,是通過設計下游向上游反饋數(shù)據(jù)信息的回路[1-2]。逆向工程技術(shù)具有廣泛的應用背景,盡管各種軟件有強大快速的計算機輔助設計技術(shù)(CAD)功能,但是仍然無法滿足復雜曲面零件的需求,有時要用黏土或泡沫模型代替CAD設計,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放在一種逆向重塑上,被稱為“實物逆向工程”[2,6],其可定義為將實物轉(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)化為一個工程項目設計理論模型,在此基礎上對已有產(chǎn)品進行解剖、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,在消化和吸收先進技術(shù)的基礎上,建立和發(fā)展自己的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù),進一步創(chuàng)新產(chǎn)品設計[1]。逆向工程可以通過重構(gòu)產(chǎn)品零件的CAD模型,對原型信息進行修改和再設計,這不僅為產(chǎn)品的再設計及創(chuàng)新教學設計提供了數(shù)字原型,也為各種先進的計算機輔助設計技術(shù)研究提供了平臺。注塑制品往往由于塑料在模具型腔中的不當流動產(chǎn)生許多缺陷,如氣穴、焊接線甚至制品的變形。而MPI/Flow通過對塑料熔融體在模具型腔中的流動進行分析模擬,對填充方式進行預測與分析,預測填充過程中的壓力、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試模具之前了解和識別澆注過程中可能出現(xiàn)的缺陷,以便在制造前改進模具,并減少返工廢料。

        1汽車后視鏡模型重構(gòu)

        1.1點云采集

        本次逆向設計采用的是LASER-RE600Ⅱ三維激光掃描機,測量原理為:將被測物體置于三坐標測量空間,可獲得被測物體上各測點的坐標位置,根據(jù)這些點的空間坐標值,經(jīng)計算求出被測物體的幾何尺寸、形狀和位置。為了減少點云噪點,提高點云質(zhì)量,采集點云前,要對汽車后視鏡進行表面處理,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確性,必須對系統(tǒng)中心誤差進行補償,圖3所示為對轉(zhuǎn)臺中心坐標的測定。

        1.2點云處理

        該次掃描比較成功,得到的點云較為平滑,如圖4所示。由于固定件的原因限制了工件的擺放,導致有2個面缺失掃描,基本符合以后的建模要求,需要在點云處理時補上,這將增加創(chuàng)建時的難度。本次掃描是進行了3次旋轉(zhuǎn)掃描,一共掃描了4次,每次掃描都會互相有很多重復和交叉的點云或者分層現(xiàn)象,這對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云。實踐證明,產(chǎn)品并非放得越正越好,事實上,有些產(chǎn)品要盡量放傾斜,保證都能反射得到。噴射反差劑的時候并非越多越好,其實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云和畫邊界線。當點云處理完成后,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,使線條曲率光滑過渡。在連線過程中,曲線會出現(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,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,再有針對性地去修改相應的點云。經(jīng)過X軸、Y軸、Z軸3個方向?qū)c云進行分層提取,由點至線的線擬合,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

        將獲得的線模型導入主流的三維軟件中,按順序選擇曲線,生成曲面,進行曲面縫合,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,就是將實際結(jié)構(gòu)離散為有限數(shù)目的規(guī)則單元組合體,實際結(jié)構(gòu)的物理性能可以通過對離散體進行分析,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算機上對整個注塑成型過程進行模擬分析,包括填充、保壓、冷卻、翹曲、纖維取向、結(jié)構(gòu)應力、收縮以及氣體輔助注射成型和熱固性材料流動分析。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

        將汽車后視鏡的實體信息導入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,修復網(wǎng)格,縱橫比不超過20,匹配率應在85%,以上經(jīng)檢驗修正后符合要求。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,當某個位置的因子為1或接近于1時,表示這個位置是最佳的澆口位置。但實際上確定澆口放置的位置時,通常還會考慮澆口在這個位置能否生產(chǎn)出一個產(chǎn)品、產(chǎn)品外觀要求等,要與實際經(jīng)驗相結(jié)合才能確定。當采用一模兩腔設計時,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)填充時間比較如圖14所示,方案1的填充時間為2.412s,方案2的填充時間為2.519s。利用查詢結(jié)果命令,可以看出熔膠流至對稱區(qū)域的時間較為接近方案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,但填充時間為方案1小于方案2。(2)流動前沿溫度一般認為,流動前沿溫度越高,熔膠流動將更為順暢且熔接線強度通常都較好。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的流動前沿溫度中,方案1大于方案2,同時也意味著熔接痕將會發(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計的最佳選擇。對于分析結(jié)果不能完全相信,因為其受網(wǎng)格劃分的影響,結(jié)果只能是一個參考,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行調(diào)整,對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,并且對產(chǎn)品針對側(cè)面澆口和頂桿潛伏式澆口流道設計進行了模流分析。通過掃描點云及點云的預處理,由點生成線模型,經(jīng)過構(gòu)線優(yōu)化至網(wǎng)格模型,最終得到三維實體模型。將三維模型導入模流分析軟件,根據(jù)一模兩腔的流道設計,采用了側(cè)面澆口和頂桿潛伏式澆口流道系統(tǒng)設計,并通過流變分析,得到了填充時間、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:

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        作者:肖金 翟倩 張彬 陳偉全 嚴繼超 鄭永濤 李武初 單位:廣東工業(yè)大學 華立學院

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