快速制造-冲压模的三维扫描数位化制作

大型钣金冲压模具通常是由铸造毛坯经过铣削加工成型的。为了生产这样的毛坯,使用易于加工的材料来构建模型(聚苯乙烯树脂或是类似的材料)。然后在模型上添加铸造所需的结构,比如进口(浇口)和出口(冒口)。然后这个模型被埋入铸造砂中。在定型之后,模型材料被浇筑烧融掉,这样铸件就做好了。

铸造毛坯需要有多余的材料,用来补偿镶铸和铸造时的偏差。另外在冲压制程中,为了加工出零件需求的形状和表面光洁度,铸造毛坯在加工区域还需要有多余的材料以便机械加工和模具的转动(图1)。

图1:铸件毛坯(1.5m*1.0m*0.5m),使用大测量范围的ATOS三维扫描仪进行数字化
图2:使用大测量范围的ATOS扫描仪进行数字化铸件毛坯

对于机械加工,将毛坯对位后用螺丝固定在一台适当的大型卧式铣床的工作台上。通常第一步是把底部加工成一个平面,然后开始加工整个毛坯直到可以看出模具的大致外观。

毛坯在铣床上的处理时间是一个很关键的,所以如果节省时间是非常好的。因为大型毛坯需要经常检测,在它被安装在铣床上之前还需要手动的对它进行对位标记。

通过这些标记,毛坯被放置在铣床工作台上,对位后用螺丝固定。然后铸造时留下的一些特殊结构(浇口、冒口)通过手动控制的切削加工或者铣削加工来去除掉。这个过程中,铣刀和模具的第一次接触是这样实现的:先让刀具到空中转动,然后手动小心的将刀具向毛坯接近。接触后就可以开始粗加工。这种情况下,刀具的轨迹并不统一,而且也无法被CAM软件预测,只能使用很慢的进给量,并且还要人工监督和随时修正。

图3:数字化的毛坯和使用球形刀具最佳化粗加工的毛坯。经过数字化后,使用Tebis铣削加工软件可以将粗加工的时间从12.5小时减少到6小时。

如果要手动卡尺测量来将一个大型的复杂毛坯,进行安全可靠并且最佳化的对位是不可能的。一个大型毛坯的对位,甚至需要用到堆焊,以便可以机械加工出未来成品模具的所有相关曲面。

为了数字化毛坯,GOM公司给ATOS三维扫描测头添加了一组大的测量范围。

在数字化大型铸件毛坯前,把标记点放置在毛坯上。然后先从中心位置视角抓取一次数据。然后再经过多次不同视角的扫描,这些图像会自动对位到已经存在的扫描档案中去。基于这项技术,尺寸达到5m*3m的毛坯也可以在保证精度的情况下在一个小时内完成数字化。ATOS系统的数据输出可以是“stl”格式的档案,也可以是“iges”格式或“vda”格式的截面数据。

ATOS输出的档案可以被直接输入到CAM系统中,比如TEBIS(“SCAN”模组)或是WorkNC(Sescoi Inc的“NCSpeed”模组)

在有了实际数据之后,铸造毛坯的形状现在可以被拟合在所需的模具几何形状上。最佳拟合只需要很少的运算时间。

紧接着一个最佳化和无碰撞的刀具轨迹被运算出来,使用理想的切削参数和最少的切削时间去将铸造毛坯制作成一个模具,此过程是可预测的、快速的、安全的和无人操作的。

在德国,BMW,Mercedes和Audi都在与TEBIS和SESCOI合作并使用上述流程。在实际案例中,铣削加工的时间可以被从48小时减少到8小时。对客户很重要的是,不仅有时间和经费的节省,还有可靠的,安全的,并且可预测的处理过程。

图4:3m*2m*1m的铸件毛坯
图5:数字化具有铸造相关机构的毛坯(左)然后通过Tebis设计最佳化切削轨迹

汽车厂开始要求他们的模具供应商要提供一个针对实际模具形状的数字化描述。有了这样的数据,品质保证和追溯流程就可以进行。磨损可以被量化,模具的重制可以很快完成,或者是使用一个高精度的仿形模来进行一些测试,而且,如果需要的话,高精度复制模具也可以快速加工出来。

GOM的扫描仪就可以用来以上这种应用。为了达到所需的高精度,ATOS三维扫描仪被调整到小范围测量。把标记点放置在模具上,然后使用GOM公司的TRITOP摄影测量系统来计算出这些标记点的精确位置。接下来使用ATOS扫描仪来扫描模具,然后数字化数据通过这些标记点汇入到同一个网格数据中。使用此项技术(ATOS XL),扫描数据的精度可以保证在0.01mm。

在设计、产品开发和品质保证阶段,ATOS(XL)数字化系统是数字化的标准配备。ATOS扫描仪的两个相机会在每一次测量中检查扫描仪的标定状态,在品质保证的应用中需要使用便携式的系统。

同样,测量范围改变时,需要使用一个被验证过的标定物来完成标定,这一过程在数分钟内即可完成。一台GOM数字化设备可以通过改变测量范围来适应不同客户的需求并提供准确、有效的结果。

图6:引擎盖内侧的模具


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