复杂曲面汽车注塑模具高精密制造方法及注塑模具

摘要

本发明公开了一种复杂曲面汽车注塑模具高精密制造方法，设置数控加工中心，计算机及软件，该制造方法包括以下步骤：(1)塑胶件的建模及变形分析；(2)刀具变形补偿；(3)视觉检测加工误差补偿。本发明的利用HyperMesh强大的几何处理和网格生成技术，快速产生网格指标优良的模型，在MoldFlow中对冷却方案进行优化，基本解决了仪表板的翘曲和收缩问题，避免了重新开模带来的成本和时间上的损失；随后通过预测刀具变形，对误差进行离线补偿，提高首次加工精度，在加工过程中，通过视觉检测加工误差，进一步对加工进行补偿；通过两次的误差补偿，从而提高汽车注塑模具复杂曲面的加工精度。

说明书

技术领域

本发明涉及模具制造的技术领域，具体涉及一种复杂曲面汽车注塑模具高精密制造方法，及实施该方法的注塑模具。

背景技术

轿车大型塑胶件由于结构复杂，局部区域厚度分布不均匀，在注塑过程中产生了很大的翘曲和收缩问题，并且，由于模具制造精度不高，导致产品精度进一步降低。

发明内容

本项发明是针对现行技术不足，提供一种复杂曲面汽车注塑模具高精密制造方法。

本发明还提供一种实施该方法的注塑模具。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种复杂曲面汽车注塑模具高精密制造方法，其特征在于：设置数控加工中心，计算机及内置在计算机的AutoCAD软件、HyperMesh软件、AutodeskMoldflow仿真软件、ANSYS软件，数控加工中心的加工代码生成软件，

该制造方法包括以下步骤：

(1)塑胶件的建模及变形分析：

在计算机的AutoCAD软件中建立汽车注塑件的三维模型，将该三维模型通过HyperMesh软件生成中面模型，随后通过HyperMesh软件有限元网格生成高质量的R-trias三角形网格，将生成的R-trias三角形网格导入Moldflow仿真软件中，进行模流分析建模，得到符合生产的不翘曲和收缩的复杂曲面汽车注塑模具模型及其冷却系统；

(2)刀具变形补偿：

采用AutoCAD软件对三维模型的表面特征进行分析，通过曲率半径和斜率的云图分析加工表面各部分特征，预测加工误差，采用向误差反方向的偏置形成一个新的加工表面，得到加工代码；

(3)视觉检测加工误差补偿：

数控加工中心根据步骤(2)得到的加工代码进行加工，加工过程中通过机器视觉检测系统实时测量数控机床的加工，利用反馈神经网络得到加工误差的集合，并建立几何误差的补偿模型，然后改变G代码对加工误差进行补偿。

步骤(1)具体还包括以下内容：

HyperMesh软件通过该软件内的offset、trim功能对三维模型的局部进行修补，完成中面模型；

HyperMesh软件的smooth、cleanup、equivalence的网格自动优化功能，优化网格的质量。

步骤(2)具体包括以下步骤：

(21)对模具零件特性分析，加工参数确定及刀具系统的确定；

(22)预测刀具加工过程中的切削力，运用ANSYS分析出刀具受力后的水平偏移，由此预测加工误差；

(23)采用向误差相反方向的偏置形成一个新的加工表面，在偏置过程中，对于预测的误差为常值，直接偏移形成加工面，对于预测的误差不是常值，先求出关键点的误差，偏置关键点，利用CAD软件将偏置后的关键点连成一个自由曲面，利用CAM软件进行编程，得到加工代码并导入到数控加工中心进行离线补偿的加工。

步骤(3)具体包括以下步骤：

(31)机器视觉检测系统通过图像读取、图像滤波与增强、图像分割、边缘检测，得到误差的估计值；

其中，图像滤波与增强的步骤中，通过均值滤波器的局部均值运算，用其局部领域内所有的均值置换每个像素值；

图像中点[I，j]的像素值

$>h[i,j]=\frac{1}{M}\underset{(k,l)}{\Sigma }f[k,l]$>

式中，f[k，l]为点领域某点的像素值；M为领域N内的像素点总数。

(32)图像分割：采用全局阀值法对一幅图像进行处理，将其中有用的信息分离出来作为前景，把不感兴趣的其余部分信息作为背景部分，得到二值图像；

(33)边缘检测，采用Roberts算子

G[i,j]＝|f[i,j]-f[i+1,j+1]|+|f[i+1,j]-f[i,j+1]|

用卷积模板将上式变成

G[i,j]＝|G_z|+|G_y|

Roberts算子得到模具实际加工的边缘点连续梯度的近似值，将该近似值与步骤(2)中的加工代码的坐标值对比，得到实际加工与原加工代码坐标值的差值，根据差值调整数控加工中心的加工参数，再一次加工该曲面，使得实际加工出来的曲面与步骤(1)建立的模型一致。

所述步骤(1)具体还包括以下内容：

模流分析建模中，将生成的R-trias三角形网格导入MoldFlow中，进行模流分析建模。建立热流道和冷流道，建立冷却系统，进行冷却、流动和翘曲分析。进而实现严格控制模具各方面工艺参数，避免填充不均衡、冷却不均匀、变形及残余应力大等缺陷。

所述步骤(21)具体还包括以下步骤：

将步骤(211)得到的汽车模具，利用三维设计软件对其曲面进行分析，得出曲面的切平面斜率以及曲率半径的云图，分析模具曲面的几何特性，得到不同位置的曲率半径的大小和变化趋势；

(212)根据模具零件的技术要求以及加工过程中的优化目标确定加工参数，包括切削深度、切削速度、进给量；

(213)准备刚性好、变形小、动平衡好的刀具系统。

实施上述权利要求之一所述的复杂曲面汽车注塑模具高精密制造方法的注塑模具，所述注塑模具复杂曲面的加工精度为0.005mm。

本发明的有益效果：本发明利用HyperMesh强大的几何处理和网格生成技术，快速产生网格指标优良的模型，在MoldFlow中对冷却方案进行优化，基本解决了仪表板的翘曲和收缩问题，避免了重新开模带来的成本和时间上的损失；随后通过预测刀具变形，对误差进行离线补偿，提高首次加工精度，在加工过程中，通过视觉检测加工误差，进一步对加工进行补偿；通过两次的误差补偿，从而提高汽车注塑模具复杂曲面的加工精度。

下面结合附图与具体实施方式，对本发明进一步详细说明。

附图说明

图1为本实施例的步骤(2)的流程框图。

具体实施方式

实施例，参见图1，本实施例提供的复杂曲面汽车注塑模具高精密制造方法，设置数控加工中心，计算机及内置在计算机的AutoCAD软件、HyperMesh软件、AutodeskMoldflow仿真软件、ANSYS软件，数控加工中心的加工代码生成软件，

该制造方法包括以下步骤：

(1)塑胶件的建模及变形分析：

在计算机的AutoCAD软件中建立汽车注塑件的三维模型，将该三维模型通过HyperMesh软件生成中面模型，随后通过HyperMesh软件有限元网格生成高质量的R-trias三角形网格，将生成的R-trias三角形网格导入Moldflow仿真软件中，进行模流分析建模，得到符合生产的不翘曲和收缩的复杂曲面汽车注塑模具模型及其冷却系统；

HyperMesh软件通过该软件内的offset、trim功能对三维模型的局部进行修补，完成中面模型；

HyperMesh软件的smooth、cleanup、equivalence的网格自动优化功能，优化网格的质量；

模流分析建模中，将生成的R-trias三角形网格导入MoldFlow中，进行模流分析建模。建立热流道和冷流道，建立冷却系统，进行冷却、流动和翘曲分析。进而实现严格控制模具各方面工艺参数，避免填充不均衡、冷却不均匀、变形及残余应力大等缺陷；

由于复杂曲面汽车注塑件有如下特点：一面光顺，在另一面上有很多特征，如起加强作用的加强筋，起连接作用的卡扣和焊接柱，这些特征的存在大大增加了抽取中面的难度和工作量，HyperMesh具有强大的中面生成能力，从CAD模型中生成较高质量的中面模型，再辅以offset、trim等功能对局部细节进行修补，完成中面模型；

在模流分析中，冷却和翘曲分析对三角形网格质量要求很高，一个厚度至少要多排单元，aspectratio的平均值和最大值都有一定的规范值。HyperMesh能够生成高质量的R-trias三角形网格，加强筋高度与长度相比尺寸很小，HyperMesh一次生成符合指标要求的多排网格，大大减少了网格调整的工作。利用smooth、cleanup、equivalence等网格自动优化功能，大大提高了网格工作的效率和网格质量；

(2)刀具变形补偿：

采用AutoCAD软件对三维模型的表面特征进行分析，通过曲率半径和斜率的云图分析加工表面各部分特征，预测加工误差，采用向误差反方向的偏置形成一个新的加工表面，得到加工代码；

具体包括以下步骤：

(21)对模具零件特性分析，加工参数确定及刀具系统的确定；

(22)预测刀具加工过程中的切削力，运用ANSYS分析出刀具受力后的水平偏移，由此预测加工误差；

(23)采用向误差相反方向的偏置形成一个新的加工表面，(在偏置过程中，对于预测的误差为常值，直接偏移形成加工面，对于预测的误差不是常值，先求出关键点的误差，偏置关键点，利用CAD软件将偏置后的关键点连成一个自由曲面)利用CAM软件进行编程，得到加工代码并导入到数控加工中心进行离线补偿的加工；

(3)视觉检测加工误差补偿：

数控加工中心根据步骤(2)得到的加工代码进行加工，加工过程中通过机器视觉检测系统实时测量数控机床的加工，利用反馈神经网络得到加工误差的集合，并建立几何误差的补偿模型，然后改变G代码(即数控加工中心数控程序中的指令)对加工误差进行补偿，

具体包括以下步骤：

(31)机器视觉检测系统通过图像读取、图像滤波与增强、图像分割、边缘检测，得到误差的估计值；

其中，图像滤波与增强的步骤中，通过均值滤波器的局部均值运算，用其局部领域内所有的均值置换每个像素值；

图像中点[I，j]的像素值

$>h[i,j]=\frac{1}{M}\underset{(k,l)}{\Sigma }f[k,l]$>

式中，f[k，l]为点领域某点的像素值；M为领域N内的像素点总数。

(32)图像分割：采用全局阀值法对一幅图像进行处理，将其中有用的信息分离出来作为前景，把不感兴趣的其余部分信息作为背景部分，得到二值图像；

(33)边缘检测，采用Roberts算子

G[i,j]＝|f[i,j]-f[i+1,j+1]|+|f[i+1,j]-f[i,j+1]|

用卷积模板将上式变成

G[i,j]＝|G_z|+|G_y|

Roberts算子得到模具实际加工的边缘点连续梯度的近似值，将该近似值与步骤(2)中的加工代码的坐标值对比，得到实际加工与原加工代码坐标值的差值，根据差值调整数控加工中心的加工参数，再一次加工该曲面，使得实际加工出来的曲面与步骤(1)建立的模型一致。

所述步骤(21)具体还包括以下内容对步骤：

将步骤(211)得到的汽车模具，利用三维设计软件对其曲面进行分析，得出曲面的切平面斜率以及曲率半径的云图，分析模具曲面的几何特性，得到不同位置的曲率半径的大小和变化趋势；

(212)根据模具零件的技术要求以及加工过程中的优化目标确定加工参数，包括切削深度、切削速度、进给量；

(213)准备刚性好、变形小、动平衡好的刀具系统。

本实施例还提供一种复杂曲面汽车注塑模具，所述注塑模具复杂曲面的加工精度为0.005mm。

本发明并不限于上述实施方式，采用与本发明上述实施例相同或近似方法，而得到的其他复杂曲面汽车注塑模具高精密制造方法及注塑模具，均在本发明的保护范围之内。