快速製造:3D掃描用於沖壓模製造

沖壓模的數控製造

大型鈑金沖壓模具通常是由鑄造毛坯經過銑削加工成型的。為了生產這樣的毛坯,使用易於加工的材料來構建模型(聚苯乙烯樹脂或是類似的材料)。然後在模型上 添加鑄造所需的結構,比如進口(澆口)和出口(冒口)。然後這個模型被埋入鑄造砂中。在定型之後,模型材料被澆築燒融掉,這樣鑄件就做好了。

鑄造毛坯需要有多餘的材料,用來補償鑲鑄和鑄造時的偏差。另外在沖壓製程中,為了加工出零件需求的形狀和表面光潔度,鑄造毛坯在加工區域還需要有多餘的材料以便機械加工和模具的轉動(圖1)。

圖1:鑄件毛坯(1.5m*1.0m*0.5m),使用大測量範圍的ATOS 3D掃描儀進行數位化
圖2:使用大測量範圍的ATOS 3D掃描儀進行數位化鑄件毛坯

對於機械加工,將毛坯對位後用螺絲固定在一台適當的大型臥式銑床的工作臺上。通常第一步是把底部加工成一個平面,然後開始加工整個毛坯直到可以看出模具的大致外觀。

毛坯在銑床上的處理時間是一個很關鍵的,所以如果節省時間是非常好的。因為大型毛坯需要經常檢測,在它被安裝在銑床上之前還需要手動的對它進行對位標記。

通過這些標記,毛坯被放置在銑床工作臺上,對位後用螺絲固定。然後鑄造時留下的一些特殊結構(澆口、冒口)通過手動控制的切削加工或者銑削加工來去除掉。 這個過程中,銑刀和模具的第一次接觸是這樣實現的:先讓刀具到空中轉動,然後手動小心的將刀具向毛坯接近。接觸後就可以開始粗加工。這種情況下,刀具的軌 跡並不統一,而且也無法被CAM軟件預測,只能使用很慢的進給量,並且還要人工監督和隨時修正。

圖3:數位化的毛坯和使用球形刀具最佳化粗加工的毛坯。
經過數位化後,使用Tebis銑削加工軟體可以將粗加工的時間從12.5小時減少到6小時。

如果要手動卡尺測量來將一個大型的複雜毛坯,進行安全可靠並且最佳化的對位是不可能的。一個大型毛坯的對位元,甚至需要用到堆焊,以便可以機械加工出未來成品模具的所有相關曲面。

為了數位化毛坯,GOM公司給ATOS 3D掃描儀添加了一組大的測量範圍。

在 數位化大型鑄件毛坯前,把標記點放置在毛坯上。然後先從中心位置視角抓取一次數據。然後再經過多次不同視角的掃描,這些圖像會自動對位到已經存在的掃描 檔案中去。基於這項技術,尺寸達到5m*3m的毛坯也可以在保證精度的情況下在一個小時內完成數位化。ATOS 3D掃描系統的數據輸出可以是“stl”格式的檔 案,也可以是“iges”格式或“vda”格式的截面數據。

ATOS 3D掃描儀輸出的檔案可以被直接輸入到CAM系統中,比如TEBIS(“SCAN”模組)或是WorkNC(Sescoi Inc的“NCSpeed​​”模組)

在有了實際數據之後,鑄造毛坯的形狀現在可以被擬合在所需的模具幾何形狀上。最佳擬合只需要很少的運算時間。

緊接著一個最佳化和無碰撞的刀具軌跡被運算出來,使用理想的切削參數和最少的切削時間去將鑄造毛坯製作成一個模具,此過程是可預測的、快速的、安全的和無人操作的。

在德國,BMW,Mercedes和Audi都在與TEBIS和SESCOI合作並使用上述流程。在實際案例中,銑削加工的時間可以被從48小時減少到8小時。對客戶很重要的是,不僅有時間和經費的節省,還有可靠的,安全的,並且可預測的處理過程。

圖4:3m*2m*1m的鑄件毛坯
圖5:數位化具有鑄造相關機構的毛坯(左)然後通過Tebis設計最佳化切削軌跡

汽車廠開始要求他們的模具供應商要提供一個針對實際模具形狀的數位化描述。有了這樣的數據,品質保證和追溯流程就可以進行。磨損可以被量化,模具的重製可以很快完成,或者是使用一個高精度的仿形模來進行一些測試,而且,如果需要的話,高精度複製模具也可以快速加工(例如3D列印)出來。

GOM 的掃描儀就可以用來以上這種應用。為了達到所需的高精度,ATOS 3D掃描儀被調整到小範圍測量。把標記點放置在模具上,然後使用GOM公司的 TRITOP 光學式三次元攝影測量系統來計算出這些標記點的精確位置。接下來使用ATOS掃描儀來掃描模具,然後數位化數據通過這些標記點匯入到同一個網格數據中。使 用此項技術(ATOS),掃描數據的精度可以保證在0.01mm。

在設計、產品開發和品質保證階段,ATOS 3D掃描系統是數位化的標準配備。ATOS 3D掃描儀的兩個相機會在每一次測量中檢查掃描儀的標定狀態,在品質保證的應用中需要使用便攜式的系統。

同樣,測量範圍改變時,需要使用一個被驗證過的標定物來完成標定,這一過程在數分鐘內即可完成。一台GOM數位化設備可以通過改變測量範圍來適應不同客戶的需求並提供準確、有效的結果。

圖6:引擎蓋內側的模具

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