模具测量技术及其成形产品质量保障

大老虎

模具测量技术及其成形产品质量保障
随着现代制造技术的飞速发展，模具成型技术以其高精、高效等特点而得到越来越广泛的应用。
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数字设计与制造技术的发展使得零件的形状与精度都有了极大的提高，这就对模具及模具成型产品的成型精度及生产过程中的质量保障提出了更高的要求，要保障零件成型的精度，高精高效检测技术的应用是必然的，它也是模具成形产品质量控制的根本。

由于模具成形过程的特点，使得对其检测及质量控制有着与常规产品检测不同的特点，其具体体现在以下几个方面：

+ o' A7 n1 N" c3 K% m1）模具成型的零件一般都比较复杂，无论在外形和结构上都给测量带来了难度；

2）由于某些成型产品的材料和结构等原因，如注塑件和簿壁零件，使得测量成为一项非常困难的工作；
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成型产品的精度与成形过程有关，这就对成形产品的测量、模具的调整及后续批量加工的精度控制都带来了难度。
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2 R9 K1 l  h3 ^0 a以上这些原因，使得模具及其成形产品的检测与质量控制有着其特点，下面针对模具的特点，结合现代数字测量技术，介绍有关模具及其成形产品的检测技术及其相关应用。
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1 数字检测技术

+ U3 P% N; l/ V  N$ l与模具及成形产品相关的检测主要涉及空间几何尺寸与空间形位等几何方面的测量，由于涉及到空间测量，因此最常用的空间数字测量技术为坐标测量技术。

坐标测量基本原理就是通过探测传感器（探头）与测量空间轴线运动的配合，对被测几何元素进行离散的空间点位置的获取，然后通过一定的数学计算，完成对所测得点（点群）的分析拟合，最终还原出被测的几何元素，并在此基础上计算其与理论值（名义值）之间的偏差，从而完成对被测零件的检验工作。图1为直角坐标固定式的三坐标测量仪外形示意。

0 H0 Q$ n7 g2 s4 p: Z在模具与成形产品中，被测零件除了有常规的几何尺寸测量和形位尺寸测量外，还存在着大量的曲面与曲线的测量，从数字测量技术来看，对曲面与曲线的测量就是对被测对象进行离散化，通过对点云的测量与分析计算来完成相关的测量工作。这类曲面测量有时用扫描测量仪器完成，那样会具有更高的效率。

图2是另外一些常见的坐标测量仪器，它们有着不同的坐标体系，尽管其坐标形式不同，但其测量原理是一样的，只是功能与应用的场合有所区别。

1）激光跟踪仪：这是一种球坐标形式的坐标测量仪器，一般具有几十米的高精度测量范围，用于大形模具及大尺寸产品的测量工作，如图所示的是LECIA的激光测量仪，当配上T-Probe和T-Scan等附件后，它将成为能在大范围空间中移动的坐标测量仪与点云扫描测量仪。
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" l/ b9 Q. ~9 z0 L! ?点云扫描测量仪：一般有光学条纹测量、激光扫描测量等形式，即采用点云的扫描测量方法完成对曲面的扫描测量工作。这类测量工具还能用在逆向工程应用中形面海量点云数据的快速获取。
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测量关节臂：这是一种多关节坐标形式的坐标测量仪器，目前已在国内得到了相当的应用。

以上三种坐标测量仪器都是便携式的，因此它们在模具测量中，特别是大型模具和现场测量与应用中较之常规固定式的坐标测量机将有更广泛的应用。

! n5 n7 H$ o8 F# C2 模具及成形产品检测技术

从表面看，对模具及成形产品的测量同样是对空间几何元素的测量，这与一般机械零件的测量区别不大，但如前所述，模具行业中的数字测量有着其非同一般的空间几何测量特点。
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# o% t. p# q8 n' f' _# ~8 b. O从零件精度要求及其精度控制要求来看，控制零件最后成形的精度才是最终的目标，从这一点来看，简单的模具测量意义不大，但调整成形产品的精度又与模具测量分不开，因此在实际应用中，必须有效地将这二者的测量结合在一起，这不但对成形产品的质量控制有好处，同时也将有助于模具设计与模具制造过程设计，并最终提高模具设计与制造技术。
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- ^$ a9 F" U3 j" q4 O( L下面对几种主要的模具及成形产品的方法作简单的介绍。
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3 W% T; S( I+ N9 l1）钣金零件测量:钣金零件一般都比较簿，在常态下很难保持图纸要求的状态，因此这类零件的测量首先应该使其保持合理的工况，必要时需要制作专用的夹具使其保持在正常的工作状态，这有点类似使用样架进行测量时的做法。此外钣金零件在实际测量时要注意被测零件的光亮带，这在自动测量时将具有相当大的技术难度。至于曲面与外形的测量，如果有3D数模将能十分方便地完成相关工作。在这类零件测量中，对模具的测量往往不能直接反映零件的情况。
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! M- g/ p& C/ g9 U! e; _" a/ m注塑零件测量：塑料件一般有着与钣金件同样的工况问题，同时当零件壁厚较簿时，还会有测量时的测点变形问题，因此除了在测量时注意保持被测零件的工况外，还要注意保持被测点的实际状况。同时由于注塑成形一般具有脱模斜度，因此在实际测量时要注意由于脱模斜度带来的影响，在这类零件测量中，对模具的测量也往往不能直接反映零件的情况。
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' L, i. L. c, S3 ?) W" H4 ~3）金属铸造零件：金属铸造零件一般比较厚实，因此在一般情况下能自已保持工况，但在精密铸造零件的测量过程中，往往会被要求在毛坏情况下进行相关测量，这时测量基准的建立将具有相当的难度，这跟由样架与测量夹具进行零件的工况定位并测量完全不同。在这种情况下，往往会采用叠代的方法建立测量坐标系，此时用于叠代计算的关键几何元素的精度将成为整个测量的关键。此类零件的测量中，对模具中相关定位几何元素的测量将直接关系到测量工作及其测量数据的准确性。
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从以上叙述可以看出，对模具成形零件的测量，不光涉及到数字化测量仪器，还涉及到测量辅助与定位装置，特别是用于重现零件工作状况的工装夹具的制备，有时还会涉及到模具中关键几何元素的测量与调整工作，因为这些都将直接影响到测量基准及测量结果。从某种角度讲，模具及模具成形产品的测量是一个系统问题。
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3 模具成形产品的质量控制
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/ y, U/ e8 @+ D, G- f. \$ L8 u测量的最终目的是为了保障被测零件的精度。对于模具成形的零件而言，要保障零件的精度，就得调整模具。但事实上，由于模具成形过程的复杂性，特别是成形工艺对零件精度的影响，使得我们对模具成形零件的精度控制较之一般的金加工零件而言具有更大的难度。因此，模具及成形产品的测量将只是整个模具精度调整中的一部分，基于模具成形工艺的测量数据分析及调整技术的应用将成为模具成形产品精度保障的关键。

所谓基于成形工艺，就是要将数字测量所得到的数据与零件成形的工艺过程与工艺参数关联起来，而不是简单地将测量结果直接应用于模具的调整。
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事实上，由于零件的形变，特别是钣金零件中的回弹、注塑零件中的收缩与变形等，都使得测量结果与调整量之间的关系变得非常复杂，因此必须对测量数据作相应的基于成形工艺的分析与处理。
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在对测量结果的分析过程中，统计分析方法是常用的数学工具，为了使得统计分析的结果正确有效，要求测量方法、零件定位方法、工艺过程具有相对的稳定性，所有这些最终也要求我们从系统的角度来对待整个测量、调整与质量保障过程。因此系统地建立模具成形产品测量、分析、调整与质量保障工艺过程是必需的。

/ g5 ^: h) O( O- U对于高精度的模具成形产品而言，对模具成形产品的质量控制将不光在试模阶段，更重要的是在产品的大批量高速生产过程中，这将使我们对模具状况及成形工艺的监控变为动态，在此过程中，建立完整的检测、调整与质量控制工艺过程将成为保障产品质量的关键所在。

要完成对高精度模具成形零件在整个生产过程中的质量控制，将会应用到以下相关技术：
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" Z3 u0 a" `6 n$ X1 z# v' Z·模具成形零件质量控制工艺设计技术；
·零件质量信息快速数字化技术，包括参数化模块化的数字测量技术等；
·基于加工工艺过程的质量信息分析技术；
& ^, ^$ w) s0 v·模具状况动态监控与调整技术。
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4 结束语
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限于篇幅，本文只简略地介绍了有关模具及其成形产品数字化测量及生产过程质量控制方面的内容，希望能够抛砖引玉。
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从数字检测技术的发展来看，目前数字测量工具在几何信息的获取方面已基本能满足模具行业的要求，但从模具及成形产品的精度控制，特别是高精度模具成形产品质量动态控制技术方面来看，其技术研发和应用都还存在着一定的问题，这既是一个系统问题，同时也将是个案问题，但在方法上仍具有相当的共性，并将在一定程度上成为一种专门的技术。