星期一, 5月 16

    高精度工业CT技术在模具制造中的应用

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    ■ ACMT

    高精度工业CT技术

    模具乃“工业之母”,是制造业转型发展的基石。近年来我国模具产业发展迅猛,已具备国际化的制模工艺技术,产业规模位居世界前列,但与之配套的模具检测技术仍较为单一和局限。传统检测只能实现模具及模具产品外观尺寸及硬度等的测试,产品内部结构及配合度, 材料内部质量及风险判定还未有更好的检测分析手段。因此,一种便捷无损的对产品内外部结构和材料质量全方位测试分析技术的开发对提高模具及模具产品生产制造质量具有深远的意义。而工业CT技术则可满足这一要求。

    工业CT技术是目前世界上最先进的无损检测技术之一, 是物体内外部缺陷测量与统计、结构尺寸测量、设计工 艺改进、升级制造技术不可缺少的手段。 CT检测能在不破坏工件结构的情况下实现模具及模具产品的表面和 内部结构的几何尺寸以及曲面测量,计算出测量目标的 长宽高、面积、表面积、体积等各种几何参数,实现零件与CAD模型对比、几何尺寸与公差(GD&T)分析、 零件与零件对比。同时可实现产品内部多种缺陷(如裂纹、气泡、夹杂、疏松、脱粘、装配缺陷等)的无损检测和无损质量评价,检测对像也几乎涵盖了各种材质和各种结构类型的模具及模具产品。那工业CT技术在模具中的应用都有哪些呢?我们一起来了解一下!

    图 1:CT 断层分析和评估

    几何尺寸与公差(GD&T)分析

    依据设计图纸,对预先确定的几何尺寸与公差(GD& T)数据点进行分析,以满足生产零件批准程序(PPAP)的要求。在从首件试制到批量生产的过程中,这种分析功能非常有用,并具有很高的成本效益,可以大幅降低 多型腔零件的检测成本。一旦为CT数据集制定了最初 的GD&T规划,就能对所有的GD&T数据点进行快速转换,并将其应用于随后的零件扫描。

    一些注塑件在完成注塑后已经把外表面封死,但内部的 结构件公差是否符合要求,装配是否到位,连接处质量是否达到设计要求,用传统的接触式仪器和光学仪器由于探头和光都无法达到注塑件的内部都无法测量, 工业CT利用X光穿透注塑件表面直达内部进行扫描, 从而得到完整的3D立体图像,在显示器上行程四维图形(X、Y、Z方向加时间),可以选取结构件上X、 Y、Z方向任意选取一个截面进行观察、测量如图2 所示,清晰準确的获得该注塑件的完整信息。

    图 2: 公差(GD & T)分析

    图 3: 几何尺寸

    设计与实物匹配度分析

    工业CT扫描能在首件试制后的几天内完成零件与其 CAD模型的快速对比分析。通过在首件试制后掌握零 件与CAD对比分析结果,就能大大降低修改模具、 试验性加工和后续试制的成本。

    密度分析 工业CT具有突出的密度分辨能力,开启/关闭内部 组件密度扫描、按密度值进行颜色编码以及测量等功 能。高质量的CT图像密度分辨力可达0.1%甚至更高。

     

    图 4: 设计与实物匹配度分析 ;图 5: 装配分析

     

    装配分析

    可以在装配的状况下对物体进行测量,可以用来进行装配件失效分析,跟踪工业产品制造环节的质量控制及公差评定等;通过按密度值进行颜色深浅编码,并层层解析二位断面,可以很容易地检测以前隐藏在组件中的零部件,发现配合缺陷和作用部位。

    壁厚分析

    主要用于注塑模产品和压铸模产品,在复杂零件的无 损检测中,快速而準确地测量壁厚的微小变化,从而 调整与优化生产工艺,提高产品品质。

    夹杂物和空隙率分析 在铸造过程中复杂的相互作用会产生从外部无法识別 的铸件缺陷,如夹杂、孔隙、气孔和气泡形成、热裂 纹、尺寸变化和夹杂物。压铸件的孔隙率将严重影响 产品使用壽命,精确测量空隙的位置和分布,对模具 设计和改进具有重大意义。应用工业CT检测技术可 方便的识別这些缺陷。缺陷分析 工业 CT 技术对复合材料制品中的夹杂、疏松、气孔、 分层缺陷等有比较高的检测灵敏度,能够準确地确定出缺陷的位置及测量出缺陷的几何尺寸。将工业 CT 技术与复合材料制品的制造工艺相结合,能够及时发 现制品中的缺陷,从而对改进复合材料制品的生产工 艺,提高制品的产品质量及生产效率均有比较高的实 际意义。

    快速修正模具 对于几何结构复杂的产品,注塑后的塑料制品将面临收缩极不均匀的问题。解决这一问题的关键在于设计 模具的时候,事先对样品可能发生的收缩量进行充分 预测,然后通过对模具的修正,以获得尺寸精确的塑料制品。

    而基於工业CT技术,则可以快速而準确地进行几何尺寸和形位公差评定,同时可通过与CAD 数模进行对比分析,得到彩色偏差图与偏差修正数据,大大加快模具的修正速度,缩短注塑模具的开发周期。

     

    图 6: 壁厚分析;图 7: 缺陷分析

     

    图 8: 夹杂物和空隙率分析;图 9: 快速修正模具

    逆向工程

    对已知工件,可以通过工业CT扫描,直接得出该工 件的3D立体图,指导模具设计,缩短开发周期,提高经济效益。
    1. 模具设计过程: 在新产品的开发创新中,许多产品数据并不是CAD数字模型,模具设计者往往要面对的是实物样件,有时可能会缺失图纸,利用工业CT 技术将实物转化为CAD模型,进行实物3D重建, 从而对模具进行模具设计制造。如分型面、收缩系数 的计算等。
    2. 模具制造过程:模具在试模与修整过程中若不符合 精度要求,可能需要重新进行设计。运用逆向工程技 术可减少设计者的麻烦,通过对物体表面数据的采集与再创新,减少再设计步骤,从而优化产品设计过程。
    3. 模具改型修复(方便快捷的获取原模具数据并给予 準确修改):将实物构件通过数据测量转换成与实际 相符的CAD模型,对CAD模型进行修改以后再进行 加工,显著提高生产效率。
    4. 模具使用和维护:在生产过程中常会因为某一零部 件的损坏而停止运行:通过逆向工程手段.可以快速 生产这些零部件的替代品.从而提高设备的利用率和 使用壽命旧。

    冲压材料回弹系数测定

    冲压回弹影响冲压质量,往往直接造成工件报废,酿成不应有的损失,故回弹问题一直困扰著冲压模工作者。精确测量材料的回弹系数成为解决回弹问题的关键,根据在测R和R’值时,工业CT比三坐标更为 精确,从而使测量值更加接近真实值。

    位于东莞市长安镇的中国模具质量技术综合服务体内的工业CT应用研究中心,配置了450千伏YXLON Compact 型高穿透力工业CT 以及YXLON Cheetach 微焦点工业CT,可用于压铸件、塑料件、电子芯片、 PCB板及电池等产品的研发和质量检测。 ■



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