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,检测对象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。
工业CT技术在模具中有如下应用:
1.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,从而得到完整的三维立体图像,在显示器上形成四维图形(X、Y、Z方向加时间),可以选取结构件上X、Y、Z方向的任意一个截面进行观察、测量,清晰准确地获得该注塑件的完整信息。
2.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。
3.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的失效分析,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。
4.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。
5.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,快速而准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。
6.夹杂物分析
在铸造过程中,复杂的相互作用会产生从外部无法识别的铸件缺陷,如孔隙、气孔和气泡、热裂纹、尺寸变化和夹杂物等,即使尽了最大努力,主要风险仍然存在。应用工业CT检测技术可方便地识别这些缺陷。
7.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,能够准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。
8.压铸模孔隙率测量
众所周知,压铸件的孔隙率将严重影响产品使用寿命,精确测量孔隙的位置和分布,对模具设计和改进具有重大意义。常规铸件内部质量检测采用胶片射线照相法,但对于外形及内部结构复杂且不规则的铸件,已不适合用该方法进行内部缺陷探伤。而工业CT可以不受试件结构形状的影响,CT能确定被检试件内疏松、气孔、缩孔及裂纹的尺寸和位置,对于缺陷的分类和评估,深度信息是非常有用的。
9.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时,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。
而基于工业CT技术,则可以快速而准确地进行几何尺寸和形位公差评定,同时可通过与CAD数据进行对比分析,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。
10.逆向工程
对已知工件,可以通过工业CT扫描,直接得出该工件的三维立体图,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,进行实物三维重建,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
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寿命。
11.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着冲压模工作者。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。