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涡流喷嘴反求技术研究
韩景芸费仁元李彦生褚国民
摘要涡流喷嘴是涡流管的核心部件,其结构特征直接决定涡流管能量分离效果的好坏。基于逆向工程技术,以快速模
具制造技术实现快速实物特征复制,获取完整的原型表面点云信息;以逆向工程技术完成喷嘴流道高精度重
建;以正向再设计完成喷嘴的改进,找到优化喷嘴结构的设计方案。
关键词:逆向工程快速模具多视拼合曲面重建
中图分类号:, 文献标识码: 文章编号:

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涡流管由喷嘴、涡流室、分离孔板和冷、热两端管快速模具制造技术是基于快速原型技术
组成。其中,喷嘴是将压缩的压力能转化为动能的部发展起来的一门新兴制造工艺,其可以由技
件,是系统的核心。其设计的好坏直接决定涡流管能术直接或间接制作模具,周期短,成本低。其中,硅橡
量分离的质量,因此喷嘴是涡流管设计中最为关键的胶制模技术因有别于钢质材料,其质地柔软而富弹性,
一环。但由于能量分离机理到目前为止还没有一种令能够制作结构复杂、花纹精细、无拔模斜度甚至有倒凹
人信服的理论,而且由于气体流动的复杂性以及结构或具有深凹槽的零件。依据硅橡胶的特性,测量前在
参数之间的耦合作用,导致喷嘴的设计有许多未知量, 实物上制作一个封闭腔,通过灌注硅橡胶,将流道这种
要想完全依靠理论来计算完成结构设计是不现实的。槽式的凹特征翻制成凸特征,以便于激光测量。其制
本文根据已有产品为模板,应用逆向工程技术,对其进备模型如图所示。
行完全复制重建,同时在消化吸收的基础上,通过半经
验公式或工程经验进行改进创新,最后对后期机加工
出的系列实物模型进行对比验证实验,为喷嘴最优结
构设计提供了有效的建模方案,其设计流程见图。
隔丽
局部特征复制
图实物前处理
硅橡胶灌注前,先在喷嘴外面裹一层较硬的附膜
纸带,同时将通孔封住,使之形成一个半封闭的腔室。
:象匮蓬嚣匝誓篓雍诛圃覆一蓥流◆匝斧建模时由于对流道的反求精度要求较高,所以灌注时
采用加成型硅胶,其在固化时不产生低分子化合物,具
有极低的线收缩率,可以深度固化,能复制出高精度物
系统,加工理模型。
图涡流喷嘴设计加工流程
激光扫描及数据预处理
局部特征复制
原型数字化时有多种测量技术,本文以基于三角
喷嘴的整体结构较为简单,其设计重点与难点集形原理的线光源激光扫描来获取涡流喷嘴的表面信
中于流道的反求。实物中流道比较狭深,其横截面成息。
不规则轮廓,底面为具有流线感的自由曲面,采用常规. 激光扫描
激光扫描设备无法获取完整的点云信息。测量分两步进行:首先对硅橡胶模型进行扫描,然
现代制造工程
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后测量喷嘴实物模型。对硅橡胶模型进行扫描可以获对齐。对齐时,在系统坐标系的原点位置构建一空间
取点云,用以重建流道外形;因为喷嘴主体为回转体, 点,在一】,平面内建一平面;对于测量点集则截
所以测量喷嘴实物可以提取各部分柱台直径、拔模斜取喷嘴端面的点云,拟合平面,同时重建回转轴,并
度、倒角等几何特征,其中,硅橡胶模测量点云如图在其上建立一点。最后通过求解相应的移动和旋
所示。转矩阵实现一和一。