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來源：吉林大學(xué)學(xué)報(bào)（工學(xué)版）

作者：王輝，周杰，熊煜，陶亞平，向榮

（重慶大學(xué)，材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶400044）

回彈是板料沖壓成形中普遍存在的問題，并最終影響零件的尺寸精度。解決沖壓零件回彈的方法主要有兩種：通過選擇合適的成形方案和工藝參數(shù)減少零件的回彈量；0對模具型面給予一定反向回彈補(bǔ)償。

在實(shí)際模具開發(fā)中，第一種方法主要用于減少零件成形后的回彈量，無法完全消除回彈，因此可能最終零件的尺寸偏差仍超出零件的許用公差范圍

對模具型面進(jìn)行回彈補(bǔ)償成為零件尺寸精度控制的重要手段，該方法在實(shí)際中應(yīng)用得十分廣泛[7．9〕

近年來，諸多學(xué)者針對回彈補(bǔ)償方法進(jìn)行了大量研尤，-00一13] 。王發(fā)成等采用Dynaform軟件對某葉片進(jìn)行沖壓成形模擬和回彈計(jì)算，并借助回彈補(bǔ)償模塊，采用有限元方法預(yù)測回彈量并進(jìn)行相應(yīng)的回彈補(bǔ)償。

聶聽等的采用型面整體變形算法對汽車梁類零件的型面進(jìn)行回彈補(bǔ)償，該方法能有效提高回彈補(bǔ)償效率，且具有高精度和補(bǔ)償準(zhǔn)確的特點(diǎn)。

馮楊等[ 提16，17〕 出了一種基于補(bǔ)償因子的模面修正方法，該方法將零件的型面分成多個(gè)截面，在各截面上實(shí)施不同的補(bǔ)償因子，以提高型面補(bǔ)償精度。

等18提出采用雙弧曲面模型(Bi-arc surface model)對掃描的沖壓件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向建模，并以此對模具進(jìn)行回彈補(bǔ)償。

現(xiàn)有研究主要集中在形狀簡單或者零件本身具有基準(zhǔn)平面和基準(zhǔn)孔的零件。然而，針對復(fù)雜曲面零件回彈補(bǔ)償?shù)难芯枯^少。

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本文以某大型核電汽輪機(jī)空心葉片外弧為例，提出采用三維掃描儀對沖壓成形的葉片零件進(jìn)行三維全型面檢測，通過進(jìn)行逆向建模得到掃描模型，并與設(shè)計(jì)模型進(jìn)行對比得出激光切割、焊接（與內(nèi)弧零件）和二次激光切割。

圖1所示葉片外弧有11個(gè)平行的截面（Cl、Cll），實(shí)際生產(chǎn)中將零件放置在具有11個(gè)相同截面尺寸的專用檢具上，采用間隙尺測量實(shí)際零件與截面的偏差量。本文所研究葉片外弧零件的截面絕對偏差小于等于1.5 mm

圖1空心葉片外弧零件

在對零件尺寸是否合格的評判方面，采用傳統(tǒng)檢具的截面檢測方法具有較高效率，但對于不合格的零件，需要對模具型面進(jìn)行回彈補(bǔ)償，采用傳統(tǒng)檢測方法進(jìn)行回彈補(bǔ)償十分麻煩。

由于葉片的型面復(fù)雜，傳統(tǒng)的檢具檢測位置有限，且利用檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行建模修改麻煩，導(dǎo)致對模具模面補(bǔ)償?shù)倪^程十分耗時(shí)，且準(zhǔn)確度不高。

針對類似的具有復(fù)雜曲面的零件，本文提出采用三維全型面掃描的方法來檢測零件，其檢測流程如圖2所示

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1 三維全型面檢測方法

圖1為某大型核電汽輪機(jī)空心葉片外弧零件的三維圖。該零件的制造工藝為落料、熱沖壓成形、面清理、噴涂顯影劑和貼標(biāo)識(shí)點(diǎn)）。

考慮到該零件為復(fù)雜曲面，沒有任何特征面和特征孔，通常情況下對此類零件后續(xù)對齊常常采用手動(dòng)對齊和最佳擬合對齊，這些方法對齊誤差較大，對結(jié)果影響大。

針對這類復(fù)雜曲面零件，本文提出將零件放置在模具上，在模具上選定基準(zhǔn)，將零件和模具上的基準(zhǔn)的所有數(shù)據(jù)都進(jìn)行掃描和記錄，便于后續(xù)對齊比較，減少了對齊誤差。

掃描檢測中選擇圖3（a）所示的3個(gè)基準(zhǔn)平面作為后續(xù)的對齊基準(zhǔn)平面圖3（b）為試驗(yàn)采用的三維全型面掃描設(shè)備，該設(shè)備為Shining 3D-Scanner系列三維掃描儀，型號(hào)為Eascan一D，產(chǎn)于中國浙江，其掃描精度為 0．02 rnmo該設(shè)備為非接觸式三維掃描方式，掃（a）下模和基準(zhǔn)面 （b）三維藍(lán)光掃描儀

描過程對被檢測物體沒有損傷，主要應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)、逆向工程及工件檢測。本文借助該設(shè)備對復(fù)雜葉片外弧零件連同模具上的基準(zhǔn)一起進(jìn)行掃描，計(jì)算機(jī)可以獲得掃描后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。

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通過逆向建模軟件對得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理（包括點(diǎn)云對齊、采集、降噪、封裝、填孔和修補(bǔ)等操作），得到掃描后的片體模型。

最后，將模具上對齊的基準(zhǔn)平面和外弧零件的設(shè)計(jì)數(shù)模導(dǎo)人，用于與掃描模型的對齊和三維比較。

通過三維比可以得到維掃描零件與實(shí)際設(shè)計(jì)模型的偏差量，該方法還可以用于分析零件孔位位置、孔位直徑、零件各邊回彈偏差量等。此外，三維全型面掃描的逆向建模數(shù)據(jù)還可用于回彈補(bǔ)償和機(jī)械加工等。

2三維全型面檢測結(jié)果

采用前面提出的方法對零件和模具上基準(zhǔn)面進(jìn)行三維全型面掃描，并用與設(shè)計(jì)數(shù)模進(jìn)行比較。比較過程中基于模具上的3個(gè)基準(zhǔn)平面進(jìn)行對齊，3個(gè)平面對齊誤差分別為0、0湖17和0、018 mmo圖4為葉片外弧的三維比較偏差圖。

由圖還可以得出：該零件的最大正偏差為2，59 mm；最大的尺寸負(fù)偏差為一3，04 rnmo各個(gè)截面的二維截面偏差量可以通過截取截面查看，從左到右的11個(gè)截面中，截面(2、C5、C6的最大絕對偏差值小于1. 5 mm；其余截面部分區(qū)域超過了1. 5 mm，即零件尺寸偏差過大。圖4（b）為C8截面的二維尺寸偏差量。

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通過掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行逆向建模，一方面可以用于評價(jià)零件的三維和二維的偏差量；另一方面還可以用于模具型面的回彈補(bǔ)償。

首先，導(dǎo)人三維掃描模型以及原始零件數(shù)模；然后，利用回彈補(bǔ)償算法反算出回彈補(bǔ)償面；最后，利用所得到回彈補(bǔ)償數(shù)據(jù)加工模具。

基于逆向工程的回彈補(bǔ)償流程如圖6所示。回彈補(bǔ)償原理是：首先，計(jì)算三維掃描模型與參考模型的節(jié)點(diǎn)偏差量；然后，根據(jù)圖5所示的回彈補(bǔ)償方法對零件進(jìn)行相應(yīng)的回彈補(bǔ)償，回彈補(bǔ)償借助華天軟件Sinovation計(jì)算實(shí)現(xiàn)，補(bǔ)償系數(shù)設(shè)為一1. 0，回彈補(bǔ)償結(jié)果如圖7所示。

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從圖7可以得出：左邊放大區(qū)域補(bǔ)償數(shù)模在最下層，參考數(shù)模在中間，掃描數(shù)模位于最上層；右邊局部放大區(qū)域，最上層為補(bǔ)償?shù)玫降钠w，中間為零件參考數(shù)模，最下層為實(shí)際三維掃描的零件模型。