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基于逆向工程的复杂曲面冲压件回弹补偿

2018/2/26    来源:互联网    作者:王辉  周杰  熊煜  陶亚平  向荣      
关键字:材料合成与加工工艺  逆向工程  回弹补偿  模具  复杂曲面  
针对复杂曲面类零件提出了一种采用三维全型面扫描检测零件的方法,通过逆向建模得到扫描数模,并与设计模型进行对比,得到成形零件的偏差量。对于某大型核电汽轮机空心叶片外弧零件,采用提出的三维全型面检测方法对其进行数据检测,并与设计模型进行比较,得出该零件的最大正偏差为2.59 mm,最大负偏差为一3.04 mm。与传统专用检具相比,三维全型面检测可以用于快速检测各类复杂零件,具有检测数据全和精度高的特点。对于该零件的回弹问题,提出了基于逆向工程的零件回弹补偿方法。对叶片外弧零件进行回弹补偿后,进行模具加工和试验,得到最终叶片外弧零件的最大正偏差为1.36 mm,最大负偏差为-1.43mm,满足叶片外弧尺寸偏差的要求。

    基于逆向工程的回弹补偿流程如图6所示。回弹补偿原理是:首先,计算三维扫描模型与参考模型的节点偏差量;然后,根据图5所示的回弹补偿方法对零件进行相应的回弹补偿.回弹补偿借助华天软件Sinovation计算实现,补偿系数设为-1.0,回弹补偿结果如图7所示。从图7可以得出:左边放大区域补偿数模在最下层,参考数模在中间。扫描数模位于最上层;右边局部放大区域,最上层为补偿得到的片体。中间为零件参考数模,最下层为实际三维扫描的零件模型。

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    图6 基于逆向工程的回弹补偿流程图

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    图7 回弹补偿结果

4 试验

    采用逆向工程数据进行问弹补偿的型面可用于直接加工模具。试验中零件的扫描模型和对比参考数模均为零件的上层片体模型, 此补偿数模用于直接加工模具的凹模型面,凸模和压边圈的模具型面需偏置一个料厚进行编程加工。由于叶片外弧零件的拉延成形设备为常规薄板成形液压机,零件的成形由工人操作,因此对馍具的闭合高度没有严格尺寸要求。 在回弹补偿后,对模具进行二次加工,加工编程过程中,以现有模具刑面状态作为待加工的原始状态,以回弹补偿型面作为目标型面状态,借助UG软件加工编程模块,采用整体最小加工量进行数控力加工编程。图8(a)(b)(c)为试验中加工的叶片外弧热成形模具。

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    图8 试验模具和线切割后的零件

    试验步骤:① 将板料放人电阻炉中加热到870℃,为保证板料内外部加热均匀且不发生过烧,达到没定温度870℃后再保温6 min;② 试验中采用水基高分子和石墨乳作为润滑剂,均匀地涂缀在模具型腔和压料面上;③ 从加热炉中取出板料并快速转运到模具上,整个转运时间控制在17~22 s内。以保证板料不至于降温太多;④ 压机下行,对板料进行热冲压成形;⑤ 凸凹模闭合后,保压7.5 min;⑥压机上行,取出成形后的叶片背弧零件;⑦ 将叶片放置在空旷位置,冷却至室温。

    对得到的热成形叶片外弧零件进行激光切割,得到零件如图8(d)所示。采用前面提出的三维全型面检测方法对该零件进行检测,利用Geomagic Qualify软件对扫描模型以及设计模型进行3D尺寸偏差比较,得到如图9所示的回弹补偿后叶片外弧三维比较偏差图。图10为各个截面凹弹补偿前、后的最大偏差值。从图10中可以看出:该叶片外弧的最大正偏差为1.36mm;最大的尺寸负偏差为-1.43 mm,其绝对值均小于1.5 mm,满足叶片外弧尺寸偏差要求。

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5 结论

    (1)针对复杂曲面类零件提出了一种采用三维全型面扫描检测零件,通过逆向建模得到扫描数模,并与设计模型进行对比得出零件偏差量的方法。以叶片外弧零件为例,通过三维全型面检测得出该零件的最大正偏差和负偏差分别为2.59mm和-3.04 mm。与传统专用检具相比。三维全型面检测可以用于快速、全面地检测各类复杂零件,具有检测数据全和精度高的特点。

    (2)针对常规复杂曲面零件偏差比较方法中对齐误差大的问题,提出将零件放置在模具上,在模具上选定基准,将零件和模具上的基准的所有数据都进行扫描和记录,便于后续对齐比较,减少对齐误差。

    (3)采用扫描数据进行逆向建模,并用于对模具型面进行回弹补偿,提出基于逆向工程对复杂曲面零件进行回弹补偿的方法。对叶片外弧零件进行回弹补偿后,进行模具加工和试验,得到最终叶片外弧零件的最大正偏差为1.36mm;最大负偏差为-1.43mm,均小于1.5mm,满足叶片外弧尺寸偏差要求。

责任编辑:张纯子
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