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來源：吉林大學(xué)學(xué)報（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償。

在實際模具開發(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

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

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

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行回彈補償，該方法能有效提高回彈補償效率，且具有高精度和補償準確的特點。

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

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云數(shù)據(jù)進行逆向建模，并以此對模具進行回彈補償。

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

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本文以某大型核電汽輪機空心葉片外弧為例，提出采用三維掃描儀對沖壓成形的葉片零件進行三維全型面檢測，通過進行逆向建模得到掃描模型，并與設(shè)計模型進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個平行的截面（Cl、Cll），實際生產(chǎn)中將零件放置在具有11個相同截面尺寸的專用檢具上，采用間隙尺測量實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，需要對模具型面進行回彈補償，采用傳統(tǒng)檢測方法進行回彈補償十分麻煩。

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)進行建模修改麻煩，導(dǎo)致對模具模面補償?shù)倪^程十分耗時，且準確度不高。

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、噴涂顯影劑和貼標識點）。

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，將零件和模具上的基準的所有數(shù)據(jù)都進行掃描和記錄，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個基準平面作為后續(xù)的對齊基準平面圖3（b）為試驗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）下模和基準面 （b）三維藍光掃描儀

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一起進行掃描，計算機可以獲得掃描后的點云數(shù)據(jù)。

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

最后，將模具上對齊的基準平面和外弧零件的設(shè)計數(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際設(shè)計模型的偏差量，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)還可用于回彈補償和機械加工等。

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面進行三維全型面掃描，并用與設(shè)計數(shù)模進行比較。比較過程中基于模具上的3個基準平面進行對齊，3個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；最大的尺寸負偏差為一3，04 rnmo各個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)進行逆向建模，一方面可以用于評價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，利用回彈補償算法反算出回彈補償面；最后，利用所得到回彈補償數(shù)據(jù)加工模具。

基于逆向工程的回彈補償流程如圖6所示?；貜椦a償原理是：首先，計算三維掃描模型與參考模型的節(jié)點偏差量；然后，根據(jù)圖5所示的回彈補償方法對零件進行相應(yīng)的回彈補償，回彈補償借助華天軟件Sinovation計算實現(xiàn)，補償系數(shù)設(shè)為一1. 0，回彈補償結(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，最上層為補償?shù)玫降钠w，中間為零件參考數(shù)模，最下層為實際三維掃描的零件模型。