專利名稱：基于回彈補償的混凝土攪拌葉片模具型面設計系統及方法
技術領域：
本發明涉及一種基于回彈補償的混凝土攪拌葉片模具型面設計系統及方法，屬于沖壓 件模具型面設計技術領域。
背景技術：
目前，沖壓件沖壓成形時，盡管選擇了合理的工藝條件，如壓邊力、模具間隙、潤滑 條件等，而且采用了合理的模具結構，但由于金屬板料在外載荷去除后的彈性恢復，將會 導致沖壓件的回彈變形，嚴重影響產品的形狀尺寸精度和產品質量。因此，在合理的工藝 條件和模具結構的前提下，如何對模具型面進行回彈補償設計，提高產品精度是沖壓成形 模具設計和制造中的重要內容。
混凝土攪拌葉片的尺寸形狀直接影響到混凝土攪拌料的勻質性、攪拌輸出量的連續性、 攪拌裝置的動力消耗以及筒內混凝土的殘余率，因此葉片的成形精度就顯得尤為重要。通 過對攪拌葉片的工藝分析，可以發現有如下特點1)葉片幾何形狀不規則，成形后回彈大 小及分布難于預測。2)葉片成形不充分，成形后容易產生很大的回彈。3)葉片多采用高 強度鋼板制造，和普通鋼板相比回彈量更大。由于葉片成形普遍采用沒有壓邊裝置的沖壓 成形，因此要想有效控制回彈偏差，必須對葉片模具進行回彈補償設計。
在確定工藝條件和模具結構的前提下，解決混凝土攪拌葉片沖壓生產中回彈變形的問 題主要是采用模具型面的回彈補償設計方法。到目前為止，最常用的方法是依據經驗粗略 地對葉片進行回彈預測，以此來進行葉片模具型面的回彈補償設計。由于憑借經驗對葉片 可能產生的回彈進行判斷具有很大的盲目性，實際生產中還需要在設計補償的模具型面上 進行反復試沖、修模，并且，葉片的回彈量大小及分布是不易測量的，這也給葉片模具型 面的修模過程帶來很大困難。隨著數值模擬技術在板成形領域的廣泛應用，基于數值模擬 的模具回彈補償設計方法也得到了長足的發展，即以非線性有限元模擬軟件預測葉片的回
彈量，并以此修改模具形狀，使葉片成形后的幾何誤差滿足設計要求。但這種基于數值模 擬的模具回彈補償設計方法的缺陷是1、由于回彈仿真計算軟件精度的局限性，造成實際
結果與設計方案有一定差異，因此沖壓件的形狀尺寸精度仍然無法達到設計要求，在實際 生產中還需要在補償設計的模具型面上進行反復試沖、修模。2、對于混凝土攪拌葉片這種 復雜曲面類零件來說，僅僅依靠基于數值模擬技術的模具型面回彈補償設計方法無法使得 葉片的成形精度達到設計精度，需要綜合考慮模具型面的回彈補償設計和實際生產中的模
具修模過程。
發明內容
本發明提供了一種基于回彈補償的混凝土攪拌葉片模具型面設計系統及方法，可解決 現有技術中混凝土攪拌葉片模具型面修模次數多、回彈補償后模具型面重構困難和回彈補 償精度不高的技術問題。
本發明設計系統采用的技術方案是包括將葉片模具型面CAD重構設計模塊連接基于
數值模擬的葉片模具型面自動回彈補償設計模塊的輸出，將基于逆向工程的葉片模具型面
修正模塊連接葉片模具型面CAD重構設計模塊的輸出。
本發明設計方法采用的技術方案是包括基于數值模擬的葉片模具型面自動回彈補償
設計模塊的設計方法、葉片模具型面CAD重構設計模塊的設計方法和基于逆向工程的葉片 模具型面修正模塊的設計方法。
本發明是一種在合理的工藝條件和模具結構的前提下，將數值模擬回彈補償法、CAD 重構技術和逆向工程技術結合起來的CAD—CAE—CAD集成系統，采用本發明的設計方 法可以加快混凝土攪拌葉片模具的回彈補償設計過程，減少修模次數，提高回彈補償精度， 為混凝土攪拌葉片模具型面的回彈補償設計提供了一種新方法。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細說明。 圖1為本發明原理圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明系統包括基于數值模擬的模具型面自動回彈補償設計、模具型面 CAD重構設計、基于逆向工程的模具型面修正三個模塊，將葉片模具型面CAD重構設計 模塊2連接基于數值模擬的葉片模具型面自動回彈補償設計模塊1的輸出，將基于逆向工 程的葉片模具型面修正模塊3連接葉片模具型面CAD重構設計模塊2的輸出，形成了基于 回彈補償的混凝土攪拌葉片模具型面CAD—CAE—CAD集成系統(CAD計算機輔助設計、 CAE計算機輔助工程)。其中，模具型面自動回彈補償設計模塊1完成葉片模具型面的自 動回彈補償設計，即以非線性數值模擬軟件預測葉片的回彈量，并以此修改模具型面形狀， 在數值模擬層面上使葉片成形后的幾何誤差滿足設計要求，減少基于逆向工程的模具型面 修正次數；模具型面CAD重構設計模塊2完成將虛擬修模后的CAE模型轉換成可以進行 設計制造的CAD幾何模型，解決模具型面由CAE向CAD的重構難題；基于逆向工程的 模具型面修正模塊3則是利用逆向工程技術獲得葉片實際沖壓后的數字模型，并與葉片所
要求的設計形狀進行對比，得出回彈偏差用于指導葉片的實際修模過程，從而在數值模擬
回彈補償的基礎上，修正殘余的回彈偏差，進一步提高回彈補償的精度。
基于數值模擬的葉片模具型面自動回彈補償設計模塊1主要包括以下步驟
a) fe據葉片的設計形狀建立凹凸模CAD型面，并確定葉片沖壓成形的合理工藝參數。
b) 運用數值模擬軟件對葉片模具及板料模型劃分網格，進行成形一回彈過程的數值模 擬分析，獲得葉片各個網格節點的回彈大小。
c) 根據各個網格節點的回彈量乘以一個小于或等于1的補償系數后，對初始的葉片凹 模各個結點作相應的反向變形處理，得到回彈補償后的模具型面；最佳實施方式是可根 據各個網格節點的回彈量乘以補償系數為0.8。
d) 針對補償過的葉片凹模型面，偏置出凸模型面，然后在相同的工藝參數下再次進行
葉片成形一回彈過程的數值模擬分析。
e) 獲得葉片沖壓成形回彈后的成形件形狀，并與葉片初始設計形狀比較，測量回彈變 形誤差是否滿足葉片精度要求。
f) 如不滿足精度要求，則繼續進行模具型面的回彈補償處理和成形一回彈數值模擬分 析，直至最終成形件回彈變形后的尺寸滿足精度要求。
g) 以上c)到f)步驟都是在數值模擬軟件中自動完成。
葉片模具型面CAD重構設計模塊2是在數值模擬軟件中得到回彈補償修正后的葉片模 具型面CAE網格模型后，通過專用CAD/CAE轉換軟件將虛擬修模后的CAE模型轉換成 可以進行設計制造的CAD幾何模型。主要包括以下步驟-
a) 將符合要求的葉片模具CAE網格模型導入回彈補償后葉片模具型面CAE網格模型。
b) 建立葉片模面的補償矢量。
c) 根據補償矢量通過曲面重構方法得到葉片模面補償后的CAD模型。 基于逆向工程的葉片模具型面修正模塊3是按系統前兩個模塊設計制造出葉片模具
后，進行實際沖壓試驗，利用逆向工程技術獲得葉片實際沖壓后的數字模型，并與葉片所 要求的設計形狀進行對比，得出回彈偏差用于指導實際修模過程。主要包括以下步驟-
a) 進行實沖試驗，通過三坐標測量儀獲得實沖葉片的點云數據。
b) 將點云數據導入UG軟件中進行曲面重構，得到實沖葉片的CAD模型。
c) 將獲得的實沖葉片模型和葉片的設計模型進行比較，得出實沖葉片的回彈大小和分 布。
d) 根據以上得出的回彈數據對葉片模具型面進行修正。
權利要求
1、一種基于回彈補償的混凝土攪拌葉片模具型面設計系統，包括基于數值模擬的葉片模具型面自動回彈補償設計模塊(1)，其特征在于該系統還包括將葉片模具型面CAD重構設計模塊(2)連接基于數值模擬的葉片模具型面自動回彈補償設計模塊(1)的輸出，將基于逆向工程的葉片模具型面修正模塊(3)連接葉片模具型面CAD重構設計模塊(2)的輸出。
2、 一種基于回彈補償的混凝土攪拌葉片模具型面設計方法，其特征在于包括基于數值模 擬的葉片模具型面自動回彈補償設計模塊(1)的設計方法、葉片模具型面CAD重構設計 模塊(2)的設計方法和基于逆向工程的葉片模具型面修正模塊(3)的設計方法，其中基 于數值模擬的葉片模具型面自動回彈補償設計模塊(1)的設計方法包括如下步驟a) 根據葉片的設計形狀建立凹凸模CAD型面設計，確定葉片沖壓成形的工藝參數；b) 對葉片模具及板料模型劃分網格，進行成形一回彈過程的數值模擬分析，獲得葉片 各個網格節點的回彈大小；c) 根據各個網格節點的回彈量乘以一個小于或等于1的補償系數后，對初始的葉片凹 模各個結點作相應的反向變形處理，得到回彈補償后的模具型面；d) 針對補償過的葉片凹模型面，偏置出凸模型面，然后在相同的工藝參數下再次進行 葉片成形一回彈過程的數值模擬分析；e) 獲得葉片沖壓成形回彈后的成形件形狀，并與葉片初始設計形狀比較，測量回彈變 形誤差是否滿足葉片精度要求；f) 如不滿足精度要求，則繼續進行模具型面的回彈補償處理和成形一回彈數值模擬分 析，直至最終成形件回彈變形后的尺寸滿足要求；g) 以上c)到f)步驟都是在數值模擬軟件中自動完成。 葉片模具型面CAD重構設計模塊(2)的設計方法包括以下步驟a) 將符合要求的葉片模具CAE網格模型導入回彈補償后葉片模具型面CAE網格模型;b) 建立葉片模面的補償矢量；c) 根據補償矢量重構葉片模具型面CAD幾何模型； 基于逆向工程的葉片模具型面修正模塊(3)的設計方法包括以下步驟a) 進行實沖試驗，通過三坐標測量儀獲得實沖葉片的點云數據；b) 將點云數據進行曲面重構，得到實沖葉片的CAD模型；c) 將獲得的實沖葉片模型和設計模型進行比較，得出實沖葉片的回彈大小和分布；d) 根據得出的回彈數據對葉片模具型面進行修正。
全文摘要
本發明提供了一種基于回彈補償的混凝土攪拌葉片模具型面設計系統及方法，包括基于數值模擬的模具型面自動回彈補償設計、模具型面CAD重構設計、基于逆向工程的模具型面修正三個模塊，形成了基于回彈補償的混凝土攪拌葉片模具型面CAD-CAE-CAD集成系統，在數值模擬層面上使葉片成形后的幾何誤差滿足設計要求，減少修正次數；完成將虛擬修模后的CAE模型轉換成可以進行設計制造的CAD幾何模型，利用逆向工程技術獲得葉片實際沖壓后的數字模型，并與葉片所要求的設計形狀進行對比，得出回彈偏差用于指導葉片的實際修模過程，從而在數值模擬回彈補償的基礎上，修正殘余的回彈偏差，進一步提高回彈補償的精度。
文檔編號G06F17/50GK101339574SQ20081002114
公開日2009年1月7日 申請日期2008年8月12日 優先權日2008年8月12日
發明者盾 呂, 岳陸游, 戴峰澤, 俊 謝, 煒 陳, 陳紅輝 申請人:江蘇大學