专利名称：基于回弹补偿的混凝土搅拌叶片模具型面设计系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种基于回弹补偿的混凝土搅拌叶片模具型面设计系统及方法，属于冲压 件模具型面设计技术领域。
背景技术：
目前，冲压件冲压成形时，尽管选择了合理的工艺条件，如压边力、模具间隙、润滑 条件等，而且采用了合理的模具结构，但由于金属板料在外载荷去除后的弹性恢复，将会 导致冲压件的回弹变形，严重影响产品的形状尺寸精度和产品质量。因此，在合理的工艺 条件和模具结构的前提下，如何对模具型面进行回弹补偿设计，提高产品精度是冲压成形 模具设计和制造中的重要内容。
混凝土搅拌叶片的尺寸形状直接影响到混凝土搅拌料的匀质性、搅拌输出量的连续性、 搅拌装置的动力消耗以及筒内混凝土的残余率，因此叶片的成形精度就显得尤为重要。通 过对搅拌叶片的工艺分析，可以发现有如下特点1)叶片几何形状不规则，成形后回弹大 小及分布难于预测。2)叶片成形不充分，成形后容易产生很大的回弹。3)叶片多采用高 强度钢板制造，和普通钢板相比回弹量更大。由于叶片成形普遍采用没有压边装置的冲压 成形，因此要想有效控制回弹偏差，必须对叶片模具进行回弹补偿设计。
在确定工艺条件和模具结构的前提下，解决混凝土搅拌叶片冲压生产中回弹变形的问 题主要是采用模具型面的回弹补偿设计方法。到目前为止，最常用的方法是依据经验粗略 地对叶片进行回弹预测，以此来进行叶片模具型面的回弹补偿设计。由于凭借经验对叶片 可能产生的回弹进行判断具有很大的盲目性，实际生产中还需要在设计补偿的模具型面上 进行反复试冲、修模，并且，叶片的回弹量大小及分布是不易测量的，这也给叶片模具型 面的修模过程带来很大困难。随着数值模拟技术在板成形领域的广泛应用，基于数值模拟 的模具回弹补偿设计方法也得到了长足的发展，即以非线性有限元模拟软件预测叶片的回
弹量，并以此修改模具形状，使叶片成形后的几何误差满足设计要求。但这种基于数值模 拟的模具回弹补偿设计方法的缺陷是1、由于回弹仿真计算软件精度的局限性，造成实际
结果与设计方案有一定差异，因此冲压件的形状尺寸精度仍然无法达到设计要求，在实际 生产中还需要在补偿设计的模具型面上进行反复试冲、修模。2、对于混凝土搅拌叶片这种 复杂曲面类零件来说，仅仅依靠基于数值模拟技术的模具型面回弹补偿设计方法无法使得 叶片的成形精度达到设计精度，需要综合考虑模具型面的回弹补偿设计和实际生产中的模
具修模过程。
发明内容
本发明提供了一种基于回弹补偿的混凝土搅拌叶片模具型面设计系统及方法，可解决 现有技术中混凝土搅拌叶片模具型面修模次数多、回弹补偿后模具型面重构困难和回弹补 偿精度不高的技术问题。
本发明设计系统采用的技术方案是包括将叶片模具型面CAD重构设计模块连接基于
数值模拟的叶片模具型面自动回弹补偿设计模块的输出，将基于逆向工程的叶片模具型面
修正模块连接叶片模具型面CAD重构设计模块的输出。
本发明设计方法采用的技术方案是包括基于数值模拟的叶片模具型面自动回弹补偿
设计模块的设计方法、叶片模具型面CAD重构设计模块的设计方法和基于逆向工程的叶片 模具型面修正模块的设计方法。
本发明是一种在合理的工艺条件和模具结构的前提下，将数值模拟回弹补偿法、CAD 重构技术和逆向工程技术结合起来的CAD—CAE—CAD集成系统，采用本发明的设计方 法可以加快混凝土搅拌叶片模具的回弹补偿设计过程，减少修模次数，提高回弹补偿精度， 为混凝土搅拌叶片模具型面的回弹补偿设计提供了一种新方法。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。 图1为本发明原理图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明系统包括基于数值模拟的模具型面自动回弹补偿设计、模具型面 CAD重构设计、基于逆向工程的模具型面修正三个模块，将叶片模具型面CAD重构设计 模块2连接基于数值模拟的叶片模具型面自动回弹补偿设计模块1的输出，将基于逆向工 程的叶片模具型面修正模块3连接叶片模具型面CAD重构设计模块2的输出，形成了基于 回弹补偿的混凝土搅拌叶片模具型面CAD—CAE—CAD集成系统(CAD计算机辅助设计、 CAE计算机辅助工程)。其中，模具型面自动回弹补偿设计模块1完成叶片模具型面的自 动回弹补偿设计，即以非线性数值模拟软件预测叶片的回弹量，并以此修改模具型面形状， 在数值模拟层面上使叶片成形后的几何误差满足设计要求，减少基于逆向工程的模具型面 修正次数；模具型面CAD重构设计模块2完成将虚拟修模后的CAE模型转换成可以进行 设计制造的CAD几何模型，解决模具型面由CAE向CAD的重构难题；基于逆向工程的 模具型面修正模块3则是利用逆向工程技术获得叶片实际冲压后的数字模型，并与叶片所
要求的设计形状进行对比，得出回弹偏差用于指导叶片的实际修模过程，从而在数值模拟
回弹补偿的基础上，修正残余的回弹偏差，进一步提高回弹补偿的精度。
基于数值模拟的叶片模具型面自动回弹补偿设计模块1主要包括以下步骤
a) fe据叶片的设计形状建立凹凸模CAD型面，并确定叶片冲压成形的合理工艺参数。
b) 运用数值模拟软件对叶片模具及板料模型划分网格，进行成形一回弹过程的数值模 拟分析，获得叶片各个网格节点的回弹大小。
c) 根据各个网格节点的回弹量乘以一个小于或等于1的补偿系数后，对初始的叶片凹 模各个结点作相应的反向变形处理，得到回弹补偿后的模具型面；最佳实施方式是可根 据各个网格节点的回弹量乘以补偿系数为0.8。
d) 针对补偿过的叶片凹模型面，偏置出凸模型面，然后在相同的工艺参数下再次进行
叶片成形一回弹过程的数值模拟分析。
e) 获得叶片冲压成形回弹后的成形件形状，并与叶片初始设计形状比较，测量回弹变 形误差是否满足叶片精度要求。
f) 如不满足精度要求，则继续进行模具型面的回弹补偿处理和成形一回弹数值模拟分 析，直至最终成形件回弹变形后的尺寸满足精度要求。
g) 以上c)到f)步骤都是在数值模拟软件中自动完成。
叶片模具型面CAD重构设计模块2是在数值模拟软件中得到回弹补偿修正后的叶片模 具型面CAE网格模型后，通过专用CAD/CAE转换软件将虚拟修模后的CAE模型转换成 可以进行设计制造的CAD几何模型。主要包括以下步骤-
a) 将符合要求的叶片模具CAE网格模型导入回弹补偿后叶片模具型面CAE网格模型。
b) 建立叶片模面的补偿矢量。
c) 根据补偿矢量通过曲面重构方法得到叶片模面补偿后的CAD模型。 基于逆向工程的叶片模具型面修正模块3是按系统前两个模块设计制造出叶片模具
后，进行实际冲压试验，利用逆向工程技术获得叶片实际冲压后的数字模型，并与叶片所 要求的设计形状进行对比，得出回弹偏差用于指导实际修模过程。主要包括以下步骤-
a) 进行实冲试验，通过三坐标测量仪获得实冲叶片的点云数据。
b) 将点云数据导入UG软件中进行曲面重构，得到实冲叶片的CAD模型。
c) 将获得的实冲叶片模型和叶片的设计模型进行比较，得出实冲叶片的回弹大小和分 布。
d) 根据以上得出的回弹数据对叶片模具型面进行修正。
权利要求
1、一种基于回弹补偿的混凝土搅拌叶片模具型面设计系统，包括基于数值模拟的叶片模具型面自动回弹补偿设计模块(1)，其特征在于该系统还包括将叶片模具型面CAD重构设计模块(2)连接基于数值模拟的叶片模具型面自动回弹补偿设计模块(1)的输出，将基于逆向工程的叶片模具型面修正模块(3)连接叶片模具型面CAD重构设计模块(2)的输出。
2、 一种基于回弹补偿的混凝土搅拌叶片模具型面设计方法，其特征在于包括基于数值模 拟的叶片模具型面自动回弹补偿设计模块(1)的设计方法、叶片模具型面CAD重构设计 模块(2)的设计方法和基于逆向工程的叶片模具型面修正模块(3)的设计方法，其中基 于数值模拟的叶片模具型面自动回弹补偿设计模块(1)的设计方法包括如下步骤a) 根据叶片的设计形状建立凹凸模CAD型面设计，确定叶片冲压成形的工艺参数；b) 对叶片模具及板料模型划分网格，进行成形一回弹过程的数值模拟分析，获得叶片 各个网格节点的回弹大小；c) 根据各个网格节点的回弹量乘以一个小于或等于1的补偿系数后，对初始的叶片凹 模各个结点作相应的反向变形处理，得到回弹补偿后的模具型面；d) 针对补偿过的叶片凹模型面，偏置出凸模型面，然后在相同的工艺参数下再次进行 叶片成形一回弹过程的数值模拟分析；e) 获得叶片冲压成形回弹后的成形件形状，并与叶片初始设计形状比较，测量回弹变 形误差是否满足叶片精度要求；f) 如不满足精度要求，则继续进行模具型面的回弹补偿处理和成形一回弹数值模拟分 析，直至最终成形件回弹变形后的尺寸满足要求；g) 以上c)到f)步骤都是在数值模拟软件中自动完成。 叶片模具型面CAD重构设计模块(2)的设计方法包括以下步骤a) 将符合要求的叶片模具CAE网格模型导入回弹补偿后叶片模具型面CAE网格模型;b) 建立叶片模面的补偿矢量；c) 根据补偿矢量重构叶片模具型面CAD几何模型； 基于逆向工程的叶片模具型面修正模块(3)的设计方法包括以下步骤a) 进行实冲试验，通过三坐标测量仪获得实冲叶片的点云数据；b) 将点云数据进行曲面重构，得到实冲叶片的CAD模型；c) 将获得的实冲叶片模型和设计模型进行比较，得出实冲叶片的回弹大小和分布；d) 根据得出的回弹数据对叶片模具型面进行修正。
全文摘要
本发明提供了一种基于回弹补偿的混凝土搅拌叶片模具型面设计系统及方法，包括基于数值模拟的模具型面自动回弹补偿设计、模具型面CAD重构设计、基于逆向工程的模具型面修正三个模块，形成了基于回弹补偿的混凝土搅拌叶片模具型面CAD-CAE-CAD集成系统，在数值模拟层面上使叶片成形后的几何误差满足设计要求，减少修正次数；完成将虚拟修模后的CAE模型转换成可以进行设计制造的CAD几何模型，利用逆向工程技术获得叶片实际冲压后的数字模型，并与叶片所要求的设计形状进行对比，得出回弹偏差用于指导叶片的实际修模过程，从而在数值模拟回弹补偿的基础上，修正残余的回弹偏差，进一步提高回弹补偿的精度。
文档编号G06F17/50GK101339574SQ20081002114
公开日2009年1月7日 申请日期2008年8月12日 优先权日2008年8月12日
发明者盾 吕, 岳陆游, 戴峰泽, 俊 谢, 炜 陈, 陈红辉 申请人:江苏大学