Audi車門沖壓模具快速制造

1、6 3D 自由曲面沖壓模具快速制造實(shí)例在第 2 章本文提出了板料沖壓模具快速制造系統(tǒng)構(gòu)架，通過前面第3、4、5 各章的理論及實(shí)驗(yàn)分析，已經(jīng)具備了實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的必要技術(shù)手段。本章通過 一個(gè)具體 3D 自由曲面板料沖壓模具的制造實(shí)例說明該系統(tǒng)的具體運(yùn)行過程以 及回彈控制效果。轎車外覆蓋件是沖壓模具制造和沖壓工藝最高技術(shù)水平的典型代表，幾乎 所有的外覆蓋件都是 3D 自由曲面，因此本章選用轎車外覆蓋件拉伸模具作為 模具快速制造系統(tǒng)的項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)例。本實(shí)驗(yàn)所用 Audi 車門 CAD 模型來自 NUMISHEET '99的回彈仿真計(jì)算考題，由 Audi 公司直接提供，具有很強(qiáng)的實(shí) 際項(xiàng)目意義 35

2、。考慮到成本、時(shí)間及一些實(shí)際的項(xiàng)目技術(shù)困難，本文采用原 CAD 設(shè)計(jì)的 1:5 縮比模型，模具制造以縮比模型為基準(zhǔn)。6.1 1:5Audi 車門拉伸模具制造技術(shù)路線按照本文提出的實(shí)驗(yàn)迭代方法，整個(gè)模具制造過程分為三大步驟：1）按照原 CAD 設(shè)計(jì)制作第一副金屬噴涂沖壓模具，并進(jìn)行零件試沖壓。 對(duì)模具進(jìn)行制造誤差分析，對(duì)沖壓件進(jìn)行回彈誤差分析。2）用第一副模具沖壓得到的沖壓樣件作為原型，制作第二副金屬噴涂模 具，則第二副模具型面與第一副模具型面之間產(chǎn)生微小變化，模具的變化中隱 含有沖壓件的回彈變形。用第二副模具進(jìn)行零件試沖壓，并對(duì)沖壓件進(jìn)行回彈 誤差分析。3）在前兩次實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用第 2 章提

3、出的頻域模具修正算法預(yù)測(cè)新的 模具型面數(shù)據(jù)。根據(jù)預(yù)測(cè)結(jié)果制做修正后的金屬噴涂模具。用修正模具進(jìn)行零 件試沖壓，并進(jìn)行沖壓件誤差分析，評(píng)價(jià)模具修正效果。以上步驟可以用圖 6.1 所示的流程框圖來表示。圖中細(xì)實(shí)線表示回彈控制 技術(shù)路線，中空粗箭頭線表示模具制造工藝路線。圖中每個(gè)虛線框代表一個(gè)相 對(duì)獨(dú)立的工藝或技術(shù)環(huán)節(jié)，分別標(biāo)記為K1、K2、K3、K4。前3者內(nèi)容基本相同，涉及的是模具制造問題，其中 K1， K3 是由數(shù)字化模型到金屬噴涂模 具；K2則是由實(shí)物樣件到金屬噴涂模具。 K4涉及的是數(shù)學(xué)處理問題，與模具 制造工藝無關(guān)，其中主要內(nèi)容是曲面掃描測(cè)量和誤差分析，以及頻域模具修正 計(jì)算。下面從圖

4、6.1 技術(shù)路線框圖出發(fā)，詳細(xì)討論每一步驟的實(shí)現(xiàn)過程和結(jié)果。掃描測(cè)量*模具修正算法|K4CAD模型1金屬噴涂模具I沖壓樣件II-k1沖壓樣件Ia m m i修正模型金屬噴涂模具niNiIiz金屬噴涂模具川沖壓樣件n沖壓樣件川k2K3圖6.1 1:5Audi車門拉伸模具制造技術(shù)路線框圖6.2由CAD模型制造金屬噴涂模具過程由CAD模型出發(fā)制造金屬噴涂模具是實(shí)驗(yàn)迭代法模具制造的第一個(gè)循 環(huán)，其詳細(xì)工藝過程如圖6.2所示。圖中虛線框中給出的是相應(yīng)工步的實(shí)現(xiàn)技 術(shù)手段或需要進(jìn)行的測(cè)量和誤差分析內(nèi)容。圖6.2第一副模具制造工藝過程及相關(guān)技術(shù)手段621工藝實(shí)現(xiàn)過程<1) CAD模型擴(kuò)充生成STL實(shí)體

5、模型Audi公司提供的原始 CAD模型是IGES曲面模型數(shù)據(jù) <如圖6.3)，必須 首先擴(kuò)充為實(shí)體模型，并進(jìn)行三角剖分轉(zhuǎn)換為STL三角面片模型，然后才能輸入RP制造系統(tǒng)進(jìn)行原型制作。模型擴(kuò)充和STL三角面片模型的生成均在 Pro-E系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)。由IGES曲 面模型擴(kuò)充得到的實(shí)體模型見圖 6.4。圖6.3 Audi車門模具IGES曲面模型圖6.4 Audi車門模具實(shí)體 CAD模型按原設(shè)計(jì)思想，車門拉伸模具型面由三部分組成，即主型面、工藝補(bǔ)充面 和壓邊面。主型面是拉伸成形并切邊后需要保留的部分型面，將來真正形成車 門的就是這一部分，其精度要求最高。工藝補(bǔ)償面是為了改善沖壓件成形性， 防止起皺

6、或拉裂而在主型面之外增加的部分曲面，拉伸成形完成后，工藝補(bǔ)充 面即被切掉，所以對(duì)工藝補(bǔ)充面的精度要求較低。壓邊面也屬于工藝面，是防 止沖壓件起皺和拉裂的主要調(diào)節(jié)手段，沖壓完成后，相應(yīng)部分的板料將被作為 廢料切掉，一般無精度要求。所以在以后討論中，只對(duì)模具主型面進(jìn)行誤差分 析和模具型面修正計(jì)算。按以上設(shè)計(jì)思想將實(shí)體模型分割為三部分，即主型面部分、工藝補(bǔ)充面部 分和壓邊面部分。分割時(shí)，考慮到RP原型組合的需要，在各部分之間增加了定位孔和定位臺(tái)，另外考慮到 RP原型制作工藝性，依據(jù) 節(jié)中提出的面 向板料沖壓成形模具的 RP原型制作工藝原則對(duì)實(shí)體模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了二次設(shè) 計(jì)。分別對(duì)三部分實(shí)體模型進(jìn)行三角面

7、片化，形成三角面片模型如圖6.5所示。其中主型面精度要求最高，三角剖分時(shí)弦高參數(shù)設(shè)置為 h=0.02m m，主型 面三角面片數(shù)為Nm=5780個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)2927個(gè)；工藝補(bǔ)充面和壓邊面的三角剖分弦高為h=0.05mm，工藝補(bǔ)充面三角面片數(shù)為Na=12346個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù) 2191個(gè)；壓邊面三角面片數(shù)為 Nh=4510個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù)2246個(gè)。圖6.5 Audi車門模具STL三角面片模型<2) RP原型制作完整的車門模具應(yīng)該包括凸模、凹模和壓邊圈，為了提高效率、降低成 本，我們分別只制作凸模主型面、凸模工藝補(bǔ)充面和壓邊圈的RP原型。凸模主型面部分和凸模工藝補(bǔ)充面部分的RP原型組裝后即形成凸模原型，壓

8、邊圈RP原型既可單獨(dú)使用，又可與其它兩部分組裝形成凹模原型。因?yàn)閷?duì)于原CAD模型進(jìn)行了縮比處理，原設(shè)計(jì)的拉延筋對(duì)1:5的縮比模型已不再適用，為此在RP原型上另外制作了新的拉延筋。將STL模型數(shù)據(jù)傳入 LPS-600A激光快速成型機(jī)進(jìn)行切層< 切層厚度(a>凸模、壓邊圈(b>裝配結(jié)果圖6.6 Audi車門模具光固化樹脂原型<3)翻制石膏模型因?yàn)镽P原型的主型面和過渡面是按凸模型面制作的，凸模和壓邊圈的石膏型可以用圖 6.6(a>中的RP原型直接翻制獲得。翻制得到的石膏型見圖 6.7。凹模型面與凸模型面相差一個(gè)板料厚 度，要得到凹模石膏型則必須對(duì)圖6.6(b>圖

9、6.7凸模、壓邊圈石膏反型RP原型表面，趕盡鉛皮與原型中裝配好的 RP原型進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓に囂?理，使其增加一個(gè)板料厚度才能用來翻制 凹模石膏型。項(xiàng)目中的一般做法是在原型 表面貼覆鉛皮或蠟片來控制凸凹模間隙。 本文采用精密軋制的鉛皮實(shí)現(xiàn)間隙控制， 板料厚度t=0.63mm，鉛皮厚度在此基礎(chǔ) 上放大10%，故鉛皮厚度取為T=0.7±0.01mm。用橡皮榔頭和塑料棒仔細(xì)地將鉛皮貼覆在 表面之間的空氣，將鉛皮邊緣用膠帶封死，然后澆注石膏。(b>凹模石膏反型因?yàn)镽P原型是凹模的反型，要得到其石膏反型必須進(jìn)行兩次澆注。首先 澆注凹模石膏正型 < 如圖6.8 a),然后用此正型再澆注凹模

10、石膏反型 < 如圖6.8 b)。(a>凹模石膏正型圖6.8凹模石膏正型和反型<4)金屬電弧噴涂、模具裝配及樣件試沖壓采用前面3.4節(jié)的金屬噴涂及環(huán)氧樹脂加固工藝，制造出Zn-(Al-Cu>偽合金模芯，加裝模板后得到實(shí)際使用的模具如圖6.9所示。試沖壓在XP2CEF-100型雙動(dòng)沖壓實(shí)驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，其主缸壓力100噸，壓邊缸壓力20噸。沖壓樣件見圖6.10，坯料為厚度0.63mm的08AI低碳鋼板。圖6.9裝配好的金屬電弧噴涂模具622模具制造誤差及沖壓件回彈誤差分析a模具及樣件型面激光掃描測(cè)量及數(shù)據(jù)處理<1）幾點(diǎn)說明圖6.10切掉壓邊面前后沖壓樣件形狀1）為了獲得零

11、件的實(shí)際回彈情 況，將所有樣件的壓邊面全部用線切 割方法予以切除。切邊后的樣件形狀 見圖6.10，其邊界曲線基本與凸模邊 界曲線相一致。2）車門沖壓屬于淺拉延成形， 在成形過程中板料基本上是包在凸模 上的，另外CAD模型是按凸模型面給出的，所以以后的測(cè)量及誤差評(píng)價(jià)均對(duì)凸模型面進(jìn)行，沖壓樣件的測(cè)量和評(píng) 價(jià)以內(nèi)表面為準(zhǔn)。3）沖壓件測(cè)量時(shí)，將其按沖壓姿態(tài)用雙面膠帶固定在凹模表面，這樣沖 壓樣件與模具型面基本對(duì)準(zhǔn)。<2）數(shù)據(jù)測(cè)量及預(yù)處理采用智泰公司LSH300掃描測(cè)量儀獲取沖壓樣件表面三維數(shù)據(jù)。 LSH300 在200mm測(cè)量范圍內(nèi)的測(cè)量精度，S m =±0.05mm。以0.5mm光刀

12、掃描間隔 對(duì)沖壓件進(jìn)行掃描測(cè)量，光刀內(nèi)測(cè)點(diǎn)間隔基本上在 0.10.3mm左右，這屬于 很高的測(cè)量密度。凸模表面原始測(cè)量數(shù)據(jù)為 14.75萬左右，3個(gè)沖壓樣件表面原始測(cè)量數(shù)據(jù) 均在15萬左右。采用節(jié)掃描測(cè)量數(shù)據(jù)減縮算法對(duì)原始測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理 弦高 h=0.01mm，跨度 L=0.5mm），減縮后的數(shù)據(jù)量在4.2萬左右。3）獲取主型面測(cè)量數(shù)據(jù)因?yàn)楣に囇a(bǔ)充面在翻邊前要被切除，其精度要求較低，所以以后的誤差分 析以及模具修正只針對(duì)主型面進(jìn)行。然而，凸模和沖壓件表面沒有明顯的主型 面標(biāo)記，在凸模、沖壓件型面的掃描測(cè)量數(shù)據(jù)中不能直接分辨出主型面數(shù)據(jù)和 工藝過渡面數(shù)據(jù)。為此通過與CAD模型對(duì)準(zhǔn)的辦法將主型面

13、測(cè)量數(shù)據(jù)從測(cè)量數(shù)據(jù)集中單獨(dú)分離出來。圖6.11 STL三角面片基準(zhǔn)曲面如圖6.11，首先將凸模CAD模型不 包括壓邊面）三角面片化，然后采用前面 4.2節(jié)介紹的最小二乘貼合方法進(jìn)行曲面 對(duì)準(zhǔn)。稱此三角面片曲面為基準(zhǔn)曲面 Sstl,其三角面片數(shù)共13869個(gè)，節(jié)點(diǎn)數(shù) 7377個(gè)，主型面部分三角剖分弦高約束 條件 h=0.02mm ,工藝補(bǔ)充面部分 h=0.05mm。采用4.2節(jié)的最小二乘貼合方法使所有測(cè)量數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)曲面 SSTL對(duì)準(zhǔn)，然后按基準(zhǔn)曲面 SSTL的主型面部分 記為 SSTL_M ）邊界對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行裁剪，只保留主型面部分。裁剪以后，得到主型 面部分測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)，數(shù)據(jù)量為 32780左右

14、。b模具制造誤差和沖壓件離散性誤差分析1）模具制造誤差從STL三角面片模型到 RP原型，再到石膏模型，最后得到金屬噴涂模 具，其中的每一步都會(huì)產(chǎn)生誤差。在3.6節(jié)中對(duì)每一步誤差產(chǎn)生的原因及誤差大小進(jìn)行過一般性分析，基本反映了其中的內(nèi)在規(guī)律。考慮到計(jì)算的復(fù)雜性， 這里不再對(duì)每一步的誤差進(jìn)行分析，而只關(guān)心模具的最終誤差。前面4.2節(jié)中基于距離的回彈誤差計(jì)算和表示方法同樣適用于模具型面的 誤差分析。將凸模主型面測(cè)量數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)主型面Sstl_m比較，得到模具制造誤差分布如圖6.12所示。誤差分布特征值見表6.1。誤差（mm>誤差（mm>圖6.12凸模制造誤差分布曲線表6.1凸模制造誤差分布

15、特征值雙向平均誤差（mm>均方差（mm>絕對(duì)值平均誤差（mm>誤差分布（mm>90%99%100%-0.0190.0700.058<0.12<0.18<0.23<2）沖壓件離散性誤差因?yàn)榘辶铣尚芜^程的復(fù)雜性，同一副模具在相同工藝條件下的沖壓樣件并 不完全相同。任取兩個(gè)樣件的測(cè)量數(shù)據(jù)，將其中一個(gè)樣件的數(shù)據(jù)三角面片化， 然后采用4.2節(jié)回彈誤差計(jì)算方法得到兩沖壓件之間的離散誤差如圖6.13所示。誤差分布特征值見表6.2。率頻差誤誤差（mm>誤差（mm>圖6.13沖壓件離散性誤差分布曲線表6.2沖壓件離散性誤差分布特征值雙向平均誤差（mm&

16、gt;均方差（mm>絕對(duì)值平均誤差（mm>誤差分布（mm>90%99%100%-0.0020.0400.030<0.06<0.13<0.16c沖壓件回彈誤差分析從不同的分析角度看，回彈誤差有兩方面的含義，從回彈誤差補(bǔ)償目標(biāo)來 看，回彈誤差是指實(shí)際沖壓件與零件 CAD設(shè)計(jì)之間的形狀差異，本文稱之為 目標(biāo)回彈誤差；從沖壓過程來看，回彈誤差是指實(shí)際沖壓件與模具型面之間的 形狀差異，本文稱之為沖壓回彈誤差。下面分別對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。<1）沖壓回彈誤差將模具主型面測(cè)量數(shù)據(jù)三角面片化，然后采用4.2節(jié)回彈評(píng)價(jià)方法計(jì)算得LEJ(b>誤差（mm>到?jīng)_壓件回彈誤

17、差分布如圖6.14所示。誤差分布特征值見表 6.3。誤差（mm>圖6.14樣件沖壓回彈誤差分布曲線表6.3樣件沖壓回彈誤差分布特征值雙向平均誤差（mm>均方差（mm>絕對(duì)值平均誤差（mm>誤差分布（mm>90%99%100%-0.0060.1270.103<0.20<0.32<0.38從誤差分布數(shù)值上看，回彈誤差只有模具制造誤差的1.8倍和沖壓件離散誤差的2.5倍左右，其實(shí)它們的誤差分布有本質(zhì)的區(qū)別。以每一點(diǎn)上的誤差值 為縱坐標(biāo)，以該點(diǎn)的（x,y>為水平坐標(biāo)，將誤差值以3D形式顯示出來，就可以 看到回彈誤差與模具制造誤差以及沖壓件離散誤差的

18、區(qū)別。圖6.15是凸模制造誤差的3D表示圖，為了顯示清楚，圖中誤差軸的比例 放大了 30倍。圖6.16是樣件沖壓回彈誤差的3D表示圖，其誤差軸的比例同 樣放大30倍。從誤差3D分布圖中可以看出，沖壓件離散誤差在整個(gè)型面上的分布基本 上是隨機(jī)的，而回彈誤差的分布則有明顯的系統(tǒng)性。事實(shí)上，因?yàn)榍鎸?duì)準(zhǔn)采O.21-O-圖6.15樣件離散性誤差的3D表示圖600.60.3 -p'0-0.3 "> m卩差誤圖6.16樣件離沖壓回彈誤差的3D表示圖6.17用的是最小二乘貼合方法，回彈誤差的某些系統(tǒng)性質(zhì)有可能被掩蓋。圖o o o o O o o o OO 5 0 52 11率頻差誤&

19、gt;m差誤> m 差 誤O 1 8 6 4 2 O 0 0 0 0 > %u_u 布分積累差誤是一個(gè)簡單說明，(a圖中實(shí)線表示沖壓件某一截面回彈前的形狀，虛線表示 其回彈后的形狀；在最小二乘貼合時(shí)，回彈前后的截面線可能出現(xiàn)(b圖所示的相對(duì)關(guān)系，回彈的實(shí)際影響被掩蓋掉一部分。2)目標(biāo)回彈誤差目標(biāo)回彈誤差是指實(shí)際沖壓件與零件CAD設(shè)計(jì)之間的形狀差異。Audi車門模具CAD主型面與其零件CAD設(shè)計(jì)是一致的，所以通過比較沖壓樣件與 模具CAD主型面之間的差異即得到其目標(biāo)回彈誤差。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，采用 4.2節(jié)的回彈評(píng)價(jià)方法，計(jì)算沖壓樣件測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)到圖6.5(a中凸模主型面三角面片曲面的距離

20、，得到目標(biāo)回彈誤差分布如圖6.18所示。表6.4是目標(biāo)回彈誤差分布的特征值。圖6.19是目標(biāo)回彈誤差的3D表示形式，可以看出目標(biāo)回 彈誤差的分布特點(diǎn)與沖壓回彈基本上是一致的，只是誤差值更大一些。0.6-0.3-80(a>(b>仗圖6.17最小二乘貼合對(duì)x(mm彈誤差計(jì)60-y(mm>圖6.18樣件目標(biāo)回彈誤差分布曲線6.4樣件目標(biāo)回彈誤差分布特征值圖6.19樣件目標(biāo)回彈誤差的 3D表示圖雙向平均誤差（mm>均方差（mm>絕對(duì)值平均誤差（mm>誤差分布（mm>90%99%100%0.0020.1350.105<0.22<0.35<0.4

21、26.3由沖壓樣件制造金屬噴涂模具過程前面6.2實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)迭代法模具制造的第一個(gè)循環(huán)，即由CAD模型出發(fā)制造金屬噴涂模具，本節(jié)將實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)迭代法模具制造的第二個(gè)循環(huán)，即由第一 副模具沖壓的樣件來制造第二副模具。之所以采用第一副模具的樣件來制造第 二副模具，其主要目的是保證兩副模具之間的形狀變化不太大，而又包含有樣 件的回彈變形量。圖6.20給出了第二副模具制造的詳細(xì)工藝和技術(shù)流程。圖6.20第二副模具制造工藝過程及相關(guān)技術(shù)手段模具制造工藝實(shí)現(xiàn)過程第二副模具制造過程與第一副模具制造過程有所不同，其工藝過程如下：1） 用第一副模具沖壓出的樣件直接翻制凸模石膏型，省去了RP原型制作 過程。2） 由凸模

22、石膏型制造金屬噴涂凸模。工藝流程如圖6.21所示，其中（a>樣 件，（b>凸模石膏正型，（c>凸模石膏反型，（d>金屬噴涂凸模。3）將制造好的金屬噴涂凸模與第一副模具的壓邊圈在模架上裝配好，并 將二者的相對(duì)位置固定在合模狀態(tài)，然后鋪上鉛皮翻制凹模石膏型。4）由凹模石膏型制造凹模金屬噴涂模具的工藝過程與第一副模具完全相 同，這里不再贅述。（a>（b>（c>（d>圖6.21第二副模具凸模制造過程示意圖沖壓件離散性誤差和沖壓回彈誤差第二副模具制造好后，在與第一副模具樣件沖壓相同的工藝條件下，用第 二副模具沖壓新的樣件。采用與節(jié)相同的測(cè)量和分析方法，得到

23、第二副模具沖壓件離散性誤差和沖壓回彈誤差分別如圖6.22和圖6.23所示。表6.5、表6.6是相應(yīng)的誤差特征值。比較表6.2、6.3和表6.5、6.6可以看出，第一、二副模具沖壓件的沖壓離 散性誤差和沖壓回彈誤差基本相同，說明沖壓工藝過程是穩(wěn)定的。誤差（mm>3 2 1 率頻差誤誤差（mm>> %o 布分積累差i#圖6.22沖壓件離散性誤差分布曲線表6.5樣件離散性誤差分布特征值雙向平均均方差絕對(duì)值平均誤差分布（mm>誤差（mm(mm>誤差（mm90%99%100%0.0050.0400.031<0.06<0.12<0.15表6.6樣件沖壓回彈誤

24、差分布特征值絕對(duì)值平均均方差>誤差分布(mm>雙向平均 誤差（m 個(gè) 1500）C 率 100099% .890% 0.2弟 0.6 布 分0.4 積 累0.2附近已經(jīng)找到了兩個(gè)“沖壓狀 n 0 11態(tài)點(diǎn)”，通過這兩個(gè)“沖壓狀態(tài)點(diǎn)”0.,應(yīng)用第二章提出的頻域模具修正算法即 可得到針對(duì)回彈誤差補(bǔ)償?shù)男拚＞咝螤钫`差（mm修正模具的制造工藝和技術(shù)流程如圖3樣件沖壓所示誤差分布一副模具制造過程的m>0.1(mm>0.112 (a>0.32100%<0.386.4模具修正及回彈控制效果分析 通過前兩副模具試制和試沖0.3最大不同點(diǎn)在于模具型面數(shù)據(jù)的來源不同，前者來源

25、于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，這里是通過 模具修正算法得到的。由模具修正數(shù)據(jù)制造RP原型，以后的模具制造過程與第一副模具完全相同，所以對(duì)這一部分流程圖進(jìn)行了簡化處理。在以上模具制造流程中，最重要步驟是應(yīng)用頻域模具修正算法獲曲修正模 具型面數(shù)據(jù)。修正模具主型面計(jì)算設(shè)第1副模具及沖壓件型面測(cè)量數(shù)據(jù)為 D1、P1 ;第2副模具和沖壓件的測(cè)量數(shù)據(jù)為D2、P2；這樣就得到了兩個(gè)相近的沖壓狀態(tài)點(diǎn)，（D 1, P1、（D 2, P* *2。沖壓件的目標(biāo)形狀由CAD設(shè)計(jì)給出，設(shè)為P，相應(yīng)的模具形狀設(shè)為 D， 則（D*, P*構(gòu)成目標(biāo)狀態(tài)點(diǎn)，其中P*為已知量。在前2副模具制造時(shí)，D1是*按P制造的，D2是按P1制造的，所以保證了

26、 3個(gè)沖壓狀態(tài)點(diǎn)（D1, P1、（D2,* *P2、（D , P 是鄰近的。根據(jù)第2章提出模具頻域修正算法，能夠從 3個(gè)沖*壓狀態(tài)點(diǎn)中求出未知量 D，即模具目標(biāo)形狀。圖6.24目標(biāo)模具制造工藝過程及相關(guān)技術(shù)手段因?yàn)锳udi車門型面屬于不規(guī)則邊界自由曲面，其激光掃描測(cè)量數(shù)據(jù)是稠 密散亂數(shù)據(jù)，不能直接進(jìn)行FFT變換，所以在應(yīng)用頻域模具修正算法以前需要對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的處理，主要是數(shù)據(jù)規(guī)則化。a測(cè)量數(shù)據(jù)規(guī)則化* 需要進(jìn)行數(shù)據(jù)規(guī)則化的曲面共有 5個(gè)，即Di、Pi、D2、P2和P，其中前*4個(gè)是密集散亂離散數(shù)據(jù)點(diǎn)集，而P是IGES模型。為了統(tǒng)一計(jì)算過程，先采* * 用截面法將P離散化，生成基本均布的離

27、散數(shù)據(jù)點(diǎn)集，為方便起見，仍以P表示其離散化點(diǎn)集。截面方向與其它曲面的掃描測(cè)量方向相同，截面間距同掃* 描間距d=0.5mm，截面線內(nèi)點(diǎn)距t=0.5mm，這樣P離散化以后的數(shù)據(jù)量與其 它4個(gè)曲面的離散數(shù)據(jù)量基本相等，為 32780個(gè)。為了在精度和計(jì)算效率間取得平衡，這里采用適當(dāng)密度的規(guī)則化網(wǎng)格，采 樣點(diǎn)數(shù)K=m x n=128X 64=8192個(gè)，基本上將原來 0.5mmX 0.5mm的數(shù)據(jù)點(diǎn)密* 度減小到了 1mmx 1mm左右。采用前面節(jié)的數(shù)據(jù)規(guī)則化方法，以 P為 基準(zhǔn)對(duì)所有測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)則化處理，得到各曲面的規(guī)則化數(shù)據(jù)點(diǎn)集。規(guī)則化 數(shù)據(jù)點(diǎn)可表示為Dij(xi,yj,zij 形式，以Dij(

28、xi,yj表示其在xoy平面內(nèi)的投影。數(shù) 據(jù)規(guī)則化后，不同曲面數(shù)據(jù)點(diǎn)的xoy平面投影是相同的。數(shù)據(jù)點(diǎn)規(guī)則化后，即可以其下標(biāo)為參數(shù)坐標(biāo)進(jìn)行FFT變換。物理坐標(biāo)到下標(biāo)參數(shù)坐標(biāo)的映射關(guān)系如圖6.25所示。這種映射關(guān)系無法寫出具體的函數(shù)關(guān)系，只能以映射表格形式給出，即Dij(xi,yj厶(i, j。在參數(shù)坐標(biāo)下規(guī)則化數(shù)據(jù)點(diǎn)可表示為D ij(i, j, Zij。-5D50，0 -50y(mm>圖6.25規(guī)則化數(shù)據(jù)點(diǎn)在xoy面投影的下標(biāo)參數(shù)映射b用頻域模具修正法計(jì)算目標(biāo)模具主型面為方便敘述，仍以Di、Pl、D2、P2、P*表示參數(shù)坐標(biāo)下的規(guī)則化數(shù)據(jù)點(diǎn), 則從第一組沖壓狀態(tài)到第二組沖壓狀態(tài)模具和沖壓件

29、形狀的變化分別為： D12= D1 D 2, Pl2= Pi P2。則模具一沖壓件偏差傳遞函數(shù)：X (6.1其中，F(xiàn)2( 表示二維FFT變換。如圖6.25,規(guī)則化數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布為i方向m = 128個(gè)點(diǎn)，以自然數(shù)編號(hào) i = 0,1,m-1； j方向n = 64個(gè)點(diǎn)，以自然數(shù)編號(hào)，j = 0,1,n-1。以自然數(shù)為采樣點(diǎn)，則采樣周期 T i = T j =1 ；頻域采樣點(diǎn)，fi= i /m, i = 0,1,2,., m/2; fj= j /n，j = 0,1,2,., n/2。因?yàn)椴捎脜?shù)坐標(biāo)，這里采樣周期和頻率已沒有明確的物理意義 傳遞函數(shù)H的幅值頻譜分布如圖6.26所示高頻部分未顯示)可以

30、看出，|H|具有低通特性，與模具一沖壓件偏差的實(shí)際傳遞情況是相符H 0.5值幅00.2圖6.26模具一沖壓件偏差傳遞函數(shù)幅值頻譜圖定義沖壓件目標(biāo)形狀偏差， P*=P* Pi則根據(jù)第2章模具頻域修正算法公式<2.9)有，F(xiàn)2(D*>=F2(Di> H F2( P*>(6.2>將參數(shù)坐標(biāo)表示的模具和沖壓件規(guī)則化數(shù)據(jù)代入式<6.1 )、<6.2)可以得到目標(biāo)模具在參數(shù)坐標(biāo)下的FFT變換F2(D*>。對(duì)F2(D>進(jìn)行FFT反變換即可得到目標(biāo)模具在參數(shù)坐標(biāo)下的型面離散數(shù) 據(jù)點(diǎn)集：*-1*D =F2 F2(D >(6.3>通過物理坐標(biāo)與下標(biāo)

31、參數(shù)坐標(biāo)的映射表格Dij(xi,yj>厶(i, j>，將參數(shù)坐標(biāo)下的型面離散數(shù)據(jù)點(diǎn)集映射回物理坐標(biāo)系，得到目標(biāo)模具主型面幾何形狀如圖6.27所示。目標(biāo)模具主型面與 CAD模型主型面相比修正量分布情況如圖6.28所示，其分布特征值如表6.7。表6.7目標(biāo)模具修正量分布特征值雙向平均修正量(mm>均方差(mm>絕對(duì)值平均修正量(mm>修正量分布(mm>90%99%100%-0.0020.1110.088<0.18<0.28<0.36>頻400圖6.27由模具頻域修正算法預(yù)測(cè)的目標(biāo)模具主型面> m /lh 仁>0-0.2 -0.

32、1302010.80.2誤差（mm>0.3O6 4 2 00 0 0 布分積累差誤誤差（mm>圖6.28目標(biāo)模具修正量分布曲線從修正量的數(shù)值來看，其大小與回彈誤差基本在同一水平上，而且其修正 量分布形態(tài)也與回彈誤差基本相同 < 圖6.29）。> mEJ里正修642修正模具制造由模具頻域修正算法得到的修正模具 凸模）主型面是規(guī)則化的離散數(shù)據(jù) 點(diǎn)，數(shù)據(jù)量為 K=m x n=128X 64=8192個(gè)，數(shù)據(jù)點(diǎn)密度基本上在 1mmX 1mm 左右。有兩種途徑可以獲得修正后凸模的 STL模型，以供激光快速制造系統(tǒng)用來 制作新的光固化樹脂原型。1）離散數(shù)據(jù)直接三角剖分法將修正模具型

33、面數(shù)據(jù)向xoy平面內(nèi)投影，則型面數(shù)據(jù)、投影數(shù)據(jù)以及它們 之間的側(cè)面可以包圍成一個(gè)封閉體，因?yàn)樾兔鏀?shù)據(jù)是規(guī)則化的，所以投影數(shù)據(jù) 點(diǎn)也是規(guī)則化的，采用簡單的算法很容易將此封閉體表面數(shù)據(jù)點(diǎn)三角化，生成 封閉的STL三角片面模型 圖6.30），此模型即可輸入快速成型系統(tǒng)。此方法的優(yōu)點(diǎn)是，算法簡單，而且不經(jīng)過中間轉(zhuǎn)換過程，所以精度較高。 其不足點(diǎn)在于，對(duì)模型進(jìn)一步操作比較困難，目前還沒有現(xiàn)成的CAD系統(tǒng)能直接對(duì)STL模型進(jìn)行修改。60.90圖6.30由模具修正規(guī)則化數(shù)據(jù)點(diǎn)直接生成STL模型2）曲面擬合法先由修正后模具主型面規(guī)則化數(shù)據(jù)點(diǎn)擬合 B樣條曲面，生成IGES曲面模 型 圖6.31），然后輸入 CA

34、D造型系統(tǒng)生成實(shí)體模型，最后三角剖分生成 STL模型。該方法的優(yōu)點(diǎn)是操作靈活，在CAD造型系統(tǒng)中可根據(jù)需要對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行自由修改；其不足點(diǎn)在于，算法復(fù)雜，中間環(huán)節(jié)多，而且在曲面擬合和CAD實(shí)體模型三角剖分時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的精度損失?？紤]到修正后凸模主型面 RP原型要與工藝補(bǔ)充面原型及壓邊面原型裝配 見圖6.5,圖6.6),另外主型面實(shí)體模型設(shè)計(jì)時(shí)要考慮 RP原型的制作工藝性 問題，所以我們采用第二種方法制作了新的凸模主型面光固化樹脂原型 圖6.32)。將修正后凸模的主型面原型分別與原來的工藝補(bǔ)充面原型和壓邊面原型裝 配即可用于翻制石膏型。因?yàn)橹餍兔姘l(fā)生了變化，在裝配時(shí)根據(jù)具體情況對(duì)工 藝補(bǔ)充面原型

35、進(jìn)行小量修磨，以保證整個(gè)沖壓面的光順性。獲得原型以后，修正模具制造過程與第一副模具的制造過程完全相同，這 里不再贅述。圖6.31修正后凸模主型面IGES圖6.32修正后凸模主型面光曲面模型固化RP原型修正后模具回彈補(bǔ)償效果分析用修正后模具進(jìn)行試沖壓，得到新的沖壓樣件，采用與前面同樣的測(cè)量方 法和數(shù)據(jù)處理方法，得到其主型面測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)。為了評(píng)價(jià)修正后模具的回彈補(bǔ) 償效果，將新沖壓件主型面測(cè)量數(shù)據(jù)與其CAD設(shè)計(jì)模型比較，考察其誤差水平，也就是所謂的沖壓件目標(biāo)回彈誤差評(píng)價(jià)。因?yàn)橥鼓AD主型面與其零件CAD設(shè)計(jì)是一致的，通過比較沖壓樣件與 模具CAD主型面之間的差異即得到其目標(biāo)回彈誤差。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，采用 4.2節(jié)的回彈評(píng)價(jià)方法，計(jì)算沖壓樣件測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)到圖6.5(a中凸模主型面三角面片曲面的距離，得到目標(biāo)回彈誤差分布如圖6.33所示。表6.8是目標(biāo)回彈誤差分布特征值。沖壓件目標(biāo)回彈誤差的 3維分布如圖6.34所示。A圖6.33新樣件目標(biāo)回彈誤差分布曲線圖6.34新樣件目標(biāo)回彈誤差 3D分布圖表6.8新樣件目標(biāo)回彈誤差分布特征值雙向平均誤差（mm>均方差（mm>絕對(duì)值平均誤差（mm>誤差分布（mm>90%99%100%-0.0030.030