呂少文，石光林，程金海，周雪兆

（廣西科技大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，廣西 柳州545006）

鈑金件經(jīng)沖壓成形后，由于板料內(nèi)的彈性應(yīng)力釋放而往往會(huì)產(chǎn)生回彈，造成形狀、尺寸變化，通常與加載時(shí)變形方向相反[1]?；貜椓繘Q定著沖壓件的最終形狀和尺寸，從而影響沖壓件在整體中的裝配，因此控制回彈量很重要[2]。工程上一般通過(guò)模具補(bǔ)償來(lái)控制回彈量，即通過(guò)檢測(cè)實(shí)際的回彈量，對(duì)模具進(jìn)行反復(fù)修正，從而得到滿(mǎn)足精度的沖壓件。

某型號(hào)汽車(chē)高強(qiáng)鋼B柱（如圖1所示），拉延后的回彈變形嚴(yán)重，傳統(tǒng)的劃線(xiàn)檢測(cè)方法較為麻煩而且檢測(cè)精度不高。為此，本文采用逆向工程技術(shù)方法，快速分析出B柱回彈的實(shí)際偏差位置及其偏差量[3]，從而對(duì)企業(yè)的修模工作起到了很好的指導(dǎo)作用。

1 三維數(shù)據(jù)采集

使用激光掃描設(shè)備對(duì)B柱進(jìn)行掃描，測(cè)量過(guò)程如圖1所示。通過(guò)刪除體外孤點(diǎn)、非連接項(xiàng)、減少噪音、統(tǒng)一等操作對(duì)掃描所得到的B柱點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化[4]，優(yōu)化后的結(jié)果如圖2所示。

圖1 三維掃描儀的測(cè)量應(yīng)用

圖2 優(yōu)化后的B柱點(diǎn)云數(shù)據(jù)

2 回彈檢測(cè)

2.1 數(shù)模和掃描模型的對(duì)齊

最佳擬合對(duì)齊是通過(guò)軟件自身的擬合功能，系統(tǒng)后臺(tái)自動(dòng)分析計(jì)算得出最小偏差的擬合結(jié)果，使點(diǎn)云數(shù)據(jù)和原始數(shù)模達(dá)到最佳匹配，這種對(duì)齊方式較適合不規(guī)則模型，無(wú)需創(chuàng)建特征且對(duì)齊后的綜合偏差較小，所以該對(duì)齊方式較適合B柱的偏差檢測(cè)。但由于CAD數(shù)模和實(shí)際掃描所得的B柱模型在空間坐標(biāo)系中的位置偏差較大，所以在最佳擬合對(duì)齊前需要進(jìn)行預(yù)對(duì)齊[5]?；谔卣鲗?duì)齊就是較好的預(yù)對(duì)齊方式，分別在CAD數(shù)模和掃描模型相同位置處構(gòu)造特征面和特征點(diǎn)，然后進(jìn)行初步對(duì)齊，把兩者空間位置調(diào)整得基本重合，通過(guò)預(yù)對(duì)齊能極大縮短最佳擬合對(duì)齊的時(shí)間。對(duì)齊后就可以進(jìn)行回彈檢測(cè)。

2.2 3D比較

通過(guò)3D比較，會(huì)得到一張彩色的偏差色譜圖，該色譜圖反應(yīng)了B柱零件的整體回彈情況。利用“創(chuàng)建注釋”可以得出所選取點(diǎn)的具體偏差數(shù)值，Dx、Dy、Dz分別表示該點(diǎn)在x、y、z三個(gè)方向上的偏差值，D則表示該點(diǎn)的整體偏差數(shù)值[6]。色譜圖根據(jù)偏差數(shù)值的大小分為多個(gè)顏色段，因此通過(guò)對(duì)色譜圖的顏色區(qū)域分析可以初步得出B柱零件的主要回彈區(qū)域。3D比較的結(jié)果如圖3所示。

圖3 3D比較偏差色譜圖

在3D比較的偏差色譜圖中，上方以紅色為代表的暖色系表示正偏差凸出部分，下面以藍(lán)色為代表的冷色系代表負(fù)偏差凹陷部分，綠色代表誤差允許范圍[7]，此顏色代表工件上大部分都是合格的。通過(guò)分析，平均偏差為2.5 mm，最大偏差為7.4 mm.

2.3 2D比較

對(duì)于B柱的一些重要截面，其最終截面形狀對(duì)裝配性能和使用性能有較大影響[8]，因此需要嚴(yán)格控制其回彈量?？梢酝ㄟ^(guò)2D比較功能得出所選取截面的回彈量，據(jù)此對(duì)模具相應(yīng)型面作出回彈補(bǔ)償，以達(dá)到最終的成型精度要求。選取B柱上一系列截面，間隔設(shè)定為100 mm，通過(guò)分析找到回彈最嚴(yán)重的那處截面作為目標(biāo)截面。選取的截面如圖4所示，目標(biāo)截面回彈情況如圖5所示。

圖4 選取的系列截面

圖5 目標(biāo)截面回彈情況

通過(guò)2D比較偏差色譜圖分析，發(fā)現(xiàn)目標(biāo)截面的最大回彈量為7.1 mm，不滿(mǎn)足精度要求，需要對(duì)該截面所對(duì)應(yīng)的模具型面進(jìn)行修整。

3 回彈補(bǔ)償方案仿真及驗(yàn)證

3.1 回彈補(bǔ)償方案仿真

通過(guò)對(duì)目標(biāo)截面所對(duì)應(yīng)的模具型面進(jìn)行修整，然后在Dynaform中進(jìn)行成型仿真，最后根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行回彈分析，看目標(biāo)截面的回彈情況是否得到改善[9]。修型后的模具模型如圖6所示，目標(biāo)截面回彈前的情況如圖7所示，回彈后的情況如圖8所示。

圖6 修型后的模具模型

圖7 回彈前夾角

圖8 回彈后夾角

目標(biāo)截面處回彈前上端面與側(cè)壁夾角值為113.486°和 112.957°，回彈后變?yōu)?114.563°和 113.507°，由此可見(jiàn)回彈情況得到明顯的改善。

3.2 工程驗(yàn)證

根據(jù)補(bǔ)償網(wǎng)格重構(gòu)曲面，將重構(gòu)后的曲面用于加工模具。對(duì)經(jīng)修模后得到的零件再次進(jìn)行回彈檢測(cè)，依舊采用逆向工程的方法，通過(guò)分析目標(biāo)截面的2D比較偏差色譜圖，可得出目標(biāo)截面的最大回彈量為2.7 mm，相比之前的回彈量有所改善，達(dá)到了產(chǎn)品質(zhì)量要求。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)Geomagic Qualify將CAD模型與工件實(shí)物的點(diǎn)云數(shù)據(jù)對(duì)比，得出工件的整體回彈情況，據(jù)此對(duì)模具的相應(yīng)型面進(jìn)行回彈補(bǔ)償，最后在Dynaform中的回彈分析也達(dá)到了預(yù)期的效果。這說(shuō)明基于Geomagic Qualify的回彈檢測(cè)能對(duì)模具的補(bǔ)償起到有效的指導(dǎo)作用，該方法將有助于企業(yè)快速完成回彈補(bǔ)償，生產(chǎn)出符合精度要求的沖壓產(chǎn)品，也為汽車(chē)零部件檢測(cè)手段提供了一種新思路。