壓氣機實驗葉片模具型腔逆向調整方法
2023-05-16 01:48:31 3
壓氣機實驗葉片模具型腔逆向調整方法
【專利摘要】本發明公開了一種壓氣機實驗葉片模具型腔逆向調整方法，用於解決現有壓氣機實驗葉片模具型腔設計方法葉片成型精度低的技術問題。技術方案是對葉身數據測量，將CAD模型與測量點雲進行精確配準，以測量數據建立葉片測量模型，沿著模型高度方向截取截面，得到若干組測量模型與CAD模型在同一高度的葉型曲線，對葉型曲線分段處理，並進行逆向調整，對葉型曲線進行曲面放樣，得到逆向調整的模具型腔，以逆向調整的型腔加工出葉片模具。由於根據葉片葉型設計要求以及變形特點，找到變形後的葉片型面與模具型腔面的對應點，基於對應點的位移矢量實現對葉片成型變形的補償及型腔的逆向調整，提高了葉片成型精度。
【專利說明】壓氣機實驗葉片模具型腔逆向調整方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種模具型腔逆向調整方法，特別涉及一種壓氣機實驗葉片模具型腔逆向調整方法。
【背景技術】
[0002]在航空發動機領域，葉片類零件的外形複雜曲面對航空發動機的氣動性能有重要影響；為了評判航空發動機壓氣機的設計方案，需要用注塑工藝成型出高精度樹脂葉片在壓氣機低速實驗臺上進行氣動性能實驗；由於樹脂基複合材料自身的特性及注塑成型工藝過程的複雜性，樹脂葉片成型凝固和冷卻過程不可避免會產生翹曲變形；根據對初始模具成型的試製葉片數據檢測，發現葉片的變形呈現前緣和後緣以不同程度向葉盆抱縮的規律，導致葉片型面尺寸超差，尺寸超差過大的葉片不能用於壓氣機設計方案的評判實驗，對模具型腔進行優化設計是提高葉片成型精度的有效方法。
[0003]國內模具型腔現有設計方法主要有均勻放縮法、弦長放縮法、中弧線放縮法和收縮中心放縮法四種。這些方法雖然簡便，但都存在明顯不足，即假設葉片收縮均勻，且忽略了葉片彎扭變形。也有很多公開的技術文獻針對葉片模具型腔提出了優化設計方法，如專利 CN200710028749.7、專利 CN201110072878.2 以及專利 CN201110104245.5 提出了幾種基於仿真實驗及網格節點逆向疊加的型腔設計方法，這些公開技術都是利用有限元軟體對成型件的成型過程進行數值模擬，對成型件外表面進行基於有限元原理的網格節點劃分，並提取仿真實驗前後網格節點空間坐標，然後基於對網格節點的逆向調整來實現對模具型腔的反變形補償，此類方法雖然方便經濟，但是對由注塑工藝成型的試製葉片檢測結果表明，仿真實驗和實際注塑實驗的結果有一定的差距，針對航空精密零件，仿真實驗的結果只能作為定性的參考。
[0004]模具型腔的型面設計原則是在變形部位賦予適量反變形量以抵消成型件在凝固和冷卻過程中的收縮變形；收縮變形表現為成型件表面點相對於型腔對應點的偏移，因此找到成型件表面與模具型腔面對應點，並準確的計算出對應點的空間位移矢量，是對模具型腔進行逆向調整的關鍵和如提。
【發明內容】
[0005]為了克服現有壓氣機實驗葉片模具型腔設計方法葉片成型精度低的不足，本發明提供一種壓氣機實驗葉片模具型腔逆向調整方法。該方法通過對葉身數據測量，將CAD模型與測量點雲進行精確配準，以測量數據建立葉片測量模型，沿著模型高度方向截取截面，得到若干組測量模型與CAD模型在同一高度的葉型曲線，對葉型曲線分段處理，並進行逆向調整，對葉型曲線進行曲面放樣，得到逆向調整的模具型腔，以逆向調整的型腔加工出葉片模具。由於根據葉片葉型設計要求以及變形特點，找到變形後的葉片型面與模具型腔面的對應點，基於對應點的位移矢量實現對葉片成型變形的補償及型腔的逆向調整，可以提高葉片成型精度。[0006]本發明解決其技術問題所採用的技術方案:一種壓氣機實驗葉片模具型腔逆向調整方法，其特點是包括以下步驟:
[0007]步驟一、判斷使用初始模具成型出的葉片型面尺寸是否滿足要求；利用無損檢測技術，對初始模具成型的試製葉片葉身進行測量，獲取三維測量數據，並以點雲的形式存儲在計算機中；
[0008]步驟二、將葉片三維測量數據與CAD模型在空間進行配準定位，首先將葉片CAD模型與測量數據點雲的主軸調整至平行，且距離不大於0.01mm，然後使用迭代最近點算法將CAD模型與測量點雲進行精確配準，以測量數據建立葉片測量模型；
[0009]步驟三、用一組與主軸方向垂直的平面，沿著模型高度方向截取截面，得到若干組測量模型與CAD模型在同一高度的葉型曲線；
[0010]步驟四、根據葉片變形呈前緣、後緣向葉盆抱縮的特點，首先將葉型曲線離散為前緣、葉盆、後緣、葉背四段曲線，然後分段尋找對應點。
[0011]將葉型曲線進行點離散處理；
[0012]將葉片前後緣設計為橢圓弧、單圓弧、兩圓弧或者二次拋物線的形式。根據設計數據，列出前後緣曲線的方程，然後將葉型曲線進行點離散，以前後緣附近的離散點對曲線方程進行最小二乘擬合，得到前後緣曲線方程參數值；根據葉盆葉背曲線上離散點到前後緣曲線方程的距離相對前後緣點呈突變趨勢，得到葉盆、葉背曲線的起始點，實現葉型曲線的分段處理；
[0013]步驟五、將葉片測量模型、CAD模型葉型曲線的對應段離散為相同數量的點，提取對應段各對應點空間坐標信息，計算CAD模型葉型曲線各離散點的空間位移矢量，將位移矢量反向疊加到該點，以此對葉型曲線離散點進行逆向調整，並以逆向調整的離散點擬合曲線，實現對葉型曲線的逆向調整；
[0014]步驟六、以步驟五的方法遍歷步驟三中所提取的葉片CAD模型所有葉型曲線，得到一組逆向調整的葉型曲線，對該組葉型曲線進行曲面放樣，得到逆向調整的模具型腔；以逆向調整的型腔重新加工出葉片模具；
[0015]步驟七、以所加工出的葉片模具進行葉片注塑實驗，對所得試製葉片進行葉身數據檢測，若葉身尺寸合格，則模具型腔定型，若葉身尺寸不合格，則迭代上述步驟，直到葉片尺寸合格。
[0016]本發明的有益效果是:該方法通過對葉身數據測量，將CAD模型與測量點雲進行精確配準，以測量數據建立葉片測量模型，沿著模型高度方向截取截面，得到若干組測量模型與CAD模型在同一高度的葉型曲線，對葉型曲線分段處理，並進行逆向調整，對葉型曲線進行曲面放樣，得到逆向調整的模具型腔，以逆向調整的型腔加工出葉片模具。由於根據葉片葉型設計要求以及變形特點，找到變形後的葉片型面與模具型腔面的對應點，基於對應點的位移矢量實現對葉片成型變形的補償及型腔的逆向調整，提高了葉片成型精度。
[0017]下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明壓氣機實驗葉片模具型腔逆向調整方法的流程圖。
[0019]圖2是葉片CAD模型。[0020]圖3是葉片測量點雲與CAD模型配準。
[0021]圖4是葉片測量模型與CAD模型截面線對比。
[0022]圖5 Ca)是葉型前緣橢圓擬合，(b)是葉型後緣圓擬合。
[0023]圖6是葉型曲線逆向調整。
[0024]圖7是逆向調整的模具型腔。
【具體實施方式】
[0025]參照圖1-7。以某型航空發動機壓氣機樹脂實驗葉片模具型腔為例詳細說明本發明。
[0026]步驟1、使用三座標測量機對初始模具試製葉片葉身型面進行測量，並把所測點雲數據導入UG軟體；
[0027]步驟2、用UG打開葉片CAD模型，如圖2所示，將葉片測量數據導入UG並與葉片CAD模型進行配準，結果如圖3所示；
[0028]步驟3、在Z方向從15mm到95mm處每隔3mm做一組與主軸方向垂直的平行平面，沿著模型高度方向與葉片CAD模型、測量模型求相交曲線，得到測量模型與CAD模型各27條葉型曲線；Z=45mm處葉片CAD模型、測量模型葉型曲線如圖4所示；
[0029]步驟4、葉型曲線分段處理，具體操作步驟如下:
[0030][I]將葉型曲線以等弧長方式離散為500個點；
[0031][2]按照葉型曲線設計時的氣動性能要求，將前緣擬合為橢圓曲線，後緣擬合為圓曲線，葉盆葉背擬合為自由曲線；
[0032]前緣橢圓擬合方法如下，假設前緣曲線滿足二次多項式方程:f(x，y)=ax2+2bxy+cy2+2dx+2fy+g = O當方程滿足b2_ac < O時，為橢圓曲線；
[0033]設有η個數據點參與PiUi, Yi),參與橢圓擬合，建立橢圓擬合的目標函數:
【權利要求】
1.一種壓氣機實驗葉片模具型腔逆向調整方法，其特徵在於包括以下步驟: 步驟一、判斷使用初始模具成型出的葉片型面尺寸是否滿足要求；利用無損檢測技術，對初始模具成型的試製葉片葉身進行測量，獲取三維測量數據，並以點雲的形式存儲在計算機中； 步驟二、將葉片三維測量數據與CAD模型在空間進行配準定位，首先將葉片CAD模型與測量數據點雲的主軸調整至平行，且距離不大於0.01mm，然後使用迭代最近點算法將CAD模型與測量點雲進行精確配準，以測量數據建立葉片測量模型； 步驟三、用一組與主軸方向垂直的平面，沿著模型高度方向截取截面，得到若干組測量模型與CAD模型在同一高度的葉型曲線； 步驟四、根據葉片變形呈前緣、後緣向葉盆抱縮的特點，首先將葉型曲線離散為前緣、葉盆、後緣、葉背四段曲線，然後分段尋找對應點； 將葉型曲線進行點離散處理； 將葉片前後緣設計為橢圓弧、單圓弧、兩圓弧或者二次拋物線的形式；根據設計數據，列出前後緣曲線的方程，然後將葉型曲線進行點離散，以前後緣附近的離散點對曲線方程進行最小二乘擬合，得到前後緣曲線方程參數值；根據葉盆葉背曲線上離散點到前後緣曲線方程的距離相對前後緣點呈突變趨勢，得到葉盆、葉背曲線的起始點，實現葉型曲線的分段處理； 步驟五、將葉片測量模型、CAD模型葉型曲線的對應段離散為相同數量的點，提取對應段各對應點空間坐標信息，計算CAD模型葉型曲線各離散點的空間位移矢量，將位移矢量反向疊加到該點，以此對葉型曲線離散點進行逆向調整，並以逆向調整的離散點擬合曲線，實現對葉型曲線的逆向調整； 步驟六、以步驟五的方法遍歷步驟三中所提取的葉片CAD模型所有葉型曲線，得到一組逆向調整的葉型曲線，對該組葉型曲線進行曲面放樣，得到逆向調整的模具型腔；以逆向調整的型腔重新加工出葉片模具； 步驟七、以所加工出的葉片模具進行葉片注塑實驗，對所得試製葉片進行葉身數據檢測，若葉身尺寸合格，則模具型腔定型，若葉身尺寸不合格，則迭代上述步驟，直到葉片尺寸合格。
【文檔編號】G06F17/50GK103473391SQ201310354843
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年8月14日 優先權日:2013年8月14日
【發明者】汪文虎, 趙德中, 崔康, 靳洪超, 裴景東, 王姝, 成浪永, 王淵彬, 解曉娜, 張豔 申請人:西北工業大學