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摘要：根据风扇叶片的参数测量特点及风扇叶片的建模流程，针对某风扇叶片失效问题，提出了一种风扇叶片及其模具的快速反求设计与制造方案。
关键词：风扇叶片；风扇模具；反求设计
0引言
反求设计是指结合物品的实物模型，获取物品的各项参数信息，借鉴国内外先进技术，进行物品的优化设计与制造。在风扇叶片的反求设计与制造中，应围绕如风扇叶片断裂等问题，在设计与制造环节进行关键控制点排查，优化风扇叶片的模具，提高叶片生产质量。
1风扇叶片的参数测量
在风扇叶片失效分析中，测量工作为基础环节，可了解风扇叶片的失效原因，明确关键控制点，为风扇叶片及模具的设计与制造提供指导。在本文制定的方案中，风扇叶片的测量选择3DScanners高速激光系统，该设备可在非接触情况下获取风扇叶片的各项参数，使失效分析结果更为精准。具体来说，3DScanners高速激光系统通过以下功能完成测量：（1）Reversa激光扫描头，可将扫描的风扇叶片参数转变为格式化档案。在实践应用中，可将Reversa激光扫描头和Surfacer、CAD及CAM软件配合使用，实现产品设计、模具制造等优化工作。Reversa激光扫描头的解析度可达10μm，高精度扫描速度可达15000点/s，可显著提高风扇叶片数据采集效率。（2）Replica独立扫描台，可将X、Y、Z作为风扇叶片测量的工作轴，测量范围在1000mm×1000mm×475mm内，测量精度可达100μm。在实际应用中，该设备扫描便捷，可与4轴或5轴转盘配合使用，全面扫描复杂结构的各项数据，如倒角数据、直角数据等，其解析度可达0.001m，具备转轴选配功能。（3）RISCAN操作软件，软件内置程序可进行测量数据的智能处理。本文分析的风扇结构本质上属于电机，风扇马达内配置PCB+电子元器件，可通过电子元器件的转速，判断风扇叶片是否失效。RISCAN操作软件结合风扇叶片失效原理和测量结果，分析风扇叶片设计与制造的关键控制点[1]。在实际应用中，RISCAN操作软件支持不同格式文件的输出，如ASCⅡ格式、IGES格式等，且支持数据调整功能，如跳动消除、内差值修整、限制阈值等，使测量数据更为精准可靠。需要注意的是，在应用上述设备测量风扇叶片参数时，可根据风扇叶片的对称性能，将同样结构的风扇叶片进行统一测量，即只需测量一个同类叶片即可。
2风扇叶片的建模
在明确风扇叶片设计与制造的关键控制点后，选择带有反求功能的软件程序，进行风扇叶片的建模。本文选择UGⅡ作为建模平台，该软件可支持NURBS曲面建模，且具备3D建模延伸、缝合等功能，适用于风扇叶片的设计工作。具体来说，风扇叶片的建模流程如下：（1）曲面与叶背设计。根据测量的数据参数，设计一组点数较低的参数，通过建模平台的FreeFACE功能，完成风扇叶片的曲面与叶背设计。（2）曲面与叶背耦合。在测量环节获取风扇叶片不同角度的测量数据，建模时需将某一组数据固定，进行曲面与叶背的耦合，确保实际设计参数与测量参数相符。首先，固定一组叶片数据，再将第二组数据翻转180°，获取此时叶片中心孔的厚度，调整两组数据建成叶片的距离，调整规则，参照两组数据的平面数值，完成叶片距离参数矫正；然后，在两组数据建成叶片中选择一个小孔，计算该孔上随机3个点的圆心，进而明确两组数据的偏转角，完成方向矫正。（3）生成叶片，根据风扇叶片的轮廓投影，应用剪裁、缝合等功能处理矫正后的叶片，完成一个叶片的建模。（4）生成风扇，通过阵列方法生成所有叶片，通过布尔运算创造叶片中心轴，完成风扇结构建模[2]。在叶片中心轴建模中，选择圆柱实体功能与楔块实体功能，利用有限元软件仿真模拟风扇马达内的PCB+电子元器件，调整其转速，使其满足风扇叶片高效运行需求，解决风扇叶片失效问题。
3风扇叶片模具的快速反求设计与制造
3.1风扇叶片模具的设计。在风扇叶片模具设计中，设计人员应结合风扇叶片的建模参数要求，明确风扇叶片模具的要求，确保风扇叶片模具制造的风扇叶片满足设计要求，避免风扇叶片出现失效问题。在本文设计的风扇叶片模具中，其结构参数为400mm×400mm×150mm，一个风扇叶片模具的制造，需2个上述大小的坯料。在风扇叶片模具设计时，选择UGⅡ作为建模平台进行建模，不断调整优化设计方案，使风扇叶片模具设计参数满足要求。在风扇叶片模具建模前，首先分析风扇叶片的中心面，并将其作为风扇叶片模具的分模面，再附加风扇叶片模具的其他面；在风扇叶片模具建模时，首先构建风扇叶片模具的凸模，通过布尔运算处理各项参数，在平台上初步构建风扇叶片模具的型腔，在该过程中，需根据风扇叶片的设计要求，设定型腔的收缩率。同时，在本文设计的风扇叶片模具中，为便于后续加工，在建模设计中去除风扇叶片模具的中间孔洞。经倒角处理后构建风扇叶片模具的凸模。然后，根据风扇叶片模具凸模的建模设计过程，进行风扇叶片模具凹模的建模设计，完成整个风扇叶片模具的设计。
3.2风扇叶片模具的制造。根据风扇叶片模具的建模设计方案，本文选择MV-610数控中心与NC数控代码进行风扇叶片模具的制造，具体流程如下：（1）生成NC数控代码。在制造系统中设置400mm×400mm×150mm的毛坯料，利用UGⅡ平台的Manufacturing模块，自动生成NC数控代码，该代码符合FANAC的要求。具体来说，在生成的NC数控代码中，明确风扇叶片模具制造的各项参数，如风扇叶片模具的粗加工选择R10规格的铣刀；风扇叶片模具的精加工选择R5规格的铣刀。（2）生产加工制造。结合风扇叶片模具的各项参数，制作同样规格的蜡模，将蜡模置于MV-610数控加工中心进行加工，获取风扇叶片模具的凸模结构；再按照同样的参数，将毛坯料置于MV-610数控加工中心，获取风扇叶片模具的凹模结构。
3.3风扇叶片及其模具的设计与制造成果分析。在上述风扇叶片及其模具设计与制造方案中，设计人员应用机械专业与电子专业学科知识，通过快速反求设计与制造，高效完成了风扇叶片及其模具的优化设计与加工，可缩短风扇叶片及其模具的设计、生产时间，保障风扇叶片及其模具的质量。具体来说，在本文制定的方案中，首先获取风扇叶片的各项参数，对风扇叶片失效问题进行分析，明确风扇叶片的关键控制点，在后续设计与制造中通过参数调整确保关键控制点的质量[3]。本文设计与制造的风扇叶片及其模具可规避传统问题，延长风扇叶片使用寿命，提高风扇叶片模具精度，为风扇叶片及模具制造企业提供技术支持。
4结语
综上所述，在风扇叶片及其模具的快速反求设计与制造中，设计人员应对风扇叶片结构进行全面测量，分析风扇叶片失效原因，明确设计与制造的关键控制点，在风扇叶片建模与模具设计制造中调整相关参数，实现风扇叶片结构优化目标，解决风扇叶片失效问题。
［参考文献］
[1]孙新飞，尹明德，才旺.基于NSGA-Ⅱ的发动机冷却风扇叶片优化设计[J].机械制造与自动化，2020，49（5）：180-183.
[2]刘海建.风扇外壳注射模设计[J].模具工业，2020，46（8）：34-38.
[3]李洋，邱丰，佟文伟.发动机风扇静子叶片裂纹失效分析[J].失效分析与预防，2019，14（6）：401-405.
作者:朱蓓 单位:锐捷网络股份有限公司