風扇葉片及其模具的快速反求設計與制造分析

朱 蓓

（銳捷網絡股份有限公司，福建福州350000）

0 引言

反求設計是指結合物品的實物模型，獲取物品的各項參數信息，借鑒國內外先進技術，進行物品的優化設計與制造。在風扇葉片的反求設計與制造中，應圍繞如風扇葉片斷裂等問題，在設計與制造環節進行關鍵控制點排查，優化風扇葉片的模具，提高葉片生產質量。

1 風扇葉片的參數測量

在風扇葉片失效分析中，測量工作為基礎環節，可了解風扇葉片的失效原因，明確關鍵控制點，為風扇葉片及模具的設計與制造提供指導。在本文制定的方案中，風扇葉片的測量選擇3D Scanners高速激光系統，該設備可在非接觸情況下獲取風扇葉片的各項參數，使失效分析結果更為精準。具體來說，3D Scanners高速激光系統通過以下功能完成測量：

（1）Reversa激光掃描頭，可將掃描的風扇葉片參數轉變為格式化檔案。在實踐應用中，可將Reversa激光掃描頭和Surfacer、CAD及CAM軟件配合使用，實現產品設計、模具制造等優化工作。Reversa激光掃描頭的解析度可達10 μm，高精度掃描速度可達15 000點/s，可顯著提高風扇葉片數據采集效率。

（2）Replica獨立掃描臺，可將X、Y、Z作為風扇葉片測量的工作軸，測量范圍在1 000 mm×1 000 mm×475 mm內，測量精度可達100 μm。在實際應用中，該設備掃描便捷，可與4軸或5軸轉盤配合使用，全面掃描復雜結構的各項數據，如倒角數據、直角數據等，其解析度可達0.001 m，具備轉軸選配功能。

（3）RISCAN操作軟件，軟件內置程序可進行測量數據的智能處理。本文分析的風扇結構本質上屬于電機，風扇馬達內配置PCB+電子元器件，可通過電子元器件的轉速，判斷風扇葉片是否失效。RISCAN操作軟件結合風扇葉片失效原理和測量結果，分析風扇葉片設計與制造的關鍵控制點[1]。在實際應用中，RISCAN操作軟件支持不同格式文件的輸出，如ASCⅡ格式、IGES格式等，且支持數據調整功能，如跳動消除、內差值修整、限制閾值等，使測量數據更為精準可靠。需要注意的是，在應用上述設備測量風扇葉片參數時，可根據風扇葉片的對稱性能，將同樣結構的風扇葉片進行統一測量，即只需測量一個同類葉片即可。

2 風扇葉片的建模

在明確風扇葉片設計與制造的關鍵控制點后，選擇帶有反求功能的軟件程序，進行風扇葉片的建模。本文選擇UGⅡ作為建模平臺，該軟件可支持NURBS曲面建模，且具備3D建模延伸、縫合等功能，適用于風扇葉片的設計工作。具體來說，風扇葉片的建模流程如下：

（1）曲面與葉背設計。根據測量的數據參數，設計一組點數較低的參數，通過建模平臺的Free FACE功能，完成風扇葉片的曲面與葉背設計。

（2）曲面與葉背耦合。在測量環節獲取風扇葉片不同角度的測量數據，建模時需將某一組數據固定，進行曲面與葉背的耦合，確保實際設計參數與測量參數相符。首先，固定一組葉片數據，再將第二組數據翻轉180°，獲取此時葉片中心孔的厚度，調整兩組數據建成葉片的距離，調整規則，參照兩組數據的平面數值，完成葉片距離參數矯正；然后，在兩組數據建成葉片中選擇一個小孔，計算該孔上隨機3個點的圓心，進而明確兩組數據的偏轉角，完成方向矯正。

（3）生成葉片，根據風扇葉片的輪廓投影，應用剪裁、縫合等功能處理矯正后的葉片，完成一個葉片的建模。

（4）生成風扇，通過陣列方法生成所有葉片，通過布爾運算創造葉片中心軸，完成風扇結構建模[2]。在葉片中心軸建模中，選擇圓柱實體功能與楔塊實體功能，利用有限元軟件仿真模擬風扇馬達內的PCB+電子元器件，調整其轉速，使其滿足風扇葉片高效運行需求，解決風扇葉片失效問題。

3 風扇葉片模具的快速反求設計與制造

3.1 風扇葉片模具的設計

在風扇葉片模具設計中，設計人員應結合風扇葉片的建模參數要求，明確風扇葉片模具的要求，確保風扇葉片模具制造的風扇葉片滿足設計要求，避免風扇葉片出現失效問題。在本文設計的風扇葉片模具中，其結構參數為400 mm×400 mm×150 mm，一個風扇葉片模具的制造，需2個上述大小的坯料。

在風扇葉片模具設計時，選擇UGⅡ作為建模平臺進行建模，不斷調整優化設計方案，使風扇葉片模具設計參數滿足要求。在風扇葉片模具建模前，首先分析風扇葉片的中心面，并將其作為風扇葉片模具的分模面，再附加風扇葉片模具的其他面；在風扇葉片模具建模時，首先構建風扇葉片模具的凸模，通過布爾運算處理各項參數，在平臺上初步構建風扇葉片模具的型腔，在該過程中，需根據風扇葉片的設計要求，設定型腔的收縮率。同時，在本文設計的風扇葉片模具中，為便于后續加工，在建模設計中去除風扇葉片模具的中間孔洞。經倒角處理后構建風扇葉片模具的凸模。然后，根據風扇葉片模具凸模的建模設計過程，進行風扇葉片模具凹模的建模設計，完成整個風扇葉片模具的設計。

3.2 風扇葉片模具的制造

根據風扇葉片模具的建模設計方案，本文選擇MV-610數控中心與NC數控代碼進行風扇葉片模具的制造，具體流程如下：

（1）生成NC數控代碼。在制造系統中設置400mm×400mm×150 mm的毛坯料，利用UGⅡ平臺的Manufacturing模塊，自動生成NC數控代碼，該代碼符合FANAC的要求。具體來說，在生成的NC數控代碼中，明確風扇葉片模具制造的各項參數，如風扇葉片模具的粗加工選擇R10規格的銑刀；風扇葉片模具的精加工選擇R5規格的銑刀。

（2）生產加工制造。結合風扇葉片模具的各項參數，制作同樣規格的蠟模，將蠟模置于MV-610數控加工中心進行加工，獲取風扇葉片模具的凸模結構；再按照同樣的參數，將毛坯料置于MV-610數控加工中心，獲取風扇葉片模具的凹模結構。

3.3 風扇葉片及其模具的設計與制造成果分析

在上述風扇葉片及其模具設計與制造方案中，設計人員應用機械專業與電子專業學科知識，通過快速反求設計與制造，高效完成了風扇葉片及其模具的優化設計與加工，可縮短風扇葉片及其模具的設計、生產時間，保障風扇葉片及其模具的質量。具體來說，在本文制定的方案中，首先獲取風扇葉片的各項參數，對風扇葉片失效問題進行分析，明確風扇葉片的關鍵控制點，在后續設計與制造中通過參數調整確保關鍵控制點的質量[3]。本文設計與制造的風扇葉片及其模具可規避傳統問題，延長風扇葉片使用壽命，提高風扇葉片模具精度，為風扇葉片及模具制造企業提供技術支持。

4 結語

綜上所述，在風扇葉片及其模具的快速反求設計與制造中，設計人員應對風扇葉片結構進行全面測量，分析風扇葉片失效原因，明確設計與制造的關鍵控制點，在風扇葉片建模與模具設計制造中調整相關參數，實現風扇葉片結構優化目標，解決風扇葉片失效問題。