河南省鶴壁天淇汽車模具有限公司 石炳欣 楊勝利 王文英

最佳擬合運(yùn)算在汽車覆蓋件模具生產(chǎn)中的應(yīng)用

河南省鶴壁天淇汽車模具有限公司 石炳欣 楊勝利 王文英

隨著測量技術(shù)的發(fā)展和3D測量設(shè)備的普及，大部分3D測量軟件都提供了最佳擬合運(yùn)算功能，很大程度上可以通過最佳擬合運(yùn)算模擬，來反映汽車覆蓋件（以下簡稱制件）在裝配情況下可能出現(xiàn)的問題，并能通過運(yùn)算尋找出最佳的修整參數(shù)，從而縮短生產(chǎn)周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，減少修調(diào)浪費(fèi)。

一、最佳擬合運(yùn)算簡介

最佳擬合運(yùn)算是在已有測量結(jié)果的基礎(chǔ)上，使用一些特征元素的實(shí)測值，對測量坐標(biāo)系進(jìn)行最佳擬合，讓這些特征元素的實(shí)測值作為迭代運(yùn)算依據(jù)，來調(diào)整整體坐標(biāo)系的過程。簡單地說，就是認(rèn)為指定元素是絕對正確的從而用這些特征元素為依據(jù)，去評判其他測量元素相對于該測量元素偏差值的運(yùn)算過程。

二、最佳擬合運(yùn)算及結(jié)果分析模擬

1. 主要技術(shù)要求及檢測內(nèi)容。筆者用一制件做簡化來描述運(yùn)算應(yīng)用過程。需制作的制件的局部斷面圖如圖1所示，制件名稱為制件L，制件材質(zhì)為DP900，屬高強(qiáng)度板材。

圖1 制件L結(jié)構(gòu)

該制件在汽車裝配過程中面A需與一制件M焊接，面D需與另一制件N焊接，制件要求面輪廓度0.3mm，孔位置度孔1為0.3mm，孔2為定位孔，位置度0mm。該制件焊接順序?yàn)橄扔弥萍﨤和制件N的定位孔做定位，將制件L和制件N焊接在一起，然后利用制件N的定位孔和制件M的定位孔定位將3個(gè)制件拼焊在一起，制件拼焊方法如圖2所示。

圖2 制件拼焊

該制件的制作，利用了拉延模、修邊模和翻邊模，成型過程為先將面A、面B、面C通過拉延成型，孔1、孔2和其他輪廓通過修邊模成型，面D通過最后的翻邊模成型。因材料性能及模具成型問題，制件出現(xiàn)了立面回彈，且孔1也偏離了理論位置，經(jīng)測量，制件實(shí)際狀況如圖3所示。

圖3 實(shí)際制件

2. 檢測結(jié)果分析及問題判斷。從檢測結(jié)果分析，制件孔1超差，面B和D的偏差均在要求范圍內(nèi)，制件的面輪廓度精度符合廠家要求，但因偏差均達(dá)到了最大值，在裝車過程中是否會(huì)出現(xiàn)干涉無法判斷（以上各圖為極度簡化圖，實(shí)際制件形狀十分復(fù)雜，由數(shù)百曲面構(gòu)成，且與坐標(biāo)軸不垂直，靠檢測數(shù)據(jù)無法判斷面D的變化會(huì)對面A造成多大的變化），所以只能通過最佳擬合運(yùn)算來模擬可能發(fā)生的焊接問題。

制件的焊接順序?yàn)橄劝阎萍﨤和制件N進(jìn)行焊接，焊接時(shí)，用制件N和制件L的定位孔做定位來固定兩制件進(jìn)行焊接，焊接完成后，將利用制件N的定位孔和制件M的定位孔來固定制件焊接制件M和制件L。由此可以判斷，在制件L和制件M焊接時(shí)，使用的基準(zhǔn)實(shí)際為制件N的基準(zhǔn)，而制件N的基準(zhǔn)傳遞到制件L上時(shí)，實(shí)際的焊接基準(zhǔn)成了面D。

所以，可以借助最佳擬合運(yùn)算來推斷焊接時(shí)可能出現(xiàn)的問題。首先，在面D上均勻地取若干點(diǎn)，然后用這些點(diǎn)來建立最佳擬合坐標(biāo)系，此時(shí)等于理論上把面D認(rèn)定成完全正確的面。通過面D來反饋面A和B的偏差值，經(jīng)運(yùn)算，B底部的點(diǎn)的最大偏差為0.59mm，面A的偏差也增加到了0.18mm，因圖紙?jiān)O(shè)計(jì)的制件M與面B的距離只有0.5mm，所以經(jīng)過運(yùn)算可以發(fā)現(xiàn)，該制件可能會(huì)出現(xiàn)焊接干涉。

3. 最小修整量判斷?？赡馨l(fā)生焊接干涉，就需要進(jìn)行修整。要想把面A和面D修整到0位顯然是不現(xiàn)實(shí)的，這需要投入太多的精力和時(shí)間，且經(jīng)過多次修整也未必能達(dá)到效果， 說不定還會(huì)因?yàn)檫^多的改動(dòng)了一個(gè)地方，而造成制件的其他部分發(fā)生變化，從而使整個(gè)制件發(fā)生變形。為此，需要確認(rèn)出一個(gè)最小修整量，只要保證了該修整值就可以使制件在焊接過程中不出現(xiàn)問題，實(shí)際生產(chǎn)中對這樣小的修整量就容易實(shí)現(xiàn)了。

4. 孔位偏移的最佳擬合運(yùn)算解決。解決了面的修整問題，剩下還有一個(gè)不合格項(xiàng)，那就是孔1的位置超差了。處理孔1有兩個(gè)麻煩問題：一是經(jīng)過淬火，模具的硬度變得非常高，一般的刀具無法再對模具進(jìn)行加工了；二是孔在斜面上，沖孔模具需要改換的位置值較難確定，如果沒有最佳擬合運(yùn)算的介入，傳統(tǒng)的手工測量想確定孔位在直角坐標(biāo)系下的位置比較困難。成型孔1的沖孔模具由四個(gè)鑲塊組成，鑲塊分布狀態(tài)如圖4所示。

圖 4 鑲塊分布

按照傳統(tǒng)的修整方式，需要將鑲塊2整體拆下報(bào)廢，然后重新投一新鑲塊進(jìn)行加工，再利用測量出的孔偏移值向反方向走一個(gè)補(bǔ)償值重新沖孔。因?yàn)榭?在斜面上，制件又有回彈，所以反方向走的補(bǔ)償值確定相當(dāng)困難，需要有經(jīng)驗(yàn)的師傅根據(jù)各個(gè)測量值來做經(jīng)驗(yàn)分析才能確定補(bǔ)償值，而且因人為因素較多，重新加工的成功率也不高，所以最佳擬合運(yùn)算為解決該問題提供了一個(gè)新的方法。在車身坐標(biāo)系下測量完該孔后，人為地按一定數(shù)值擬合Z向值，然后在新的坐標(biāo)系下評定孔位置，Z值上抬與孔位置度的變化見表1。

表 1 Z值上抬與孔位置度的變化關(guān)系

通過推斷模擬，可以產(chǎn)生兩種修整方法。

一是報(bào)廢原先的鑲塊2，重新采購鑲塊并加工沖孔位置，按照最佳擬合運(yùn)算結(jié)果將原先的理論孔位上移0.5mm進(jìn)行加工，這樣可以使沖孔模具沖出正確的孔位。

二是通過對比表中數(shù)值，筆者發(fā)現(xiàn)，當(dāng)坐標(biāo)系上移量達(dá)到0.2mm時(shí)，加工出的制件就合格了，所以可以不報(bào)廢鑲塊2，直接在鑲塊2下面添加0.2mm厚的墊片，讓模具沖孔位置上移，然后用砂輪機(jī)磨掉鑲塊2上因加墊造成的凸起部分，就可以在最短的時(shí)間快速地修整出合格制件的模具了。

三、結(jié)論

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，短周期、高質(zhì)量已經(jīng)成為發(fā)展的主流，而汽車模具的生產(chǎn)直接關(guān)系汽車的開發(fā)周期，為縮短周期，就必須采取新的檢測運(yùn)算手段提前分析、修正可能發(fā)生的問題，充分利用測量機(jī)和測量算法的強(qiáng)大功能，做好數(shù)據(jù)反饋，讓測量發(fā)揮出獨(dú)到的作用。