文／許俊海，李嘉榮，洪熾杰·廣汽新能源汽車有限公司

模具作為汽車沖壓車間的重要組成部分，具有開發(fā)周期長、調(diào)試難度大、價(jià)格高等特點(diǎn)。在生產(chǎn)過程中，異物導(dǎo)致零件及模具壓壞的問題多次發(fā)生，造成零件面品不良率居高不下。然而，汽車模具預(yù)防保全工作主要停留在人工檢查、記錄，無法及時發(fā)現(xiàn)模具品質(zhì)等相關(guān)問題，存在一定的數(shù)據(jù)延遲。隨著信息化建設(shè)的不斷加強(qiáng)，越來越多的企業(yè)采用信息化手段，將傳統(tǒng)的人工紙質(zhì)粗放式管理轉(zhuǎn)化為數(shù)字化精細(xì)管理，其中部分小型模具逐步實(shí)現(xiàn)在線檢測。

為了提高調(diào)試效率，降低報(bào)廢成本，本文主要介紹首次在大型覆蓋件模具上進(jìn)行在線檢測，利用大數(shù)據(jù)的手段解決因異物等造成模具壓傷、損壞等故障。

方案目標(biāo)

本系統(tǒng)主要由高精度傳感器(AE/UE 傳感器，測量半徑為200 ～300mm）、沖壓控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析模塊、報(bào)警顯示系統(tǒng)組成，如圖1 所示，應(yīng)用于汽車模具沖孔、修邊、整形等生產(chǎn)工序。

系統(tǒng)設(shè)定以下3 點(diǎn)基本技術(shù)目標(biāo)。

⑴智能化。自動采集沖壓過程中模具與零件特定區(qū)域的振動頻率，分析信號后做出正確判斷，檢測成功率85%以上。

⑵高品質(zhì)。生產(chǎn)過程實(shí)時監(jiān)控，異常時及時止損，避免批量不良，不良率降低3%以上。

⑶高效率。在保證模具狀態(tài)情況下，減少設(shè)備及模具保養(yǎng)頻次，提升工作效率，減少人員勞動負(fù)荷。

測試流程

前期分析

選用問題出現(xiàn)頻率高的模具后門內(nèi)板進(jìn)行驗(yàn)證，對問題多發(fā)位置及測量范圍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，擬定多個安裝位置。同時采用CAE 分析可行性，最終確認(rèn)傳感器安裝位置。安裝位置確認(rèn)原則：在滿足測量功能前提下，不影響模具結(jié)構(gòu)，提前規(guī)避干涉點(diǎn)，同時確保生產(chǎn)過程中，不造成其他影響。

安裝調(diào)試

將高精度AE、UE 傳感器安裝至模具下模表面(圖2），利用晶體元件的壓電效應(yīng)，將聲發(fā)射波引起被檢件表面振動轉(zhuǎn)化為電壓信號，通過數(shù)據(jù)采集模塊將電壓信號傳至CPU，在系統(tǒng)中構(gòu)建正常包絡(luò)線；同時將該系統(tǒng)與壓力機(jī)控制系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，通過采集壓力機(jī)運(yùn)行過程中的角度信號，觸發(fā)高精度傳感器開始檢測，從而減少系統(tǒng)數(shù)據(jù)冗余；對一套模具采集100 次數(shù)據(jù)并分析驗(yàn)證(圖3），最后輸出標(biāo)準(zhǔn)包絡(luò)線，當(dāng)檢測到的信號偏離標(biāo)準(zhǔn)包絡(luò)曲線時，系統(tǒng)就會提示分選出次品沖壓成形件或停機(jī)操作。

圖1 模具在線檢測系統(tǒng)圖

圖2 傳感器安裝位置

以壓力機(jī)單次沖壓為一個循環(huán)，監(jiān)控壓力機(jī)單次沖壓的振動信號，經(jīng)過100 次自動學(xué)習(xí)及算法分析，建立生產(chǎn)過程監(jiān)控的包絡(luò)曲線。當(dāng)實(shí)時監(jiān)控曲線超出標(biāo)準(zhǔn)包絡(luò)曲線后，將可能造成模具的重大異常，此時設(shè)備自行判斷并自動停機(jī)。調(diào)試前，根據(jù)包絡(luò)曲線顏色的亮度比例，操作人員可以對包絡(luò)曲線進(jìn)行最優(yōu)化調(diào)整。

圖3 數(shù)據(jù)采集

測試效果

在模具下模安裝聲壓式傳感器，將沖床運(yùn)行速度設(shè)定為16SPM，裝模高度設(shè)定為1196.8mm，模具在線監(jiān)測系統(tǒng)的采樣頻率設(shè)定為51200Hz，壓力機(jī)在循環(huán)運(yùn)動過程中(滑塊單次循環(huán)為0°至360°），上下模剛開始接觸受力的階段，即滑塊在167°～180°之間，采集模具與零件之間的振動量變化，自動輸出振動曲線如圖4 所示。

圖4 現(xiàn)場監(jiān)控測量振動曲線

從圖4 中觀察到?jīng)_擊部分信號有較多的“毛刺”，即高頻成分。為了更好地顯示結(jié)果，我們將采集到的曲線根據(jù)角度進(jìn)行篩選，同時對過濾后的信號進(jìn)行去高頻處理。得到加窗處理后曲線，其中紅色曲線為檢測異常曲線，藍(lán)色曲線為正常曲線，如圖5、圖6 所示；根據(jù)多次測試，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線包絡(luò)圖。

圖5 正常包絡(luò)圖（無異物）

圖6 異常包絡(luò)圖（有異物）

正常情況下，振動曲線波動量在包絡(luò)曲線范圍內(nèi)，若檢測有異物，沖壓過程中，振動波動量會增大，從而超出包絡(luò)曲線；取金屬異物在不同位置的異常工況數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，異常工況的數(shù)據(jù)部分跳出包絡(luò)線范圍。生產(chǎn)檢測過程優(yōu)化如圖7 所示。

為了檢測零件壓痕、壓傷、毛刺、帶起等問題，分別使用毛絨線、紙屑、金屬廢料等進(jìn)行測試，均能正常判斷異常，整體檢測成功率為85%，如表1 所示。

技術(shù)驗(yàn)證風(fēng)險(xiǎn)

異物損壞模具

異物放置于零件表面，沖壓時容易造成模具損壞；為預(yù)防模具損壞風(fēng)險(xiǎn)，需對測試點(diǎn)進(jìn)行分析，采取風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)較低的位置；測試驗(yàn)證后，對該模具該位置狀態(tài)進(jìn)行檢查跟蹤。

檢測器脫落

為了防止檢測器脫落造成模具壓壞，檢測器避免安裝于上模，同時，安裝固定支架固定檢測器于下模，避開干涉位置。

結(jié)束語

本文提出的模具在線檢測系統(tǒng)，經(jīng)過實(shí)際項(xiàng)目驗(yàn)證，運(yùn)行穩(wěn)定且高效，減少模具故障率，同時大大降低了零件不良率，該系統(tǒng)的研究符合模具現(xiàn)代化和智能化發(fā)展的要求，在線監(jiān)控將會是智能化設(shè)備的必備 功能，也會是模具智能化的重要突破。

圖7 生產(chǎn)檢測過程優(yōu)化

表1 測量驗(yàn)證記錄表