1前言

      隨著國內外汽車產品市場競爭的日益白熱（rè）化，汽車主機廠對模具產（chǎn）品質（zhì）量、模具製造成（chéng）本及模具製（zhì）造周期都提（tí）出了更高的需求。而目前在汽車衝壓模具製造（zào）過程中都普遍存在著模具鑄件的鑄造水平低、數控加（jiā）工自動化程度低、模具（jù）鉗工手工研修量大、模具調試占用壓床（chuáng）周期長（zhǎng）、模具整體製造精度（dù）低、衝壓產品零件合格率低和對手工（gōng）調整經驗結果缺（quē）乏積累分析環節等難點問題。

      這些問（wèn）題的（de）普遍（biàn）存在造成國內汽車模具企業的整體製造水平與日本豐田、德國大眾等國際一流模具製造企業仍有相當（dāng）大的差（chà）距（jù）。針對以上（shàng）重點問題，通過快速的大量數據采集分析手段（duàn），對汽車衝壓模具的整個生產製造過程進（jìn）行數據化質量分析控製，從（cóng）而有針對性地進行模具各階段過程產品的整改與修（xiū）正（zhèng），並（bìng）形成具有（yǒu）汽車衝壓模具製造特點的質量管理控（kòng）製（zhì）體係及模具調整經驗積累（lèi）機製，從而（ér）具備模具設計、製造、調試、數據分析並優化設計的閉環（huán）控製能力。

      2數據采集技術

      2.1泡沫實型（xíng）的點數據采集及分析

      以往泡沫實（shí）型的（de）加（jiā）工餘量檢（jiǎn）測主要是使（shǐ）用（yòng）三坐標劃線機，編程人（rén）員事先以數據表（biǎo）的形式提（tí）供加工型（xíng）麵的理論數（shù）值，檢測人員對泡沫實型的對應位置進行檢測。該檢測方式隻能（néng）對（duì）照數據表去（qù）判定餘量的大小，無法從泡（pào）沫實型整體出發做全麵的加工餘量（liàng）分析；受（shòu）設備檢測範圍的限製，對大型工件的檢測不方便，檢測後（hòu）的結果無（wú）法存檔。如果鑄（zhù）件毛坯加工（gōng）型麵變形、餘量不均、無加工餘量或加工餘量不足等質（zhì）量問題出現時，很難（nán）判斷是由於泡沫實型（xíng）的缺陷還（hái）是鑄造過程存在問題造成的（de）。

      通過擴展照相（xiàng）測量係統的應用範圍，應用單反數碼相機（jī）快（kuài）速采集模具鑄件泡沫實型的離散點3D坐標，如圖1。將照相采集數據（jù）與理論實體（tǐ）數模進行（háng）比較分析，計算得到泡沫實型的加工餘量分布狀態。該檢測方式（shì）能夠將餘量結果進行數（shù）據化分層，將餘量偏差結果用不同顏（yán）色區分。圖2為檢測結果數據（jù）分（fèn）析偏差雲圖，可以直觀地檢查、判定工件餘量（liàng）分布是否合理。

      點（diǎn）照（zhào）相檢測方式與三坐標劃線機檢測方式相比有如下優點：a.省去了由編（biān）程人員提供檢測數據點出圖的環（huán）節（jiē）；b.避免（miǎn）了檢測（cè）的（de）人為（wéi）失誤；c.可（kě）以綜合評定鑄（zhù）件的整體餘量分布狀況，如出現檢測餘量不均可以（yǐ）通過平移坐標係的方式進行調整，這（zhè）樣減少了手工修改的時間；d.檢（jiǎn）測結果可（kě）以保留為三維數據，便於日後查驗；e.可以一次檢測多個工件，檢測效率（lǜ）提高30%以上；f.點照相檢測所得數據與鑄造後的鑄造毛坯檢測數據進行對比分析，可以優（yōu）化加（jiā）工餘量（liàng）及鑄造縮比的設置參數。該項目的實施優化了泡沫實型的製作工藝，實現（xiàn）了實型製作、實型檢（jiǎn）測、鑄件檢測，鑄件加工基準的統（tǒng）一。

      2.2鑄件毛坯的（de）點（diǎn）數據采集及分析

      以往（wǎng）鑄件加工前（qián）通常采用對刀程序在機床上進行試切的方法，無對刀基（jī）準及表麵餘（yú）量檢測環節（jiē），結果是占（zhàn）用數控設備準備時間過（guò）長，機床有效利用（yòng）率低（dī），並（bìng）且安全性差，加工時（shí）可能會發生撞刀事故，導致刀具損壞、工件報廢、加工設備精（jīng）度下降等現象，因此一直沒能實現無人化的程序自動加工（gōng）。

      點照相測量技術能夠將鑄件所有的（de）加工（gōng）型（xíng）麵以離散3D點的形式全部采集出來，如圖3。其比較原則為（wéi）：先以導向（xiàng）部分餘量（liàng）均勻為主，再看其他結構麵的餘量，確定坐標係的平移量；當鑄件的變形量較大時（shí），則要通過均分導板餘量的方法，建立坐標（biāo）係。圖4為鑄件的（de）檢測（cè）結果數據，從檢測（cè）結果發現部分精加工麵沒有加工餘量（liàng），分析原因是由於鑄件變形所致。處理方法為一側連接板麵拉直，以另一（yī）側連（lián）接板的加工餘量取中，再偏移坐標係，使所有加工麵餘量較均勻後，用（yòng）兩側相對餘量較均勻的麵作為建（jiàn）係（xì）標準。

      點照相技術在鑄件檢測上的應用具有以下優點：

      a.離散3D點偏差量能夠反映出鑄件的餘（yú）量狀（zhuàng）態，取消了數控機床試刀的過程，解決了鑄件毛坯在上數控機床前對其加工餘量的比較分析，避免（miǎn）了由（yóu）於工件（jiàn）幹涉麵、鑄造形成凸台等問題導致撞刀事故的發生。

      b.通過對數據點的（de）坐（zuò）標平移，在滿足（zú）數控加工最小餘量的同時使型麵餘量更均勻，使（shǐ）數控編程人員合理地編製出數控加工程序，實現二維結構麵無人化程（chéng）序自動加工，提高了數控機床有效的操作時間，降低了成本的消耗。

      c.通過大量的鑄件毛坯數據采（cǎi）集和（hé）整理，在保（bǎo）證鑄件餘量（liàng）穩定的情況下，可降低鑄件毛坯的餘量值，節（jiē）約模具成（chéng）本。

      2.3模具型麵的點雲數據采集及分（fèn）析

      目前汽車覆（fù）蓋件衝壓模具的質量控製主要依靠大型三坐標測量機，通過采集離散點的方式確認模具表麵與（yǔ）理論數據的偏差狀態，所測量數據具有較大的片麵性。如很難體現數控加工經常出現（xiàn）的斷差問題及凹角加工是否到位等問題。

      應用光學掃描設備進行檢測，對數控加（jiā）工後（hòu）的模（mó）具型（xíng）麵及功能麵進行全方位（wèi）的點（diǎn）雲數據（jù）采（cǎi）集（jí），能夠從整體上對模具的製造精度進行（háng）分（fèn）析，如圖5。該技（jì）術利用點雲（yún）的形（xíng）式提取模具加工型麵的所有數據（jù），與三維加工數模對比，提供彩色雲圖數據解析（xī）報（bào）告，圖6為頂蓋凸模數控加工後與加工數模（mó）對比分析雲圖。數據結果能夠直觀地顯示模具的整體偏差趨勢，解決了型麵出現（xiàn）斷差（chà）檢測難的問（wèn）題，並為（wéi）調試鉗工提供了更為有效的修正依據（jù）。這種檢測對於單品（pǐn）模具的表麵質量和製造精度有了明顯的（de）提（tí）高。

      2.4數據化虛擬合（hé）模技術

      虛擬合模技術是汽車覆蓋件模具調試工藝方法（fǎ）和模具檢（jiǎn）測技術的創新。該技術實際上是裝配模具在上（shàng）壓機之前（qián），通過掃描（miáo）數據在計算（suàn）機中分析模具的綜合加工精度及合模間隙，將模具傳統的單件精（jīng）度檢測提（tí）升為工作狀態（tài）下的組合裝配檢測。其特點是（shì）消除了以往利用上壓機調（diào）試，通過觀察著色來判定模具的合模效果而產生占用壓機時間長的弊端。

      （1） 模具調試前的虛擬合模分析

      虛擬合模分析是利用白光掃描設備分別對模（mó）具的上下模型麵、導向（xiàng）麵、平衡塊麵（miàn）進行全麵的（de）掃描（miáo）檢測，提取表麵數據，以理論CAD模型（xíng）為基（jī）準進行對齊，考慮料厚補償後，將上、下模具的掃（sǎo）描數據按照一定的基準規則進行虛（xū）擬合模，從而得到模具在入調前的綜合（hé）合模間隙分布，如圖7。

      上述數據所提供的模具研修方案，將模具以往所存在的凹角加工不到位、模具導向是否匹配、型麵加工是否合格等問題通過數據體現（xiàn）出來，調試工人不需要采用模具上壓機查看製件著色和壓鉛絲等辦法分析模（mó）具合模間隙狀況，而通過合模間隙報告就可以進行模具研調，提高壓力機資源的有效使用（yòng）率30%以（yǐ）上，降低了調試工作的難度。

      對於（yú）對稱（chēng）零件可先重點調試（shì）單側零件模具，待該側模具穩定（dìng）成形後，其（qí）手工修磨的結果可（kě）以首先通（tōng）過虛擬合模技術進行數（shù）據采集及合模分析，記錄模具的修磨（mó）過程，以此為基礎指導另一側模（mó）具的調試工（gōng）作。對於手工調整大的區域還可直接采用對稱掃描點（diǎn）雲數據進行編程數控加工。另外（wài），前工序如拉延型麵通過手工打磨處理後，後工序的型麵也（yě）可按照此方案進行（háng）編程加工，在保證了數據基準的一致性的同時又大大降低了（le）鉗工的（de）手工研（yán）修量，從整體上縮短模具製造周期。

      （2）模具調試合格後的虛擬合模狀態數據積累

      將經（jīng）過調（diào）試鉗工調整後的同類覆蓋（gài）件的經驗結果進行（háng）電子數據備份，逐步形成調整後模（mó）具型麵經驗數據庫，圖8為部分翼（yì）子（zǐ）板類零件模具的合模狀態數據備份。將此經驗數據逐步融入到前期的衝壓工藝造型和（hé）加工數模補充麵不（bú）等間隙設計中，進一步提（tí）高設計數據的可靠性，逐（zhú）步減少鉗工研修工作量。

      （3）應用虛擬合模（mó）技術進行模具修理與複製（zhì）

      通常情況下（xià），在模具的調試過程中都要（yào）經過（guò）鉗工的手工打磨，修整後的型麵一般都與理論的設計數（shù）據有一定的偏差，對於模具（jù）的複（fù）製或修理如果采用原CAD數據進（jìn）行加工，調整工作量比較大，相當於重新進行一遍模具調試。通過虛擬合模技術可以快速分析模（mó）具工作表麵與（yǔ）理論數據的偏差狀態，同時得到模具工作時的相對間隙狀態，這對於形成切（qiē）實可靠的模具修理或複製方案尤為重要。

      在模具掃描前，首先要對被掃工件表麵進（jìn）行光順修補處理，將（jiāng）工件表麵的暗坑和破損位置（zhì）用樹脂進行光順處理，修正原模具的明顯缺陷，通過光學掃描（miáo）設（shè）備對（duì）複（fù）製工（gōng）件進行數據采集。數據采集後進行模具狀態分（fèn）析，針對（duì）不（bú）同的分析狀態製定不同的工藝路線（xiàn）。對於內板零件（jiàn）模具（jù），一般（bān）采用點雲（yún）光（guāng）順後直接（jiē）作為（wéi）加工數（shù）據；對於外板零件模具，采用點雲直接加工或通過（guò）逆向構建加工數據的方式。

      圖9為捷達側圍拉延模具複製（zhì）前采集（jí）的凹模型麵點雲數據。該工件型麵雖然經過（guò）光順處理，但由於型麵較（jiào）大，根據虛擬合（hé）模偏差分析（圖10），在某些部位仍然存在偏差，這需要在逆向再造時將（jiāng）暗坑等缺陷位置進行人（rén）為造型修正（zhèng）。經（jīng）光順分析檢查得知，再造的側圍數（shù）模型麵光順性好，完全滿足客戶（hù）要求，如圖11。

      3結論

      （1）采用點照相技術（shù）檢測泡沫實型，並從模（mó）型的整體結（jié）構出發，全麵衡量實（shí）型的餘量（liàng）分布狀態，降低泡沫實型報廢率90%以上，提高了泡（pào）沫實型的（de）準確性。

      （2）采用點照（zhào）相技術檢測（cè）鑄件毛（máo）坯，能夠及時（shí）發現鑄件問題，有效地指導數控編程方式，降低數控自動加工過程（chéng）中發（fā）生幹涉（shè）碰撞、損壞（huài）刀具的現象，同時可以精確確定數控加工基（jī）準，減少占用數控設備找正（zhèng）時間，從而提高數控加（jiā）工效率及加工安全性。

      （3）采用數據化虛擬合模技術對（duì）拉（lā）延（yán）模具進行入調前的檢測分析，將單件檢測提升到裝配檢測，是模具製造技（jì）術（shù）及質量監控（kòng）的一次升級，有效地指導了調試工作。將經過調試鉗工調整後的覆蓋件按（àn）類歸納（nà），形成模具（jù）型麵調試經驗數據庫，可總結調試經（jīng）驗、指導前期衝壓工藝（yì）設計，提高設（shè）計數據的可靠性。

      （4）以（yǐ）數據化虛擬合模技（jì）術為基（jī）礎，利用點（diǎn）雲數據編輯優化並直接（jiē）編程加工的方法，對於模具複製、修理、對稱製造的（de）周期平均縮短1個月以上，經濟效益顯著。

      （5）在汽車衝壓模具（jù）製造生產過（guò）程中，全麵采用光學檢測技術（shù）和虛擬合模技術，並形成從衝壓工藝分析、數（shù）控加工、模具調（diào）試、數據備份及CAE分析驗證的閉環質量控製體係，可逐步縮（suō）短與國際一流模具（jù）企業的差距，提升產品競爭力。