先進汽車沖壓模具調(diào)試技術(shù)和車身匹配技術(shù)前瞻性研究

□ 肖武華 □ 李 明 □ 柳 靜 □ 詹高偉 □ 韋慶玥

上海大學上海市智能制造及機器人重點實驗室 上海 200072

1 現(xiàn)狀分析

1.1 白車身匹配現(xiàn)狀

AMB（Aussen Meister Bock）是依據(jù)鈑金零件的RPS（Reference Point System）定位原理制造成的搭建支架，用于安裝側(cè)圍、四門兩蓋、車頂、翼子板、前后圍零件及水箱覆板等總成零件（如圖1所示），以便觀察它們在整車中的匹配狀態(tài)，同時配合三坐標測量，予以每個總成零件三坐標報告，用于精確分析匹配缺陷，指導零件匹配優(yōu)化整改［1］。一般項目期間，AMB搭建周期為4～5周，其中側(cè)圍、門蓋等總成零件的生產(chǎn)準備需1周，送件到搭建耗時1周，分析測量耗時1周，剩下的實際整改調(diào)試時間僅為1～2周。常規(guī)的AMB搭建耗時耗力，嚴重阻礙了項目優(yōu)化進度。

在對AMB上的零件測量前需先對單個零件進行測量，做成總成后再次測量，若需總成電泳，則電泳后還需再次測量尺寸確認，搭建時還需按照送樣報告（內(nèi)容包括單件、總成及電泳后的尺寸）再次測量。耗費人力、物力、財力，嚴重影響項目成本的縮減。

1.2 白車身匹配技術(shù)發(fā)展趨勢

如今，車身的匹配精度要求由20世紀80年代的±1.5 mm發(fā)展至今的±0.5 mm，匹配技術(shù)與人才已被各大整車制造企業(yè)所重視［2］。在此背景下，虛擬AMB搭建應運而生，它不僅能夠節(jié)約生產(chǎn)成本，同時大幅縮減搭建時間，給問題整改優(yōu)化提供更充足的時間，有助于整車質(zhì)量的提升。同時，結(jié)合虛擬沖壓模具調(diào)試技術(shù)，能夠大幅度節(jié)約模具調(diào)試成本，縮減調(diào)試周期，提升零件優(yōu)化效率，進而降低項目成本。

1.3 市場前景

隨著人民生活水平的提高，對物質(zhì)生活的追求必然隨之提高，就汽車行業(yè)來說，需要越來越多的新車型來滿足日益增長的市場需求，改善車型內(nèi)在配置的同時，人們對汽車外觀匹配的要求也越來越高。就上海大眾車型研發(fā)進度而言，一年一小改，三年一大改，改動最多的就是外觀的匹配，而AMB正是研發(fā)新車型、提高新車型外觀匹配質(zhì)量必不可少的模擬分析平臺。

提出先進的汽車沖壓模具調(diào)試技術(shù)和汽車車身虛擬匹配技術(shù)，是基于傳統(tǒng)AMB理念，拋開繁雜的實物搭架，借助二次開發(fā)的軟件平臺實現(xiàn)虛擬搭建，減少項目周期，降低開發(fā)成本。同時，借助虛擬沖壓模具調(diào)試技術(shù)，縮短優(yōu)化周期，提高優(yōu)化效率，提供一個對問題的分析、解決的虛擬化平臺，提升整車研發(fā)質(zhì)量。

▲圖1 Aussen Meister Bock搭建支架

2 研發(fā)內(nèi)容

實車匹配中涉及的總成件結(jié)構(gòu)、焊點工藝都復雜，造成累積公差變化因素較多，因此，現(xiàn)階段的研發(fā)目標是先驗證小總成的虛擬匹配分析可行性。在分析小總成的尺寸偏差過程中，對沖壓零件的尺寸提出了更高要求，提出了對沖壓零件合理的整改方案，故需對模具及沖壓零件進行相應研究，具體包括如下。

（1）模具掃描。包括上、下模座掃描，導柱、導套掃描，凸、凹模掃描等。

（2）掃描數(shù)據(jù)處理。對掃描的數(shù)據(jù)進行處理，數(shù)據(jù)用于后續(xù)的CAE（Computer Aided Engineering）分析。

（3）模具掃描數(shù)據(jù)分析。模擬導柱導套配合運動，生成虛擬的模具圖。

（4）模具進行虛擬優(yōu)化。對機加工的缺陷區(qū)域進行虛擬補償，對零件回彈進行數(shù)據(jù)補償。

（5）虛擬沖壓零件。用優(yōu)化后的模具進行虛擬零件沖壓，然后模擬測量用RPS定位后，搭建支架上的虛擬沖壓零件，所生成測量的報告與實際零件測量報告進行對比。

（6）沖壓單件的掃描。掃描單個沖壓零件。

（7）零件掃描數(shù)據(jù)處理。對零件的掃描點云數(shù)據(jù)進行處理，用于后續(xù)的CAE分析。

（8）零件的虛擬焊接分析。在實際夾具定位方式下，根據(jù)實際焊接參數(shù)、焊接類型，對小總成零件進行虛擬焊接，如圖2所示。

（9）虛擬折邊分析。對于四門兩蓋總成，需要對外板零件進行虛擬折邊分析。

（10）虛擬總成分析。對虛擬總成在RPS定位方式下，生成尺寸報告，與實際總成測量報告進行對比，要求實際總成與虛擬總成的差值在±0.2 mm之內(nèi)。

（11）虛擬裝配。將各個總成零件，模擬AMB搭建原則，進行虛擬匹配，如圖3所示。

（12）生成虛擬匹配報表。對虛擬匹配的各個總成零件，生成尺寸報告和Audit缺陷報表，并對缺陷區(qū)域進行自動渲染、描述。

3 研發(fā)難點

3.1 數(shù)據(jù)類型及軟件選擇

3.1.1 數(shù)據(jù)類型選擇

本研發(fā)項目需運用多種軟件，各軟件的數(shù)據(jù)處理要求也較高，因此選用合適的數(shù)據(jù)類型，將直接影響到研發(fā)的可行性和準確性。

3.1.2 軟件選擇

由于本項目后期需要投入工業(yè)運行，因此軟件的選擇以自主開發(fā)較為合理。

部分相關(guān)軟件的數(shù)據(jù)處理技術(shù) （如虛擬焊接軟件ANSYS、Sorpas）已經(jīng)較為完善，在自主開發(fā)軟件的同時，對相關(guān)軟件的二次開發(fā)也必不可少，而由此帶來的軟件兼容性問題將是項目初期解決的首要難點。

3.2 零件“反求工程”

反求工程又稱之為逆向工程，它是利用三維掃描儀，準確而又快速地測量零件表面及輪廓，加以點云數(shù)據(jù)處理、曲面創(chuàng)建將零件三維實體模型重構(gòu)［3］。目前該項技術(shù)已成熟運用于零件的研發(fā)、測量，但在該項目中，不僅要將其運用于實體零件的三維模型重構(gòu)，并且得出的三維模型后續(xù)需要進行焊接變形、材料性能等CAE分析。因此對復雜曲面零件的掃描精度以及掃描數(shù)據(jù)的處理提出了更高的要求。

▲圖2 虛擬焊接

▲圖3 虛擬匹配

3.3 虛擬焊接

一個總成零件的焊接工藝繁多，不同的焊點組合、焊接參數(shù)組合都將對零件產(chǎn)生不同形變，因此如何模擬生產(chǎn)線的實際焊接工藝、焊接參數(shù)、焊接順序，使虛擬焊接后的總成尺寸偏差與實際生產(chǎn)的總成尺寸偏差保持一致，將是難點之一。零件的材料性能對焊接形變的影響也不可忽略，因此在該項目開展之前，必須對各零件的材料性能有一定研究。

3.4 模具虛擬圖

掃描模具上下模座及導柱、導套，根據(jù)導柱、導套的配合進行虛擬上、下模座匹配。由于導柱、導套有配合公差，因此模具上下模座在虛擬匹配時，運動軌跡會有一定誤差，而該機加工誤差將會影響虛擬圖效果，因此掃描時，對于導柱、導套的精度要求較高。

虛擬圖要求與實際生產(chǎn)圖的區(qū)域匹配公差為±0.5 mm，虛擬模具壓合制造出的虛擬零件，需模擬實際零件的測量支架RPS加持方式，并出具虛擬測量報告，與實際零件的測量報告對比，單點誤差±0.2 mm。

4 預期成果

4.1 研究前期階段

（1）整理出一套先進的模具、零件檢測調(diào)試軟件，能夠?qū)崿F(xiàn)點云數(shù)據(jù)的快速處理能力,并處理生成數(shù)據(jù)，以便后續(xù)開發(fā)。

（2）回彈處理，通過對點云數(shù)據(jù)處理，模具進行自動補償。

（3）生成模具的虛擬圖。

（4）研發(fā)一套完整程序，對三維掃描的數(shù)據(jù)進行虛擬焊接、虛擬裝配。

（5）提供完整的虛擬匹配分析報告。

4.2 研究中期階段

（1）對復雜沖壓模具進行三維掃描，生成虛擬圖，

指導模具修模。

（2）對繁雜總成進行虛擬焊接，通過偏差數(shù)據(jù)補償，做到基本模擬實際零件狀態(tài)。

（3）生成復雜零件的虛擬匹配分析報告。

4.3 研究后期階段

（1）模擬多個復雜總成的虛擬焊接。

（2）完成多個復雜總成的虛擬裝配，與實際AMB匹配狀態(tài)對比，做到真實反映與實際AMB匹配的缺陷。

（3）整理項目資料，提供完整程序及軟件。

［1］ 杜生亞,季國榮,江杰，等.汽車白車身質(zhì)量控制思路與方法的探討［J］.汽車工藝與材料，2003（11）：8-13.

［2］ 嚴雋琪，范秀敏，馬登哲.虛擬制造的理論、技術(shù)基礎(chǔ)與實踐［M］.上海：上海交通大學出版社，2003.

［3］ 宮文峰,黃美發(fā).逆向工程技術(shù)的應用與研究［J］.機械設計與制造， 2013（1）：110-112.