逆向技術在產品質量改進中的運用

陳鈺龍，孫亞偉

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710043 ）

工藝裝備

逆向技術在產品質量改進中的運用

陳鈺龍，孫亞偉

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710043 ）

使用激光掃描儀進行復雜型面的檢驗，在CATIA中進行點云的擬合與比對，確認導致質量問題的原因。運用逆向技術進行產品數模重建和應用沖壓CAE進行工藝風險識別和控制。多種技術共用，最終實現改進目標。

激光掃描；點云；擬合

CLC NO.:U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-164-03

引言

作為新興工業國家的一條成長路徑，逆向工程逐漸在工業生產領域嶄露頭角。研究表明，新興工業國家的技術學習路徑通常起步于模仿，然后進入創造性模仿，直到最后的創新[1]。作為逆向工程的核心，逆向技術的應用主要包括：（1）新零件設計；（2）已有零件的復制；（3）損壞或磨損零件的還原；（4）模型精度的提高；（5）數字化模型的檢測。這些應用對正在工業化國家在不同領域的技術更新起著至關重要的作用。特別在汽車制造領域，我國汽車制造基礎薄弱，國內汽車制造廠都是引進國外技術，通過逆向技術逐步模仿國外暢銷產品，最終獨立開發自主產品。因此，逆向技術在新零件的設計和研發得到了廣泛的應用和關注。

圖1

然而，對于已經批產多年的產品，由于長時間的生產，工裝磨損與維修使得一些配合零件搭接間隙超差，從而導致各種產品質量不穩定的問題，影響生產節拍和產品合格率。傳統修復方案直接以原數模為基礎進行模具復制，樣件試裝時在確定模具型面的研合調整方案。在零件型面變化較大的情況下該方案存在極大地復制失敗風險，且零件匹配及模具修改的周期很長。“反向”分析的逆向技術從最終的產品出發，可演繹得出產品的處理流程步驟及技術規格等要素，從而尋找出產品不同于標準步驟的參數變化點，及早修正參數，獲得合格零件。因此，運用逆向技術對配合件進行掃描、檢測和重新建模，檢測確定要修改的零件模具并評估舊模具改造的可行性，最終進行效果驗證，從而可很大程度上改善產品質量問題。

1 問題確認

某駕駛室前圍右加強板為選配件，該件選配比例約20%，與本體件相比有較大差異。該件模具經過多次維修后，出現如下問題：1）與前圍總成的貼合性較差。著色法初步確定總體貼合率小于20%，塞尺測量得局部間隙可達10mm。2）前圍右加強板拉鉚困難，拉鉚點位置間隙5mm。3）膠條卡裝困難，膠條卡裝邊間隙4mm。4）當該零件改裝為主銷車型標配后，上述問題尤為突出。

2 原因分析與驗證

協調制造、檢驗和工藝技術人員，通過頭腦風暴法從零件制造檢驗、入庫存放和總成焊裝各階段入手，識別問題出現的原因，并逐項確認。

2.1 影響前圍右加強板與前圍總成貼合性的可能因素包括以下四點

1）駕駛室本體焊接后扭曲變形，型面不穩定；

2）前圍加強板扭曲變形，型面不穩定；

3）加強板型面與駕駛室本體型面干涉，導致不貼符；4）零部件存放所產生的變形。

針對上述四種情況，使用手持式激光掃描儀分別對駕駛室本體局部、前圍右加強板進行掃描測量[2]。測量取樣數量為每種5件。通過相同零件組內對比，初步確定零件型面的穩定性和存放變形的可能性。通過對比掃描所的駕駛室本體局部數據和前圍右加強板數據，確定型面的干涉量。

2.2 針對上述情況采取如下措施

1）掃描前圍總成局部，通過點云數據與數模的對比，確認前圍總成實物是否扭曲變形及實物型面的穩定性。

2）掃描前圍右加強板，通過點云數據與數模的對比，確認前圍右加強板實物是否扭曲變形及實物型面的穩定性。

3）通過對前圍總成點云與前圍右加強板點云的對比，確認前圍右加強板與前圍總成型面是否干涉。

2.3 掃描檢測結果

圖2 駕駛室本體測量結果

圖3 前圍右加強板測量結果

1）駕駛室本體總成點云對比結果如圖2和圖5測量結果所示，本體總成加強區域的偏差量在±1 mm，局部區域達到3～5 mm。

2）前圍加強板點云對比結果如圖3所示，總體偏差在± 0.3 mm以內，局部區域達到±0.5～1.0 mm。

3）前圍右加強板與前圍總成點云對比，約20%的面貼符，40%區域間隙3mm左右，30%區域間隙5mm左右，局部區域大于5mm，如圖4所示。

圖4 前圍右加強板與前圍總成點云對比

圖5 前圍右加強板 改進要求

2.4 分析結論

前圍總成偏差為5 mm左右，前圍右加強板偏差為±0.3 mm，其主要由前圍總成與前圍右加強板型面局部干涉間隙過大所造成。

查閱維修記錄，該車前期進行過系統性的模具、夾具調試匹配，但是前圍加強板為后期開發的選配零件，未參與整體調試。因此該件長期存在配合間隙過大，出現裝配問題。最終，基于前圍總成掃描數據，重新設計前圍加強板。

3 產品改進

通過逆向建模的方式，以掃描的前圍總成點云為依據進行前圍右加強板建模，取消異型孔翻邊，修改貼合面，提高產品面貼合率。根據新結構重新開發沖壓工藝和模具。

3.1 產品改進目標設定

識別前圍加強板不同區域的作用，確定貼合面、鉚釘孔位置和預留涂膠間隙面。如圖5 綠色區域為貼合面，粉紅色區域為圓弧面避讓區域，避讓間隙1.5 mm。

1）保證零件涂膠間隙0.5～3.0 mm，鉚接面間隙小于3 mm，從而確保拉鉚順利進行。

2）同時將前圍右加強板沖壓工序由5序調整為3序，提高生產效率。

“哎呀，你們不知道，我們家老齊還追過她一陣子呢，人家心高氣傲沒看上他，才被我撿走了。”這是李紅的聲音。

3.2 改進措施

使用劉偉、鞠魯粵等發表的在汽車覆蓋件曲面重構技術研究[3]中的相同研究方法，以前圍總成掃描點云為基準，創建前圍右加強板數模，并作出修改以滿足圖5的要求。

采用與李春友等在基于AUTOFORM的加強板沖壓工藝仿真與優化[4]中所使用的方法，運用AUTOFORM重新設計和優化沖壓工藝，確定最小坯料規格，消除成型開裂和起皺風險，并預測回彈補償量。

同時，對舊模具進行掃描確定模具改造的可行性和協調生產部門安排模具改造和驗證工作。

根據新前圍右加強板數模制定沖壓工藝方案：拉延→修編沖孔→翻邊整形。坯料形狀使用梯形，相比矩形料節省6%。充分拉延，調整開裂風險區域。在此基礎上進行全工序仿真和回彈分析，確認成形無風險，確保回彈量在0.5 mm以內，如圖6。

圖6 CAE回彈量分析

圖7 模具項目掃描測量結果

使用手持式掃描儀測量舊拉延模具型面，并與新的工藝方案進行比對，確定舊模具的更改加工量達到10 mm以上。但考慮到原模具凸凹模型面鑄件壁厚只有40 mm，若采用修改方案則最終凸凹模型面厚度將小于30mm，從而導致模具強度不足。綜合考慮上述分析，修正原模具不僅風險大而且不能滿足實際要求，從而確定開發新模具。

3.3 改進結果驗證

模具型面零件區域與模具數模的偏差小于1 mm，工藝補充區有調模修正量，偏差3mm，符合型面檢測要求，見圖7。

新開樣件試裝與前圍貼合良好，搭接面最大間隙小于2.0 mm，實現改進目標。

4 結束語

本次前圍右加強板的改進，使用逆向建模和沖壓CAE分析技術，從零件設計到工藝風險控制進行全面監管。使用激光掃描儀進行零件和模具的測量監控，保證了零部件品質的提高，實現了舊模具改進目標。

[1] 韓文蕾,王宇紅.傳統制造業中逆向工程的合法性研究.[J]科技進步與對策.2009-9 108-110.

[2] 徐龍,王柱等. 基于激光掃描的逆向工程在檢驗檢測中的應用.[J]制造業自動化2014-11（下）37-41 .

[3] 劉偉,鞠魯粵等.在汽車覆蓋件曲面重構技術研究.[J]機械設計與制造.2014-11 191-195.

[4] 李春友.基于AUTOFORM的加強板沖壓工藝仿真與優化.[J]熱加工工藝2013,Vol.43, No.3 90-93.

The use of reverse technology in product quality improvement

Chen Yulong, Sun Yawei
( Shaanxi heavy automobile co., LTD., Shaanxi Xi'an 710043 )

The cause of quality problems is determined by using laser scanner to inspect the complex surface and using CATIA to simulate and compare the as-obtained point clouds. The reverse technology is employed to conduct the product digital-model reconstruction, accompanied by the utilization of the stamping CAE to identify and control the process risk. Finally the improvement of the target is achieved by the combined utilization of multiple technology.

laser scanner; point clouds; simulate

U467

A

1671-7988 (2017)15-164-03

陳鈺龍，就職于陜西重型汽車有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.060