虛擬調(diào)試技術(shù)在發(fā)罩內(nèi)板尺寸精度提升上的應(yīng)用

文／孫瑞亮，李凱，胡勇，夏令國，袁安剛·一汽模具制造有限公司

汽車沖壓件最重要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)就是尺寸精度，如何在模具狀態(tài)穩(wěn)定后，進(jìn)行快速有效的尺寸整改是一項非常重要的工作。汽車發(fā)罩內(nèi)板是沖壓件中比較典型的零件，本文以發(fā)罩內(nèi)板的尺寸整改為例，介紹了如何基于AutoForm 軟件的虛擬調(diào)試技術(shù)，來進(jìn)行快速有效的尺寸精度提升。

汽車發(fā)罩是汽車外覆蓋件中的重要組成部分，在結(jié)構(gòu)上一般由外板和內(nèi)板組成。沖壓完成單件成形后，發(fā)罩外板和發(fā)罩內(nèi)板通過壓合包邊工藝結(jié)合成一個整體封閉結(jié)構(gòu)，中間夾以隔熱材料，涂膠后完成裝配。發(fā)罩整體造型平坦光順，由于外板為A 級曲面，一般造型簡單，制件強(qiáng)度較差，所以發(fā)罩內(nèi)板為整個發(fā)罩提供剛性支撐作用。從單件來看，發(fā)罩內(nèi)板中間結(jié)構(gòu)部分形狀較為復(fù)雜，尺寸穩(wěn)定，周圈法蘭需要與外板壓合裝配，尺寸精度要求較高。本文主要介紹某車型發(fā)罩內(nèi)板尺寸整改過程中，運(yùn)用基于AutoForm 軟件的虛擬調(diào)試技術(shù)進(jìn)行快速有效的整改方案制定。

發(fā)罩內(nèi)板產(chǎn)品及工藝方案介紹

材料及產(chǎn)品介紹

某車型發(fā)罩內(nèi)板材質(zhì)為5000 系鋁，材料參數(shù)見表1。產(chǎn)品形狀如圖1，內(nèi)部形狀為典型鋁制發(fā)罩內(nèi)板六角形減重孔，產(chǎn)品自身左右側(cè)不對稱。產(chǎn)品長度1535mm，寬度1257mm，高度132mm。

圖1 某車型發(fā)罩內(nèi)板

表1 材料參數(shù)

沖壓工藝方案介紹

此發(fā)罩內(nèi)板根據(jù)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)線要求沖壓工藝方案設(shè)計為4 工序完成，沖壓工藝方案如圖2 所示。第一序OP10拉延，產(chǎn)品造型完全拉到位，后序無整形量。接下來由OP20 和OP30 兩序進(jìn)行修邊沖孔，避免了采用廢料刀產(chǎn)生修邊料屑。最后一序OP40 為周圈壓合邊校形及優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)強(qiáng)度調(diào)整的沖孔工藝內(nèi)容。

圖2 沖壓工藝方案

回彈補(bǔ)償方案介紹

產(chǎn)品全工序進(jìn)行CAE 精算分析后，通過工藝手段優(yōu)化自由回彈，最終達(dá)到穩(wěn)定的尺寸狀態(tài)作為補(bǔ)償基準(zhǔn)狀態(tài)(圖3)。由于產(chǎn)品形狀在OP10 拉延已經(jīng)全部成形到位，后序為純修邊和整形、校形，不會對最終產(chǎn)品尺寸造成影響，所以回彈補(bǔ)償方案為OP10進(jìn)行型面回彈補(bǔ)償，OP20 第一次修邊進(jìn)行型面符型補(bǔ)償，OP30、OP40 回歸產(chǎn)品型面。最終補(bǔ)償后進(jìn)行驗證，尺寸結(jié)果如圖4 所示，制件完全達(dá)到產(chǎn)品尺寸公差要求。

圖3 補(bǔ)償基準(zhǔn)狀態(tài)

圖4 檢具支撐尺寸

實際模具出件狀態(tài)

模具調(diào)試完成后，各序定位精準(zhǔn)，壓料著色狀態(tài)良好，工序件尺寸狀態(tài)穩(wěn)定，對最終產(chǎn)品進(jìn)行檢測，進(jìn)行尺寸確認(rèn)。

ATOS 掃描結(jié)果

ATOS 掃描可以更直觀地看出模具出件相對于產(chǎn)品數(shù)據(jù)的趨勢變化，根據(jù)掃描結(jié)果查看理論與實際的差異區(qū)域。圖5 為發(fā)罩內(nèi)板在檢具上的掃描結(jié)果，綠色為中值，黃色為正值，藍(lán)色為負(fù)值，根據(jù)右側(cè)色標(biāo)即可判斷出，零件上不同區(qū)域的變化及量值。通過結(jié)果可看出產(chǎn)品內(nèi)部大面尺寸較好，局部很小量值超出產(chǎn)品公差要求。尺寸要求較高的壓合法蘭邊，前側(cè)和后風(fēng)窗側(cè)尺寸較好，僅左右兩側(cè)法蘭尺寸高2mm 左右。

圖5 ATOS 掃描結(jié)果

三坐標(biāo)掃描結(jié)果

根據(jù)產(chǎn)品品標(biāo)式樣書要求的公差，針對制件進(jìn)行三坐標(biāo)檢測，確定模具首次出件合格率，并為下一步尺寸精度提升進(jìn)行數(shù)據(jù)支持。此發(fā)罩內(nèi)板首件合格率為89.8%，局部超差較大法蘭邊尺寸如圖6 所示。兩側(cè)法蘭邊最大超差量值與ATOS 基本一致，最大處2.4mm，左右不對稱。

圖6 局部型面三坐標(biāo)檢測結(jié)果

虛擬調(diào)試尺寸精度提升

虛擬調(diào)試CAE 分析參數(shù)設(shè)置及運(yùn)算

由于產(chǎn)品形狀在拉延完全到位，后工序?qū)χ萍貜棾叽鐜缀鯖]有影響，所以尺寸整改思路與回彈補(bǔ)償方案一致，即在OP10 拉延進(jìn)行。從模擬分析來看，影響拉延尺寸的調(diào)試可控因素只有拉延筋強(qiáng)弱，所以設(shè)置圖7 制件尺寸偏差大區(qū)域拉延筋作為變量進(jìn)行CAE 分析計算。左右兩側(cè)DB1 和DB2 正向關(guān)聯(lián)，DB3和DB4 正向關(guān)聯(lián)，通過計算來驗證四處拉延筋變化對尺寸的影響。

圖7 SIGMA 分析參數(shù)設(shè)置

虛擬調(diào)試CAE 分析運(yùn)算結(jié)果查看

虛擬調(diào)試CAE 分析運(yùn)算完畢后，查看尺寸結(jié)果。通過產(chǎn)品兩側(cè)法蘭尺寸偏差較大區(qū)域尺寸影響因子的柱狀圖（圖8)可以看到，影響該區(qū)域尺寸的因素為DB3 的拉延筋，影響占比94.5%，由于DB3 和DB4 正向關(guān)聯(lián)，兩側(cè)因素對稱。反映出實際模具上發(fā)罩內(nèi)板靠近前側(cè)的兩處短筋的強(qiáng)度對產(chǎn)品兩側(cè)尺寸影響最大。

圖8 尺寸影響因素柱狀圖

如果要調(diào)整發(fā)罩內(nèi)板兩側(cè)尺寸，需要對DB3 和DB4 兩處拉延筋進(jìn)行調(diào)整。針對DB3 影響因素，可以查看該因素對尺寸影響的離散圖。圖9 為影響因素與尺寸變化離散圖：橫坐標(biāo)為拉延筋高度變化比例，比例為0 時筋高為0，拉延筋取消，比例為1 時筋高最大不變，縱坐標(biāo)為制件該處的尺寸變化，設(shè)置變化量值在±1mm 以內(nèi)。通過離散圖結(jié)果可以看出，隨著筋高變大，該處制件尺寸隨之變高，最大變化量可達(dá)到0.75mm。根據(jù)目前制件狀態(tài)，虛擬調(diào)試結(jié)果為降低DB3 處拉延筋高度可以降低超差處制件尺寸。現(xiàn)場調(diào)試可以根據(jù)虛擬調(diào)試結(jié)果，在保證實際制件起皺和走料狀態(tài)合理情況下對DB3 處拉延筋松筋處理，進(jìn)行尺寸精度提升的調(diào)試優(yōu)化。

圖9 影響因素與尺寸變化離散圖

現(xiàn)場調(diào)試出件驗證

根據(jù)虛擬調(diào)試計算的結(jié)果，現(xiàn)場進(jìn)行調(diào)試方案的實施。對發(fā)罩內(nèi)板靠近前側(cè)的兩處短筋進(jìn)行降筋和放大走料圓角，在拉延不起皺和走料滿足條件下筋強(qiáng)度降到最低。實際現(xiàn)場制件拉延局部多走料12mm，全序出件后進(jìn)行ATOS 掃描和三坐標(biāo)檢測，結(jié)果如圖10、圖11 所示。

圖10 尺寸精度提升后ATOS 掃描結(jié)果

按照虛擬調(diào)試結(jié)果進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，實施尺寸精度提升方案，從實施后尺寸測量結(jié)果可以看出尺寸超差區(qū)域有明顯減小，超差部分量值減小0.6mm 左右。三坐標(biāo)掃描制件合格率由89.8%提升到93.1%，尺寸測量結(jié)果與虛擬調(diào)試計算一致，尺寸精度提升方案實施有效。方案的實施大大降低了下一步進(jìn)行模具整改的工作區(qū)域和量值，提升了整改效率，降低了成本。

結(jié)論

本文以某車型發(fā)罩內(nèi)板為例，介紹了根據(jù)實際出件尺寸通過虛擬調(diào)試進(jìn)行尺寸精度的提升。綜合過程可以得到以下結(jié)論：

⑴虛擬調(diào)試技術(shù)可以根據(jù)CAE 分析計算快速確認(rèn)尺寸精度提升的關(guān)鍵影響因素及位置，避免了在實際生產(chǎn)中為解決局部問題而對整個生產(chǎn)因素的反復(fù)試錯。并且虛擬調(diào)試技術(shù)還可以為調(diào)試進(jìn)行方向性指導(dǎo)和結(jié)果初步預(yù)判，明確了調(diào)試針對問題需要正向或逆向調(diào)整來達(dá)成尺寸的提升和優(yōu)化。

⑵相比調(diào)試現(xiàn)場做各種試驗進(jìn)行尺寸驗證，需要多次反復(fù)測量才能得到結(jié)果，虛擬調(diào)試技術(shù)能夠節(jié)省大量的時間周期，并且實施過程幾乎沒有造成生產(chǎn)現(xiàn)場的成本支出，僅在理論上進(jìn)行CAE 分析即可得到結(jié)果。