數(shù)字化虛擬調(diào)試技術(shù)在模具開發(fā)中的應(yīng)用

楊慶波 潘遠(yuǎn)安 楊宏偉 陳雪元 董向坤

（1.中國第一汽車股份有限公司，長春 13011；2.長春汽車工業(yè)高等?？茖W(xué)校，長春 130011；3.一汽模具制造有限公司，長春 130011）

1 前言

隨著汽車工業(yè)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)的競爭日益激烈，市場對新車型的開發(fā)時間要求越來越短[1-3]，對沖壓件的質(zhì)量要求也是越來越高，對表面質(zhì)量提出了更高的要求，目前數(shù)字化技術(shù)飛速發(fā)展，傳統(tǒng)模具調(diào)試技術(shù)已不適應(yīng)市場的需要[4-5]，這就激勵技術(shù)人員走出模具調(diào)試的傳統(tǒng)模式，將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用到模具開發(fā)中，實現(xiàn)傳統(tǒng)調(diào)試模式向數(shù)字化虛擬調(diào)試模式的轉(zhuǎn)變。

2 汽車側(cè)圍外板沖壓件面品問題現(xiàn)狀

汽車白車身有諸多常見面品質(zhì)量問題，以側(cè)圍為例，側(cè)圍外板三角窗凹坑（圖1）、側(cè)圍外板三角窗波浪（圖2）、側(cè)圍外板油箱口凹坑（圖3）是經(jīng)常出現(xiàn)的表面質(zhì)量缺陷。汽車側(cè)圍外板三角窗區(qū)域和油箱口由于多曲率及拉延成形不充分，普遍存在波浪、凹坑表面質(zhì)量缺陷。個別車型犀利造型的原因，先天存在缺陷。這些表面質(zhì)量缺陷都屬于業(yè)界難題，沒有成熟的方法來解決，當(dāng)前只能依靠模修調(diào)試人員的現(xiàn)場經(jīng)驗以及工匠精湛技藝來解決這些問題，但是這些問題往往需要整改很多輪才能消除零件存在的缺陷，導(dǎo)致模具整改周期長，模具開發(fā)成本高。

圖1 側(cè)圍外板三角窗凹坑

圖2 側(cè)圍外板三角窗波浪

圖3 側(cè)圍外板油箱口凹坑

3 側(cè)圍外板沖壓件三角窗常見面品質(zhì)量缺陷產(chǎn)生的主要原因

a.某些車型三角窗附近造型犀利（圖4），先天造型導(dǎo)致必然存在缺陷。

圖4 三角窗附近造型

b.拉延模具三角窗區(qū)域?qū)儆谧杂沙尚味嗔蠣顟B(tài)（圖5），成形不充分。

圖5 三角窗附近材料流動示意

c.拉延壓料面著色未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)（圖6），間隙不合理，三角窗對應(yīng)區(qū)域材料流入不均。拉延筋設(shè)計不合理，對應(yīng)三角窗區(qū)域增加拉延筋，控制材料流入量。

圖6 壓邊圈著色及優(yōu)化拉延筋

d.某些車型油箱口與三角窗間距近（圖7），曲率過于平緩，油箱口翻邊時角部區(qū)域回彈，產(chǎn)生暗坑缺陷。

圖7 三角窗與油箱口位置

4 側(cè)圍外板沖壓件三角窗表面質(zhì)量缺陷的常規(guī)調(diào)試策略

針對汽車側(cè)圍外板三角窗附近表面質(zhì)量缺陷的解決，首先是通過提高壓料面著色，改善拉延筋，控制材料流入量，減小缺陷位置凸凹模間隙實現(xiàn)強(qiáng)著色，這些措施的真正目的就是使三角窗附近缺陷區(qū)域成形更充分，并增大該位置板料垂直平面的法向壓應(yīng)力、減小平面內(nèi)的壓應(yīng)力（次應(yīng)力）數(shù)值，從而減少曲面回彈，達(dá)到消除缺陷的目的。

a.精研拉延壓料面著色，合理控制間隙（圖8），使材料流動更均勻。

圖8 精研壓料面

b.對應(yīng)三角窗區(qū)域增加拉延筋（圖9），控制三角窗周邊區(qū)域材料流入量，使該區(qū)域成形更充分。

圖9 增加拉延

c.由于此處形狀復(fù)雜，成形量大，凸凹模之間的著色直接決定了缺陷的程度。在保證凸?；鶞?zhǔn)不缺失的情況下，通過減小凸凹模之間的間隙，實現(xiàn)缺陷的強(qiáng)著色（圖10），達(dá)到消除缺陷的目的。

圖10 凸凹模強(qiáng)著色

以上3 種常規(guī)調(diào)試策略是在模具的基礎(chǔ)工作上尋求最優(yōu)解決方案，如果這些常規(guī)解決方案不能解決零件存在表面質(zhì)量缺陷，就需要嘗試型面補(bǔ)償方案。

5 側(cè)圍外板沖壓件三角窗表面質(zhì)量缺陷的型面補(bǔ)償方案

5.1 曲率調(diào)整法

側(cè)圍外板三角窗區(qū)域沖壓工藝為：OP10 拉延，OP20 整形。曲率調(diào)整法是調(diào)整OP10 拉延工序（加大三角窗的成形深度）中曲率，使拉延件三角窗區(qū)域缺陷反向補(bǔ)償，如圖11 所示。而后OP20 整形時有利于缺陷的消除。

圖11 OP10三角窗深度調(diào)整

5.2 “矯枉過正”或“過A面”補(bǔ)償法

采用“矯枉過正”或“過A 面”補(bǔ)償?shù)姆绞剑▓D12）來補(bǔ)償缺陷位置的型面。整形工序凸模和壓料板型面局部精準(zhǔn)冷焊，精確研配，以達(dá)到消除缺陷的目的。

圖12 “矯枉過正”或“過A面”補(bǔ)償法

無論是“曲率調(diào)整法”還是“矯枉過正或過A面補(bǔ)償法”，這2 種方案的成功與否取決于技術(shù)人員處理這類問題的經(jīng)驗，受主觀因素影響較大。而且調(diào)試周期比較長，之所以零件質(zhì)量育成周期長，其主要原因是模具整改量掌握的不準(zhǔn)確，第1輪整改完成后沒有達(dá)到整改要求，往往需要整改第2 輪、第3 輪，甚至第4 輪。而且每1 輪整改周期都非常長，反復(fù)整改還會損失模具精度。

數(shù)字化虛擬調(diào)試技術(shù)能夠讓現(xiàn)場實際的整改在虛擬場景下模擬完成，同時可以把模具整改量掌握的更準(zhǔn)確。

6 側(cè)圍外板沖壓件三角窗表面質(zhì)量缺陷數(shù)字化虛擬調(diào)試手段

數(shù)字化虛擬調(diào)試技術(shù)是將零件存在問題在虛擬環(huán)境下通過數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行再現(xiàn)，依靠現(xiàn)場經(jīng)驗選定最優(yōu)的解決方案，再次通過數(shù)字化虛擬調(diào)試技術(shù)對優(yōu)選方案中整改量的變量參數(shù)進(jìn)行鎖定，利用數(shù)字化虛擬調(diào)試技術(shù)獲得精準(zhǔn)整改量指導(dǎo)模具整改。大大提高了方案的準(zhǔn)確率，節(jié)省調(diào)試周期，降低模具的開發(fā)成本。

通過數(shù)字化技術(shù)實現(xiàn)問題的虛擬再現(xiàn)的步驟如下。

第1 步：利用AutoForm 模擬分析軟件，引入評價準(zhǔn)則Surlow 來進(jìn)行面品缺陷輔助評判，依靠嚴(yán)格面品質(zhì)量缺陷評價標(biāo)準(zhǔn)，對側(cè)圍三角窗附近的表面質(zhì)量缺陷實施虛擬再現(xiàn)（圖13）。

圖13 缺陷虛擬再現(xiàn)

第2步：利用ThinkDesign軟件，在3D數(shù)模上對三角窗附件的缺陷區(qū)域（圖14）進(jìn)行數(shù)據(jù)補(bǔ)償（圖15）。

圖14 數(shù)模補(bǔ)償區(qū)域

圖15 補(bǔ)償量示意

補(bǔ)償截面線與缺陷區(qū)域截面線之間的區(qū)域補(bǔ)償量是通過數(shù)字化虛擬調(diào)試技術(shù)模擬出來的，不依靠工作經(jīng)驗判斷，數(shù)據(jù)比較客觀。

第 3 步：將 ThinkDesign 補(bǔ)償后的 3D 數(shù)據(jù)導(dǎo)入到AutoForm模擬分析軟件中，對其成形過程進(jìn)行分析，對表面質(zhì)量缺陷重新進(jìn)行評價。如評價結(jié)果不能滿足質(zhì)量要求，結(jié)合上次評價結(jié)果，重復(fù)步驟2、步驟3的工作內(nèi)容，對其表面質(zhì)量進(jìn)行多次評價，直至零件表面質(zhì)量達(dá)到奧迪特評審標(biāo)準(zhǔn)（圖16）。

圖16 優(yōu)化后表面質(zhì)量評價

7 結(jié)束語

文中從3 個維度介紹了沖壓件表面缺陷的解決方法，不能一味評價哪個維度解決方案是最優(yōu)的，這3 個維度缺一不可。常規(guī)調(diào)試策略是所有調(diào)試的基礎(chǔ)，型面補(bǔ)償方法是缺陷是否得以消除的根本保障，數(shù)字化虛擬調(diào)試手段是調(diào)試工作的升華。