基于數(shù)字化分析的翼子板與車燈平度優(yōu)化方法

文/王鵬程，趙紹昕，陳清亮，牟少志，蘆成龍·一汽-大眾汽車有限公司

汽車翼子板部件形狀復(fù)雜，表面質(zhì)量要求高，在整車上與多種零件存在匹配關(guān)系。因此，翼子板沖壓模具在汽車制造中是最難成形、尺寸問題最多的零部件。采用ATOS 掃描分析配合AutoForm 模擬的數(shù)字化方法，為我們解決翼子板模具問題提供了新的思路。以某車型翼子板為例，針對此車型翼子板與大燈匹配平度差的缺陷，采用數(shù)字化方法，利用ATOS 掃描及三坐標(biāo)測量設(shè)備，分析確定造成翼子板尺寸偏差的工序及原因，通過AutoForm仿真尋求最優(yōu)方案并對相應(yīng)工序模具進行優(yōu)化。最終完成對翼子板A 面尺寸優(yōu)化，解決此車型翼子板與大燈平度差問題。

翼子板特點

翼子板是遮蓋車輪的車身外板，因車身上該部件形狀及位置似鳥翼而得名。在整車上，翼子板與大燈、前保險杠、車門、側(cè)圍、發(fā)動機蓋、輪罩襯里等十幾種零件存在間隙和平度的匹配關(guān)系，相鄰零件的公差帶要求在±0.5mm 以內(nèi)，重點部位楔形量甚至需要控制在0.3mm 以內(nèi)。眾多零件搭配及在整車中的位置，決定了翼子板形狀的復(fù)雜性。同時，翼子板為典型的外表面件，A 級曲面占絕大部分，對表面質(zhì)量的要求非常高。形狀與表面的高要求決定了模具成形工藝的高難度與復(fù)雜性。我公司所產(chǎn)車型的翼子板沖壓模具一般由六序構(gòu)成。通過六序模具的依次工作將完整的翼子板零件制作出來。每一款車型的翼子板模具都需要反復(fù)地調(diào)試、整改，從而在單件質(zhì)量和生產(chǎn)效率上達(dá)到要求。

ATOS 掃描設(shè)備在沖壓模具優(yōu)化中的應(yīng)用

圖1 所示的ATOS 掃描設(shè)備，通過三維激光掃描技術(shù)可以快速準(zhǔn)確地獲取物體表面的三維數(shù)據(jù)，與接觸式測量技術(shù)相比，光學(xué)測量設(shè)備可以快速掃描被測物的整個表面，并且沒有任何盲區(qū)。在圖像采集過程中，光源強大的LED 投影頭通過釋放藍(lán)光，精確地將藍(lán)色條紋圖案投射在三維物體表面，完成產(chǎn)品的數(shù)據(jù)采集和三維逆向建模。

圖1 ATOS 掃描設(shè)備

在模具維修中，可通過對零件表面與模具型面的掃描獲取所需三維數(shù)據(jù)。將逆向獲取的三維數(shù)據(jù)與產(chǎn)品數(shù)模進行比較，辨明尺寸偏差出現(xiàn)工序。針對偏差工序進行模具優(yōu)化，達(dá)到質(zhì)量提升的目的。

某車型翼子板與大燈匹配問題

某車型自投產(chǎn)以來，翼子板與大燈的平度一直存在波動(圖2)，無法達(dá)到設(shè)計上的理想狀態(tài)。整車設(shè)計要求此處位置翼子板與大燈平度需要達(dá)到(-0.4±0.5)mm，翼子板不能低于大燈0.9mm。實際生產(chǎn)中部分整車平度達(dá)到-1mm，超出公差帶要求。通過測量大燈與翼子板零件，發(fā)現(xiàn)翼子板與大燈搭接位置型面低于產(chǎn)品數(shù)模0.5 ～1mm 不等，如圖3 所示，加大了總裝調(diào)裝翼子板的難度。由于生產(chǎn)節(jié)拍的需求，在單節(jié)拍內(nèi)部分車調(diào)整不到公差位置，需要將整車下線，然后針對此處進行精細(xì)調(diào)整，保證整車質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。這嚴(yán)重影響整車生產(chǎn)節(jié)奏，制約生產(chǎn)的產(chǎn)能。因此對翼子板型面的Y 向尺寸優(yōu)化成為一個急需解決的問題。

圖2 翼子板與大燈匹配

圖3 翼子板尺寸

翼子板與大燈匹配處Y 向偏差分析

針對此翼子板的尺寸偏差，對翼子板的成形工藝進行分析。此翼子板成形共六序，如圖4 所示。與大燈匹配位置的Y 向型面區(qū)域由OP20 拉延一次成形取得，后續(xù)經(jīng)過對輪廓區(qū)域的修邊、翻邊等工序，最終得到成品零件。

圖4 翼子板成形工序

當(dāng)前三坐標(biāo)測量設(shè)備只能測量成品零件，無法對各工序零件進行定量分析提供相關(guān)數(shù)據(jù)。為探明各模具工序?qū)Υ颂嶻 向偏差的影響量，制定相應(yīng)措施，對成形后的各個工序件進行ATOS 掃描，將掃描結(jié)果與成品件數(shù)模進行對比。圖5 為各工序掃描對比結(jié)果。從掃描對比結(jié)果可以看出，OP20 拉延工序完成后即出現(xiàn)了明顯的尺寸偏差。

圖5 各工序掃描結(jié)果

方案制定與實施

綜合掃描與模擬數(shù)據(jù)，制定兩個更改方案。方案一：將OP20 拉延工序中與大燈匹配位置做局部隆起處理，利用AutoForm 軟件模擬補償量，將全工序模具補焊、機加工、研修。方案二：將后序翻邊序中與大燈匹配位置做局部隆起處理，利用AutoForm 軟件模擬補償量，將翻邊序模具補焊、研修。

對當(dāng)前生產(chǎn)需求及模具狀態(tài)進行評估，模具檢修時間只有10 天，后續(xù)需要連續(xù)生產(chǎn)，供應(yīng)焊裝成品件，不能繼續(xù)更改模具。查看拉延模具，如圖6 所示，已經(jīng)經(jīng)過電鍍處理，按照方案一更改需要將拉延模具進行整體脫鍍，燒焊研修，周期較長，成本較高。在10 天內(nèi)無法完成整體的模具調(diào)試工作，影響整車生產(chǎn)計劃。綜合評估后決定，按照方案二對翻邊序模具進行更改，如圖7 所示。

圖6 OP20 拉延模具

圖7 OP40 翻邊模具

與大燈匹配存在缺陷區(qū)域主要集中在靠近虎口的半段內(nèi)，此部分翻邊工序主要集中在OP40。對OP40翻邊模具進行燒焊研修，通過AutoForm 軟件模擬出前端位置需要隆起0.8mm，成品零件在此處位置有0.4mm 的好轉(zhuǎn)，表面質(zhì)量沒有明顯的惡化，如圖8所示。

圖8 模擬及翻邊斷面圖

結(jié)果驗證

經(jīng)過燒焊、研修及多輪次的調(diào)試，翻邊序模具優(yōu)化完成，如圖9 所示。大線試生產(chǎn)，表面質(zhì)量狀態(tài)滿足質(zhì)量要求，經(jīng)過三坐標(biāo)測量，尺寸達(dá)到更改預(yù)期，Y 向尺寸偏差在公差范圍內(nèi)。

圖9 更改后模具及測量報告

結(jié)束語

批量生產(chǎn)階段，車身外覆蓋件的A 面尺寸更改需要綜合考慮表面質(zhì)量、生產(chǎn)計劃、風(fēng)險、資源等因素。在各工序著色合格，拉延工序是造成尺寸偏差的主要原因時，通過更改翻邊序?qū)⒋罱用嫣Ц撸行У亟档土烁娘L(fēng)險，縮短了更改周期，可作為類似問題的參考。