汽車零件模具調(diào)試檢測系統(tǒng)探討

王 晨，譚 俊

（四川成飛集成科技股份有限公司，四川 成都 610091）

0 引言

開發(fā)汽車零件模具的同時，也會同步開發(fā)對應(yīng)成形零件的檢具用于其快速檢測，以判斷零件精度是否滿足要求。成形零件在檢具上需精確定位，以保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和再現(xiàn)性。一般檢具基準(zhǔn)設(shè)計和制造按汽車零件裝配GD&T（geometric dimensioning and tolerancing，幾何尺寸公差）的要求進(jìn)行，這樣能及時發(fā)現(xiàn)模具沖壓的零件是否合格，大部分情況下能給出不合格零件超差位置的有效數(shù)據(jù)，用于模具調(diào)試整改。但由于零件回彈變形、成形穩(wěn)定性、夾持狀態(tài)差異等因素的存在，會影響超差位置的數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)性，這時獲得的測量數(shù)據(jù)就不具備指導(dǎo)意義，需要通過調(diào)整測量系統(tǒng)消除影響。

1 檢測基準(zhǔn)對模具調(diào)試的影響

以圖1 所示簡單的梁類零件為例進(jìn)行說明，零件通過法蘭面與另一零件焊接，關(guān)鍵控制尺寸為2個定位孔位置度和2個匹配安裝面精度。對應(yīng)的檢具定位系統(tǒng)主要是2 個定位銷（約束X向、Y向自由度）和法蘭面上4個RPS（reference point system，基準(zhǔn)點體系）支撐塊（約束Z向自由度）。

圖1 某梁類件裝配

在實際沖壓成形過程中，這類零件最常見的問題是法蘭邊容易回彈翹曲，零件回彈后放置在檢具上的狀況如圖2 所示。由于基準(zhǔn)選取在法蘭面上，法蘭面的超差在檢測數(shù)據(jù)中未客觀體現(xiàn)，以原基準(zhǔn)測量的零件主要表現(xiàn)在法蘭面的翹曲，導(dǎo)致零件整體高度變低，側(cè)壁面的回彈值也不準(zhǔn)確。按這種狀態(tài)的測量數(shù)據(jù)對模具進(jìn)行整改調(diào)試，法蘭基準(zhǔn)面會不斷地調(diào)整，增大整改難度。同時零件測量分值沒有反映Z向高度變低的狀態(tài)，在實際裝配過程中發(fā)現(xiàn)與其它零件有干涉現(xiàn)象。

圖2 基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換

2 調(diào)試檢測系統(tǒng)設(shè)置的原理

為解決上述問題，引入“調(diào)試基準(zhǔn)”定位系統(tǒng)概念，并基于調(diào)試基準(zhǔn)建立模具調(diào)試檢測系統(tǒng)。調(diào)試檢測系統(tǒng)同樣遵循測量定位的三項基本原則：“N-2-1”定位原則、坐標(biāo)平行原則、基準(zhǔn)一致性原則。

根據(jù)“N-2-1”定位原則，以零件變形最小的最大投影面方向確定轉(zhuǎn)換后的定位面，設(shè)置超過3 個以上的定位基準(zhǔn)，這樣能夠減小剛性差及重力的影響。選取在c 面（見圖1）上設(shè)置轉(zhuǎn)換后4 處定位基準(zhǔn)面e（見圖3），同時沿用原來的2 個定位孔確?；鶞?zhǔn)一致。轉(zhuǎn)換以后的定位系統(tǒng)X、Y向約束沒有改變，Z向約束位置平行移動，約束功能有效。

圖3 調(diào)試基準(zhǔn)

從零件的GD&T 要求中，可以查到a 面的精度要求是±0.3 mm（見圖1），c 面的精度要求是±0.5 mm，需要將a面的精度要求賦予c面。由于回彈對a面影響大于c 面，c 面平面度更好，用c 面作為轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)不會放大誤差。

以調(diào)試基準(zhǔn)建立的調(diào)試檢查系統(tǒng)避免了零件回彈對精度測量的干擾，能夠獲取側(cè)壁和法蘭真實的回彈數(shù)據(jù)，有利于對模具零件型面快速做出整改策略。精度整改完成后恢復(fù)到基準(zhǔn)d（見圖3）進(jìn)行校核，排除基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換可能造成的誤差。

3 模具調(diào)試檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

3.1 復(fù)雜零件的調(diào)試檢測系統(tǒng)設(shè)立

汽車車身覆蓋件由于造型復(fù)雜、剛性不足，變形回彈情況難以控制?；谲嚿砦恢玫牧慵z具檢測系統(tǒng)與模具沖壓狀態(tài)存在不一致性和重力影響，如圖4所示，因此在汽車零件開發(fā)初期就要考慮零件檢測的精度影響因素和調(diào)試檢測系統(tǒng)的設(shè)置。

圖4 翼子板檢具與沖壓狀態(tài)

以汽車覆蓋件中定位較難的翼子板為例，零件用4 個RPS 點（A）約束Y向，2 個RPS 點（B）約束X向，3 個RPS 點（C）約束Z向。RPS 點所處的面非絕對平面，定位穩(wěn)定性有限，因此需要增加D1、D2基準(zhǔn)孔以提高X、Y向的定位精確性，如圖5所示。

圖5 翼子板基準(zhǔn)

由于檢具是車身位置坐標(biāo)，受翼子板整體剛性和重力的影響較大，加上零件內(nèi)應(yīng)力的釋放，導(dǎo)致基準(zhǔn)面的回彈較明顯，如圖6 所示。原檢具基準(zhǔn)與零件基準(zhǔn)面貼合的情況下，相對位置關(guān)系發(fā)生了變化，以此種狀態(tài)定位完成的零件測量分?jǐn)?shù)較低，精度數(shù)據(jù)出現(xiàn)失真情況。

圖6 翼子板發(fā)蓋搭接側(cè)F-F截面

通過對零件型面的藍(lán)光掃描擬合數(shù)據(jù)分析，Y方向I 區(qū)域變形較小，按照上述調(diào)試基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換原理，暫時取消圖5中C1和C2的RPS點，在I區(qū)域增加調(diào)試基準(zhǔn)G1、G2完成基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，如圖7所示。為確?；鶞?zhǔn)的一致性，在零件上設(shè)立CH 孔（check hole，調(diào)試用工藝孔）作為調(diào)試定位基準(zhǔn)，進(jìn)行X/Z方向復(fù)位驗證。同時取消限制X、Y向的D1、D2定位銷避免過定位，也能釋放應(yīng)力，真實反映零件的回彈狀態(tài)，便于測量數(shù)值準(zhǔn)確。

圖7 翼子板藍(lán)光掃描擬合數(shù)據(jù)

通過重新建立的調(diào)試檢測系統(tǒng)，能夠獲得更接近于真實的零件狀態(tài)，見圖6所示，這樣就可以重新測量發(fā)動機(jī)蓋搭接側(cè)的基準(zhǔn)面、基準(zhǔn)孔的尺寸，對模具進(jìn)行相應(yīng)地整改。在保證CH 孔位置一致性的基礎(chǔ)上，同樣的轉(zhuǎn)換方法可以應(yīng)用在翼子板其它特征區(qū)域，分別測量和整改前保險杠搭接位置、A柱搭接位置、門檻掛孔位置，逐步完成全型面的精度提升。

3.2 調(diào)試檢測系統(tǒng)在設(shè)計階段的應(yīng)用

調(diào)試檢測系統(tǒng)的最佳應(yīng)用階段是在前期設(shè)計，可以有效減少零件在沖壓時的不穩(wěn)定性和回彈問題的產(chǎn)生。在沖壓工藝方案設(shè)計階段，需要對檢具夾持系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在精算階段通過分析軟件對零件的成形情況進(jìn)行虛擬調(diào)試模擬，以驗證調(diào)試檢測系統(tǒng)設(shè)想的正確性。

（1）求解零件自由回彈狀態(tài)，如圖8（a）所示，基準(zhǔn)所在的法蘭邊回彈超差明顯，這也是采用螺釘連接裝配翼子板零件真實狀態(tài)。

圖8 翼子板自由回彈與夾持回彈

（2）按照翼子板GD&T 基準(zhǔn)要求對零件進(jìn)行夾持定位，定位后的狀況與自由狀態(tài)有明顯區(qū)別，如圖8（b）所示。發(fā)動機(jī)蓋側(cè)和前保險杠側(cè)的法蘭面回彈值進(jìn)入±0.5 mm 公差帶，但與車燈和發(fā)動機(jī)蓋搭接區(qū)域的A 面（外觀面）發(fā)生了大面積塌陷，如果按這樣的分析結(jié)果修改數(shù)模零件型面，將關(guān)聯(lián)多個成形工序，且A面需要大面積重構(gòu)，耗時巨大。

（3）根據(jù)“調(diào)試檢測系統(tǒng)”設(shè)置原則，對夾持系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，獲得在穩(wěn)健夾持狀態(tài)下的回彈數(shù)據(jù)，如圖9（a）所示，“調(diào)試檢測系統(tǒng)”的回彈情況與“自由回彈”趨勢一致，回彈數(shù)據(jù)更接近?！罢{(diào)試檢測系統(tǒng)”不僅考慮了應(yīng)力應(yīng)變的影響，還考慮了重力的影響，用其作為補(bǔ)償依據(jù)修改數(shù)模零件型面，再次分析后的結(jié)果如圖9（b）所示，符合預(yù)期。

圖9 翼子板調(diào)試系統(tǒng)回彈與補(bǔ)償后回彈分析

3.3 調(diào)試檢測系統(tǒng)制造過程中的應(yīng)用

基于以上分析，對檢具進(jìn)行改造，增加可拆卸的轉(zhuǎn)換調(diào)試基準(zhǔn)和CH 孔定位銷，改造后的檢具不僅具備零件檢測功能，還具備模具調(diào)試輔助功能，轉(zhuǎn)換以后的檢具如圖10所示。

圖10 翼子板調(diào)試檢測系統(tǒng)

得益于“調(diào)試檢測系統(tǒng)”下零件理論分析與實際回彈狀態(tài)的一致性，零件在改造后的檢具上狀態(tài)穩(wěn)定，首次檢測合格率超過85%。調(diào)試檢測系統(tǒng)下的零件反映的回彈數(shù)據(jù)更真實，通過一次整改就能使零件型面精度達(dá)成項目要求的質(zhì)量指標(biāo)，切換到零件檢測狀態(tài)精度也差異甚微，如圖11 所示，縮短了模具整改時間，降低了模具整改難度，節(jié)約了模具制造成本。

圖11 翼子板零件檢測

4 結(jié)束語

零件定位基準(zhǔn)的設(shè)置是影響檢測精度的重要因素，檢具檢測夾持方案與調(diào)試檢測方案的一致性關(guān)系成形零件模具整改的難度。沖壓的零件精度越高，用這2 套檢測系統(tǒng)測量的零件超差位置的差異量越接近。在設(shè)計階段和實際制造階段都能使用“調(diào)試檢測系統(tǒng)”對零件檢具進(jìn)行有效改造，建立新的模具調(diào)試檢測系統(tǒng)，既能在前期設(shè)計階段通過“虛擬調(diào)試”指導(dǎo)回彈數(shù)模的構(gòu)建，減少實際沖壓件的超差量，又能用于在模具調(diào)試整改過程中適時完成對零件實際狀態(tài)的把控，對零件首件精度的控制和整改品質(zhì)提高發(fā)揮了重要作用。