1前言

      隨著國內外汽（qì）車產（chǎn）品市場競爭的日益白熱（rè）化，汽車主機廠（chǎng）對模具產品（pǐn）質量、模具（jù）製造成本及模具製造周（zhōu）期都提（tí）出了更（gèng）高的需求。而目前在汽車衝壓模具製造過程中都普遍存在著模具（jù）鑄件的鑄造水平低、數控（kòng）加工自動化程度低、模具鉗工手工（gōng）研修量大、模（mó）具調試占（zhàn）用壓床周期長、模具整（zhěng）體製造精度低（dī）、衝壓產品零（líng）件合格率（lǜ）低和對手工調整經驗結果缺乏（fá）積累分析環節等難點問題。

      這些問（wèn）題的普遍存在造成國內汽（qì）車模具企業的整體製造水（shuǐ）平與日本豐田、德國大眾等國際一流模具製造企業仍有（yǒu）相當大的差距。針對以上重點問題，通過快速的大量數據采集分析手段，對汽車衝（chōng）壓模具的（de）整個生產製造過程進行數據化質量分析控製，從而有針對性地（dì）進行模具各階段過程產品的整改與修（xiū）正（zhèng），並形成（chéng）具有汽車衝（chōng）壓模具製造特點的質量管理控製體係（xì）及模具調整（zhěng）經驗積累機（jī）製，從而具備模具設計、製造、調試、數據分析並優（yōu）化設計的閉（bì）環控製能（néng）力。

      2數據采集技術

      2.1泡沫實型的點數據采集及分析

      以往泡沫實型的加工餘量檢測主要是（shì）使用三（sān）坐標劃線機，編程人員事先以數據（jù）表的形式提供加工型（xíng）麵的理論數值，檢測人員（yuán）對泡沫實型的對應（yīng）位（wèi）置進行檢測。該檢（jiǎn）測方式隻能對照數據表去判定餘量的（de）大小（xiǎo），無法從泡沫實型整體出發做全麵的加工餘量分析；受設備檢測範（fàn）圍的限製，對大型工件（jiàn）的檢測（cè）不方（fāng）便，檢測後的結（jié）果無（wú）法存檔。如（rú）果鑄件毛坯加工型麵變形、餘量不均（jun1）、無加工餘量或加工餘量不足等質量問題（tí）出現時，很難（nán）判斷（duàn）是由於泡沫實型的缺陷還是鑄造過程存（cún）在問題造（zào）成的。

      通過擴展（zhǎn）照相測量係統（tǒng）的應用（yòng）範圍，應用單反（fǎn）數碼相機快速采集模具鑄件泡沫實型的離散點3D坐標，如圖1。將照（zhào）相采集數據（jù）與理論實體數模進行比較分析（xī），計算得到泡沫實型的加工餘量（liàng）分布狀態（tài）。該檢測方式能夠將餘量結果進（jìn）行數據（jù）化（huà）分層，將餘量偏差結果用不同顏色區（qū）分。圖2為（wéi）檢測結果數據分析偏差雲圖（tú），可以直（zhí）觀地檢查、判定工（gōng）件餘（yú）量分布（bù）是否合理。

      點照相檢測方式與三坐標劃線機（jī）檢測方式（shì）相比有如下優點：a.省去了由編程人員提供（gòng）檢測數據點（diǎn）出圖的環節；b.避免了檢測的人為失誤；c.可（kě）以綜合評定鑄件的整體餘量分布（bù）狀（zhuàng）況，如出現檢測餘量（liàng）不（bú）均可以通過平（píng）移（yí）坐標係的方式進行調整，這樣減少了手工修改的（de）時間；d.檢測結果可以保（bǎo）留為三維數據，便於日後查（chá）驗；e.可以一次檢測（cè）多個工件，檢（jiǎn）測效（xiào）率提高30%以上；f.點照相檢測所得數據與鑄造後的鑄造毛坯檢測數據進（jìn）行對比分析，可以優化加工餘量及鑄造縮比的設置參數（shù）。該（gāi）項目的實（shí）施優化了泡沫實型的製作工藝，實（shí）現了實型製作、實型檢測、鑄件檢測，鑄件加（jiā）工基準的統一。

      2.2鑄件毛坯的點數據采集及（jí）分（fèn）析

      以往鑄件加工前通常采用對刀程序在機床上進行試切的方法，無對刀基準（zhǔn）及表麵餘量檢測環節，結果是占用數控設備準備時間過（guò）長，機（jī）床（chuáng）有效（xiào）利用率低，並（bìng）且安全性差，加（jiā）工時可能會發生撞刀事故，導致刀（dāo）具損壞、工（gōng）件報廢、加工設備精（jīng）度下降等現象，因此一直沒能實現無人化的程序自動加工。

      點照相測量技術能夠將鑄件所有的加工型麵以離散3D點的（de）形（xíng）式全部采集出來，如圖3。其比較原則為：先以（yǐ）導向部分餘量均勻為主（zhǔ），再（zài）看其他結構麵的餘量，確（què）定坐標係的平移量；當鑄（zhù）件的變形量較大時，則要通過均分導板餘量的方法，建立坐標係。圖4為鑄件的檢測結（jié）果（guǒ）數據，從檢測結果發現（xiàn）部分（fèn）精加工麵沒有加工餘量，分析原因是由於鑄件變形所致。處理方（fāng）法為一側連接板麵拉直，以另一側連接板的加工餘量取中，再偏移坐標係，使所有加工麵餘量較均勻後，用兩側相（xiàng）對餘（yú）量（liàng）較均勻的麵作為建係標準。

      點照相技術在鑄件（jiàn）檢測上的應用具有以下優點：

      a.離散3D點偏差量能夠反映出鑄件的餘量狀態，取消了數控機床試刀的過（guò）程，解決（jué）了鑄（zhù）件毛坯在上數控機床前對其（qí）加工餘量的（de）比較（jiào）分析，避免了由於工件幹涉麵、鑄造形成凸（tū）台等問題導致撞刀事故的發生。

      b.通過對數據（jù）點的坐標平移，在滿足數控加工（gōng）最小餘量的同時使型麵（miàn）餘量更均勻（yún），使數控編程人（rén）員合理地編製出（chū）數控加工程序，實現二維結（jié）構麵無人化程序自動加工，提（tí）高了（le）數控機床有效的操作時間，降低了成本的消耗。

      c.通過大量（liàng）的鑄件毛（máo）坯數據采集和整理，在保證（zhèng）鑄（zhù）件餘量穩定（dìng）的情況下，可降低鑄件毛坯的餘量（liàng）值，節約模具成本。

      2.3模具型麵的點雲數據（jù）采集（jí）及分析

      目（mù）前汽車覆蓋件（jiàn）衝（chōng）壓模具的質量控（kòng）製主要依靠大型三坐標測量機，通過采集離散點的方式確認模具表（biǎo）麵與理論數據的偏差狀態，所測量數據具有較大的片麵性。如很難體（tǐ）現數控加工經（jīng）常出現（xiàn）的斷差問題及凹角加工是（shì）否到位等問題。

      應用光學掃描設備進行檢（jiǎn）測，對數控加（jiā）工（gōng）後的模具型麵及功能麵進行全方位的點雲數據采集，能夠從整體（tǐ）上對模（mó）具的製造精度進（jìn）行分析，如圖5。該技術利（lì）用點雲的形式提取模具加工型麵的所有數據，與（yǔ）三維加工數模對比，提供彩色雲圖（tú）數據解析報告，圖6為（wéi）頂蓋凸（tū）模數控加工後與加工數模對比分析雲圖（tú）。數據結果能夠直觀地顯示模具的（de）整體偏差趨勢，解決了型麵出現斷差檢測（cè）難的問題，並（bìng）為調試鉗工提供（gòng）了更為有（yǒu）效的修正依據。這種檢測對於單品模具的表麵質量和製造精度（dù）有了明顯的提高。

      2.4數據化虛擬合（hé）模技術

      虛擬合模技術是汽車覆蓋件模具調試工（gōng）藝方法和模（mó）具（jù）檢測（cè）技術的創新。該技術實際上是裝（zhuāng）配模具在上壓（yā）機之前，通（tōng）過掃描數據在計算機中分析模具的綜合加工精度及合模（mó）間（jiān）隙（xì），將模具傳統的單件精度檢測提升為工作狀態下的組合裝配檢（jiǎn）測。其特點是消除了以（yǐ）往（wǎng）利用上壓機調試，通過觀察著色來判定模具的合模效果（guǒ）而產（chǎn）生占用壓機時間長的弊端。

      （1） 模具調試前的（de）虛（xū）擬合模分析

      虛（xū）擬合模分（fèn）析是利用白光掃描（miáo）設備分別對模具的上下模型麵、導向麵、平衡塊麵進行全麵（miàn）的掃描檢測，提取表麵數據，以理論CAD模型為基準進行對齊，考慮料厚補償後，將上、下（xià）模具的（de）掃（sǎo）描（miáo）數（shù）據按照一定的基準規則（zé）進行虛擬合模，從而得到模具在入（rù）調前的綜合合模間隙分布，如圖7。

      上述數（shù）據所提供的模具研修方案（àn），將模具以往所（suǒ）存在的凹角加（jiā）工不到位、模具導向是否匹配、型（xíng）麵（miàn）加工是否合格等問題通過數據體現出來（lái），調試工人不需要采用模具上壓機查看製件著色和壓（yā）鉛絲等辦法分析模具合模間隙狀況，而通過合（hé）模間隙報告就可以進行模具（jù）研調，提高壓力機資源的有效使用率30%以上（shàng），降低了調試（shì）工作的難度。

      對於對稱零（líng）件可先重點調試單側零件模具，待該側模具穩定成形（xíng）後，其手工修磨的結果可以首先通過虛擬合模技術進行數據采（cǎi）集（jí）及合模（mó）分析，記錄模具（jù）的修磨過程，以此為基礎指導另一側模具的調試工作。對於手工調整大的（de）區域（yù）還可直接采用對稱掃描點雲數據進行編（biān）程數控加工。另外，前工序如拉延（yán）型麵通過手工打磨處理後，後工序（xù）的型麵也可按照此方案進行編程加工，在保證了數據基準的一致性的同時又大大降低了鉗（qián）工的（de）手工研修量，從整體上縮短模具製造周期。

      （2）模具調試合（hé）格（gé）後的虛（xū）擬合模狀態數據積累

      將經過調試鉗工調整後的同類覆蓋件的經驗結果進行電子數據備份，逐步（bù）形成調整（zhěng）後（hòu）模具（jù）型麵經驗數據庫，圖8為部分翼子板類零件模具的合模狀態（tài）數據備份。將此經驗數據逐步融入到前期的衝壓工藝造型和加工數模補充麵不等間隙設計中，進一步提高設計數據的可靠性（xìng），逐步減少鉗工研修工作量。

      （3）應用虛擬合模技術進（jìn）行模具（jù）修（xiū）理與複製

      通常情（qíng）況下，在模具（jù）的調（diào）試過程中（zhōng）都要經過鉗工的手工打磨，修整後的型麵一般都與（yǔ）理論的設計（jì）數據（jù）有一定的偏（piān）差，對於模具的複製（zhì）或修理如果采用原CAD數（shù）據進行加工，調（diào）整工作量比較大（dà），相當於重新進（jìn）行一遍模具調試。通過虛擬合模技術可以快速分析模具工作表麵（miàn）與理論數據的偏差狀態，同時得（dé）到模具工作時（shí）的相對間隙狀態，這對於形成切實（shí）可（kě）靠的（de）模具修理或複製方案（àn）尤為重要。

      在模具掃描前，首先（xiān）要對（duì）被掃工件表麵進（jìn）行光順修補處理，將工件表麵的暗坑和破（pò）損位置用樹脂進行光順處理，修正原模具的明顯缺陷，通（tōng）過光學掃描設備（bèi）對複製工件進行數據采集。數據采集後進行模具狀態分（fèn）析，針對不同的分（fèn）析（xī）狀態（tài）製定不同的工藝路（lù）線。對於內板零件（jiàn）模具，一般采用點雲光順後直接作為（wéi）加工數據；對於外板零件模具，采用點雲直接加工或通過逆向構建加工數據的方式。

      圖9為捷達側（cè）圍拉延模具複製前采集的凹模型麵（miàn）點雲數據。該工件型麵雖然經（jīng）過光順處理，但由於型麵較大，根據虛擬合模偏差分析（圖10），在某些部位仍（réng）然存在偏差，這需要在逆向再造時（shí）將暗坑等缺陷位置進行人為造型修正。經光順分析檢查得知，再造的（de）側圍數（shù）模型（xíng）麵光順性（xìng）好，完全滿足客戶要求，如圖11。

      3結論

      （1）采用點照相技術檢測泡沫實型，並從模型的整體結構出發，全麵衡量實型的餘量分布狀態，降低泡沫實（shí）型報廢率90%以上，提高了泡沫實型的準確性。

      （2）采用點照相技術檢測鑄件毛坯，能夠（gòu）及時發現鑄件問題，有效地指導（dǎo）數控編程方式，降（jiàng）低數控自動加工過程中發生幹涉碰撞、損壞刀具的現象，同時（shí）可以（yǐ）精確確定數控加工基準，減少占用數控設備找正時間，從而提高數（shù）控加（jiā）工效率及加工安全性。

      （3）采用數（shù）據化虛擬合模技術對拉延模具進行入調前的檢測分析，將單件檢測提升到裝配檢測，是模具製造技術及質量監（jiān）控的一次升級，有效地指導了調試工作。將經過調試（shì）鉗工調整後的覆蓋件按類歸納，形成模具型麵調試經（jīng）驗數據庫，可總結調試經驗、指導前期衝壓工藝設計，提高設計數（shù）據的可靠性。

      （4）以數據化虛（xū）擬合模技術為（wéi）基（jī）礎，利用點（diǎn）雲數據編輯優（yōu）化並直接編程加（jiā）工的方（fāng）法，對於模具（jù）複製、修理（lǐ）、對稱製造的（de）周期平均（jun1）縮短1個月以上（shàng），經濟效益顯著。

      （5）在汽車衝壓模（mó）具製造生產過程（chéng）中（zhōng），全麵采用光學檢測技術和虛擬合（hé）模技術，並形成從衝壓工藝分析、數控加工、模具調（diào）試、數據備份及（jí）CAE分析驗證的閉環質量控製體係，可逐步縮短（duǎn）與國際一流模具企業的差距，提升產品競爭力。