1前言

      隨著國內外汽車產品市場競爭（zhēng）的（de）日益白熱化，汽車主機廠對模具產品質量、模具製造成本及模（mó）具製造（zào）周期都提出了更高的需求。而目前在汽車（chē）衝壓模具製造過程中都普（pǔ）遍存在著模具鑄件的鑄造水（shuǐ）平低、數控加工自動化程度（dù）低、模具鉗工手工研修量大、模具調試（shì）占用壓床周（zhōu）期長、模具整體製造精度低、衝壓產品零件（jiàn）合格（gé）率（lǜ）低和對手工調整經驗（yàn）結果（guǒ）缺乏積累分析環節等難點問題。

      這些問題的普遍存在造成國內汽車模具（jù）企業的整體製造水平與（yǔ）日本豐田、德國大（dà）眾等國際一流模具（jù）製造企業仍有相當大的差距。針對以上重點問題，通過快速的大量數據采集分析手段，對汽車衝壓模具的整個生產（chǎn）製造（zào）過（guò）程進行數據化質量分（fèn）析控製，從而有針（zhēn）對性（xìng）地進行模具各階段過程產品的整改與（yǔ）修正，並形成具有汽車衝壓模具製造特點的質量管理控製體係（xì）及模具調整經驗積累機製，從而具備模具設計、製造、調試、數據分析並優化設（shè）計的閉（bì）環控製能力。

      2數據采集技術

      2.1泡沫實型的點（diǎn）數據采集及分析

      以（yǐ）往泡沫實型的加（jiā）工餘（yú）量檢測（cè）主要是使用（yòng）三坐標劃線（xiàn）機，編程人員事先以數（shù）據表的形式提供加工型麵的理論數值，檢測人員對泡沫（mò）實型的（de）對應位置進行檢測（cè）。該檢測方式隻能（néng）對照數（shù）據表去（qù）判定餘量的大小，無（wú）法從泡沫實型整體出發做全麵（miàn）的加工餘量分析；受設備檢測範圍的限製（zhì），對大型工件的檢（jiǎn）測（cè）不方便，檢測後的結果無法（fǎ）存檔。如果鑄件毛（máo）坯加工型麵變形、餘量不均、無（wú）加工餘量或加工餘量不足（zú）等質量問題出現時，很難判斷是由於泡沫實型的缺陷還是鑄造過程存在問題造成（chéng）的。

      通（tōng）過擴展照相測量係統的應用範（fàn）圍，應（yīng）用單反數碼相機快速采集模具鑄件泡沫實型的離（lí）散點（diǎn）3D坐標，如圖1。將照相采集數（shù）據與理論實體數模進行比較分析，計算得到泡沫實型的加工餘量（liàng）分布狀（zhuàng）態。該檢測方式（shì）能夠將餘量結果進（jìn）行數據化分層（céng），將餘量偏差結果用不同顏（yán）色區分（fèn）。圖2為檢測結果數據分析偏差雲圖，可以直觀地檢查、判定工件餘量分（fèn）布是否合理。

      點照相檢測方式與三（sān）坐標劃線機檢測方式相（xiàng）比有如下優點：a.省去了由（yóu）編程人員提（tí）供檢測數據點出圖的環節；b.避免了檢測的人為失誤；c.可以綜合評定鑄件的整體餘量分布狀況，如出（chū）現檢測餘量不均可以通過平移坐標係的方式進行調整，這樣減少了手工修改的時間；d.檢測結果可以保留為三維數據，便於日後查驗；e.可以一（yī）次檢測多個工件，檢測效率提高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行對比分析，可以優化加工餘量及鑄造縮比的設置參數。該項目的實施優（yōu）化（huà）了泡沫實型的製作工藝，實現了實型製（zhì）作、實型（xíng）檢測（cè）、鑄件檢測，鑄件加工基準的統一。

      2.2鑄件毛坯的（de）點（diǎn）數據（jù）采集及分析（xī）

      以往鑄件加工（gōng）前通常采用對刀程序在機床上進行試（shì）切的方法，無對刀基準及表麵餘量檢測環節，結果是（shì）占用數控設備準備時（shí）間過長，機床有效利（lì）用率低，並（bìng）且安全性差，加工時可能會發生撞刀事故，導致刀具損壞、工（gōng）件報廢、加工設備精度下降等現象，因此一直沒能實現無人化的程序自動加工。

      點（diǎn）照相測量技術能夠將鑄件所有的加工型麵以（yǐ）離散3D點（diǎn）的（de）形式全部采（cǎi）集出來，如圖3。其比較原（yuán）則為：先以導向部分餘（yú）量均勻為主，再看其他結構麵的餘量，確定坐標係（xì）的平移量；當鑄件（jiàn）的變（biàn）形（xíng）量較大時，則要通（tōng）過均分導（dǎo）板餘量的方法，建立坐標係。圖4為鑄件（jiàn）的檢測（cè）結果數據，從檢測結（jié）果發現部分精加工麵沒有加工餘量，分析（xī）原因是由於鑄件變形所致。處理（lǐ）方法為一（yī）側連接板麵拉直，以（yǐ）另一側連接板的（de）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（liǎng）側相對（duì）餘（yú）量較均勻的麵作為建係（xì）標準。

      點照相技術在鑄件檢測上的應用具有以下優點：

      a.離（lí）散3D點偏差量（liàng）能夠反（fǎn）映出鑄件（jiàn）的餘量狀態，取消了數控機床試刀的過程，解決（jué）了鑄件毛坯在上數控機床前對其加工餘量的比較分析，避免（miǎn）了由於工件幹涉麵、鑄造形成凸台等問題導致撞（zhuàng）刀（dāo）事故的發生。

      b.通過對（duì）數據點的坐標平移，在滿足數控加工最小餘量的同時使型麵餘量更均勻，使數控編程人員合理地編製出數控加工程序，實現二維結構麵無人化（huà）程序自動加工（gōng），提（tí）高了數控機床有效（xiào）的操作時間，降低了成本的消（xiāo）耗。

      c.通過大（dà）量的鑄（zhù）件毛坯數據采集和整理，在保證鑄（zhù）件（jiàn）餘量穩定的情況下，可降低鑄件毛坯的餘量值，節約模具成本。

      2.3模具型麵的（de）點雲數據采集及分析

      目前汽車覆蓋件衝（chōng）壓模具的質量（liàng）控製主要依（yī）靠大型（xíng）三坐標測量機，通過采集離散點的方式確認模（mó）具表麵與（yǔ）理論數據的偏差狀態，所（suǒ）測量數據具有較大的片麵性。如很難體現數控加工經常出現的斷差問題及凹角加（jiā）工是否到（dào）位（wèi）等（děng）問題。

      應用光學（xué）掃描設（shè）備進行（háng）檢測（cè），對數控加工後的模具型麵及功能麵進行全方位的點雲數據（jù）采集，能夠（gòu）從整體上對（duì）模具的製（zhì）造精度進行（háng）分析，如圖5。該技術利用點雲的形式提取模具加工型麵的所有（yǒu）數據（jù），與三維加工數模對比，提供彩色雲圖（tú）數據解析報告，圖6為頂蓋凸模數控加工（gōng）後與加工數模對比分析雲圖。數（shù）據結果（guǒ）能夠直觀地（dì）顯示模具的整體偏差趨勢，解決了型麵出現斷差檢測難的問題，並為調試鉗工提供了更為有效的修正依據。這種檢測對於單品模具的（de）表麵質量和製造精度有了（le）明顯的提高。

      2.4數據化虛擬合模技術（shù）

      虛擬合模技術是汽車（chē）覆蓋件模具調（diào）試工藝（yì）方法和模具（jù）檢（jiǎn）測技術的創新。該技（jì）術實際上是裝（zhuāng）配模具（jù）在上壓（yā）機之（zhī）前，通過掃（sǎo）描（miáo）數據在計（jì）算機中分析（xī）模具的綜合加工精度及合模間隙，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測。其特點是消除了以往利用上壓機調試（shì），通過觀察著色來判定模具的合（hé）模效果而產生占用壓機時間長的弊端。

      （1） 模具調試前的虛擬合模（mó）分析

      虛擬合模分（fèn）析（xī）是利用白（bái）光掃描（miáo）設備分別對模具的上下模型麵、導向麵、平衡塊麵進行全麵的掃描檢測，提取表麵數（shù）據，以理論（lùn）CAD模型為基準進行對齊，考慮料厚補償後，將上、下模具的掃描數據按照一定的基準規則進行虛擬合模，從而得到模具在（zài）入調前的綜合合模間隙分布，如圖7。

      上述數據所提供（gòng）的模具研（yán）修方案，將模具以往所存在的凹（āo）角加工不到位（wèi）、模（mó）具導向是否匹（pǐ）配、型麵加工是否合（hé）格等問題通過數據體現出來，調（diào）試工人不需要采用模具上壓機查看製件著色和（hé）壓鉛絲等辦法分析模具合模間隙狀況，而通過合模間隙報告就可以進行模具研調，提高壓力機資（zī）源（yuán）的有（yǒu）效使用率30%以上，降低了調試工作的（de）難度（dù）。

      對於對稱零件可先重點調試單（dān）側零件模具，待該側模具穩定成形後，其手工修磨的結果可以首先通過（guò）虛擬合模（mó）技術進行數據采（cǎi）集及（jí）合模分析（xī），記（jì）錄模具的修磨過程，以此為基礎指導另一側模具的調試工（gōng）作（zuò）。對於手工調整大的區（qū）域還可直接采用對（duì）稱（chēng）掃（sǎo）描點雲數據進行編程數控加工（gōng）。另外，前工序如拉延型麵（miàn）通過手工（gōng）打磨處理後，後工序的型麵也可按照此方案進行編程加工，在保證了數據基（jī）準的一致性（xìng）的同時又大大降低了（le）鉗工的手工研修量，從整體上縮短（duǎn）模具製造（zào）周（zhōu）期。

      （2）模具調試合格後的虛擬合模狀態數據積累

      將經過調試鉗工調整（zhěng）後的同（tóng）類覆蓋件的經（jīng）驗（yàn）結果進行電子數（shù）據備份，逐步形成調整後模具型麵經驗數據庫，圖8為部分翼子板類零件模具的合模狀態數據備份。將此經驗數據逐步融入到前期的衝（chōng）壓工藝造型和加工數模（mó）補充麵不等間隙設計（jì）中，進一步提高設計數據的可靠性，逐步減少鉗工研修工（gōng）作（zuò）量。

      （3）應用虛擬合模技術進行模（mó）具修（xiū）理與複製

      通常情況下，在模具的調試（shì）過程中都要經過鉗工（gōng）的手工打磨，修整後的型麵一般都與理論（lùn）的設計數據有一定的偏（piān）差，對於模具的（de）複製或（huò）修理如果采用（yòng）原CAD數據進行加工，調整工作量比較大，相當於（yú）重新進行（háng）一（yī）遍模具調試。通過虛擬合模技術可以快（kuài）速（sù）分析模具工作表麵與理論（lùn）數據的偏差狀態，同時得到模具工作時的相對間隙狀態，這對於形成切實可靠的模具修理或（huò）複製方案尤為重要。

      在模具掃描前，首（shǒu）先要對被掃工件表麵進行光順修補處理，將工件（jiàn）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，通過光學掃描設備對複製工件進行數據采集。數據采集後（hòu）進行模具狀態分析，針對不同的分析狀（zhuàng）態製定（dìng）不同（tóng）的工藝路線。對於內板零件模具，一般采用點雲光順後直接作為加（jiā）工數據；對於（yú）外板零件（jiàn）模具，采用點雲直（zhí）接加工或通過逆向構建加工數據的方式。

      圖9為（wéi）捷達側圍拉延模具複製前采集的凹模型麵點雲數據。該工件型麵雖然經過光順處（chù）理，但由於型麵較大，根據虛（xū）擬合模偏差分析（圖10），在某些部位仍然存在偏差，這需要在逆向再造時將暗坑等缺陷位置（zhì）進行人為造型修正。經光順分析檢查得知，再造的側圍數（shù）模型（xíng）麵光順性好，完全滿足客戶要求，如（rú）圖11。

      3結論

      （1）采用點照相技術（shù）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（fèn）布狀態，降低泡沫實型報廢率90%以上，提高了泡沫實型的（de）準確性。

      （2）采用點照相技術檢測鑄件毛坯，能夠（gòu）及（jí）時發現鑄件問題，有效地指（zhǐ）導數控編程方式，降低數控自動（dòng）加（jiā）工過程中發生幹涉碰撞、損壞刀具的現（xiàn）象，同時可以精確確定數控加工基準，減少占用數控設備找正時間，從而提高數控（kòng）加工效率及加工安全（quán）性。

      （3）采用（yòng）數據化虛擬合模技術對拉延模具進行（háng）入調（diào）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（zhì）量監（jiān）控的一次升級，有效地指導了調試工作。將經過（guò）調試鉗工調整後的覆蓋件（jiàn）按類歸納（nà），形成（chéng）模具型（xíng）麵調試經驗數（shù）據庫，可總結調試經驗、指（zhǐ）導前期衝壓工藝設計，提高設計數據的可靠性。

      （4）以數據化虛擬合模技術為基礎，利用點雲數據編輯優化並直接（jiē）編程（chéng）加工（gōng）的方法，對於模具複製、修理、對（duì）稱（chēng）製造的周期平均縮短1個月以上，經濟效益顯著。

      （5）在汽車衝壓模具製造生產過程（chéng）中，全麵采用光學檢測（cè）技術和（hé）虛擬合模技術（shù），並形成從衝壓工藝分析、數控加工（gōng）、模具調試、數據備份及CAE分析驗（yàn）證的閉環質量控製體係，可逐步縮短與國（guó）際一流模具企業的差距，提升產品競爭（zhēng）力。