1前（qián）言

      隨著國內外汽車產品市場競爭的日益白（bái）熱化，汽車主機廠對模具產品質（zhì）量、模具製造成本及模具製造周期都提出（chū）了更高的需（xū）求。而目前在汽車衝壓模具製造過程中（zhōng）都普遍存在著模（mó）具鑄件的鑄造水（shuǐ）平低、數控加工自動化程度低、模具鉗工手工研修量大、模具調試占用壓床周期（qī）長、模具整體（tǐ）製造精（jīng）度低、衝壓產品零件合格率低和對手工調整（zhěng）經驗結果缺乏積累分析環節等難點（diǎn）問題。

      這些（xiē）問題的普遍存在造成國內（nèi）汽車模具企業的整體製造水平與日本豐（fēng）田、德國大眾等國際一流模具製造企業仍有（yǒu）相當（dāng）大的差（chà）距（jù）。針對（duì）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製造過程（chéng）進行（háng）數據化（huà）質量分析控製，從（cóng）而有針對性地進行模具（jù）各階段過程產品（pǐn）的整（zhěng）改與修正，並形成具有（yǒu）汽車衝壓模具製造特點的質量管理控製體係及模具調（diào）整經驗積（jī）累機製，從而具備模具設計、製造、調試（shì）、數據分析並（bìng）優（yōu）化設計（jì）的閉環控製能力。

      2數據采集技術（shù）

      2.1泡沫實型（xíng）的點數據采集及分析

      以往泡沫實型的加工餘（yú）量（liàng）檢測主（zhǔ）要是使用三（sān）坐標劃線機，編程人員事（shì）先以數（shù）據表的形（xíng）式提供加工型麵的理論數值，檢測人員對泡沫實型的對應位置進行檢測。該檢測（cè）方式隻能對（duì）照數據表去判（pàn）定餘量的（de）大小，無（wú）法從泡沫實型整體（tǐ）出發做全（quán）麵的加工餘量分析；受設（shè）備檢（jiǎn）測範圍的限製（zhì），對大型工件的檢測不方便，檢測後的結果無（wú）法存檔。如果鑄件毛坯加工型麵變形、餘量不均、無加工餘量或加工餘量不足等質（zhì）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（zài）問題造成的。

      通過擴展照相測量係統（tǒng）的應（yīng）用範圍，應用單反數碼相（xiàng）機（jī）快速采集模具鑄件泡沫實型的離散（sàn）點3D坐標，如圖1。將照相采集數據與理論實體數模進（jìn）行比較分析，計算得到泡沫實型的加工餘量分布狀（zhuàng）態。該檢測方式能夠將餘量結果進行數（shù）據（jù）化分層，將餘量偏差結果用不同顏色區分（fèn）。圖2為（wéi）檢測結果數據分析偏差雲圖，可以直觀地檢查、判定工件餘量分布是否合理。

      點照相檢測（cè）方式與三坐標劃線機檢測方式相比有如下優點：a.省去了由編程人員提供（gòng）檢測數據點出圖的環節；b.避免了檢測的人為（wéi）失誤（wù）；c.可以綜合評定（dìng）鑄件的整（zhěng）體餘量分布狀（zhuàng）況，如出現檢測餘量不（bú）均可以（yǐ）通過（guò）平移（yí）坐標係的方式進行調整，這（zhè）樣減少了手工修（xiū）改的（de）時間；d.檢測結果可以保（bǎo）留為三維數據，便於日後查驗（yàn）；e.可以一次檢（jiǎn）測多（duō）個工件，檢（jiǎn）測效率提高30%以上；f.點照相檢測所得（dé）數據與鑄（zhù）造（zào）後的鑄造（zào）毛坯檢測數（shù）據進行對比分析，可以優化加工餘量及鑄造縮比的設置（zhì）參數。該項目的實施優化了（le）泡（pào）沫（mò）實型的製作工（gōng）藝，實現（xiàn）了實型製作、實型檢測、鑄件檢測，鑄件加工基準的統一（yī）。

      2.2鑄（zhù）件毛坯（pī）的點數據采集及分析

      以（yǐ）往鑄件加工前通常（cháng）采用對刀程序在機床上進行試（shì）切的方（fāng）法，無對刀（dāo）基準及（jí）表（biǎo）麵餘量（liàng）檢測環節，結果是（shì）占用數控（kòng）設（shè）備準備時間過長，機床有效利用率低，並且安全性差，加工時可能會發生撞刀事故，導致刀具損壞、工件報廢、加工設備精度下降等現象，因此一直沒能實現無（wú）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點的形（xíng）式全（quán）部采集出來，如圖3。其比（bǐ）較原則為：先以導向部分餘量均勻為主，再看其他結構麵的餘量，確定坐標係的平移量；當鑄件的變形量較大時（shí），則要通過均分（fèn）導板餘量的方（fāng）法，建立坐標係。圖（tú）4為鑄件的檢測結果數據，從（cóng）檢測結果發現部分精加（jiā）工麵沒有加工餘量，分析原因是由於鑄件變（biàn）形所致。處理方法為一側連接板麵拉直，以另一側連接板的加工餘（yú）量取中，再偏移坐標係，使所有加工（gōng）麵餘量較均勻（yún）後，用兩側相對餘量較均勻的麵作為建係標準。

      點照相（xiàng）技術在鑄件檢測上的應用（yòng）具有以下優點：

      a.離散（sàn）3D點偏差量能夠反映出鑄件的餘量狀態，取消了數控（kòng）機床（chuáng）試刀的過程，解決了鑄件毛坯在上數控機床前對其加工餘量的比較分析，避免了由（yóu）於（yú）工件幹涉（shè）麵、鑄造形成凸台等問題（tí）導致（zhì）撞刀事故的發生。

      b.通過對數據（jù）點的坐標平移，在滿足（zú）數控加工最小餘量的同時使（shǐ）型麵餘量更均勻，使數控編程人員合理（lǐ）地（dì）編製出數控加（jiā）工程序（xù），實現二維結構麵無人化程序自動加工，提高了數控機（jī）床有效（xiào）的操作時間，降低了成本的消耗。

      c.通過大量的鑄件毛（máo）坯數據采集和整（zhěng）理，在保證鑄件（jiàn）餘量穩定的情況下，可降低鑄件毛坯的餘量（liàng）值，節約模具成本。

      2.3模具型麵（miàn）的點雲數據采集及分析

      目前（qián）汽車覆（fù）蓋件衝壓模具（jù）的質量控製主要依（yī）靠大型三坐標測量機，通過采集離散點的方式確認模具表麵與理論數據的偏差狀態，所測量數據具（jù）有較（jiào）大的片（piàn）麵性。如很難體現數控加工經（jīng）常出現（xiàn）的斷差問題及凹角加工是否到位等問題。

      應用光（guāng）學（xué）掃描設備（bèi）進行檢測，對數控（kòng）加工後的（de）模具型麵及功能麵進行全方位的點雲數據采集，能夠從（cóng）整體上（shàng）對模具的製造精（jīng）度（dù）進行（háng）分析，如圖5。該技（jì）術利用點雲的形式提取模具加（jiā）工型麵的所有數據，與三維加工數模對比，提供彩色雲圖數據解析報告，圖6為頂蓋凸模數控加工後與加工數模對比分析雲（yún）圖。數據結果能夠直觀地顯示模具的整體偏差趨勢，解決了型麵出現斷差檢測難的（de）問題，並為調（diào）試鉗工（gōng）提供了更為（wéi）有效的修正（zhèng）依據。這種檢測對於單品模具的表麵質量和製（zhì）造精度有了明顯的提高。

      2.4數據化虛擬（nǐ）合模技術

      虛擬合模技術是汽車（chē）覆蓋件模具調試工藝方（fāng）法和模具檢測（cè）技術的創新。該（gāi）技術實際上是（shì）裝配模具在上壓機（jī）之前，通過掃描數據（jù）在計算機中分析模具的（de）綜合加工精度及（jí）合模間隙，將模具傳統的單件精度檢測提（tí）升為工作狀態下的組合裝配檢測。其特點是消（xiāo）除了（le）以往利用上壓機調試，通過觀察著色來判定模具的合模效果而產生占用壓機時間長的弊端。

      （1） 模具調（diào）試前的虛擬合模分析（xī）

      虛擬合模分析是利用白光掃描設備分別對模具的上下模型麵、導向麵、平衡塊麵進行全（quán）麵的掃描檢測，提取表麵數據，以理論CAD模（mó）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（dào）模具在入調前（qián）的綜合合模間隙（xì）分布，如圖7。

      上述數據所提供的（de）模具研修方（fāng）案，將模具以往所存在的凹（āo）角（jiǎo）加工不到位、模具導向是否匹（pǐ）配、型麵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（yā）機查看製件著色和壓鉛（qiān）絲等（děng）辦法分析（xī）模具合模間隙狀況，而通過合（hé）模間（jiān）隙報告就可以進行模具研調，提高壓力（lì）機資源的有（yǒu）效使用率30%以上，降低了調試（shì）工作的難度。

      對於對稱零件（jiàn）可（kě）先重點調試單側零件模具（jù），待該側模具穩（wěn）定成形後，其手工（gōng）修磨的結果可以首先通過虛擬合模（mó）技（jì）術進行數據采集及（jí）合模分析，記錄模（mó）具的修磨（mó）過程，以此為基礎指導（dǎo）另一側模具的調試工作。對（duì）於手工（gōng）調整大的區域還可直接采用對稱掃描點雲（yún）數據進行編程數控加工。另外，前（qián）工（gōng）序如拉延型麵通（tōng）過手工打磨處理（lǐ）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（jù）基準的一致（zhì）性的同時又大大（dà）降低了鉗工的手工（gōng）研修量，從整體上縮短模具製造周期。

      （2）模（mó）具調試合格後的虛擬合模狀態（tài）數據積（jī）累

      將經過調試鉗工調整後（hòu）的同類覆蓋件的經驗（yàn）結果進行電子數據（jù）備份，逐步形（xíng）成調整後（hòu）模具型（xíng）麵經驗數據庫，圖8為部（bù）分（fèn）翼子板類零件模具的合模狀態數據（jù）備份。將（jiāng）此經驗數據逐步融入到前（qián）期的衝壓工藝造（zào）型和（hé）加工數模補充麵不等間隙設計中，進一步提高設計數據的（de）可靠性，逐（zhú）步減少（shǎo）鉗（qián）工研修工作量。

      （3）應用虛擬合模技術進行模具（jù）修理與複製

      通（tōng）常情況下，在模具的調試過（guò）程中都要經過鉗工的手工打磨，修整後的型麵一般都與理論的設計數據有一定的偏差，對於模（mó）具的複製或修理如果采（cǎi）用原CAD數據進行加工（gōng），調整工（gōng）作量比較大，相當於重新進行一遍模具調（diào）試。通（tōng）過虛擬合模技術可以快速分析模具工作表麵與理論數據（jù）的偏差狀態，同時得到模具工作時（shí）的相對間隙狀態，這對於形成切實可靠的模具修理或複製方案尤為（wéi）重要。

      在模具掃描前（qián），首先要對被掃（sǎo）工件表麵進行光順（shùn）修補處理，將工件表（biǎo）麵的暗坑和破損位置用樹脂進行光（guāng）順處理，修正原模具的明顯缺陷，通過光學掃描（miáo）設備（bèi）對複製工（gōng）件進行數據采集。數據采集後進行模具狀態分析，針對不（bú）同的分析（xī）狀態製定不同的工藝路線。對於內板零件模具，一般采用點雲光順後直接作（zuò）為加工數據；對於外（wài）板零件模具，采用點雲直接加工或通（tōng）過逆向構建加工數據的方式。

      圖9為捷達側圍拉延模（mó）具複製前采（cǎi）集的凹模型麵點（diǎn）雲數據。該工件型麵雖然經過光（guāng）順處理，但（dàn）由於型麵較大，根據虛擬合模偏差分析（圖（tú）10），在某些部位仍然（rán）存在偏差，這需要在逆向再造時將暗坑等缺陷位置進行人（rén）為造型修（xiū）正。經光順分析檢查得知，再造的（de）側圍數模型麵光順性好（hǎo），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（pào）沫實型，並從模型的整體結構出發，全麵衡量（liàng）實型的（de）餘（yú）量分布狀態（tài），降低（dī）泡（pào）沫實型報廢率90%以（yǐ）上，提高了泡沫實型的準（zhǔn）確性。

      （2）采（cǎi）用點照相技術檢測（cè）鑄件毛坯，能夠及時發現鑄件問（wèn）題，有效地指導數控編程方式，降低數控自動加工過程中發生（shēng）幹涉碰撞、損（sǔn）壞（huài）刀具的現象，同時可以精確確定（dìng）數控加工基準，減少占用數控設備找正時（shí）間（jiān），從而提高數控（kòng）加工效率及加工（gōng）安全（quán）性。

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

      （4）以數據化虛擬合模技術（shù）為基礎，利用點雲數（shù）據編輯優化並直接編程加（jiā）工的方法，對於模具複製、修理、對稱製造的周期平均縮短（duǎn）1個月以上，經濟效（xiào）益（yì）顯著。

      （5）在汽車衝壓模具製造（zào）生產過程中（zhōng），全麵采用光學檢（jiǎn）測技術和虛擬合模技術，並形成從衝壓工藝分析、數控加工、模具調試（shì）、數（shù）據備份及CAE分析驗證的閉環質量控製體係，可逐步（bù）縮短與國際（jì）一流模具企業的差距，提升產品競爭力。