先进汽车冲压模具调试技术和车身匹配技术前瞻性研究

2015-06-12肖武华詹高伟韦庆玥

机械制造 2015年8期

□ 肖武华 □ 李明 □ 柳静 □ 詹高伟 □ 韦庆玥

上海大学上海市智能制造及机器人重点实验室上海 200072

1 现状分析

1.1 白车身匹配现状

AMB（Aussen Meister Bock）是依据钣金零件的RPS（Reference Point System）定位原理制造成的搭建支架，用于安装侧围、四门两盖、车顶、翼子板、前后围零件及水箱覆板等总成零件（如图1所示），以便观察它们在整车中的匹配状态，同时配合三坐标测量，予以每个总成零件三坐标报告，用于精确分析匹配缺陷，指导零件匹配优化整改［1］。一般项目期间，AMB搭建周期为4～5周，其中侧围、门盖等总成零件的生产准备需1周，送件到搭建耗时1周，分析测量耗时1周，剩下的实际整改调试时间仅为1～2周。常规的AMB搭建耗时耗力，严重阻碍了项目优化进度。

在对AMB上的零件测量前需先对单个零件进行测量，做成总成后再次测量，若需总成电泳，则电泳后还需再次测量尺寸确认，搭建时还需按照送样报告（内容包括单件、总成及电泳后的尺寸）再次测量。耗费人力、物力、财力，严重影响项目成本的缩减。

1.2 白车身匹配技术发展趋势

如今，车身的匹配精度要求由20世纪80年代的±1.5 mm发展至今的±0.5 mm，匹配技术与人才已被各大整车制造企业所重视［2］。在此背景下，虚拟AMB搭建应运而生，它不仅能够节约生产成本，同时大幅缩减搭建时间，给问题整改优化提供更充足的时间，有助于整车质量的提升。同时，结合虚拟冲压模具调试技术，能够大幅度节约模具调试成本，缩减调试周期，提升零件优化效率，进而降低项目成本。

1.3 市场前景

随着人民生活水平的提高，对物质生活的追求必然随之提高，就汽车行业来说，需要越来越多的新车型来满足日益增长的市场需求，改善车型内在配置的同时，人们对汽车外观匹配的要求也越来越高。就上海大众车型研发进度而言，一年一小改，三年一大改，改动最多的就是外观的匹配，而AMB正是研发新车型、提高新车型外观匹配质量必不可少的模拟分析平台。

提出先进的汽车冲压模具调试技术和汽车车身虚拟匹配技术，是基于传统AMB理念，抛开繁杂的实物搭架，借助二次开发的软件平台实现虚拟搭建，减少项目周期，降低开发成本。同时，借助虚拟冲压模具调试技术，缩短优化周期，提高优化效率，提供一个对问题的分析、解决的虚拟化平台，提升整车研发质量。

▲图1 Aussen Meister Bock搭建支架

2 研发内容

实车匹配中涉及的总成件结构、焊点工艺都复杂，造成累积公差变化因素较多，因此，现阶段的研发目标是先验证小总成的虚拟匹配分析可行性。在分析小总成的尺寸偏差过程中，对冲压零件的尺寸提出了更高要求，提出了对冲压零件合理的整改方案，故需对模具及冲压零件进行相应研究，具体包括如下。

（1）模具扫描。包括上、下模座扫描，导柱、导套扫描，凸、凹模扫描等。

（2）扫描数据处理。对扫描的数据进行处理，数据用于后续的CAE（Computer Aided Engineering）分析。

（3）模具扫描数据分析。模拟导柱导套配合运动，生成虚拟的模具图。

（4）模具进行虚拟优化。对机加工的缺陷区域进行虚拟补偿，对零件回弹进行数据补偿。

（5）虚拟冲压零件。用优化后的模具进行虚拟零件冲压，然后模拟测量用RPS定位后，搭建支架上的虚拟冲压零件，所生成测量的报告与实际零件测量报告进行对比。

（6）冲压单件的扫描。扫描单个冲压零件。

（7）零件扫描数据处理。对零件的扫描点云数据进行处理，用于后续的CAE分析。

（8）零件的虚拟焊接分析。在实际夹具定位方式下，根据实际焊接参数、焊接类型，对小总成零件进行虚拟焊接，如图2所示。

（9）虚拟折边分析。对于四门两盖总成，需要对外板零件进行虚拟折边分析。

（10）虚拟总成分析。对虚拟总成在RPS定位方式下，生成尺寸报告，与实际总成测量报告进行对比，要求实际总成与虚拟总成的差值在±0.2 mm之内。

（11）虚拟装配。将各个总成零件，模拟AMB搭建原则，进行虚拟匹配，如图3所示。

（12）生成虚拟匹配报表。对虚拟匹配的各个总成零件，生成尺寸报告和Audit缺陷报表，并对缺陷区域进行自动渲染、描述。

3 研发难点

3.1 数据类型及软件选择

3.1.1 数据类型选择

本研发项目需运用多种软件，各软件的数据处理要求也较高，因此选用合适的数据类型，将直接影响到研发的可行性和准确性。

3.1.2 软件选择

由于本项目后期需要投入工业运行，因此软件的选择以自主开发较为合理。

部分相关软件的数据处理技术（如虚拟焊接软件ANSYS、Sorpas）已经较为完善，在自主开发软件的同时，对相关软件的二次开发也必不可少，而由此带来的软件兼容性问题将是项目初期解决的首要难点。

3.2 零件“反求工程”

反求工程又称之为逆向工程，它是利用三维扫描仪，准确而又快速地测量零件表面及轮廓，加以点云数据处理、曲面创建将零件三维实体模型重构［3］。目前该项技术已成熟运用于零件的研发、测量，但在该项目中，不仅要将其运用于实体零件的三维模型重构，并且得出的三维模型后续需要进行焊接变形、材料性能等CAE分析。因此对复杂曲面零件的扫描精度以及扫描数据的处理提出了更高的要求。

▲图2 虚拟焊接

▲图3 虚拟匹配

3.3 虚拟焊接

一个总成零件的焊接工艺繁多，不同的焊点组合、焊接参数组合都将对零件产生不同形变，因此如何模拟生产线的实际焊接工艺、焊接参数、焊接顺序，使虚拟焊接后的总成尺寸偏差与实际生产的总成尺寸偏差保持一致，将是难点之一。零件的材料性能对焊接形变的影响也不可忽略，因此在该项目开展之前，必须对各零件的材料性能有一定研究。