最佳擬合運算在汽車覆蓋件模具生產中的應用

河南省鶴壁天淇汽車模具有限公司 石炳欣 楊勝利 王文英

最佳擬合運算在汽車覆蓋件模具生產中的應用

河南省鶴壁天淇汽車模具有限公司 石炳欣 楊勝利 王文英

隨著測量技術的發展和3D測量設備的普及，大部分3D測量軟件都提供了最佳擬合運算功能，很大程度上可以通過最佳擬合運算模擬，來反映汽車覆蓋件（以下簡稱制件）在裝配情況下可能出現的問題，并能通過運算尋找出最佳的修整參數，從而縮短生產周期，提高產品質量，減少修調浪費。

一、最佳擬合運算簡介

最佳擬合運算是在已有測量結果的基礎上，使用一些特征元素的實測值，對測量坐標系進行最佳擬合，讓這些特征元素的實測值作為迭代運算依據，來調整整體坐標系的過程。簡單地說，就是認為指定元素是絕對正確的從而用這些特征元素為依據，去評判其他測量元素相對于該測量元素偏差值的運算過程。

二、最佳擬合運算及結果分析模擬

1. 主要技術要求及檢測內容。筆者用一制件做簡化來描述運算應用過程。需制作的制件的局部斷面圖如圖1所示，制件名稱為制件L，制件材質為DP900，屬高強度板材。

圖1 制件L結構

該制件在汽車裝配過程中面A需與一制件M焊接，面D需與另一制件N焊接，制件要求面輪廓度0.3mm，孔位置度孔1為0.3mm，孔2為定位孔，位置度0mm。該制件焊接順序為先用制件L和制件N的定位孔做定位，將制件L和制件N焊接在一起，然后利用制件N的定位孔和制件M的定位孔定位將3個制件拼焊在一起，制件拼焊方法如圖2所示。

圖2 制件拼焊

該制件的制作，利用了拉延模、修邊模和翻邊模，成型過程為先將面A、面B、面C通過拉延成型，孔1、孔2和其他輪廓通過修邊模成型，面D通過最后的翻邊模成型。因材料性能及模具成型問題，制件出現了立面回彈，且孔1也偏離了理論位置，經測量，制件實際狀況如圖3所示。

圖3 實際制件

2. 檢測結果分析及問題判斷。從檢測結果分析，制件孔1超差，面B和D的偏差均在要求范圍內，制件的面輪廓度精度符合廠家要求，但因偏差均達到了最大值，在裝車過程中是否會出現干涉無法判斷（以上各圖為極度簡化圖，實際制件形狀十分復雜，由數百曲面構成，且與坐標軸不垂直，靠檢測數據無法判斷面D的變化會對面A造成多大的變化），所以只能通過最佳擬合運算來模擬可能發生的焊接問題。

制件的焊接順序為先把制件L和制件N進行焊接，焊接時，用制件N和制件L的定位孔做定位來固定兩制件進行焊接，焊接完成后，將利用制件N的定位孔和制件M的定位孔來固定制件焊接制件M和制件L。由此可以判斷，在制件L和制件M焊接時，使用的基準實際為制件N的基準，而制件N的基準傳遞到制件L上時，實際的焊接基準成了面D。

所以，可以借助最佳擬合運算來推斷焊接時可能出現的問題。首先，在面D上均勻地取若干點，然后用這些點來建立最佳擬合坐標系，此時等于理論上把面D認定成完全正確的面。通過面D來反饋面A和B的偏差值，經運算，B底部的點的最大偏差為0.59mm，面A的偏差也增加到了0.18mm，因圖紙設計的制件M與面B的距離只有0.5mm，所以經過運算可以發現，該制件可能會出現焊接干涉。

3. 最小修整量判斷。可能發生焊接干涉，就需要進行修整。要想把面A和面D修整到0位顯然是不現實的，這需要投入太多的精力和時間，且經過多次修整也未必能達到效果， 說不定還會因為過多的改動了一個地方，而造成制件的其他部分發生變化，從而使整個制件發生變形。為此，需要確認出一個最小修整量，只要保證了該修整值就可以使制件在焊接過程中不出現問題，實際生產中對這樣小的修整量就容易實現了。

4. 孔位偏移的最佳擬合運算解決。解決了面的修整問題，剩下還有一個不合格項，那就是孔1的位置超差了。處理孔1有兩個麻煩問題：一是經過淬火，模具的硬度變得非常高，一般的刀具無法再對模具進行加工了；二是孔在斜面上，沖孔模具需要改換的位置值較難確定，如果沒有最佳擬合運算的介入，傳統的手工測量想確定孔位在直角坐標系下的位置比較困難。成型孔1的沖孔模具由四個鑲塊組成，鑲塊分布狀態如圖4所示。

圖 4 鑲塊分布

按照傳統的修整方式，需要將鑲塊2整體拆下報廢，然后重新投一新鑲塊進行加工，再利用測量出的孔偏移值向反方向走一個補償值重新沖孔。因為孔1在斜面上，制件又有回彈，所以反方向走的補償值確定相當困難，需要有經驗的師傅根據各個測量值來做經驗分析才能確定補償值，而且因人為因素較多，重新加工的成功率也不高，所以最佳擬合運算為解決該問題提供了一個新的方法。在車身坐標系下測量完該孔后，人為地按一定數值擬合Z向值，然后在新的坐標系下評定孔位置，Z值上抬與孔位置度的變化見表1。

表 1 Z值上抬與孔位置度的變化關系

通過推斷模擬，可以產生兩種修整方法。

一是報廢原先的鑲塊2，重新采購鑲塊并加工沖孔位置，按照最佳擬合運算結果將原先的理論孔位上移0.5mm進行加工，這樣可以使沖孔模具沖出正確的孔位。

二是通過對比表中數值，筆者發現，當坐標系上移量達到0.2mm時，加工出的制件就合格了，所以可以不報廢鑲塊2，直接在鑲塊2下面添加0.2mm厚的墊片，讓模具沖孔位置上移，然后用砂輪機磨掉鑲塊2上因加墊造成的凸起部分，就可以在最短的時間快速地修整出合格制件的模具了。

三、結論

隨著汽車工業的發展，短周期、高質量已經成為發展的主流，而汽車模具的生產直接關系汽車的開發周期，為縮短周期，就必須采取新的檢測運算手段提前分析、修正可能發生的問題，充分利用測量機和測量算法的強大功能，做好數據反饋，讓測量發揮出獨到的作用。