創(chuàng)新技術(shù)在汽車覆蓋件模具上的應(yīng)用

文／程明山，王力，曲政，趙飛·一汽-大眾汽車有限公司

當前科技發(fā)展迅速，汽車覆蓋件模具傳統(tǒng)維修技術(shù)雖已較為成熟，但還存在諸多弊端，成本及人員浪費比較嚴重。利用現(xiàn)今的科技，將創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用到模具上，使模具智能化，是模具未來發(fā)展的一項重要課題。

現(xiàn)已應(yīng)用到模具上的創(chuàng)新技術(shù)包括氮氣缸壓力無線監(jiān)控，壓邊圈溫度控制，拉延收料線視覺監(jiān)控，廢料排放視覺監(jiān)控，網(wǎng)格試驗?zāi)＞咴６确治?，模具型面掃描?shù)據(jù)指導更改技術(shù)六個方面。

氮氣缸壓力無線監(jiān)控技術(shù)

氮氣缸在模具上應(yīng)用廣泛，氮氣缸壓力穩(wěn)定性對模具安全和制件質(zhì)量均有很大影響，目前模具上對于提供成形力的氣缸已配備氣壓表，需要員工定期點檢。且存在以下問題：⑴模具三層堆放(圖1)，無法查看最頂層模具，或觀察角度不同造成視覺誤差，造成點檢不準確；⑵某些氮氣缸在模具內(nèi)部(圖2)，模具存放狀態(tài)下無法觀察，造成時間的浪費；⑶模具存放區(qū)間距為80cm，點檢人員長期穿梭，造成安全隱患。

圖1 三層堆垛點檢

圖2 模具內(nèi)部氣缸

無線監(jiān)控原理(圖3)：利用符合沖壓車間現(xiàn)場使用的無線壓力傳感器，開發(fā)信號接收系統(tǒng)和匹配軟件。

圖3 無線監(jiān)控原理

在模具上每個必要的氮氣缸氣壓表上安裝無線壓力傳感器，將氮氣缸壓力顯示到終端屏幕上，在屏幕上顯示氣壓表壓力值，根據(jù)設(shè)定的壓力標準區(qū)間，在標準內(nèi)顯示為綠色，高于標準顯示為黃色，低于標準顯示為紅色。員工可以根據(jù)屏幕顯示，對現(xiàn)場所有模具進行快速點檢?？梢詫崿F(xiàn)氣壓歷史數(shù)據(jù)查詢功能，實現(xiàn)氮氣缸精準維修，提升點檢效率。

拉延壓邊圈溫度控制技術(shù)

自動化沖壓生產(chǎn)節(jié)拍越來越高，某些高速生產(chǎn)線大型汽車覆蓋件已經(jīng)達到17 ～18 次/分鐘。高速生產(chǎn)帶來的摩擦與沖擊問題使得模具工作溫度越來越高(圖4)，以致于模具熱脹變形對生產(chǎn)零件帶來不利影響，產(chǎn)生拉裂和縮頸的嚴重質(zhì)量事故(圖5)。在北方工廠生產(chǎn)初始時模具溫度較低，模具會微觀冷縮，在拉延工藝時容易出現(xiàn)褶皺的質(zhì)量缺陷。經(jīng)實際生產(chǎn)測試，冬季模具溫度20 攝氏度左右，夏季模具溫度27 攝氏度以上(連續(xù)生產(chǎn)1000 件模具溫度可以達到40 攝氏度以上)，如此大的溫度差，必然會導致制件質(zhì)量波動。

圖4 溫度測量

圖5 質(zhì)量事故

為了保證質(zhì)量的穩(wěn)定，對拉延壓邊圈加裝溫度控制裝置，原理為以壓縮空氣為動力，驅(qū)動渦流管產(chǎn)生冷/熱氣流，對模具通過不同出口實現(xiàn)降溫、升溫控制，如圖6 所示。

圖6 不同出口實現(xiàn)溫度控制

在拉延壓料面下型腔內(nèi)加裝吹氣管，減小渦流管輸出管線長度，直接將渦流管安裝在模具需要溫控區(qū)域。對需要溫控區(qū)域進行封閉，并加裝保溫層，并安裝金屬護板。以6bar 壓縮空氣為動力，驅(qū)動渦流管所產(chǎn)生冷氣流對模具降溫，在模具使用初始溫度低時，同樣驅(qū)動另一渦流管所產(chǎn)生熱氣流對模具升溫。通過嵌入模具的溫度探頭來測量溫度，對模具的溫度調(diào)節(jié)需使用溫度測量控制器驅(qū)動電磁閥控制相應(yīng)功能的渦流管，進而實現(xiàn)數(shù)字化模具溫度控制?？梢栽谠O(shè)定的溫度區(qū)間自動切換關(guān)閉及啟動模具加熱裝置或者模具降溫裝置，保證了零件的穩(wěn)定性。

拉延收料線視覺監(jiān)控技術(shù)

沖壓件的成形過程會受到周圍環(huán)境變化的影響，導致沖壓模具拉延收料線出現(xiàn)變化，進而使沖壓件出現(xiàn)縮頸拉裂、尺寸變化等質(zhì)量問題。而沖壓模具拉延收料線屬于微小漸變過程，且伴隨沖壓生產(chǎn)的噪聲振動影響，長期以來無法進行在線非接觸測量或監(jiān)控，只能人工停機測量并產(chǎn)生停臺。

為了節(jié)約測量收料線所產(chǎn)生的停臺，且能準確監(jiān)控制件收料線，創(chuàng)新了一種收料線在線監(jiān)控的方法：通過相機對拉延件特征區(qū)進行拍照，開發(fā)視覺監(jiān)控系統(tǒng)，通過特定算法軟件對收料線變化進行監(jiān)控。

在壓機立柱不同位置安裝高速相機，以拉延件特征區(qū)為基準灰度值，通過特定算法調(diào)試出穩(wěn)定的邊緣圖像進行存儲，通過每次行程所產(chǎn)生的圖片，進行圖像對比，自動查找邊緣并進行測距(圖7)，形成連續(xù)趨勢曲線進行輸出(圖8)，按設(shè)定收料線變化區(qū)間(+3mm 到-3mm)進行控制，超過區(qū)間值自動報警提示，便于及時調(diào)整?？蓪崿F(xiàn)連續(xù)不間斷的測量，更加精確地控制生產(chǎn)過程穩(wěn)定性。

圖7 邊緣測距

圖8 趨勢曲線

模具廢料排放視覺監(jiān)控技術(shù)

沖壓模具的廢料排放是不可避免的，一個零件模具上會有多達數(shù)十個廢料滑道。如廢料排放不暢，會造成堵廢料停機、滑道損壞、模具損壞等安全隱患。常規(guī)方法是通過巡線人員不間斷觀察，造成人員的浪費，且不能有效及時地對所有滑道進行監(jiān)控，造成事故率不可避免。堵廢料問題統(tǒng)計如圖9 所示。

圖9 堵廢料問題統(tǒng)計

為了消除模具事故率，消除模具安全隱患，創(chuàng)新了一種監(jiān)控廢料的方法：利用計算機視覺技術(shù)，通過特定編程語言和高清攝像頭，捕捉動態(tài)廢料下滑過程進行監(jiān)控(圖10)。

圖10 計算機視覺監(jiān)控

通過在每臺有廢料排放的壓機立柱上固定攝像頭，對模具號及所有滑道進行編號，通過前期調(diào)試將廢料下滑過程進行單獨截取并顯示到屏幕上(圖11)，通過圖像對比技術(shù)及設(shè)定的時間頻率進行灰度值對比，達到設(shè)定報警次數(shù)時，通過聲光裝置進行提示(圖12)，便于及時發(fā)現(xiàn)堵廢料情況，在節(jié)約人員成本的同時還提高了生產(chǎn)效率。

圖11 截取滑道圖像

圖12 檢測系統(tǒng)提示

網(wǎng)格試驗?zāi)＞咴６确治黾夹g(shù)

模具裕度是指模具適應(yīng)鋼/鋁板機械性能、油膜厚度、設(shè)備參數(shù)變化的能力。結(jié)合拉延模擬及現(xiàn)生產(chǎn)狀態(tài)，通過網(wǎng)格試驗技術(shù)，測量零件成形裕度，進行網(wǎng)格印制時應(yīng)避免整張板料的印刷，應(yīng)先對板料等間距劃分塊，成形后判斷目標單元在塊中的位置，后續(xù)只在目標所在塊的位置印刷網(wǎng)格(圖13)，減少網(wǎng)格印制區(qū)域。

圖13 分區(qū)域印制網(wǎng)格

通過解讀報告識別模具上的縮頸拉裂風險點，區(qū)域1，材料性能區(qū)，記錄當前零件的基礎(chǔ)機械性能；區(qū)域2，記錄當批次生產(chǎn)壓機參數(shù)；區(qū)域3，具體薄弱點測量數(shù)據(jù)。成形極限裕度：體現(xiàn)的是監(jiān)控區(qū)域的最差成形裕度，0%～5%為紅區(qū)，裕度極差，是危險區(qū)；5%～10%為黃區(qū)，屬于裕度較差，但可接受，需要監(jiān)控；10%以上為綠區(qū)，是安全區(qū)。最大減薄率：體現(xiàn)的是監(jiān)控區(qū)域最大減薄率，在裕度足夠的情況下，減薄率25%以下為綠區(qū)；25%～30%為黃區(qū)；大于30%為紅區(qū)。主次應(yīng)變：測量的是兩個相互垂直方向的變形量。總體評價結(jié)果要結(jié)合成形極限裕度及最大減薄率進行評價。

成形極限圖(FLD)：通過分析不同點的應(yīng)變狀態(tài)在FLD 中的位置確定成形裕度(圖14)。黑色線1 為理論極限曲線，紅色線2 為5%裕度曲線，紅色線3為10%裕度曲線，如果監(jiān)控點的位置在10%的曲線以下，就是安全的。從成形極限圖看，點的位置決定了它的成形裕度，以區(qū)域4 所示位置為例，通過改變該點的主次應(yīng)變，可以改變該點在FLD 位置，進而改變其成形裕度，這也為解決縮頸拉裂、提升裕度提供工作方向。

圖14 成形極限圖

模具型面掃描數(shù)據(jù)指導模具更改技術(shù)

模具型面掃描通常采用ATOS 掃描設(shè)備(圖15)分析，可分析模具和制件型面的變化趨勢(圖16)，從中確定造成制件型面尺寸超差的工序，提高尺寸問題的分析效率?？蓪崿F(xiàn)數(shù)據(jù)與設(shè)計數(shù)模對比，使型面缺陷分析成為具有視覺化、數(shù)據(jù)化和定量化的工作。為模具更改提供了依據(jù)，降低了模具質(zhì)改時間成本。

圖15 掃描設(shè)備

圖16 變化趨勢

結(jié)束語

隨著工業(yè)的發(fā)展，各項創(chuàng)新技術(shù)不斷應(yīng)用于模具上，會使工業(yè)母機變得越來越智能化，相信在不久的將來，模具會擁有AI 智能控制。在具備“看”“聽”“讀”“說”的能力基礎(chǔ)上，還具備“會想”“會做”的能力，希望本文可為共同開發(fā)智能模具提供參考。