最佳拟合运算在汽车覆盖件模具生产中的应用

河南省鹤壁天淇汽车模具有限公司 石炳欣 杨胜利 王文英

最佳拟合运算在汽车覆盖件模具生产中的应用

河南省鹤壁天淇汽车模具有限公司 石炳欣 杨胜利 王文英

随着测量技术的发展和3D测量设备的普及，大部分3D测量软件都提供了最佳拟合运算功能，很大程度上可以通过最佳拟合运算模拟，来反映汽车覆盖件（以下简称制件）在装配情况下可能出现的问题，并能通过运算寻找出最佳的修整参数，从而缩短生产周期，提高产品质量，减少修调浪费。

一、最佳拟合运算简介

最佳拟合运算是在已有测量结果的基础上，使用一些特征元素的实测值，对测量坐标系进行最佳拟合，让这些特征元素的实测值作为迭代运算依据，来调整整体坐标系的过程。简单地说，就是认为指定元素是绝对正确的从而用这些特征元素为依据，去评判其他测量元素相对于该测量元素偏差值的运算过程。

二、最佳拟合运算及结果分析模拟

1. 主要技术要求及检测内容。笔者用一制件做简化来描述运算应用过程。需制作的制件的局部断面图如图1所示，制件名称为制件L，制件材质为DP900，属高强度板材。

图1 制件L结构

该制件在汽车装配过程中面A需与一制件M焊接，面D需与另一制件N焊接，制件要求面轮廓度0.3mm，孔位置度孔1为0.3mm，孔2为定位孔，位置度0mm。该制件焊接顺序为先用制件L和制件N的定位孔做定位，将制件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的定位孔定位将3个制件拼焊在一起，制件拼焊方法如图2所示。

图2 制件拼焊

该制件的制作，利用了拉延模、修边模和翻边模，成型过程为先将面A、面B、面C通过拉延成型，孔1、孔2和其他轮廓通过修边模成型，面D通过最后的翻边模成型。因材料性能及模具成型问题，制件出现了立面回弹，且孔1也偏离了理论位置，经测量，制件实际状况如图3所示。

图3 实际制件

2. 检测结果分析及问题判断。从检测结果分析，制件孔1超差，面B和D的偏差均在要求范围内，制件的面轮廓度精度符合厂家要求，但因偏差均达到了最大值，在装车过程中是否会出现干涉无法判断（以上各图为极度简化图，实际制件形状十分复杂，由数百曲面构成，且与坐标轴不垂直，靠检测数据无法判断面D的变化会对面A造成多大的变化），所以只能通过最佳拟合运算来模拟可能发生的焊接问题。

制件的焊接顺序为先把制件L和制件N进行焊接，焊接时，用制件N和制件L的定位孔做定位来固定两制件进行焊接，焊接完成后，将利用制件N的定位孔和制件M的定位孔来固定制件焊接制件M和制件L。由此可以判断，在制件L和制件M焊接时，使用的基准实际为制件N的基准，而制件N的基准传递到制件L上时，实际的焊接基准成了面D。

所以，可以借助最佳拟合运算来推断焊接时可能出现的问题。首先，在面D上均匀地取若干点，然后用这些点来建立最佳拟合坐标系，此时等于理论上把面D认定成完全正确的面。通过面D来反馈面A和B的偏差值，经运算，B底部的点的最大偏差为0.59mm，面A的偏差也增加到了0.18mm，因图纸设计的制件M与面B的距离只有0.5mm，所以经过运算可以发现，该制件可能会出现焊接干涉。

3. 最小修整量判断。可能发生焊接干涉，就需要进行修整。要想把面A和面D修整到0位显然是不现实的，这需要投入太多的精力和时间，且经过多次修整也未必能达到效果， 说不定还会因为过多的改动了一个地方，而造成制件的其他部分发生变化，从而使整个制件发生变形。为此，需要确认出一个最小修整量，只要保证了该修整值就可以使制件在焊接过程中不出现问题，实际生产中对这样小的修整量就容易实现了。

4. 孔位偏移的最佳拟合运算解决。解决了面的修整问题，剩下还有一个不合格项，那就是孔1的位置超差了。处理孔1有两个麻烦问题：一是经过淬火，模具的硬度变得非常高，一般的刀具无法再对模具进行加工了；二是孔在斜面上，冲孔模具需要改换的位置值较难确定，如果没有最佳拟合运算的介入，传统的手工测量想确定孔位在直角坐标系下的位置比较困难。成型孔1的冲孔模具由四个镶块组成，镶块分布状态如图4所示。

图 4 镶块分布

按照传统的修整方式，需要将镶块2整体拆下报废，然后重新投一新镶块进行加工，再利用测量出的孔偏移值向反方向走一个补偿值重新冲孔。因为孔1在斜面上，制件又有回弹，所以反方向走的补偿值确定相当困难，需要有经验的师傅根据各个测量值来做经验分析才能确定补偿值，而且因人为因素较多，重新加工的成功率也不高，所以最佳拟合运算为解决该问题提供了一个新的方法。在车身坐标系下测量完该孔后，人为地按一定数值拟合Z向值，然后在新的坐标系下评定孔位置，Z值上抬与孔位置度的变化见表1。

表 1 Z值上抬与孔位置度的变化关系

通过推断模拟，可以产生两种修整方法。

一是报废原先的镶块2，重新采购镶块并加工冲孔位置，按照最佳拟合运算结果将原先的理论孔位上移0.5mm进行加工，这样可以使冲孔模具冲出正确的孔位。

二是通过对比表中数值，笔者发现，当坐标系上移量达到0.2mm时，加工出的制件就合格了，所以可以不报废镶块2，直接在镶块2下面添加0.2mm厚的垫片，让模具冲孔位置上移，然后用砂轮机磨掉镶块2上因加垫造成的凸起部分，就可以在最短的时间快速地修整出合格制件的模具了。

三、结论

随着汽车工业的发展，短周期、高质量已经成为发展的主流，而汽车模具的生产直接关系汽车的开发周期，为缩短周期，就必须采取新的检测运算手段提前分析、修正可能发生的问题，充分利用测量机和测量算法的强大功能，做好数据反馈，让测量发挥出独到的作用。