陳鈺龍，孫亞偉

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710043 ）

工藝裝備

逆向技術(shù)在產(chǎn)品質(zhì)量改進(jìn)中的運(yùn)用

陳鈺龍，孫亞偉

（陜西重型汽車(chē)有限公司，陜西 西安 710043 ）

使用激光掃描儀進(jìn)行復(fù)雜型面的檢驗(yàn)，在CATIA中進(jìn)行點(diǎn)云的擬合與比對(duì)，確認(rèn)導(dǎo)致質(zhì)量問(wèn)題的原因。運(yùn)用逆向技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)模重建和應(yīng)用沖壓CAE進(jìn)行工藝風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和控制。多種技術(shù)共用，最終實(shí)現(xiàn)改進(jìn)目標(biāo)。

激光掃描；點(diǎn)云；擬合

CLC NO.:U467 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-164-03

引言

作為新興工業(yè)國(guó)家的一條成長(zhǎng)路徑，逆向工程逐漸在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域嶄露頭角。研究表明，新興工業(yè)國(guó)家的技術(shù)學(xué)習(xí)路徑通常起步于模仿，然后進(jìn)入創(chuàng)造性模仿，直到最后的創(chuàng)新[1]。作為逆向工程的核心，逆向技術(shù)的應(yīng)用主要包括：（1）新零件設(shè)計(jì)；（2）已有零件的復(fù)制；（3）損壞或磨損零件的還原；（4）模型精度的提高；（5）數(shù)字化模型的檢測(cè)。這些應(yīng)用對(duì)正在工業(yè)化國(guó)家在不同領(lǐng)域的技術(shù)更新起著至關(guān)重要的作用。特別在汽車(chē)制造領(lǐng)域，我國(guó)汽車(chē)制造基礎(chǔ)薄弱，國(guó)內(nèi)汽車(chē)制造廠都是引進(jìn)國(guó)外技術(shù)，通過(guò)逆向技術(shù)逐步模仿國(guó)外暢銷(xiāo)產(chǎn)品，最終獨(dú)立開(kāi)發(fā)自主產(chǎn)品。因此，逆向技術(shù)在新零件的設(shè)計(jì)和研發(fā)得到了廣泛的應(yīng)用和關(guān)注。

圖1

然而，對(duì)于已經(jīng)批產(chǎn)多年的產(chǎn)品，由于長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)，工裝磨損與維修使得一些配合零件搭接間隙超差，從而導(dǎo)致各種產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定的問(wèn)題，影響生產(chǎn)節(jié)拍和產(chǎn)品合格率。傳統(tǒng)修復(fù)方案直接以原數(shù)模為基礎(chǔ)進(jìn)行模具復(fù)制，樣件試裝時(shí)在確定模具型面的研合調(diào)整方案。在零件型面變化較大的情況下該方案存在極大地復(fù)制失敗風(fēng)險(xiǎn)，且零件匹配及模具修改的周期很長(zhǎng)。“反向”分析的逆向技術(shù)從最終的產(chǎn)品出發(fā)，可演繹得出產(chǎn)品的處理流程步驟及技術(shù)規(guī)格等要素，從而尋找出產(chǎn)品不同于標(biāo)準(zhǔn)步驟的參數(shù)變化點(diǎn)，及早修正參數(shù)，獲得合格零件。因此，運(yùn)用逆向技術(shù)對(duì)配合件進(jìn)行掃描、檢測(cè)和重新建模，檢測(cè)確定要修改的零件模具并評(píng)估舊模具改造的可行性，最終進(jìn)行效果驗(yàn)證，從而可很大程度上改善產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

1 問(wèn)題確認(rèn)

某駕駛室前圍右加強(qiáng)板為選配件，該件選配比例約20%，與本體件相比有較大差異。該件模具經(jīng)過(guò)多次維修后，出現(xiàn)如下問(wèn)題：1）與前圍總成的貼合性較差。著色法初步確定總體貼合率小于20%，塞尺測(cè)量得局部間隙可達(dá)10mm。2）前圍右加強(qiáng)板拉鉚困難，拉鉚點(diǎn)位置間隙5mm。3）膠條卡裝困難，膠條卡裝邊間隙4mm。4）當(dāng)該零件改裝為主銷(xiāo)車(chē)型標(biāo)配后，上述問(wèn)題尤為突出。

2 原因分析與驗(yàn)證

協(xié)調(diào)制造、檢驗(yàn)和工藝技術(shù)人員，通過(guò)頭腦風(fēng)暴法從零件制造檢驗(yàn)、入庫(kù)存放和總成焊裝各階段入手，識(shí)別問(wèn)題出現(xiàn)的原因，并逐項(xiàng)確認(rèn)。

2.1 影響前圍右加強(qiáng)板與前圍總成貼合性的可能因素包括以下四點(diǎn)

1）駕駛室本體焊接后扭曲變形，型面不穩(wěn)定；

2）前圍加強(qiáng)板扭曲變形，型面不穩(wěn)定；

3）加強(qiáng)板型面與駕駛室本體型面干涉，導(dǎo)致不貼符；4）零部件存放所產(chǎn)生的變形。

針對(duì)上述四種情況，使用手持式激光掃描儀分別對(duì)駕駛室本體局部、前圍右加強(qiáng)板進(jìn)行掃描測(cè)量[2]。測(cè)量取樣數(shù)量為每種5件。通過(guò)相同零件組內(nèi)對(duì)比，初步確定零件型面的穩(wěn)定性和存放變形的可能性。通過(guò)對(duì)比掃描所的駕駛室本體局部數(shù)據(jù)和前圍右加強(qiáng)板數(shù)據(jù)，確定型面的干涉量。

2.2 針對(duì)上述情況采取如下措施

1）掃描前圍總成局部，通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)模的對(duì)比，確認(rèn)前圍總成實(shí)物是否扭曲變形及實(shí)物型面的穩(wěn)定性。

2）掃描前圍右加強(qiáng)板，通過(guò)點(diǎn)云數(shù)據(jù)與數(shù)模的對(duì)比，確認(rèn)前圍右加強(qiáng)板實(shí)物是否扭曲變形及實(shí)物型面的穩(wěn)定性。

3）通過(guò)對(duì)前圍總成點(diǎn)云與前圍右加強(qiáng)板點(diǎn)云的對(duì)比，確認(rèn)前圍右加強(qiáng)板與前圍總成型面是否干涉。

2.3 掃描檢測(cè)結(jié)果

圖2 駕駛室本體測(cè)量結(jié)果

圖3 前圍右加強(qiáng)板測(cè)量結(jié)果

1）駕駛室本體總成點(diǎn)云對(duì)比結(jié)果如圖2和圖5測(cè)量結(jié)果所示，本體總成加強(qiáng)區(qū)域的偏差量在±1 mm，局部區(qū)域達(dá)到3～5 mm。

2）前圍加強(qiáng)板點(diǎn)云對(duì)比結(jié)果如圖3所示，總體偏差在± 0.3 mm以?xún)?nèi)，局部區(qū)域達(dá)到±0.5～1.0 mm。

3）前圍右加強(qiáng)板與前圍總成點(diǎn)云對(duì)比，約20%的面貼符，40%區(qū)域間隙3mm左右，30%區(qū)域間隙5mm左右，局部區(qū)域大于5mm，如圖4所示。

圖4 前圍右加強(qiáng)板與前圍總成點(diǎn)云對(duì)比

圖5 前圍右加強(qiáng)板 改進(jìn)要求

2.4 分析結(jié)論

前圍總成偏差為5 mm左右，前圍右加強(qiáng)板偏差為±0.3 mm，其主要由前圍總成與前圍右加強(qiáng)板型面局部干涉間隙過(guò)大所造成。

查閱維修記錄，該車(chē)前期進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)性的模具、夾具調(diào)試匹配，但是前圍加強(qiáng)板為后期開(kāi)發(fā)的選配零件，未參與整體調(diào)試。因此該件長(zhǎng)期存在配合間隙過(guò)大，出現(xiàn)裝配問(wèn)題。最終，基于前圍總成掃描數(shù)據(jù)，重新設(shè)計(jì)前圍加強(qiáng)板。

3 產(chǎn)品改進(jìn)

通過(guò)逆向建模的方式，以?huà)呙璧那皣偝牲c(diǎn)云為依據(jù)進(jìn)行前圍右加強(qiáng)板建模，取消異型孔翻邊，修改貼合面，提高產(chǎn)品面貼合率。根據(jù)新結(jié)構(gòu)重新開(kāi)發(fā)沖壓工藝和模具。

3.1 產(chǎn)品改進(jìn)目標(biāo)設(shè)定

識(shí)別前圍加強(qiáng)板不同區(qū)域的作用，確定貼合面、鉚釘孔位置和預(yù)留涂膠間隙面。如圖5 綠色區(qū)域?yàn)橘N合面，粉紅色區(qū)域?yàn)閳A弧面避讓區(qū)域，避讓間隙1.5 mm。

1）保證零件涂膠間隙0.5～3.0 mm，鉚接面間隙小于3 mm，從而確保拉鉚順利進(jìn)行。

2）同時(shí)將前圍右加強(qiáng)板沖壓工序由5序調(diào)整為3序，提高生產(chǎn)效率。

“哎呀，你們不知道，我們家老齊還追過(guò)她一陣子呢，人家心高氣傲沒(méi)看上他，才被我撿走了?！边@是李紅的聲音。

3.2 改進(jìn)措施

使用劉偉、鞠魯粵等發(fā)表的在汽車(chē)覆蓋件曲面重構(gòu)技術(shù)研究[3]中的相同研究方法，以前圍總成掃描點(diǎn)云為基準(zhǔn)，創(chuàng)建前圍右加強(qiáng)板數(shù)模，并作出修改以滿(mǎn)足圖5的要求。

采用與李春友等在基于AUTOFORM的加強(qiáng)板沖壓工藝仿真與優(yōu)化[4]中所使用的方法，運(yùn)用AUTOFORM重新設(shè)計(jì)和優(yōu)化沖壓工藝，確定最小坯料規(guī)格，消除成型開(kāi)裂和起皺風(fēng)險(xiǎn)，并預(yù)測(cè)回彈補(bǔ)償量。

同時(shí)，對(duì)舊模具進(jìn)行掃描確定模具改造的可行性和協(xié)調(diào)生產(chǎn)部門(mén)安排模具改造和驗(yàn)證工作。

根據(jù)新前圍右加強(qiáng)板數(shù)模制定沖壓工藝方案：拉延→修編沖孔→翻邊整形。坯料形狀使用梯形，相比矩形料節(jié)省6%。充分拉延，調(diào)整開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行全工序仿真和回彈分析，確認(rèn)成形無(wú)風(fēng)險(xiǎn)，確保回彈量在0.5 mm以?xún)?nèi)，如圖6。

圖6 CAE回彈量分析

圖7 模具項(xiàng)目掃描測(cè)量結(jié)果

使用手持式掃描儀測(cè)量舊拉延模具型面，并與新的工藝方案進(jìn)行比對(duì)，確定舊模具的更改加工量達(dá)到10 mm以上。但考慮到原模具凸凹模型面鑄件壁厚只有40 mm，若采用修改方案則最終凸凹模型面厚度將小于30mm，從而導(dǎo)致模具強(qiáng)度不足。綜合考慮上述分析，修正原模具不僅風(fēng)險(xiǎn)大而且不能滿(mǎn)足實(shí)際要求，從而確定開(kāi)發(fā)新模具。

3.3 改進(jìn)結(jié)果驗(yàn)證

模具型面零件區(qū)域與模具數(shù)模的偏差小于1 mm，工藝補(bǔ)充區(qū)有調(diào)模修正量，偏差3mm，符合型面檢測(cè)要求，見(jiàn)圖7。

新開(kāi)樣件試裝與前圍貼合良好，搭接面最大間隙小于2.0 mm，實(shí)現(xiàn)改進(jìn)目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

本次前圍右加強(qiáng)板的改進(jìn)，使用逆向建模和沖壓CAE分析技術(shù)，從零件設(shè)計(jì)到工藝風(fēng)險(xiǎn)控制進(jìn)行全面監(jiān)管。使用激光掃描儀進(jìn)行零件和模具的測(cè)量監(jiān)控，保證了零部件品質(zhì)的提高，實(shí)現(xiàn)了舊模具改進(jìn)目標(biāo)。

[1] 韓文蕾,王宇紅.傳統(tǒng)制造業(yè)中逆向工程的合法性研究.[J]科技進(jìn)步與對(duì)策.2009-9 108-110.

[2] 徐龍,王柱等. 基于激光掃描的逆向工程在檢驗(yàn)檢測(cè)中的應(yīng)用.[J]制造業(yè)自動(dòng)化2014-11（下）37-41 .

[3] 劉偉,鞠魯粵等.在汽車(chē)覆蓋件曲面重構(gòu)技術(shù)研究.[J]機(jī)械設(shè)計(jì)與制造.2014-11 191-195.

[4] 李春友.基于AUTOFORM的加強(qiáng)板沖壓工藝仿真與優(yōu)化.[J]熱加工工藝2013,Vol.43, No.3 90-93.

The use of reverse technology in product quality improvement

Chen Yulong, Sun Yawei
( Shaanxi heavy automobile co., LTD., Shaanxi Xi'an 710043 )

The cause of quality problems is determined by using laser scanner to inspect the complex surface and using CATIA to simulate and compare the as-obtained point clouds. The reverse technology is employed to conduct the product digital-model reconstruction, accompanied by the utilization of the stamping CAE to identify and control the process risk. Finally the improvement of the target is achieved by the combined utilization of multiple technology.

laser scanner; point clouds; simulate

U467

A

1671-7988 (2017)15-164-03

陳鈺龍，就職于陜西重型汽車(chē)有限公司。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.060