方階平，王永濤，劉攀，田浩

（北京奔馳汽車有限公司，北京 102600）

1 沖壓件正常考核測量介紹

三坐標支具是用于固定沖壓零件的標準支架，支具的設計開發(fā)具有很高的精度要求（主控方向公差為+/-0.05，非主控方向公差為+/-0.2）[1]，其具有對零件RPS點（reference point system）和輔助支撐點的支撐與調整功能。支具通過固定零件上的RPS點，保證零件與數(shù)模設計狀態(tài)保持一致，并通過調節(jié)輔助支撐點，使零件消除一些微小應力對沖壓單件影響，因為，一定范圍內的扭轉與回彈雖然體現(xiàn)在沖壓單件上，但是可以通過裝焊工藝和加強結構件的安裝來消除掉這些應力，這個范圍可以通過支具夾頭的夾緊力來評估，我們通過實驗及經(jīng)驗設定30N為極限夾緊力（鋼板材）[2]，當夾緊力大于30N時，我們認為沖壓單件形變超過調整范圍，需要進行打開夾頭的特殊測量，并優(yōu)化模具，當夾緊力小于30N，我們認為沖壓單件可以進行正?？己藴y量，需要注意的是，正?？己藴y量時還需要對每個夾緊點的夾緊距離進行測量，防止一些結構形變較大但夾緊力合格的特殊情況。

零件的測量可以選擇“支具坐標系”與“零件坐標系”。通過實驗，證明兩種坐標系測量結果差異不大?！爸Ь咦鴺讼怠笔峭ㄟ^支具上標準定位孔或標準定位球，確定支具在測量機空間中的X/Y/Z的位置[3]，然后將零件固定在支具上進行評價?！傲慵鴺讼怠笔窍葘⒘慵潭ㄔ谥Ь呱?，再通過零件上選取的特定RPS點或孔，確定零件在測量機空間中的X/Y/Z的位置[3]，然后對零件進行評價。

每一次使用“支具坐標系”測量前，都需要對支具進行標定，將零件固定在支具上后，需要將所有RPS點手動調整至+/-0.1mm公差范圍內，然后再進行測量。

使用“零件坐標系”測量時，只有在首次測量時需要標定支具（之后定期半年標定一次即可），將零件固定在支具上后，軟件通過零件上前六個RPS點進行坐標系建立，軟件將計算擬合將前六個RPS點調整至+/-0.1mm公差范圍內（3-2-1建系法[4]），然后依次手動調整其它RPS點至+/-0.1mm公差范圍內，這樣保證了零件狀態(tài)與數(shù)模狀態(tài)保持一致，可以進行考核測量監(jiān)控。

正?？己藴y量方法適用于零件狀態(tài)穩(wěn)定，且零件變形量較小時使用，對壓零件的質量進行監(jiān)控及評價。但是在項目初期，全夾緊的狀態(tài)下測量可能掩蓋零件本身的缺陷。例如，行李箱內板沖壓件（如圖1），正常測量時，難以發(fā)現(xiàn)零件的回彈變形與扭轉變形則無法指導模具的整改。因此，需要對測量方法進行重新設計，以保證測量結果能顯示零件的真實狀態(tài)。

圖1 行李箱內板建系RPS點

2 沖壓件特殊分析測量介紹

與正常考核測量不同，特殊分析測量是通過不同的夾緊支撐方式，還原沖壓單件的真實狀態(tài)，暴露模具的真實問題，從而達到指導模具整改的目的。

以行李箱內板的分析測量為例，行李箱內板由于型面復雜，橫向跨度大，沖壓模具調試期間，扭轉與回彈問題都非常明顯，這些問題會直接導致行李箱蓋總成零件的變形，裝車后發(fā)生其與后杠間隙不一致、與側圍平順度超差、行李箱蓋無法正常落鎖等問題。

正常考核測量時，一般使用“零件坐標系”較為方便。使用3-2-1建系法則[4]，Za3與Zb3構建對稱中心點Z3，與Z1、Z2控制Z方向；X4、X5控制X方向；Y6控制Y方向；X7、X8根據(jù)零件坐標系調整支具夾頭至公差內，此時，所有的RPS點處于卡緊狀態(tài)。

如圖2所示，可以看到，X軸方向回彈被X7、X8與Z1、Z2、Za3、Zb3定位夾頭限制，零件被沿X軸方向擠壓或張開。

如圖3所示，Y軸方向扭轉將被 Za3、Zb3和 X7、X8夾頭限制，同時由于軟件通過計算，將Za3與Zb3平均分配公差，構建Z3建立坐標系，進一步消除了Y軸方向的扭轉影響，分別通過物理方式與軟件計算的方式削弱了零件扭轉造成的影響，因此，當扭轉過大時，需要改變測量方式，分別從物理的角度和坐標系建立方法的角度來釋放扭轉影響，反映零件真實狀態(tài)。

圖2 行李箱內板回彈方向

圖3 行李箱內板扭轉方向

可以通過打開一些夾頭，同時添加一些輔助支撐定位的方式，從物理的角度釋放零件應力。通過改變建坐標系的方法，消除程序中平均分配公差的影響，下面將具體分析扭轉與回彈問題。

2.1 扭轉問題分析方案

扭轉問題會影響整個零件的狀態(tài)，因此分析零件扭轉問題時，需要使零件保持自由狀態(tài)，約束越少越好。對于行李箱內板來說，只需要三個固定點即可（如圖4），保持現(xiàn)有夾緊點Z1、Z2，增加輔助支撐夾頭W1在零件上端面中心位置，保證零件平衡、穩(wěn)定。

圖4 行李箱內板夾緊方式1#

為了驗證三點支撐零件的穩(wěn)定性，和W1輔助支撐點位置對零件的影響。進行了零件的重復性實驗。（實驗結果如表1/表2所示）。

表1 “支具坐標系”三點支撐重復性實驗

表2 “支具零件系”三點支撐重復性實驗

由圖表可見，本實驗分別使用“支具坐標系”和“零件坐標系”（零件系使用W1替換Z3建立坐標系），將Z1、Z2、W1夾頭夾緊，其它支具自由狀態(tài)。其中將W1處于四種位置，分別是“W1調整到零”、“W1調整到合適位置使得ZA3ZB3平均分配偏差”、“W1調整到較高位置”、“W1調整到較低位置”。

從實驗結果可以發(fā)現(xiàn)，W1的位置變化在“支具坐標系”下X7、X8會隨著零件翻轉，因此得到不同的結果?？梢钥吹?，當W1處于“W1調整到合適位置使得ZA3ZB3平均分配偏差”位置時，X7、X8的結果與表2中“零件坐標系”的結果保持一致（表1中綠色區(qū)域），說明此時的零件狀態(tài)與數(shù)模保持一致，無論在“支具坐標系”還是“零件坐標系”測量結果保持一致，可以作為分析零件扭轉問題的測量方法。當W1處于最低位置時，由于重力影響，零件會發(fā)生變形，X7、X8有較大誤差可以剔除（table2.1中灰色區(qū)域）。

W1的位置變化在“零件坐標系”下X7、X8保持穩(wěn)定在-0.58/-0.55左右（表2中綠色區(qū)域）。與表1相同，當W1處于最低位置時，由于重力影響，零件會發(fā)生變形，X7、X8有較大誤差可以剔除（表2中灰色區(qū)域）。所以可以得出結論，只要W1在零點位置附近時，認為零件狀態(tài)保持穩(wěn)定，可以用來評價零件的扭轉狀態(tài)。

所以，尾蓋內板扭轉分析測量方法為：使用 Z1、Z2和W1支具支撐夾緊零件，將W1調整到零位。使用“零件坐標系”（建系方法改為使用Z1、Z2、W1、X4Y6、X5建系），然后對零件進行正常測量，完成測量報告，并指導模具的優(yōu)化。

2.2 回彈問題分析方案

對于行李箱內板來說，回彈問題所影響的就是V形零件的張角大小。因此，控制住V形面的一個面，另一個面自由狀態(tài)即可顯示零件的回彈量。對于行李箱內板來說夾緊Z1、Z2、Za3、Zb3，放松X7、X8，零件的后立面就能處于自由狀態(tài)（如圖5）。

圖5 行李箱內板夾緊方式2#

一般情況下，零件的扭轉問題往往伴隨著回彈問題，有時扭轉問題解決后會發(fā)現(xiàn)回彈問題也消失了，模具的整改需要同時考慮兩個問題。但是從測量的角度需要分開分析這兩個問題。建議模具優(yōu)化先解決扭轉問題，再解決回彈問題，否則無法區(qū)分零件變形的根本原因是什么。

以尾蓋內板為例，由于后端面受重力影響，會向下下墜，所以需要給X7、X8一個偏置公差，幫助判斷是重力還是回彈導致的零件變形。若偏差在公差范圍內，則認為零件狀態(tài)穩(wěn)定，可以使用全夾緊測量對零件進行評價，若偏差在公差范圍外，則認為零件狀態(tài)不穩(wěn)定，零件回彈過大需要優(yōu)化模具，消除回彈影響，回彈量使用打開X7、X8方式測量。偏置公差的計算需要根據(jù)需要設計一個初始公差，例如+/-0.5mm。然后將零件后端簡化為一端固定的懸臂梁（如圖6所示），在受到重力作用，發(fā)生微小形變?？梢詰貌牧狭W積分法撓度方程[5]：

C、D為積分常數(shù)，解得：

則“-ω”為偏置公差的中心位置，+/-0.5mm為偏置公差的范圍。

圖6 簡直梁擾度計算

所以，尾蓋內板回彈分析測量方法為：使用 Z1、Z2、Za3、Zb3支具支撐夾緊零件，使用“零件坐標系”（建系方法改為使用Z1、Z2、Z3、X4Y6、X5建系，Za3、Zb3構造中心點 Z3），然后對零件進行正常測量，完成測量報告，并指導模具的優(yōu)化，當發(fā)現(xiàn)X7、X8的測量結果在偏置公差內，說明零件狀態(tài)已經(jīng)穩(wěn)定，可以使用全夾緊方式進行考核測量。

3 通用性總結

從沖壓零件測量的通用性分析，對于拉延工藝比較復雜的零件，例如行李箱內板、機蓋內板等，扭轉與回彈問題是比較普遍的。分析該類問題可以按照扭轉-回彈-型面公差的順序進行分析和解決。

首先，讓被測零件處于一個相對穩(wěn)定的狀態(tài)，同時減少夾緊點的數(shù)量。當零件擺放穩(wěn)定后，使用3-2-1建系法則[4]，建立“零件坐標系”，然后對零件進行測量。但是，當零件狀態(tài)非常不好的時候，RPS點偏差過大，會遇到坐標系無法建立的問題。此時，需要建立“支具坐標系”，并標定支具頭，然后在“支具坐標系”下進行測量。測量結果可以清晰地體現(xiàn)零件狀態(tài)，但一般用于分析零件偏差趨勢，對于分析超差量，需要考慮相對關系。

然后，將零件相對穩(wěn)定的特殊型面進行全夾緊控制，將需要進行回彈整模的型面進行全自由放松。使用 3-2-1建系法則[4]，建立“零件坐標系”，然后對零件進行測量?？梢缘玫搅慵幕貜椓?，然后指導模具的整改。在進行回彈問題測量時，需要考慮零件受重力影響，對特殊部位設計偏置公差，抵消重力影響，同時，判斷回彈是否可以接受。

零件的扭轉與回彈是首先需要進行整改的，零件尺寸問題才能有效地解決。對于零件尺寸問題的分析，需要進行全夾緊狀態(tài)下的考核測量方法，并通過構造對稱點等方法，消除零件的細微扭轉與回彈影響。零件的考核測量全尺寸報告的形位偏差即可視為絕對偏差，指導模具的優(yōu)化。