楊國策

摘要：闡述了檢具的基本構成及其檢測原理，結合應用實例提出了汽車車身沖壓件檢具設計開發(fā)的一般方案及各功能部件的設計方法和相關要求，為檢具的設計開發(fā)提供了參考依據(jù)，對于其它零部件檢具的設計也有一定的參考價值。

關鍵詞：汽車;沖壓件;檢具;設計開發(fā)

引言

汽車結構大體可分為三大汽車總成：發(fā)動機、底盤以及車身總成，而車身總成是由車身內外覆蓋件以及一些加強件、連接板等金屬沖壓件通過焊接或鉚接組成[1]。車身沖壓件的制造成本和重量大約占整車的40%～60%，其制造質量不僅很大程度上決定著汽車的整體性能，而且還影響著汽車的外觀，因此對車身沖壓件質量的控制顯得非常重要。目前，車身沖壓件的檢測已成為汽車制造廠商必不可少的工作。美國、德國和日本等汽車工業(yè)高度自動化的國家，已開始使用在線檢測設備實現(xiàn)沖壓件檢測的自動化和數(shù)字化，高效快速地反映產品生產過程中的質量問題[2]。在線檢測設備的成本和技術要求很高，在我國很難普遍地應用于車身沖壓件的檢測，因此國內對于重要的沖壓件一般都采用專用的檢驗夾具（簡稱檢具）作為主要的檢測手段，以控制工序間的產品質量[2]。近年來隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展，檢具的使用已成為汽車企業(yè)及其零部件供應商生產資質的一種體現(xiàn)，因此設計和制造出操作方便、檢測精度高的檢具，成為了許多汽車生產廠商亟待解決的問題。

1.檢具的定義及其檢測原理

檢具是一種用來評價零件尺寸質量的專用檢驗設備，能夠迅速、準確、直觀、方便地對零件實施檢測，尤其適合大批量生產的需要[3]。在零件生產現(xiàn)場，通過檢具對車身沖壓件進行實時檢測，為此需要將零件準確的固定在檢具上，通過檢測銷、通止規(guī)、卡尺、間隙尺、目測等對零件上不同形狀的孔、型面、周邊尺寸及零件與零件之間的連接位置進行檢測，從而保證零件在試生產或起步生產時實現(xiàn)對零件質量狀態(tài)的快速判斷。

汽車車身沖壓件檢具主要由底板總成、檢具體、斷面檢測樣板、定位銷、檢測銷和夾緊裝置等組成，如圖1所示。

2.檢具的方案設計

一套好的檢具，在設計開發(fā)初期，就應該考慮到其完整性、人機工程、穩(wěn)定性、成本等主要問題[3]。

（1）完整性。在著手設計開發(fā)檢具前，首先應該仔細閱讀客戶提供的幾何尺寸和公差圖紙（GD&T）、數(shù)模以及檢具技術要求，了解產品的所有定位、檢測信息，以開發(fā)出符號客戶要求的檢具。

（2）人機工程。根據(jù)定位及檢測的要求，再結合生產要素（人、機、料、法、環(huán)）特點，選擇合適的檢具擺放位置（被檢零件放置于檢具上的位置，原則上必須與其在車身坐標系中的位置相一致，必要時可按90°的增量倍數(shù)旋轉放置;為了便于檢具的使用和管理，對稱件、左右件只要外形尺寸允許，應盡可能將其布置在一個底板上），以滿足操作方便的要求。

（3）穩(wěn)定性。檢具作為大批量生產零件的檢測工具，一定要考慮自身的重力、使用環(huán)境、變形、磨損等因素影響，從材料和結構上保證其精度、性能穩(wěn)定性及使用壽命。

（4）成本。根據(jù)車型特點、產量多少等因素，在保證精度及穩(wěn)定性的情況下，使用材料盡量少，結構盡量簡單，以節(jié)約成本。

另外，在方案設計階段，還應該與客戶溝通重要零件的材料選用、外購件的選型、檢具的制造及驗收等內容，以提高設計開發(fā)效率，增加客戶滿意度。

3.檢具的結構設計

對于車身沖壓件，由于檢測要素為零件的外形（輪廓和曲面形狀等）以及孔、凸緣等為特征的位置，尤其以曲面形狀為主，所以檢具體是檢具結構中最復雜的部分。檢具體設計完成后，再根據(jù)檢具體確定底板總成的大小和位置，再配以定位銷、夾緊裝置、檢測銷、斷面檢測樣板等其它輔助部分。

3.1?檢具體的設計

在檢具設計中，檢具體的設計建模是關鍵，它將直接影響到檢具能否精確地檢測零件的質量[4]。檢具體的型面有的作為零件的定位基準，有的作為零件的檢測基準，這就要求檢具體的型面與零件的型面之間有一定的對應關系，其分布主要有五種情況，如圖2所示：

圖2（a）中，檢具基準面②與零件表面①之間的偏移距離3mm，其間安裝定位塊使得零件表面①與定位塊表面③貼合;圖2（b）中，檢具檢測基準面②與零件表面①之間的偏移距離3mm;圖2（c）中，檢具檢測基準面②與零件表面①之間的偏移距離3mm，檢測基準面④與零件邊緣線③相對于零件表面①的法向對齊;圖2（d）中，檢具檢測基準面②與零件表面①對齊，檢測基準面④與零件邊緣線③相對于零件表面①的切向偏移距離3mm;圖2（e）中，檢具檢測基準面②與零件表面①之間的偏移距離3mm，檢測基準面④與零件表面③對齊。

從圖2可以看出，檢具體型面除了用于承受面或定位的型面與零件表面相貼合以外（見圖2（a）），其它檢測用的檢具型面一般是零件表面的法向偏移面、法向或切向延長面，以實現(xiàn)檢具對零件自由曲面或外輪廓（或者兩者結合）的檢測。為實現(xiàn)檢具對零件自由曲面的檢測，一般使檢具體表面與零件內表面保持3mm（或者5mm，見客戶提供的技術要求，圖2中以3mm為例）的常數(shù)間隙，數(shù)控加工機床能按所設計的型面數(shù)模進行加工達到較高精度的要求，在實際檢測時通過檢具型面配合專用的量具（通止規(guī)、楔形尺、塞尺等）往復移動即可檢測出零件自由曲面的偏差，設計所對應的檢具體時：先選擇所需的零件表面（可根據(jù)需要同時選擇多個連續(xù)的曲面），然后通過偏置曲面的方法得到檢具體的型面。零件外輪廓的檢測方式主要有兩種，如圖2（c）和圖2（d）所示，設計相應的檢具時有兩種方法：①檢具體型面的邊緣線沿零件外輪廓切向延伸35mm左右;②沿零件外輪廓的法向方向向下延伸35mm左右。在通用的三維建模軟件（如UG）中，首先將所需零件表面向內偏置3mm（或5mm）的距離，接著把生成曲面的外緣線沿零件外輪廓切向或法向延伸一定距離，得到檢具體的檢測基準面，再向零件基準面拉伸一定距離即得到檢具體的模型。由于汽車沖壓件大多具有復雜的空間曲面和較多局部特征，在設計檢具體檢測表面時大多需要上述兩種方法的結合，而對于一些特殊的空間型面，上述方法仍然難以滿足要求，需要根據(jù)情況綜合考慮。

3.2?底板總成的設計

在檢具體上表面沿基準面方向拉伸一定距離，使其最低點超過120mm的厚度，以保證

檢具體有足夠的強度，同時盡量讓檢具體底面，即底板總成的上表面（base面），在車身坐標系的整數(shù)位置上。檢具的底板總成一般由底板、支架、基準塊、吊耳、叉車槽、腳輪、可調支腳等組成，如圖3所示。其中，底板總成作為承載其它檢具結構的載體，對整個檢具的穩(wěn)定性起著十分重要的作用，設計時可考慮以下幾個方面：①成本允許的情況下，優(yōu)先選用鋁質底板（小型檢具可選用鋼板）;②選用鋼板和槽鋼進行焊接，目前常采用十字和米字兩種結構;③底板的大小，以檢具的每個部件在其任何活動位置上，均不超出底板為宜;④底板上必須考慮安裝墊塊、基準塊、吊耳及叉車槽（凈質量小于22kg的小型檢具需配置把手）;⑤底板上表面需刻100mm間隔的百位線及相應坐標值。當?shù)装逵蓹z具體固定好后，其它部件可根據(jù)實際情況選用相應標準型號。

3.3?定位與夾緊裝置的設計

零件正確合理的定位，是準確測量的基礎。沖壓件在檢具上的定位主要有以下兩種方式：

（1）將面定位塊與零件的自由曲面貼合，再以零件上的兩個孔作為主、副定位孔，共同完成定位。其中，主定位孔能在兩個方向限位，可采用錐形定位銷（用于圓孔）或菱形定位銷（用于腰孔）定位;副定位孔則只能限定一個方向的自由度，可采用菱形銷、圓銷（用于圓孔）或削邊銷（用于腰孔）定位，定位銷設計時要注意考慮零件的公差與孔位相干性[4]。

（2）將面定位塊與零件自由曲面貼合，再在零件輪廓邊緣上設置擋塊，共同完成定位。輪廓邊緣定位點通常設置三點，即在一個方向上設置兩點，另一方向上設置一點。

夾緊裝置是配合定位裝置，使沖壓件在檢具和測量支架上處于確定的位置，并在檢具的使用過程中其位置不會發(fā)生變動的裝置。夾緊方式主要有杠桿式夾頭夾緊和永久磁鐵夾緊兩種，夾緊點必須設置在“0”間隙面（即支承面）上，且夾緊點數(shù)量應盡可能少，夾緊位置應選擇在零件剛性較好的部位，夾緊力的方向應該垂直于零件的主要定位基準面（如圖4），以保證精度。隨著檢具在車身制造中的廣泛應用，杠桿式活動夾頭和永久磁鐵均有系列化的產品以供選購，活動夾頭還配有不同型式和尺寸的支架或托架[2]。設計檢具時，根據(jù)GD&T圖紙所提供的定位及夾緊點信息，在檢具體上的定位孔位置打孔（以放入定位銷對應的襯套為準），在夾緊點的位置布置定位墊片和活動夾，以保證零件的牢固定位。

3.4?檢測銷的設計

檢測銷用于檢測零件上孔的孔徑及其位置度。對孔徑的檢測一般使用直插式的檢測銷，檢測銷由導向、檢測及手柄三部分組成。在檢測孔內，為保證檢測銷能順利進行檢測，必須安裝導向襯套并與檢具體黏結，其規(guī)格根據(jù)檢測孔的孔徑范圍來選取，已有相應的參考系列，同時，軸套的上平面必須低于沖壓件下表面，如圖5所示。檢測銷檢測部分尺寸為：公稱尺寸+下偏差-位置度。

位置度的檢測一般用檢測銷及劃線銷進行檢測，如圖6所示。檢測部分尺寸為：公稱尺寸+下偏差-位置度，劃線部分尺寸為：公稱尺寸+4mm，導向部分的設計與檢測銷相同。

3.5?斷面檢測樣板的設計

當沖壓件的尺寸和形狀精度要求較高，僅依靠檢具型面及相應結構不足以實現(xiàn)精度控制時，可以在檢具周圍設置若干個斷面檢測樣板，圖7為斷面檢測樣板的檢測示例，其工作部分的型面與沖壓件被測表面保持3mm（或5mm）的間隙，以便各種專用量具（如?塞規(guī)）的檢測使用。斷面檢測樣板采用厚度為6±0.5mm左右的鋁合金或45鋼，結構形式一般為旋轉式或固定式。樣板應盡量安裝在沖壓件型面法向方向，其位置坐標宜取整數(shù)，不得與定位銷、檢測銷、夾緊裝置等結構相干涉;樣板支架與底板的厚度應大于10mm，支架高度大于15mm時需適當增加料厚[4]?？傊O計時要保證斷面檢測結構在檢具上穩(wěn)定牢固、旋轉自如、無干涉，且安放位置合適。

4.結語

本文主要闡述了汽車車身沖壓件檢具的結構及各功能部件的設計方法和相關要求，為檢具的設計開發(fā)提供了參考依據(jù)，對于其它零部件檢具的設計也有一定的參考價值。檢具的設計開發(fā)，是一個復雜的過程，既要能實現(xiàn)快速準確的定位，又要保證檢測的精確度和穩(wěn)定性，還要考慮到操作時的方便和靈活性。因此，檢具設計人員必須在設計開發(fā)過程中逐漸積累經驗，不斷優(yōu)化設計思路和設計方法，才能提高檢具的開發(fā)質量和效率，減少開發(fā)成本。

參考文獻：

[1]張興云.汽車沖壓零部件檢具設計制造技術研究[J].制造技術與實踐，2004，（1）：40-42.

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[3]張少輝，甘國輝.淺談汽車車身沖壓焊接件檢具的設計開發(fā)[J].裝備制造技術，2011，6：59-61.

[4]朱正德.汽車覆蓋件檢具的原理及應用[J].工具技術，2000，（1）：30-34.