汽車管路檢具的研究

李洪印

【摘 要】汽車管路（剎車管、燃油管、動力轉(zhuǎn)向管、發(fā)動機(jī)管路、變速器管路等）是汽車的重要零部件，其質(zhì)量的好壞直接影響汽車的性能，甚至關(guān)系人員的安全。因此，保證汽車管路的形狀精確性就顯得尤為重要。汽車管路檢具可以很好地解決這個問題，文章對管路檢具現(xiàn)況及趨勢進(jìn)行介紹。

【關(guān)鍵詞】汽車管路；檢具；設(shè)計(jì)；AICON光學(xué)測量

【中圖分類號】U468.2 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）08-0048-05

0 引言

汽車管路（剎車管、燃油管、動力轉(zhuǎn)向管、發(fā)動機(jī)管路、變速器管路等）是汽車的重要零部件，其質(zhì)量的好壞直接影響汽車的性能，甚至關(guān)系人員的安全。汽車管路檢具作為保證管路形狀及精度的工具，以及出庫及裝車前的最終檢查工具，是保證裝車順利的重要保障。目前，我國汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，年生產(chǎn)量達(dá)2 000多萬輛，人們對汽車質(zhì)量的要求越來越高，這對檢具提出了更高的要求。因此，保證產(chǎn)品精確性、檢查的高效性、檢具本身的耐久性等顯得尤為重要。

1 檢具在汽車產(chǎn)業(yè)中的地位及趨勢

檢具是保證產(chǎn)品尺寸的重要工具，可以快速地對產(chǎn)品尺寸進(jìn)行確認(rèn)，大大規(guī)避了專業(yè)測量設(shè)備（三坐標(biāo)檢測CMM等）效率慢、成本高的弊端，可以做到全數(shù)檢查，保證產(chǎn)品100%合格和受管控，減少了浪費(fèi)，提高了效率，降低了成本，為汽車質(zhì)量的提高及汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)，在汽車產(chǎn)業(yè)中占有不可或缺的地位。

近年來，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，檢具已被廣泛地應(yīng)用在國內(nèi)汽車工業(yè)中。國家經(jīng)貿(mào)委已將檢具的生產(chǎn)能力列入車輛企業(yè)生產(chǎn)條件考核項(xiàng)中，因此設(shè)計(jì)和制造出操作簡便、檢測精確的檢具，成為汽車行業(yè)急需解決的問題。

根據(jù)材料分類，目前檢具主要分以下幾種：鋁合金檢具、樹脂檢具、不銹鋼檢具、PVC檢具、木制檢具。每種材料根據(jù)成本的不同，以及主機(jī)廠要求不同，有不同的應(yīng)用。目前，在各大主機(jī)廠（“上汽通用”“上汽大眾”“一汽大眾”“長安福特”“本田”“豐田”等）應(yīng)用廣泛的主要是鋁合金檢具（如圖1所示）和樹脂檢具（如圖2所示）這2種材料。

目前，管路檢具出現(xiàn)了一種萬能檢測設(shè)備——AICON

光學(xué)測量設(shè)備。它可以對產(chǎn)品進(jìn)行3D掃描，與3D數(shù)模進(jìn)行比對，完成檢測管路。

2 檢具的設(shè)計(jì)

2.1 產(chǎn)品圖

設(shè)計(jì)人員收到客戶正式的管路產(chǎn)品圖紙（2D或3D圖）后，先對產(chǎn)品進(jìn)行分析（如圖3所示）：①分析管路復(fù)雜程度；②確定基準(zhǔn)點(diǎn)；③確定公差要求。

2.2 圖紙討論

檢具設(shè)計(jì)者分析從客戶得到的3D制品圖，結(jié)合客戶要求使用的制品材料和制品形狀分析該制品的成型性是否良好。有時(shí)由于制品設(shè)計(jì)者對材料的可成型性不太了解，導(dǎo)致所設(shè)計(jì)出的制品有可能不能成型或成型后得不到所要求的性能。在這一階段如果發(fā)現(xiàn)有不能成型的部位，經(jīng)分析若是設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)的問題應(yīng)該和客戶公司提出修改要求，對有些成型性不好的部位也要和客戶公司提出意見。若能修改就盡量修改，這樣既能降低模具的設(shè)計(jì)難度，又能降低模具成本。從3D制品圖上分析制品的成型方法，對于同一個制品往往會有不同的成型方法，不同的成型方法得到的制品性能也必定不同，雖然都能達(dá)到客戶的要求，但還是有一定的選擇性。設(shè)計(jì)前，設(shè)計(jì)者對制品的成型方法進(jìn)行討論，提出不同的成型方法，并從中選出綜合性能最好的制品成型方法。

2.3 設(shè)計(jì)檢具及確定方案

2.3.1 方案制訂

確定了制品的成型方法后，接著就是制定檢具的加工標(biāo)準(zhǔn)文件，在標(biāo)準(zhǔn)文件中標(biāo)注出制品的所有尺寸及形位公差要求。這是檢具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵步驟，如果在此處出錯會給以后的整個設(shè)計(jì)和加工帶來很多麻煩，因此設(shè)計(jì)者應(yīng)該特別注意要反復(fù)核查，保證加工基準(zhǔn)的正確性（如圖4所示）。

在檢具加工標(biāo)準(zhǔn)中，要包含材料的選擇、公差要求、基準(zhǔn)點(diǎn)位置、對中銷材質(zhì)及尺寸等，即保證檢具方案有效性的數(shù)據(jù)參數(shù)。

2.3.2 檢具3D數(shù)模設(shè)計(jì)

檢具3D數(shù)模設(shè)計(jì)及構(gòu)造如圖5所示。

（1）對中銷是對產(chǎn)品端部進(jìn)行同心度、長短檢查及保證裝備過程順利的工具。

（2）基準(zhǔn)點(diǎn)是檢具進(jìn)行檢測時(shí)，三坐標(biāo)（CMM）進(jìn)行定位的基準(zhǔn)，是檢查檢具所必需的。

（3）管路所在的槽，即檢測管路形狀的關(guān)鍵。目前，“SGM”“FAW VW”“HYUNDAI”等OEM主機(jī)廠對槽公差要求一般是±2 mm及直徑為4.76 mm的管路槽，即公差為4.76 mm±2 mm；當(dāng)然也有要求嚴(yán)格，例如天窗管為±0.5 mm，因?yàn)橐c模具配合后注塑使用；發(fā)動機(jī)管路為±0.5 mm等。

2.3.3 設(shè)計(jì)軟件及流程

UG軟件作為三維設(shè)計(jì)的最實(shí)用工具之一，在航天、汽車、船舶等諸多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用和開發(fā)。UG 軟件應(yīng)用在汽車管路檢具設(shè)計(jì)上，替代了傳統(tǒng)的AUT-OCAD，具有諸多的優(yōu)點(diǎn)：可以防止坐標(biāo)轉(zhuǎn)換錯誤和鏡像現(xiàn)象發(fā)生，可以比較直觀地觀察管子和檢具的干涉情況。但設(shè)計(jì)過程中會有很多問題需要解決，最為突出的是公司每個設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路和對檢具技術(shù)要求的理解不同，導(dǎo)致發(fā)給甲方的檢具數(shù)模和二維工程圖紙各種各樣，因此有必要對檢具設(shè)計(jì)方面的問題進(jìn)行統(tǒng)一。

通常情況下，汽車制造廠會提供汽車管路的三維數(shù)模、二維圖紙，以及包含管子坐標(biāo)的技術(shù)要求等內(nèi)容的設(shè)計(jì)資料。設(shè)計(jì)者要充分理解和掌握這些資料后，再開始設(shè)計(jì)工作。設(shè)計(jì)管子檢具時(shí)最好按照管子的原始坐標(biāo)系設(shè)計(jì)，這樣能與汽車的坐標(biāo)系相一致。但有時(shí)管子形狀比較復(fù)雜，出于對檢具的結(jié)構(gòu)合理性、成本等因素的考慮，設(shè)計(jì)者要對原始坐標(biāo)進(jìn)行適當(dāng)變換。坐標(biāo)變換的基本原則如下：以X軸、Y軸或Z軸為基準(zhǔn)軸，以90 °為單位旋轉(zhuǎn)，可以旋轉(zhuǎn)一次或多次；如果以90 °為單位旋轉(zhuǎn)還不能滿足要求，可考慮選擇適合的任意角度做旋轉(zhuǎn)變換；同時(shí)要記住繞X軸、Y軸或Z軸旋轉(zhuǎn)的角度。在生成二維圖紙時(shí)，要把旋轉(zhuǎn)的角度信息反映出來。例如：以Z軸為旋轉(zhuǎn)軸，X軸向Y軸旋轉(zhuǎn)角度A弧度，則該次坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式如下：

X=X0×cosA-Y0×sinA+C

Y=X0×sinA+Y0×cosA+D

Z=Z0+E

式中，C、D、E為沿X、Y、Z的平移量。

其他以X軸或Y軸為旋轉(zhuǎn)軸的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換公式按此類推。在有些情況下，坐標(biāo)系需要分別沿X、Y、Z軸旋轉(zhuǎn)，但不管如何旋轉(zhuǎn)，坐標(biāo)轉(zhuǎn)換都是以上面的公式為依據(jù)，只不過是多層疊加。

2.3.4 檢具設(shè)計(jì)的關(guān)鍵

（1）零件的正確裝夾，包括定位、裝夾裝置、加緊順序等。裝夾的正確與否對產(chǎn)品的變形有重要的影響。

（2）檢測的基準(zhǔn)，在檢具上設(shè)置基準(zhǔn)點(diǎn)，通過6點(diǎn)定位原理確定坐標(biāo)系，這些基準(zhǔn)點(diǎn)是對檢具校驗(yàn)的基準(zhǔn)。檢具要定期進(jìn)行校驗(yàn)，一般使用三坐標(biāo)測試設(shè)備（CMM），有時(shí)檢具的基準(zhǔn)用3個基準(zhǔn)圓。

2.4 客戶認(rèn)可

做成的檢具制作標(biāo)準(zhǔn)方案及檢具3D數(shù)模只有經(jīng)過客戶簽字認(rèn)可或文件性的通過，才能進(jìn)行加工制作，否則是無效的。想“上汽通用”“一汽大眾”等合資品牌，檢具由客戶投資制作，供應(yīng)商只有使用權(quán)，只是代為使用和保管；到后期付款，客戶認(rèn)可的檢具方案是付款時(shí)的必要文件。

2.5 檢具加工

2.5.1 原材料確定及購買

根據(jù)檢具方案，確定所需購買部件的材料；檢具本體使用積層樹脂；檢具銷采用黃銅，材質(zhì)較軟，可以有效地保證螺母NUT螺紋不受磨損。檢具一般還要與工作臺一體，這樣方便工作者進(jìn)行操作，符合人體工程力學(xué)，有利于保護(hù)員工健康。工作臺材料采用Q235剛體。

2.5.2 數(shù)控加工

將檢具樹脂材料放于數(shù)控加工中心工作區(qū)，根據(jù)3D數(shù)模進(jìn)行精確加工。

2.5.3 檢具樹脂與Q235工作臺合并

合并式，溫度變化對檢具材料是有影響的，會造成檢具微觀尺寸變動，從而造成檢查產(chǎn)品出現(xiàn)問題。因此在與剛體合并時(shí)，要采用不易變形的膠體進(jìn)行黏接。

2.5.4 檢具銷裝配

保證檢具銷的精度，從而保證裝配的精度。

2.6 檢具的三坐標(biāo)檢測及檢測報(bào)告出具

檢具加工完成后，必須進(jìn)行三坐標(biāo)檢查并出具三坐標(biāo)檢測報(bào)告，隨檢具一起遞交給客戶，否則客戶不予驗(yàn)收。目前，三坐標(biāo)檢查設(shè)備（CMM）品牌有“?？怂箍怠薄袄最D”等。“?？怂箍怠盙lobal CMM如圖6所示。三坐標(biāo)測試報(bào)告如圖7所示：以SGM要求為例。

2.7 驗(yàn)收檢具

（1）檢具實(shí)物（如圖8所示）及管路裝配性確認(rèn)。

（2）接收三坐標(biāo)檢測報(bào)告并確認(rèn)。

（3）對三坐標(biāo)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行確認(rèn)，必要時(shí)可重新進(jìn)行三坐標(biāo)檢測驗(yàn)證。

2.8 檢具設(shè)計(jì)的主要參數(shù)

2.8.1 材料

目前，檢具材料應(yīng)用最廣泛的就是鋁制和樹脂2種。SGM等主機(jī)廠在國內(nèi)都有指定供應(yīng)商進(jìn)行檢具制作，且有嚴(yán)格的要求。如果不用指定的供應(yīng)商，SGM不會對檢具進(jìn)行付費(fèi)及認(rèn)可。SGM認(rèn)可的供應(yīng)商有上海申模模具制造有限公司、上海佳途汽車裝備工程有限公司、上海翰式模具成型有限公司、上海騁橋機(jī)械廠、南京超飛模具有限公司、南通超達(dá)模具有限公司等。

2.8.2 耐磨性

因?yàn)闄z具在生產(chǎn)過程中經(jīng)常使用，日積月累就會發(fā)生磨損，所以對關(guān)鍵位置要注意保護(hù)，若有損壞及時(shí)進(jìn)行維修，如定位銷、管路槽等。有些位置易磨損，就要在設(shè)計(jì)加工中對其進(jìn)行特殊處理，如易磨損位置的金屬要進(jìn)行淬火處理。

2.8.3 熱脹冷縮

溫度對檢具是有影響的，這就要求檢具材料對溫度變化不敏感，此外檢具的環(huán)境溫度最好維持室溫，因此一般要求檢具要在恒溫、恒濕的環(huán)境中保存，單獨(dú)設(shè)立檢具室。

2.8.4 定期校驗(yàn)

由于檢具長久使用或磨損等影響，檢具精度會有一定的影響。為保證檢具始終精度合格，要制訂檢具定期校驗(yàn)計(jì)劃，并認(rèn)真實(shí)施，做好記錄；客戶審核及體系審核都要看這個文件。

2.8.5 加工基準(zhǔn)及公差要求

作為檢查產(chǎn)品質(zhì)量的工具，基準(zhǔn)及公差要求是檢具的關(guān)鍵。

2.8.6 易損件準(zhǔn)備

檢具上經(jīng)常磨損或易損的零件，要備有庫存或圖紙，以便及時(shí)進(jìn)行更換。

3 檢具新的趨勢——AICON光學(xué)測試設(shè)備

3.4.1 AICON光學(xué)檢測設(shè)備

目前“FAW VW”“SAIC VW”“BMW”等合資品牌，在歐洲及北美地區(qū)已經(jīng)開始使用AICON光學(xué)檢測設(shè)備。這種設(shè)備可以有效地檢測汽車管路形狀。國內(nèi)主機(jī)廠也開始要求供應(yīng)商使用該設(shè)備，以保證前期手工樣件的精確性。圖9為設(shè)備AICONP16。

3.4.2 AICON公司簡介

AICON是一家為工業(yè)制造領(lǐng)域提供光學(xué)和便攜非接觸三維測量系統(tǒng)的領(lǐng)先供應(yīng)商。該公司成立于1990年，總部設(shè)在德國布倫斯維克，員工共140人，在中國、韓國、日本、美國都有分支機(jī)構(gòu)。2016年4月，該公司被“?？怂箍怠保℉EXAGON）并購。

3.4.3 設(shè)備主要用途（見表1）

該設(shè)備一個很關(guān)鍵的功能，即可以取代所有的檢具，檢測所有產(chǎn)品的形狀；只需要將管路放置在掃描區(qū)，即會對管路進(jìn)行掃描，形成3D數(shù)據(jù)，再與客戶3D數(shù)模進(jìn)行對比（可以精確比較），大大提高了產(chǎn)品形狀的準(zhǔn)確性。但由于沒有競爭對手，造價(jià)非常昂貴，P8每臺價(jià)格約100萬元，P16每臺價(jià)格約200萬元。P8、P16設(shè)備區(qū)別見表2。

4 結(jié)論

總體來說，傳統(tǒng)鋁制檢具和樹脂檢具還會使用很長的一段時(shí)間，占據(jù)核心位置，但是隨著汽車工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高，主機(jī)廠對管路產(chǎn)品手工樣件及質(zhì)量要求不斷提高，或強(qiáng)制要求使用，以及人工成本提高要求實(shí)現(xiàn)自動化檢測，此外考慮傳統(tǒng)檢具對廠房工具的占用及資產(chǎn)管理維護(hù)的成本，AICON光學(xué)測量設(shè)備的應(yīng)用空間會很廣闊。但最終傳統(tǒng)檢具和光學(xué)檢具有可能并存，因?yàn)閮烧吒饔袃?yōu)缺點(diǎn)，在成本、投資方面，可根據(jù)不同的客戶要求進(jìn)行取舍。

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[責(zé)任編輯：陳澤琦]