汽車沖壓件檢具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

李學(xué)斌

（天津一汽夏利汽車股份有限公司）

隨著汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，以及汽車市場(chǎng)的成熟，對(duì)汽車產(chǎn)品尺寸精度和質(zhì)量控制的要求越來越高。汽車檢具作為汽車零部件面差與間隙的質(zhì)量控制工具，其設(shè)計(jì)與生產(chǎn)制造也逐步由國(guó)外轉(zhuǎn)入國(guó)內(nèi)，但由于缺乏相應(yīng)的理論支撐和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)致汽車檢具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)出現(xiàn)成本高和精度低的情況，因此如何高效地設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、精度高的檢具成為亟待解決的問題，進(jìn)行汽車檢具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化的探索有其實(shí)際的意義。文章以檢具結(jié)構(gòu)各組成部件作為著眼點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際檢具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，介紹了檢具結(jié)構(gòu)的組成形式和設(shè)計(jì)原則。

1 檢具介紹

汽車沖壓件一般都具有復(fù)雜的空間形狀。檢具作為非標(biāo)檢測(cè)器具，通過定位面和夾緊器對(duì)零件的約束，使零件以要求的姿態(tài)固定在唯一、確定、正確的位置上，以便于采用量具進(jìn)行定量檢測(cè)或定性測(cè)定，為汽車沖壓件的質(zhì)量改進(jìn)提供方向和量值。圖1示出前柱下部加強(qiáng)板的汽車沖壓件檢具結(jié)構(gòu)圖。

圖1 前柱下部加強(qiáng)板汽車沖壓件檢具結(jié)構(gòu)圖

2 檢具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 檢具基座

檢具基座根據(jù)尺寸大小和功能要求可按以下分類選擇：

1）中小型內(nèi)板檢具采用“雙層方鋼+基板”，根據(jù)基座大小選用厚度為5 mm的40 mm×40 mm方管和50 mm×50 mm方管。

2）大型檢具，如機(jī)蓋、頂蓋、車門、翼子板采用“槽鋼+基板”焊接的框架結(jié)構(gòu)，選用厚度為5 mm的20#槽鋼。車門、翼子板若采用左右共底座架構(gòu)，則底座采用6 mm厚的100 mm×100 mm方管，底座質(zhì)量配重要平衡檢具體質(zhì)量，保證放置的安全。

3）側(cè)圍采用“方鋼+基板”的結(jié)構(gòu)，方鋼采用6 mm厚的100 mm×100 mm或100 mm×200 mm的方管，底座質(zhì)量配重要平衡檢具體質(zhì)量，保證放置的安全。

2.2 檢具型體

檢具型體為可切削加工的高密度樹脂，樹脂材料常選用的牌號(hào)及材料性能，如表1所示[1]。

表1 樹脂材料性能參數(shù)

檢具型體一般要求產(chǎn)品覆蓋處采用連續(xù)型面。制件型面落差＜150 mm的制件，型面最低處應(yīng)高于基板表面100 mm以上；制件型面落差≥150 mm的制件，要求型面最低處高于基板表面70 mm以上。

2.3 檢具坐標(biāo)系

考慮到檢具在使用上的方便性，檢具坐標(biāo)系一般沿用汽車坐標(biāo)系（根據(jù)圖紙信息給定），結(jié)合檢具布置方式給定檢具坐標(biāo)系。

2.4 檢具測(cè)量基準(zhǔn)

檢具基準(zhǔn)，即檢具底板上的基準(zhǔn)面和基準(zhǔn)線，它是三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x檢測(cè)零件時(shí)構(gòu)建坐標(biāo)系的依據(jù)，也是測(cè)量檢具或校驗(yàn)檢具的依據(jù)。一般在檢具基板角部按（X，Y，Z）3個(gè)方向設(shè)置加工3個(gè)以上測(cè)量基準(zhǔn)，基準(zhǔn)數(shù)值是車身理論坐標(biāo)數(shù)值[2]。

面基準(zhǔn)常用方式一般有3種：1）底板上表面（或下表面）及側(cè)立面部分作為基準(zhǔn)面；2）底板上表面增加或“堆出”小臺(tái)階部分，小臺(tái)階上表面及側(cè)立面部分作為基準(zhǔn)面；3）底板上表面“挖下”小臺(tái)階部分，小臺(tái)階底部表面及側(cè)立面部分作為基準(zhǔn)面。

線基準(zhǔn)常用方式有2種：1）板的長(zhǎng)邊兩端；2）底板上2個(gè)孔心連線，基準(zhǔn)坐標(biāo)數(shù)值一般選用100的倍數(shù)，落在車身坐標(biāo)系的百位線上，基準(zhǔn)孔采用基板上的孔緊配鋼制襯套的結(jié)構(gòu)，襯套內(nèi)孔為Ф10H7，內(nèi)孔上表面邊緣不能倒角，粗糙度為0.8 μm。

2.5 定位裝置

工件正確合理定位是準(zhǔn)確測(cè)量的基礎(chǔ)。車身覆蓋件在檢具上的定位方式主要由定位孔和定位面配合完成。

2.5.1 定位銷

大多的車身覆蓋件都有主、副兩定位孔，主定位銷為圓銷、副定位銷為菱形銷（零件孔為圓孔）或圓銷（零件孔為橢圓孔）。菱形銷的定位方向應(yīng)垂直于主副定位銷的中心連線，菱形定位銷及與之配套的襯套孔處應(yīng)有防轉(zhuǎn)臺(tái)階，以保證定位方向的準(zhǔn)確性。主定位銷一般限制X，Z兩方向的自由度；副定位銷用以限制繞Y方向的旋轉(zhuǎn)自由度。圖2示出某檢具定位型式示意圖，圖2中，菱形銷削邊處在H和h中心連線上。

圖2 檢具定位示意圖

主副定位銷一般采用插入式直柱形或埋入式直柱形定位銷。使用埋入式直柱形定位銷時(shí)，須注意取放件方向，保證取放制件順暢。

定位銷外徑的公稱尺寸根據(jù)部件的孔徑公稱尺寸確定，即：定位銷銷徑=[制件定位孔孔徑（D）-0.1]+0.01-0.01mm；定位銷加工表面粗糙度為0.8 μm。插入式銷套配合公差為H7/g6，埋入式銷套配合公差為H7/m6。

2.5.2 定位面

面基準(zhǔn)定位時(shí)的固定方式一般采用快夾。采用面基準(zhǔn)定位時(shí)對(duì)零件面的選取原則為：

1）同方向上的定位面僅設(shè)定一側(cè)，但當(dāng)零件較大時(shí)可在同一方向上增加輔助定位面，且定位面積不得大于30 mm×30 mm；

2）選取零件面應(yīng)平整、無異形面且穩(wěn)定性好（變形量?。?、不發(fā)生干涉；

3）選取的零件面具有足夠強(qiáng)度，不易發(fā)生彎曲變形等。

定位面根據(jù)品標(biāo)RPS點(diǎn)布置，分為4類：用S表示主定位，&表示輔助定位，CK表示矯正變形定位，SK表示永久轉(zhuǎn)換主定位。定位面一般采用厚度（t）為3 mm或5 mm的定位間隙墊，定位基準(zhǔn)墊可拆卸，采用沉孔平頭螺釘固定方式，螺釘面低于定位基準(zhǔn)面，若為銷帶面則不允許采用支撐套。如遇曲面處平墊無法支撐，需做成隨形鑲塊式。圖3示出2種間隙墊的型式。

圖3 2種間隙墊的型式示意圖

2.6 夾緊裝置

夾緊裝置的作用是保證被測(cè)零件定位的可靠性，它應(yīng)該以不使定位遭到破壞和零件不產(chǎn)生變形為原則。結(jié)構(gòu)要輕巧，便于零件的裝卸，所以要求盡可能采用市場(chǎng)上的標(biāo)準(zhǔn)夾緊裝置。

考慮到零件在車身上的裝配關(guān)系，當(dāng)零件放置在檢具的基準(zhǔn)面上時(shí)，可以運(yùn)用夾緊裝置，使零件與基準(zhǔn)面貼合。另外夾緊裝置應(yīng)具有足夠的剛性，需把零件的變形控制到最小限度內(nèi)，所以?shī)A緊裝置的夾頭應(yīng)該盡量與基準(zhǔn)面垂直，方向偏差一般≤5°，個(gè)別弧形面允許≤10°。常采用的快夾型式有豎直手柄夾鉗和水平手柄夾鉗。圖4和圖5示出2種型式的夾鉗示意圖。

圖4 豎直夾鉗

圖5 水平夾鉗

2.7 測(cè)量裝置

測(cè)量裝置是檢具中的重要組成部分。測(cè)量裝置的精度及測(cè)量點(diǎn)位置的選擇，都會(huì)直接影響測(cè)量結(jié)果的可靠性。測(cè)量裝置是用以指示被測(cè)參數(shù)實(shí)際數(shù)值或誤差大小的裝置，可分為定性型和定量型。定性型檢具只能判別零件的尺寸是否合格，它可以使用止通規(guī)、檢驗(yàn)銷、塞片、刻劃線及標(biāo)有公差帶的銷子等，依據(jù)檢具的檢驗(yàn)塊、檢驗(yàn)?zāi)０寮爸Ъ艿?，進(jìn)行測(cè)量；而定量型檢具，具有數(shù)值的反映，如百分表、千分表及電子數(shù)據(jù)采集裝置（EDC）等，所以測(cè)量精度較高，能夠?yàn)楫a(chǎn)品過程能力的評(píng)價(jià)提供依據(jù)。

2.7.1 孔的檢測(cè)

孔采用刻線銷或檢測(cè)銷檢測(cè)?？叹€銷直徑一般為零件定位孔孔徑+4 mm，刻線銷定位處公差為g6，手柄部位滾花處理并標(biāo)識(shí)出實(shí)際直徑；檢測(cè)銷直徑一般為零件定位孔孔徑-2 mm，檢測(cè)銷定位處公差為g6，手柄部位滾花處理并標(biāo)識(shí)出實(shí)際直徑。2種銷子定位的襯套均應(yīng)有防止拔出旋轉(zhuǎn)的臺(tái)階結(jié)構(gòu)，并在底面開排氣孔。圖6和圖7示出刻線銷和檢測(cè)銷示意圖。

圖6 刻線銷示意圖

圖7 檢測(cè)銷示意圖

其他無法用刻線銷檢測(cè)的孔均采用劃線檢查。

1）孔徑＜10 mm時(shí)，本體起臺(tái)1位面（間隙為3 mm時(shí)）或2位面（間隙為5 mm時(shí)）劃0 mm線和中心線，其劃線直徑與被檢測(cè)孔徑相同；

2）孔徑＞10 mm時(shí)，本體起臺(tái)1位面（間隙為3 mm時(shí)）或2位面（間隙為5 mm時(shí)）劃0 mm線、3 mm線和中心線，0 mm線與被檢測(cè)孔徑相同，3 mm線單邊比被檢測(cè)孔徑單邊小3 mm。所有劃線采用數(shù)控加工，劃線深度為0.3 mm。圖8示出劃線檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)示意圖。

圖8 劃線檢測(cè)示意圖

2.7.2 修邊和面的檢測(cè)

修邊和面一般按零件形狀做基面檢測(cè)，即被測(cè)零件被測(cè)面與檢具本體保持0 mm平齊，修邊采用3 mm或5 mm間隙，采用“0 mm”面測(cè)量面差時(shí)，需保證功能面長(zhǎng)度在40 mm以上。圖9示出邊面檢測(cè)示意圖。

圖9 邊面檢測(cè)示意圖

2.7.3 形狀樣板

根據(jù)產(chǎn)品的檢測(cè)要求，對(duì)于產(chǎn)品中間部位有搭接配合關(guān)系而必須檢查的重要型面或特征，采用旋轉(zhuǎn)式形狀樣板檢查或用輕金屬制作插入式卡規(guī)檢查大型表面的輪廓。

3 檢具的制造精度要求

檢具基準(zhǔn)及檢測(cè)要素的一般制造精度（公差）要求如下：

1）加工制造基準(zhǔn)：平面度≤0.05 mm/m，垂直度≤0.05 mm/m，直線度≤0.04 mm/m；

2）測(cè)量基準(zhǔn)孔：同側(cè)基準(zhǔn)平行度＜0.03 mm，不同方向基準(zhǔn)之間的垂直度＜0.03 mm/m；

3）測(cè)量基準(zhǔn)面平面度≤0.03 mm；

4）基板平行度、平面度≤0.05 mm/m；

5）定位基準(zhǔn)孔位置度≤±0.05 mm；

6）劃線銷孔位置度≤±0.10 mm；

7）RPS基準(zhǔn)面精度=±0.10 mm；

8）表面功能測(cè)量面=±0.15 mm；

9）仿型檢塊輪廓精度≤±0.15 mm；

10）檢規(guī)檢測(cè)面精度≤±0.15 mm。

4 結(jié)論

綜上所述，通過介紹汽車沖壓件的檢具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并提出檢具制造精度的具體量化指標(biāo)，為汽車檢具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)，在檢具的實(shí)際設(shè)計(jì)生產(chǎn)制造中具有指導(dǎo)意義。檢具作為實(shí)體制造業(yè)重要的量化控制器具，會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用。在以后的生產(chǎn)實(shí)踐中，應(yīng)從檢具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及檢具部件等方面推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化，促進(jìn)檢具行業(yè)的高效快速發(fā)展。