论汽车冲压件检具的设计思路及要领
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摘 要：汽车冲压件检具作为控制汽车冲压件质量的重要手段已被国内外各汽车整车及配件厂家广泛运用。本文就如何设计出操作简便、检测精度高的专用检具这个问题，对检具的布局、定位、自由度法则及设计基准进行了介绍，并结合实际经验对零件要求精度的部位的设计方法及要领等进行了详细阐述。
中图分类号：TG38 文献标识码：A
近年来随着我国汽车制造业的迅速发展，汽车的外观质量及其内在质量成为了各汽车制造厂家角逐市场的先决条件。汽车外观质量及其内在质量主要是由冲压件的质量决定的，因此对冲压件质量的控制显得非常重要。目前冲压件的检测已成为汽车生产厂及零件制造厂必不可少的工作。国外（德国、美国、日本等）企业对于重要的冲压件一般都采用专用的检测夹具作为主要的检测手段，以控制工序间的产品质量。汽车冲压件检具（以下简称检具）在国外汽车行业的应用已相当广泛，各汽车制造厂家对如何进行检具质量评估高度重视，因此对我国汽车制造业来讲，要生产出高品质的汽车，如何设计和制造出操作方便、检测精度高的专用检具，成为许多汽车生产厂家急待解决的问题。本文在此尝试阐述检具的设计思路及要领，供大家讨论。
1.检具介绍
1.1检具定义
检具，顾名思义是用来检测、校验、评判产品的尺寸质量及形状质量的一种专业检测夹具。在零件生产现场，通过检具对零件实施在线检测，只需将零件准确固定在检具上，通过目测、通用量具（钢尺，塞尺，卡尺等）对零件上不同性质的孔、型面、周边尺寸及零件与零件之间的连接位置进行检测，从而保证零件在试生产或起步生产时实现零件质量状态的快速判断。同时当生产要素（人，机，料，法，环）发生变化时，使用检具对零件的尺寸质量及形状质量进行确认，可以及时有效的防止次品批量产生。
检具设计前考虑的事项主要有以下6个方面：
①检具的整体构想；
②根据零件图纸信息，确定零件定位基准及定位方式；
③确定零件要求精度的部位、精度确认的方法、重要度及确认频率；
④充分考虑零件在制作时产生的变形量；
⑤检具使用应坚固不易变形；
⑥检具在日常使用上尽可能方便、轻巧、快捷。
1.2检具结构
检具结构，一般由底板、基准块、检具型体、定位销、断面检查样板、快夹、起吊装置等组成，其结构如下图所示：
1.3使用目的
使用检具的目的：快速准确对零件的形状、剪边线、折弯线、孔位置等进行检测、对零件质量状态进行判定。
1.4检具的材料选取
①检具型体：由可加工的树脂材料组成（检具重量≥20Kg）或铝合金（检具重量＜20Kg）；
②基准块：工具钢T10A（热处理：淬火，HRC58以上）、工具钢加树脂；
③断面检查样板：铝合金，45钢；
④销子：圆销常用35钢、45钢；弹性销为65Mn；
⑤底座结构：方钢（25×25或30×30或40×40）；
⑥底板部分：铸铝合金，可用国产GB ZL101，材料必须经过时效去应力等热处理工艺；小型检具可采用铝合金底板；
⑦其他：45钢等。
2.检具布局、定位及自由度约束法则
2.1检具布局
一般按图纸主视图或俯视图放置（装车状态），必要时可按90度的增量倍数旋转放置；为了便于检具的使用和管理，对称件、左右件只要外形尺寸允许，应尽可能将其布置在一个底板上。
2.2检具定位
根据零件图纸给定的信息，确定定位基准、设计定位装置，一般方法如下：
①销定位：采用独立设计原则，一般采用锥形销结构，即：圆锥销或菱锥销（必要时可增加弹簧底板或快夹压紧装置）；
②孔定位：采用定量配作法（为保证长效精度及互换性定位，孔必须增加孔套）；
③面定位：根据零件定位面及结构特点进行选取。
2.3自由度约束法则
在三维空间中，任何一个物体都具有6个自由度，即：沿3根轴向的平动和绕3根轴的转动。要确定一个物体在此坐标系唯一位置就必须约束这6个自由度。
约束自由度的分布法则如下：
①根据检具布局，在检具最大投影面积方向上用3个固定点约束3个自由度，即：1个平动和2个转动；
②在检具次大投影面积方向上用2个固定点约束2个自由度，即：1个平动和1个转动；
③在检具最小投影面积方向上用1个固定点约束1个自由度，即：1个平动。
3.检具设计基准
3.1汽车坐标系
一般以两前车轮轴中心点为原始点，此点到车尾方向为+X（或L+数值），到副驾座方向为+Y（或W数值R），到车顶方向为+Z（或H+数值），如下图所示：
3.2检具坐标系
考虑到检具在使用上的方便，检具坐标系一般沿用汽车坐标系（根据图纸信息给定）。结合检具布置方式给定检具坐标系。
3.3检具基准
检具基准，即检具底板上的基准面和基准线，它是三维坐标仪测量零件时找正坐标系的依据，也是测量检具或校验检具的依据。
面基准常用方式一般有下列3种：
①底板上表面（或下表面）及侧立面部分；
②底板上表面增加或“堆出”小台阶部分，小台阶上表面及侧立面部分作为基准面；
③底板上表面“挖下”小台阶部分，小台阶底部表面及侧立面部分作为基准面；
线基准常用方式有下列2种：
①底板的长边两端；
②底板上两个孔心连线。
4.零件要求精度的部位设计要领
4.1基准定位仕样（仕样，即办法、方法或规格等）
根据零件图纸信息，确定零件的检测基准，考虑零件基准定位的方式，即：零件基准定位仕样；零件基准定位有：孔基准定位、面基准定位2种方式。
4.1.1孔基准定位
孔基准定位有2种方式：孔销镶入方式（孔销固定）及孔销插入方式。孔销一般有3种形式：圆直销、圆锥销、菱锥销。主定销通常选用圆直销和圆锥销，而次定销通常选用菱锥销孔。当采用圆锥销和菱锥销定位时，同时要选取适当的压紧装置。
孔销植入方式（或孔销固定）定位仕样如下图：
采用孔基准定位时对销子的选取原则：
①无论采用孔销镶入方式（孔销固定）或孔销插入方式，如单独采用定位销做零件定位时，至少使用2个定位销；如果采用1个定位销时，必须同时采用其它辅助定位方式；
②当定位孔采用圆直销定位时，孔销直径为：定位孔直径D（或D-0.05）；
③当定位孔采用圆锥销定位时，应保证定位锥度在理想状态下与定位孔径相同；如下图：
④当定位孔采用菱锥销定位时，且作主定位时，应保证定位菱锥度的四周在理想状态下与定位孔径相同；作次定位时，应保证定位菱锥度的两侧（两对侧）在理想状态下与定位孔径相同，此时定位孔多为长孔或腰型孔。
孔基准定位时的固定方式：快夹压紧方式和螺纹紧固（菱锥销时不能采用）方式如下图：
4.1.2面基准定位
面基准定位仕样如下：
面基准定位时的固定方式：快夹压紧方式和磁铁吸附方式，如下图：
采用面基准定位时对零件面选取原则：
①同方向上的定位面仅设定一侧，但当零件较大时可在同一方向上增加辅助定位面，且定位面不得大于30mm×30mm；
②选取零件面应平整、无异形面且稳定性好（变形量小）、不发生干涉；
③选取的零件面有足够强度，不易发生弯曲变形等不良面。
4.2检测部位仕样
4.2.1剪边线（零件轮廓等）及零件末端仕样
采用划线方式时需要将剪线（理论孔形状线）及外侧参考线（3mm参考线）同时画出，线条必须清晰可见。
4.2.2折弯线
采用划线方式时需要将剪线（理论孔形状线）及外侧参考线（3mm参考线）同时画出，线条必须清晰可见。
4.2.3孔位置
一般孔位置（除基准孔）采用划线方式和固定销测量方式进行测定，划线方式又分为：孔位置检具本体划线和划线销划线两种；孔的直径小于3mm时，进行对孔位置检测的常用方法是在检具体上刻画"十"字即可，并作白色标识。
划线方式仕样：
采用检具本体划线方式时需要将孔缘划线（理论孔形状线）画出，线条必须清晰可见。检具上的凸台直径比零件孔的直径大5mm。
固定销仕样（一般情况下，要借助塞规检]
测，固定销子规格小于孔规格2mm）：
4.2.4孔形状（过孔或减轻孔等）
孔形状划线时需要将孔缘参考线（理论孔形状线）及内侧参考线（3mm参考线）同时画出（孔径小于10mm时不需要画参考线），线条必须清晰可见。
4.2.5翻边孔
①划线法：
采用划线时需要将孔缘参考线（理论孔形状线）及内侧参考线（3mm参考线）同时画出（孔径小于10mm时不需要画参考线），线条必须清晰可见。
②切缘法：
4.2.6断面样板
零件中部有装配要求的型面检测方式采用断面样板。样板厚度：6±0.5mm左右的铝合金或45钢，结构形式为旋转式或固定式，样板与被测零件之间的间隙为3mm。断面样板应尽量布置在型面垂直方向，坐标位置易取整数，不得与定位销、加紧装置干涉；断面样板支座及底板厚度应大于10mm，当支座高度大于15mm时应适当增加料厚。总之，要保证断面样板在检具上稳定、无松动，且有安放位置。
断面样板检测零件的外形轮廓（用塞规检测间隙），如下图：
4.3检具基准及检测要素精度要求
检具基准及检测要素一般制造精度（公差）要求如下：
①检具面（即：检具型体面）上按车身坐标值要求(参考零件图纸)以100mm×100mm网格线画出，并标以坐标值，网格线要求：宽0.15mm，深0.25mm；主基准线宽5.0mm，深度3.0mm；
②剪边线（零件轮廓等）、折线、孔形状线及3mm参考线都要求：宽0.15mm，深0.25mm；
③检具基准，平面度：7级，垂直度：6级，粗糙度：Ra0.8um；
④基准孔精度：图纸中有规定的，位置精度不得超过±0.03mm；没有详细规定的，位置精度±0.1mm；定位销销径：孔径尺寸-0.05mm;
⑤基准面精度：公差±0.10mm；
⑥剪边线（零件轮廓等）及零件末端仕样：公差±0.15mm；
⑦折弯线：公差±0.15mm；
⑧检测孔位置精度：图纸中有规定的，位置精度不得超过±0.1mm；没有详细规定的，位置精度±0.2mm；
⑨型面精度：公差±0.15mm；
⑩检测样板刀口精度：公差±0.15mm。
5.检具底板要求
检具底板是整个检具体的基础，涉及整个检具的精度，使用寿命等，所以检具底板在设计过程中显得尤为重要，其基本要求有以下5个方面：
①要有足够的强度，可承受检具体的重量，坚固、不变形；
②上表面光洁度要求：应无明显的走刀痕迹；
③上平面应刻100mm间隔的坐标线，线深0.5mm，宽0.5mm；
④上平面作为基准时，上平面应设有测量基准，并按图纸方向标明坐标方向及坐标原点与汽车坐标原点的相对坐标值；
⑤必要的搬运装置（滚轮、手柄、叉车铲脚、吊车起吊装置）。
6.检具吊装（搬运）及涂装
6.1检具搬运及吊取
除小型检具外，在设计检具时要考虑到检具的搬运及吊取，吊取装置设计时必须考虑一下几点：
①保证检具在搬运及吊取时水平；
②吊索不得与检具支架干涉和接触；
③起吊柄有足够的强度，不能弯曲或变形过大；
吊取装置示意图如下：
6.2检具涂装
检具设计完成后，要对检具本体支架进行涂装作业，一般要求如下：
①零接触面：白色；
②间隙检查面：3mm间隙（形状部）绿色；
③1mm间隙面（孔部位）：红色；
④非检查面区：绿色；
⑤平整度检测面：0mm，白色；
⑥目视孔检测面：黑色；
⑦检具支架及本体宜喷蓝色或客户要求；
⑧吊取装置：黑色。
7.铭牌及其它要求
7.1铭牌
在检具的适当位置上留有铭牌位置，铭牌内容涵盖：产品编号、制造日期、检测日期、下次检测日期、检测人姓名等必要信息； 示意图如下：
7.2其它
除以上要求外，还应在检具上标注：基准位置代号、夹子加紧顺序号，有条件的话还应标注检测内容等。
参考文献
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