基于UG的汽車左艙梁前段的檢具設計

陳李萍，胡曉珍

（浙江海洋大學，浙江 舟山 316000）

0 引言

檢具是直接對沖壓件結構、大小、局部特征進行檢測的專用檢測產品，是檢測銷、通止規(guī)、卡板等綜合檢測器具的總稱，是實現(xiàn)產品檢測的重要工具和方式，它的設計制造是為了方便對成型產品的質量進行檢驗測量。

檢具不是直接用于對被測工件的結構、相互位置和相互尺寸進行檢測的，因為它并沒有像其他量具一樣的刻度，雖然有汽車坐標系，但它的作用僅僅是對沖壓件在整車位置的定位。檢具可以判斷出被測要素的精度是否精確，外觀是不是平滑，是否在制造公差范圍內等問題。不僅可以用于大批量的生產場合，而且它比使用通用計量器具的檢驗方法更加省時省力，具有輕便、結構精巧、檢測精準和使用方便的特點。相比于傳統(tǒng)的鋼結構檢測夾具而言具有更輕便、外觀優(yōu)雅、不易磨損、不易破壞變形且便于使用等優(yōu)點，并且不容易損傷所檢測零件。

檢具設計的合理性及精度，會直接影響汽車鈑金件的加工質量。為了讓檢具的精度和穩(wěn)定性更加可靠，檢具制造時制造部門必須嚴格地按照主機廠的檢具尺寸（三維數(shù)模和檢具設計圖樣）進行制造。第一，為保證檢具底板強度，對其進行消除內應力的退火處理；第二，底板制造應保證平行于地面，平面平整，滿足粗糙度等要求，在加工時一定要注意檢具的檢測基準不被破壞；第三，斷面通止規(guī)裝置及手動夾緊裝置制造時應保證準確性，鎖緊時穩(wěn)定可靠。其次，在檢具制造過程中，有一些細小的地方也要注意，如保證檢測銷繩子長度適當；滑動部件運動時應靈活而不干涉；檢測銷、型面通止規(guī)等其他配件有足夠的位置存放；檢具本體上無油污，表面光順等等，這些問題雖然小，但也極有可能影響檢具的精度[1]。本文著重對某汽車的左艙梁前段鈑金件開展檢具的各部分裝置設計。

1 汽車左艙梁前段檢具的總體方案

圖1所示為汽車左艙梁前段沖壓件，在使用檢具檢測時需要確保待測零件完全不能動，利用檢具中的定位元件將待沖壓件的6個自由度全部限制住，即完全定位。根據(jù)零件外側的弧度結構，分別選取四邊作為定位面，對零件采取聯(lián)合定位。這種定位方式滿足了六點定位原理，確保零件在檢測時不能滑移，并使得夾具占有完全確定的唯一位置。

圖1 汽車左艙梁前段沖壓件

因此，在選取點處設置夾緊器與H、h定位孔對零件采取聯(lián)合定位，確保定位的準確可靠性。

2 汽車左艙邊梁前段的檢具結構設計

汽車檢具結構主要由底板、本體、定位夾緊裝置、測量裝置和輔助裝置組成。

2.1 底板、支架和本體的設計

雖然底板及支架不是檢具最重要的使用部分，但是保證其穩(wěn)定性也是很重要的任務，它對于檢具而言是最基礎的部分，能直接反映出一個檢具完整的精度。檢具底板一般采用鋁制材料，根據(jù)沖壓件的尺寸，并且符合人機工程的經濟、便捷等原則，將底板長度設計為1000 mm，寬度為580 mm，厚度為20 mm。另外，直接在底板上設置汽車坐標系，確保沖壓件零件在整車中的準確位置。

根據(jù)檢具底板尺寸設計支架部分，為保證檢具的使用穩(wěn)定性和符合經濟性原則，將支架設計成長方體結構，由28根鋁合金長條組成。支架下面設計4個輪子，包括2個導向輪，方便檢具的搬運和移動。由于車左艙梁前段為小型沖壓件零件，故采用適于車身上的簡單沖壓件檢具設計制造的C類檢具本體進行設計，采用積木式結構。檢具本體上表面貼合于檢具內表面，本體左右兩側與零件左右兩側保持2.5～3.0 mm的距離。

在檢具本體材料的選擇時，在保證強度允許的情況下，可以盡量采用可加工樹脂材料，選取這種材料的最大好處是既滿足使用要求又減輕了檢具的質量，方便后期的修改和加工，可塑性很強，另外對非金屬的汽車飾件幾乎不會造成傷害，同時本身又不會被塑料件所磨損。

2.2 定位和夾緊裝置設計

沖壓件上若有孔的話，可選擇幾個孔，采用定位銷的方式將其在檢具上定位。定位銷有兩種結構形式，分別為插入式圓錐銷和彈頂式圓錐銷[2]。插入式圓錐銷適用于被測零件上的定位孔是貫穿孔或者外緣翻邊孔，兩者能夠更好地契合。這里根據(jù)沖壓件的狹長型結構，選取插入式圓錐銷H、h定位銷，兩定位銷結構如圖2、圖3所示。

圖2 H定位銷

圖3 h定位銷

在汽車檢具上夾緊器是用來定位的，一般情況下它與支承塊是一起使用的，設計時需要同時考慮兩者的尺寸。不過對于大型檢具，支承塊對沖壓件僅起支承作用。在夾緊器安裝時，其夾緊方向必須與支承塊表面的法向方向保持一致。按其夾頭的運動方式，夾緊器可分為平動式夾緊器和翻轉式夾緊器。

根據(jù)汽車左艙梁前段零件的特點，這里采用翻轉式夾緊器。扳動夾緊器控制部分，使夾緊器閉合或者打開，工作時將控制部分扳到最上方，則夾緊器閉合。其頭部為橡膠，可以防止夾緊器閉合時破壞沖壓件零件表面。根據(jù)上文選取的4個定位面分別設置4個夾緊器，另外夾緊器放置時分別垂直于沖壓件表面和邊緣，保證放置位置不與其他結構發(fā)生干涉[3]。

2.3 測量和輔助裝置的設計

測量裝置首先是對孔的測量，沖壓件總共有14處規(guī)格不同的孔，其中H、h作為定位孔，另外還有J1至J12的12處孔為檢測孔。插入J1～J12對應的檢測銷到對應的孔中，檢測銷能順利通過則產品孔為合格，反之則不合格。其中檢測銷J1如圖4所示。

圖4 J1檢測銷

型面通止規(guī)是用來對沖壓件零件局部面輪廓進行檢測的一種量規(guī)。檢測方法是將通止規(guī)放入待測零件局部面輪廓，通規(guī)通、止規(guī)止則為合格。反之，若通規(guī)不通則說明輪廓小了，止規(guī)不止則說明輪廓大了，零件則為不合格。

這里型面通止規(guī)的規(guī)格為φ3+0.8-0.2mm。需要對型面通止規(guī)進行去尖刺、毛邊的處理，手柄部分采用10 mm的六角鋁棒，陽極氧化處理，檢測部分淬火處理55～60 HRC，其結構和尺寸如圖5所示。

圖5 型面通止規(guī)

汽車檢具設計時通常使用卡板對工件的關鍵形面進行檢測，檢具的卡板分為插入式卡板和旋轉式卡板[4]。當卡板的寬度達到或者超出300 mm時，為了保證垂直方向檢測的正確性，通常將其設計為插入式，不過針對汽車左艙梁前段零件，由于它跨度沒有達到300 mm，所以采用旋轉式設計卡板[5]。

檢具主要針對沖壓件的內表面進行測量，而工件外表面的檢測就需要卡板來完成，一般情況下將其橫跨在工件外表面上來進行檢測。由于零件的狹長型結構，其尾部平行于水平面，所以使用一塊卡板進行檢測，而在其頭部位置為弧形結構并且兩側結構不同，故在左右兩邊分別用2塊卡板（總共4塊卡板）進行檢測，另外零件中部也使用1個卡板進行檢測。

卡板有固定沖壓件的檢測部分和底座兩部分，其底座固定在檢具底板上，使用時將固定部分翻轉使其貼合零件表面。由于工件本身多折面性，如果設置成單一旋轉式，必將造成沖壓件或檢具本體發(fā)生干涉；若是設置成插入式斷面樣板，那么工件的定位銷必將產生干擾。為了滿足全面測量的要求，本文將其設計成2塊獨立旋轉式斷面樣板，中心利用螺栓進行緊固。

在使用卡板對復雜型面進行檢測時，有可能會發(fā)生干涉,因此設計時就必須充分考慮這個問題，一般針對這個問題采用的辦法是將其分段處理。卡板設計由支座、翻轉卡板、限位塊、擋板、連接塊和檢測塊組成，各部分孔處采用螺栓進行連接[6]。

在完成對檢具底板、本體、定位裝置、測量和輔助裝置的設計后，將各部分按照所設計好的位置組裝起來，就完成了對汽車左艙梁前段檢具的設計，圖6為檢具的總裝圖。

圖6 檢具總裝圖

由于檢具底板與各部分是分開進行制造的，因此底板與各部分之間并沒有直接連接在一起，這里采用檢具設計時的常用方法，即用螺栓聯(lián)接的方式將底板和各部分進行固定。

按照各部分在底板上所計劃好的位置，在底板對應處設置同樣規(guī)格的螺栓孔，各檢具配件在底板上的螺栓孔的位置如圖7所示。

圖7 螺栓孔定位圖

3 結語

本文借鑒國內外汽車車身覆蓋件檢具設計技術，對汽車左艙邊梁前段進行UG三維造型、對其結構進行分析，完成汽車左艙邊梁前段鈑金件檢具的各部分組件設計。設計汽車左艙邊梁前段的檢具由企業(yè)加工制造成形，并用于鈑金件產品的加工測量中，實際使用效果好，各部分精度都達到產品設計要求。