浅谈汽车车身冲压焊接件检具的设计开发

《装备制造技术｝｝２０１１年第６期　浅谈汽车车身冲压焊接件检具的设计开发　张少辉，甘国辉　（柳州五菱汽车工业有限公司，广西柳州５４５００７）　摘要：在阐述汽车零部件检具含义的基础上，分析了汽车车身冲压焊接件检测特点，并通过实例，提出了汽车车身冲　压焊接件检具开发的一般思路及设计方法。　关键词：汽车；冲压焊接件；检具；设计开发　中图分类号：Ｕ４６　文献标识码：Ａ　文章编号：１　６７２—５４５Ｘ（２０１　１）０６－００５９—０３　在汽车车身制造过程中，车身冲压焊接件是主　（２）工件刚度较差，在检测过程中容易因变形引　要的研究对象，其制造尺寸偏差，直接影响到最终汽　起误差；　车产品的品质，如密封性、风噪声、寿命、动力性能和　（３）除少数冲压件外，通常将工件的尺寸基准置　外观等。对车身冲压焊接件进行检测，是保证其品质　于车身坐标系来处理闭；　的重要手段，同时车身冲压焊接件的检测，又是一个　（４）批量大，匹配型面及孔位精度要求较高。　复杂的过程，检具作为工序间产品品质的检测工具，　汽车车身冲压焊接件检具的开发，大体可以分　对冲压件、组件、分总成、总成的制造品质，起着层层　为４个阶段：方案设计阶段，结构设计阶段，制造调　把关的作用，是保证车身制造品质的关键因素。因　试阶段，验证认可阶段。其中的制造调试阶段，就是　此，合理、高效地设计开发冲压焊接件检，具有着重　根据三维数模，二维图纸及检具的技术规范进行生　要的意义。　产的一般制造过程，这里不再讨论。　１　检具定义的概述　３　方案设计阶段　检具是汽车冲压焊接件检测的一种三维立体量　一套好的检具，设计开发之初，就应该考虑到完　具，其可以甩掉卡尺、深度尺、块规等常规量具的使　整性、人机工程、稳定性、开发成本等主要问题。　用，仅需通止规或间隙尺，就可以达到对汽车零部件　（１）完整性。在接到检具的开发任务后，首先应　准确、直观、快速的检测［１】。按测量对象，可分为总成　该认真阅读客户提供的几何尺寸及公差图纸（ＧＤ＆　件检具和零部件检具。其主要由检测机构、定位机　Ｔ），了解产品的所有定位与检测要求，以开发出符合　构、夹紧机构、支撑机构、检具底座以及其他辅助部　客户要求的检具；　分组成。在生产现场，将零件准确地安装在检具上，　（２）人机工程。根据定位及检测的要求，再结合　然后通过检测销、划线销、通止规、目测、测量表、卡　检验员的地域身高、操作习惯等特点，选择合适的检　尺、间隙尺等，对零件的型面和各种孔位进行检查，　具摆放位置（被检测零件放置于检具上的位置，原则　以实现对零件品质状态盼陕速判断。在大批量流水　上必须和其在车身坐标系中的位置一致，特殊情况　生产的汽车行业，检具的应用已经相当普遍，尤其对　下允许将零件旋转±９０。或者±１８０。），以满足操作　于汽车车身冲压焊接件。　的方便性要求；　（３）稳定性。检具作为一种长期使用量具，一定　２　汽车车身冲压焊接件检测特点　要考虑自身的重力、使用环境、变形等因素影响，从　结构和材料上保证其精度及性能稳定性；　（１）工件形状往往较复杂，曲面多，不规则，定　（４）成本。根据车型特点、产量大小等因素，在精　位、支承和装夹较为困难；　度及稳定性可接受的范围内，使用材料尽量少，结构　收稿日期：２０１１＿Ｊ０３＿０５　作者简介：张少辉（１９７９＿－），男，河南邓州人，工程师，主要从事汽车产品焊接生产线、检具的设计开发工作；甘国辉　（１９７１一），男，广西岑溪人，工程师，硕士，主要从事汽车产品设计、工艺工装开发及项目管理工作。　５９　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．６，２０１　１　尽量简单，以节约成本。　另外，在方案设计阶段，还应该和客户沟通主要　零件的材料使用、外购件的选型、开发设计软件的兼　容性、检具的批准及验收等内容，以提高开发效率，　增加客户满意度。　下面分别以实例介绍冲压件和焊接件检具的设　图３形成型面体　图４完成上部附件装配　计过程。　４　冲压件检具的结构设计　对于车身冲压件，由于检测的要素为工件的轮　廓、曲面形状、孔和凸台的位置等，尤以曲面形状为　主，所以支撑机构常采用整体型面的方式，然后再配　以定位面、定位销、检测导向孔、检测销、夹紧装置、　断面检测板等。　４．１　基座部分的细化设计　上述部分设计初步完成后，装配底板进行基座　部分的细化设计。主要步骤为：　（１）以绝对坐标系装配产品，并根据方案设计阶　段制定的检具摆放位置及操作高度，确定底板平面　（见图１）；　（２）把需检测的产品表面向外偏置３　ｍｍ，形成　型体面的检测面（如果需要检测产品轮廓切边线，还　需要把偏置后的检测面沿法线向外延伸２Ｏ～２５　ｍｍ）　（见图２）；　（３）沿轮廓边向底板所在平面拉伸，形成型面体　（见图３）；　（４）进行细节处理后，做检ＮＴＬ位，并装配基准　面，基准定位销，夹紧装置，检测卡板等（见图４）；　（５）把预先设计好的底板装配进去，并根据上面　型体部分的设计，做底板的细化设计；　（６）装配测量基准，吊耳，刻百位线等（见图５）；　（７）根据操作高度，设计制作小推车，用于存放　及转移检具；　（８）对设计进行检查，做细化处理，完成检具三　维设计，并绘制二维图纸。　二维图纸完成后，根据ＩＳ０／ＴＳ１６９４９体系要求签　署《检具设计检查表（Ａ表）》，然后进入制造调试　阶段。　图１确定底板平面　图２形成型面体型面　图５某车型冲压件检具初步数模３Ｄ图　４．２检具底板的设计要素　在设计中，检具底板的设计，对于整个检具的稳定　性起着非常重要的作用，设计时可从以下方面考虑：　（１）在成本允许的情况下，优先采用铸铝底板；　（２）焊接底板要进行去应力处理（一般是回火　处理）；　（３）选用钢板和槽钢进行焊接，十字结构和米字　结构是目前常用的两种结构；　（４）底板的大小，以检具每个零件在其任何活动　位置上，都不超出检具为宜；　（５）净质量超过２２　ｋｇ的检具底板上要设计吊　耳及叉车槽。吊耳的设计，要考虑最大承载力和起吊　时吊绳不影响检具型体、功能件及所有测量元素，起　吊时能保持平衡。叉车槽的设计要考虑最大承载力　及普通叉车的规格；净质量小于２２　ｋｇ的小型检具要　配置把手。　５焊接件检具的结构设计　焊接件检具的设计思路，和冲压件相似，不同点　在于焊接件检具支撑机构，不采用整体型面体，而是　通过一个个的支撑座，支撑起各个检测位置和分段　的型面块来分段检测。图６为某车型车架后端横梁　焊合件检具。　图６　某车型车架后端横梁焊合件检具３Ｄ图　《装备制造技术｝２０１１年第６期　在上述焊接件检具设计中，当以绝对坐标装配　面；然后画出检测位：检测孑Ｌ位的导向位置，分段的　好产品，确定好底板平面位置后，按ＧＤ＆Ｔ图纸，顺　型面检测块；最后把相邻的基准位和检测位用连接　序画出基准位（见图７，通常情况下直接装配使用标　板和支撑座连接起来。　准件）：Ａ１一Ａ５基准面，Ｂ、Ｃ基准定位销，Ｄ１一Ｄ２基准　Ａｌ—Ａ５　Ｄ１—Ｄ２　图７　某车型车架后端横梁焊合件ＧＤ＆Ｔ　做到这里会发现，由于产品比较复杂，某些定位　调试后，要进行验证，通过后方可正式投入使用，主　　和检测，在固定的情况下，使产品零件无法正常安装　要包括：（１）三坐标精度验收。包括对检具本体型面及位　放置和取出，这就需要把这些位置作成活动的，通常　有两种方法可以选择：绕固定轴旋转翻转机构和平　置的测量、定位销、检测销、划线销、通止规大小的测　量等。　行滑移机构（见图８）。　（２）检具的重复性和再现性验收。检具的重复性　和再现性（Ｒ＆Ｒ）是用于评价检具是否满足测量要　求的。Ｒ＆Ｒ可通过均值和极差（ｘ－一Ｒ）方法来计算，　并通过它判别检具是否可用。当（Ｒ＆Ｒ）＜１０％时，　检具可接受；当１０％≤（Ｒ＆Ｒ）≤３０％时，可能可接　受，取决于实际应用的重要性、检具费用、更改费用　图８（ａ）翻转检测机构　（ｂ）平行滑移检测机构　等；当（Ｒ＆Ｒ）≥３０％时，不可接受，必须改进检具。　本套检具考虑到需要活动的检测位比较多，若　通过上述几个阶段后，根据ＩＳＯ／ＴＳ　１６９４９体系　采用翻转机构，会导致操作不方便，所以选用了平行　要求签署《检具制造检查表（Ｂ表）》，完成整个检具的　滑移机构。把需要活动的支撑座装配在活动滑板上，　开发工作。　下面用精密滑轨和底板基座相连。完成支撑机构设　计后，接下来的设计就和冲压件检具设计相同了。　７结束语　６验证认可阶段　检具按照设计数模及二维图纸，完成制造装配　一样簇量　鑫　麦　茎嚣嘉　（下转第６４页）　６１　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｅｔｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．６，２０１　１　弱区域的强度和刚度，相应的提高了缸体的可靠性　参考文献：　和延长了使用寿命。这种基于ＣＡＥ有限元的分析方　法，得出更改的理论依据，确定优化设计方案，再通　机学报，１９９７，１５（２）：２３７—２４５．　过发动机整机性能测试及整车性能测试，确定优化　【２】廖日东，等．发动机零部件有限元技术应用的新进展［Ｊ］．内　设计方性及可行性的方法，大大缩短了产　燃机学报，１９９９，１７（２）：１９０—１９７．　品开发周期，减少了开发费用，使产品的优化设计更　［３陈家瑞．汽车构造（上册）３］［Ｍ】．北京：人民交通出版社，１９９７．　加高效，更加准确。　Ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｂｌｏｃｋ　Ｒｉｂ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＣＡＥ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ＷＥＮ　Ｈｕａｉ－ｊｕｎ，ＹＡＮ　Ｘｕｅ－ｈｕａ，ＬＩ　Ｙｏｕ　［１】李俊宝，等．柴油机缸体振动响应分析与结构修改［Ｊ］．内燃　（ＳＡＩＣ　ＧＭ　Ｗｕｌｉｎｇ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｘｉ　Ｌｉｕｚｈｏｕ　５４５００７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｂｌｏｃｋ　ａｎｄ　ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｃｒｅａｓｅ　ｔｈｅ　ｆａｉｌｕｒｅ　ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｂｌｏｃｋ　ｒｉｂｓ，　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｈｅ　ｔｒｏｏｔ　ｃａｕｓｅ　ｏｆ　ｂｌｏｃｋ　ｒｉｂｓ　ｆａｉｌｕｒｅ；Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ　ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｆ　ｏｂｌｏｃｋ　ｉｂｓｒ　ａｎｄ　ｂｒｏｕｇｈｔ　ｈｅ　ｔｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｐｒｏｐｏｓｅｓ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｆｎｉｔｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ　ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ　ｄｅｓｉｇｎ　ｒｉｂｓ　ｗａｓ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｎｄ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｕｓｉａｎｇ　ＣＡＥ　ｔｏｌ，ａｎｄ　ｇｏｏｄ　ｐｒａｃｔｉｃａｂｌｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｓｈｏｗｎ　ｉｎ　ｈｅ　ｔｗｏｒｋ　ｃｏｎｄｉｉｔｏｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＣＡＥ；ｏｐｔｉｍｉｚ￣ｉｏｎ　ｄｅｓｉｎ；ｒｉｇｂｓ；ｂｌｏｃｋ　（上接第６１页）　术与实践，２００４，（Ｉ）：４０—４２．　稳定性，还要考虑到使用时的方便性和灵活性。因　２］林忠钦．汽车车身制造质量控制技术［Ｍ】．北京：机械工业　此，我们必须在开发中逐渐积累经验，不断完善设计　［出版社，２００５．　思路和设计方法，才能使开发出的检具更好地应用　［３】王植槐，丛吉宽，朱正德，等。汽车制造检测技术［Ｍ】．北京：　于实际生产中。　北京理工大学出版社，２０００．　［４］蓝先．汽车车身冲压焊接件检具设计开发的探讨【Ａ】．中国　参考文献：　［１】张兴云．汽车冲压零部件检具设计制造技术研究【Ｊ】．制造技　汽车工程学会年会论文集［Ｃ］．北京：机械工业出版社，２００７．　Ｔｈｅ　Ｔａｌｋｓ　ａｂｏｕｔ　Ｄｅｓｉｇｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　Ｓｔａｍｐｉｎｇｓ　ａｎｄ　Ｗｅｌｄｉｎｇ　Ｇａｇｅ　ＺＨＡＮＧ　Ｓｈａｏ－ｈｕｉ：ＧＡＮ　Ｇｕｏ－ｈｕｉ　（Ｌｉｕｚｈｏｕ　Ｗｕｌｉｎｇ　Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　Ｉｎｄｕｓｔｒｙ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｌｉｕｚｈｏｕ　Ｇｕａｎｇｘｉ　５４５００７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　Ｏｉｌ　ｅｌａｂｏｒａｔｉｎｇ　ａｕｔｏ　ｐａｒｔｓ　ｇａｇｅ　ｍｅａｎｉｎｇ　ｗａｓ　ｎａｌａｙｚｅｄ　ｏｎ　ｈｅ　ｔｂａｓｉｓ　ｆ　ｏａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ　ｓｔａｍｐｉｎｇｓ　ａｎｄ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ａｎｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｅｘａｍｐｌｅ　ｆｏｒ　ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ　ｂｏｄｙ　ｓｔａｍｐｉｎｇｓ　ａｎｄ　ｗｅｌｄｉｎｇ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｆｇａｏｇｅ　ｄｅｓｉｎ　ｇｍｅｔｈｏｄ　ａｎｄ　ｇｅｎｅｒｌ　ａｈｏｕｇｔｈｔｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ；ｓｔａｍｐｉｎｇｓ　ｎｄ　ａｗｅｌｄｉｎｇ；ｇａｇｅ；ｄｅｓｉｎ　ｇｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ