在很多機(jī)械制造業(yè)里，模、夾、檢具工裝的開(kāi)發(fā)制作是必不可少的。近年來(lái)隨著汽車(chē)行業(yè)各類(lèi)新車(chē)型的頻繁更新?lián)Q代，市場(chǎng)上工裝開(kāi)發(fā)當(dāng)量更是節(jié)節(jié)攀升。新增了大量汽車(chē)零部件檢具工裝的同時(shí)，也增加了不少物流運(yùn)輸成本、人工轉(zhuǎn)運(yùn)成本以及機(jī)加成本。如何有效的降低工裝開(kāi)發(fā)的制造成本及運(yùn)輸成本，已成為市場(chǎng)上討論的熱點(diǎn)。

本文研究方向主要是從檢具輕量化的角度出發(fā)，從汽車(chē)零部件檢具結(jié)構(gòu)、材料方面著手，在不影響使用的情況下簡(jiǎn)化檢具整體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化檢具性能及材料，以檢具輕量化設(shè)計(jì)及制造的方式達(dá)到降低零件生產(chǎn)成本、優(yōu)化檢具性能、簡(jiǎn)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程的目的。

目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)零部件檢具發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國(guó)市場(chǎng)上汽車(chē)零部件用檢具主要分為三類(lèi)：總成檢具、沖壓?jiǎn)渭z具、熱成型檢具。

總成檢具及沖壓?jiǎn)渭z具材料研究現(xiàn)狀

根據(jù)市場(chǎng)行業(yè)信息可知，目前主流市場(chǎng)上汽車(chē)零部件用總成及沖壓?jiǎn)渭z具本體使用材料為7075系鋁合金，檢具制作成型后本體表面陽(yáng)極氧化處理。7075系鋁合金是一款搞強(qiáng)度的可熱處理合金，機(jī)械性能良好，易于加工、耐磨性好，抗腐蝕性能、抗氧化性能良好，表面陽(yáng)極氧化后硬度可達(dá)300HV。主要參數(shù)如下：

熱成型檢具材料研究現(xiàn)狀

根據(jù)相關(guān)資料顯示，目前市場(chǎng)上大部分熱成型零件用檢具本體使用材料分為兩種：一種是用45#鋼制做檢具本體，表面鍍鎳磷處理；另一種是用7075系鋁合金做檢具本體，表面硬質(zhì)陽(yáng)極處理。熱成型汽車(chē)零件硬度高，使用頻繁，檢具開(kāi)發(fā)要考慮其耐磨性的硬度要求。

根據(jù)東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)有限公司熱成型汽車(chē)零件硬度試驗(yàn)數(shù)據(jù)及部分網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)論，熱成型零件硬度可達(dá)360-480HV，一般鋁制型體表面普通陽(yáng)極制作的檢具硬度只能達(dá)到300HV，使用中檢具很容易被零件刮傷，所以普通陽(yáng)極處理的鋁合金檢具無(wú)法滿足熱成型零件檢測(cè)使用要求。主要材料參數(shù)如下：

檢具結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀研究

目前，市場(chǎng)上使用的汽車(chē)零部件檢具，本體大部分為仿型零件制作，基本構(gòu)成結(jié)構(gòu)為：檢具基座、地板、底座、檢具本體、卡板、壓鉗、量規(guī)部件等；檢具整體重量主要由底座、基座、底板、本體幾部分貢獻(xiàn)，具體占比因不同零件而異，如圖1圖2形式所示。

圖1 鋼制檢具（重量：560kg）

圖2 鋁制檢具（重量：420kg）

汽車(chē)零部件檢具輕量化研究的目的及意義

根據(jù)前面研究?jī)?nèi)容，兩套檢具案例整體重量都在500kg以上。檢具整體重量較大時(shí)會(huì)有以下的問(wèn)題存在：

①檢具整體較重是在運(yùn)輸過(guò)程中勢(shì)必會(huì)產(chǎn)生較高的運(yùn)輸費(fèi)用，尤其是在量大的時(shí)候更是如此；

②較重的檢具在操作現(xiàn)場(chǎng)人工轉(zhuǎn)移較為不方便。以東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)有限公司為例，現(xiàn)場(chǎng)使用檢具的質(zhì)量檢測(cè)員要經(jīng)常人工托運(yùn)檢具；檢具較重時(shí)托運(yùn)檢具對(duì)員工的身體素質(zhì)要求較高，一般女性員工基本無(wú)法實(shí)現(xiàn)自主托運(yùn)；

③一般封存的檢具都是上貨架保存，檢具較重時(shí)對(duì)貨架圖3的承重要求較高，勢(shì)必會(huì)造成較高的存儲(chǔ)成本；

本文主要研究目的是：在保證檢具整體結(jié)構(gòu)及功能不受到影響、制造成本沒(méi)有增加的前提下實(shí)現(xiàn)檢具輕量化設(shè)計(jì)及制造，以解決以上使用難題，同事優(yōu)化檢具整體設(shè)計(jì)，為提升我國(guó)汽車(chē)零部件生產(chǎn)質(zhì)量提供有力的支持。

汽車(chē)零件檢具輕量化發(fā)展途徑研究從結(jié)構(gòu)方面展開(kāi)的輕量化研究對(duì)檢具底板的輕量化研究正如圖1和圖2所示，根據(jù)目前市場(chǎng)上汽車(chē)零部件檢具結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)，一般檢具底板為鋼制，整體厚度在20～40之間，具體厚度視檢具大小而不同。底板對(duì)檢具本身重量的貢獻(xiàn)可達(dá)到30%～50%，所以從底板入手展開(kāi)檢具輕量化研究是一個(gè)必然的思路。

從檢具底板的功能上來(lái)說(shuō)，主要作用有三：

①支撐檢具本體；

②放置檢具基準(zhǔn)、名牌、量規(guī)等部件；

③底板上百格線提供坐標(biāo)引導(dǎo)；

所以，我們可以在保障滿足以上功能需求的前提下，適當(dāng)對(duì)檢具地板結(jié)構(gòu)做一輕量化設(shè)計(jì)。如此考慮，如果將檢具底板非功能位置掏空設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)降成本的目的。

如圖3和圖4所示是我們近期項(xiàng)目上將底板輕量化設(shè)計(jì)投入使用的效果，部分檢具只有極少的功能面，這樣我們就可以把非功能位置的底板掏空設(shè)計(jì)，從而達(dá)到底板輕量化的目的；這樣既節(jié)省了材料，降低了成本，也減輕的重量。

本體方面檢具輕量化研究

如圖1和圖2，目前大部分市場(chǎng)上的檢具本體都是實(shí)心的鋁塊或鋼塊方形制作，這樣制作的檢具本體較為笨重。檢具本體重量對(duì)檢具整體重量貢獻(xiàn)較大，所以我們從檢具本體輕量化的方向出發(fā)，研究檢具減輕重量的方式。

從檢具本體的功能上來(lái)說(shuō)，主要有如下作用：

①通過(guò)零帖支撐零件本體；

②提供孔的位置度檢具銷(xiāo)坐；

③提供部分零件型面檢測(cè)參考面；

④提供零件部分修邊檢測(cè)參考面；

根據(jù)以上功能，我們可以考慮在實(shí)現(xiàn)檢具本體功能的前提下，實(shí)現(xiàn)檢具輕量化設(shè)計(jì)。

其實(shí)在以檢具本體型面為參考檢測(cè)零件型面位置度時(shí)，只能檢測(cè)邊沿型面，中間位置被包裹在里面無(wú)法使用，只能通過(guò)樣刀或者其他方式檢測(cè)。因?yàn)橐紤]熱脹冷縮的影響，檢具本體都是一塊一塊拼接設(shè)計(jì)制作的，如圖3和圖4所示，我們可以將檢具中間非功能位置掏空設(shè)計(jì)。所以掏空設(shè)計(jì)也不會(huì)產(chǎn)生較多機(jī)加費(fèi)用。所以可以實(shí)現(xiàn)本體輕量化設(shè)計(jì)制造的目的。圖3是我們近期新項(xiàng)目本體使用輕量化設(shè)計(jì)后的效果。

從材料方面展開(kāi)的輕量化研究

熱成型汽車(chē)零部件用檢具從材料方面實(shí)現(xiàn)輕量化研究根據(jù)本文第一章整理的目前我國(guó)國(guó)內(nèi)汽車(chē)零部件檢具材料引用現(xiàn)狀，熱成形零件用檢具大部分使用的為7075系鋁合金及45#鋼。我們主要是從使用鋁材的部分檢具著手。汽車(chē)零部件檢具使用7075系鋁合金材料要考慮的主要性能參數(shù)如下：

根據(jù)相關(guān)資料研究得到，7075系鋁合金為航空鋁，其性能參數(shù)水平遠(yuǎn)超檢具使用需求，該材料可以用另一種材料替代使用，就是6061系鋁合金，該材料要考慮的關(guān)于檢具制作的主要性能參數(shù)如下：

從上面參數(shù)對(duì)對(duì)可得，6061系鋁合金密度比7075系鋁合金的小，所以相同體積鋁塊整體重量6061系鋁合金也會(huì)相對(duì)較輕，同時(shí)可以看到價(jià)格上可以便宜將近一半，熱膨脹系數(shù)兩者相同；然后雖然6061系鋁合金自身硬度不大，但通過(guò)表面硬質(zhì)氧化處理后，表面硬度主要取決于氧化層，硬質(zhì)氧化的氧化層表面硬度為380-500HV，所以鍍層后硬度上兩者無(wú)區(qū)別，耐磨指數(shù)也是一樣。所以6061系鋁合金完全可以代替7075系鋁合金做熱成型檢具本體。

冷沖壓及總成汽車(chē)零部件用檢具從材料方面實(shí)現(xiàn)輕量化研究根據(jù)本文第一章整理的目前我國(guó)國(guó)內(nèi)汽車(chē)零部件檢具材料引用現(xiàn)狀，總成零件用檢具大部分使用的為7075系鋁合金。

我們主要是從使用鋁材的部分檢具著手。根據(jù)3.2.1的研究分析結(jié)論，檢具本體采用6061系鋁合金的情況同樣使用總成及冷沖零件用檢具。

目前市場(chǎng)上很多汽車(chē)車(chē)型更新?lián)Q代較快，導(dǎo)致制作的檢具使用時(shí)期不是很長(zhǎng)，這樣對(duì)于一些預(yù)估產(chǎn)量不大的檢具我們就不必用較好的材料加工制作，產(chǎn)生不必要的浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)查證相關(guān)資料，了解到一種BM5166系樹(shù)脂材料可以代替鋁合金來(lái)制作檢具本體。相關(guān)參數(shù)如下：

根據(jù)以上參數(shù)綜合對(duì)比評(píng)估，該材料滿足沖壓零件用檢具本體材料基本要求，可以應(yīng)用于沖壓件檢具制作。而且面對(duì)較鋁合金小很多，可以實(shí)現(xiàn)輕量化制作的目的。但是在使用BM5166材料做檢具本體時(shí)需注意以下優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：

①輕量化：檢具重量可以明顯降低很多；

②容修改：采用BM5166樹(shù)脂材料，模塊的變動(dòng)修改比較方便、快捷；

③經(jīng)濟(jì)性：材料成本比較低，模塊輕化減少員工的工作量。

缺點(diǎn)：

①使用壽命較短，正?？梢允褂?～5年，模塊不耐磨；

②機(jī)械加工比較脆，加工時(shí)候粉塵容易吹進(jìn)機(jī)器。

檢具工裝輕量化研究的應(yīng)用前景評(píng)估

對(duì)于任何一個(gè)公司來(lái)說(shuō)，降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化工具設(shè)備性能、簡(jiǎn)化產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程，猶如雪中之碳火、沙漠之甘霖，多多益善。汽車(chē)零部件檢具輕量化研究，在一定程度上大大降低了檢具開(kāi)發(fā)產(chǎn)業(yè)成本，同時(shí)優(yōu)化了部分材料及結(jié)構(gòu)上的性能需求，同時(shí)簡(jiǎn)化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)也縮短了產(chǎn)品開(kāi)發(fā)流程、降低了檢具工裝開(kāi)發(fā)難度。為汽車(chē)零部件的生產(chǎn)和制造提供了一股強(qiáng)有力的成本優(yōu)勢(shì)力量，汽車(chē)零部件檢具輕量化設(shè)計(jì)及制造，在將來(lái)汽車(chē)零部件領(lǐng)域的應(yīng)用前景也將會(huì)越來(lái)越廣闊。

結(jié)論

汽車(chē)零部件檢具工裝輕量化研究，對(duì)我國(guó)汽車(chē)零部件行業(yè)發(fā)展來(lái)說(shuō)，是一個(gè)很重要的課題。汽車(chē)零部件檢具輕量化設(shè)計(jì)，不僅可以降低很多零件制造環(huán)節(jié)檢具的運(yùn)輸成本，也可以大大減輕操作人員的轉(zhuǎn)運(yùn)工作量，以及檢具生產(chǎn)調(diào)試人員的工作難度。于此同時(shí)，輕量化設(shè)計(jì)的考慮，間接的降低了檢具設(shè)計(jì)及制造成本的部分成本。

比如通過(guò)本文所描述的方式進(jìn)行檢具結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計(jì)后，縮減了不少加工工藝、節(jié)省了不少檢具制作材料，同時(shí)通過(guò)材料的替代，降低了檢具材料成本。檢具輕量化研究的目的不僅僅是解決轉(zhuǎn)運(yùn)及制造困難，更是降低成本，優(yōu)化結(jié)構(gòu)的研究，對(duì)降低汽車(chē)零部件生產(chǎn)及制造成本、縮短汽車(chē)零部件項(xiàng)目開(kāi)發(fā)周期有著重要的影響和作用。

作者：魏永強(qiáng)、楊宇、龍曲波、賀東方、雷濤·東風(fēng)（武漢）實(shí)業(yè)有限公司

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