在很多機(jī)械制造業(yè)里，模、夾、檢具工裝的開發(fā)制作是必不可少的。近年來隨著汽車行業(yè)各類新車型的頻繁更新?lián)Q代，市場上工裝開發(fā)當(dāng)量更是節(jié)節(jié)攀升。新增了大量汽車零部件檢具工裝的同時，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發(fā)的制造成本及運(yùn)輸成本，已成為市場上討論的熱點(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化檢具整體設(shè)計結(jié)構(gòu)，優(yōu)化檢具性能及材料，以檢具輕量化設(shè)計及制造的方式達(dá)到降低零件生產(chǎn)成本、優(yōu)化檢具性能、簡化產(chǎn)品開發(fā)流程的目的。

目前國內(nèi)汽車零部件檢具發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前，我國市場上汽車零部件用檢具主要分為三類：總成檢具、沖壓單件檢具、熱成型檢具。

總成檢具及沖壓單件檢具材料研究現(xiàn)狀

根據(jù)市場行業(yè)信息可知，目前主流市場上汽車零部件用總成及沖壓單件檢具本體使用材料為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)陽極處理。熱成型汽車零件硬度高，使用頻繁，檢具開發(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零件硬度試驗數(shù)據(jù)及部分網(wǎng)絡(luò)試驗數(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，所以普通陽極處理的鋁合金檢具無法滿足熱成型零件檢測使用要求。主要材料參數(shù)如下：

檢具結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀研究

目前，市場上使用的汽車零部件檢具，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）

汽車零部件檢具輕量化研究的目的及意義

根據(jù)前面研究內(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會有以下的問題存在：

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

②較重的檢具在操作現(xiàn)場人工轉(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)場使用檢具的質(zhì)量檢測員要經(jīng)常人工托運(yùn)檢具；檢具較重時托運(yùn)檢具對員工的身體素質(zhì)要求較高，一般女性員工基本無法實(shí)現(xiàn)自主托運(yùn)；

③一般封存的檢具都是上貨架保存，檢具較重時對貨架圖3的承重要求較高，勢必會造成較高的存儲成本；

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、制造成本沒有增加的前提下實(shí)現(xiàn)檢具輕量化設(shè)計及制造，以解決以上使用難題，同事優(yōu)化檢具整體設(shè)計，為提升我國汽車零部件生產(chǎn)質(zhì)量提供有力的支持。

汽車零件檢具輕量化發(fā)展途徑研究從結(jié)構(gòu)方面展開的輕量化研究對檢具底板的輕量化研究正如圖1和圖2所示，根據(jù)目前市場上汽車零部件檢具結(jié)構(gòu)統(tǒng)計，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檢具輕量化研究是一個必然的思路。

從檢具底板的功能上來說，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)對檢具地板結(jié)構(gòu)做一輕量化設(shè)計。如此考慮，如果將檢具底板非功能位置掏空設(shè)計，可以實(shí)現(xiàn)降成本的目的。

如圖3和圖4所示是我們近期項目上將底板輕量化設(shè)計投入使用的效果，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，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說，主要有如下作用：

①通過零帖支撐零件本體；

②提供孔的位置度檢具銷坐；

③提供部分零件型面檢測參考面；

④提供零件部分修邊檢測參考面；

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。

其實(shí)在以檢具本體型面為參考檢測零件型面位置度時，只能檢測邊沿型面，中間位置被包裹在里面無法使用，只能通過樣刀或者其他方式檢測。因為要考慮熱脹冷縮的影響，檢具本體都是一塊一塊拼接設(shè)計制作的，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。所以掏空設(shè)計也不會產(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)計制造的目的。圖3是我們近期新項目本體使用輕量化設(shè)計后的效果。

從材料方面展開的輕量化研究

熱成型汽車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國內(nèi)汽車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)對對可得，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系鋁合金也會相對較輕，同時可以看到價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國內(nèi)汽車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。

目前市場上很多汽車車型更新?lián)Q代較快，導(dǎo)致制作的檢具使用時期不是很長，這樣對于一些預(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)過查證相關(guān)資料，了解到一種BM5166系樹脂材料可以代替鋁合金來制作檢具本體。相關(guān)參數(shù)如下：

根據(jù)以上參數(shù)綜合對比評估，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樹脂材料，模塊的變動修改比較方便、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，正常可以使用3～5年，模塊不耐磨；

②機(jī)械加工比較脆，加工時候粉塵容易吹進(jìn)機(jī)器。

檢具工裝輕量化研究的應(yīng)用前景評估

對于任何一個公司來說，降低生產(chǎn)成本、優(yōu)化工具設(shè)備性能、簡化產(chǎn)品開發(fā)流程，猶如雪中之碳火、沙漠之甘霖，多多益善。汽車零部件檢具輕量化研究，在一定程度上大大降低了檢具開發(fā)產(chǎn)業(yè)成本，同時優(yōu)化了部分材料及結(jié)構(gòu)上的性能需求，同時簡化的設(shè)計結(jié)構(gòu)也縮短了產(chǎn)品開發(fā)流程、降低了檢具工裝開發(fā)難度。為汽車零部件的生產(chǎn)和制造提供了一股強(qiáng)有力的成本優(yōu)勢力量，汽車零部件檢具輕量化設(shè)計及制造，在將來汽車零部件領(lǐng)域的應(yīng)用前景也將會越來越廣闊。

結(jié)論

汽車零部件檢具工裝輕量化研究，對我國汽車零部件行業(yè)發(fā)展來說，是一個很重要的課題。汽車零部件檢具輕量化設(shè)計，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，輕量化設(shè)計的考慮，間接的降低了檢具設(shè)計及制造成本的部分成本。

比如通過本文所描述的方式進(jìn)行檢具結(jié)構(gòu)輕量化設(shè)計后，縮減了不少加工工藝、節(jié)省了不少檢具制作材料，同時通過材料的替代，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，對降低汽車零部件生產(chǎn)及制造成本、縮短汽車零部件項目開發(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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