在很多機械制造業(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輸成本、人工轉運成本以及機加成本。如何有效的降低工裝開發(fā)的制造成本及運輸成本，已成為市場上討論的熱點。

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構、材料方面著手，在不影響使用的情況下簡化檢具整體設計結構，優(yōu)化檢具性能及材料，以檢具輕量化設計及制造的方式達到降低零件生產成本、優(yōu)化檢具性能、簡化產品開發(fā)流程的目的。

目前國內汽車零部件檢具發(fā)展現(xiàn)狀

當前，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度的可熱處理合金，機械性能良好，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（武漢）實業(yè)有限公司熱成型汽車零件硬度試驗數(shù)據(jù)及部分網絡試驗數(shù)據(jù)結論，熱成型零件硬度可達360-480HV，一般鋁制型體表面普通陽極制作的檢具硬度只能達到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：

檢具結構現(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，基本構成結構為：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，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輸過程中勢必會產生較高的運輸費用，尤其是在量大的時候更是如此；

②較重的檢具在操作現(xiàn)場人工轉移較為不方便。以東風（武漢）實業(yè)有限公司為例，現(xiàn)場使用檢具的質量檢測員要經常人工托運檢具；檢具較重時托運檢具對員工的身體素質要求較高，一般女性員工基本無法實現(xiàn)自主托運；

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：在保證檢具整體結構及功能不受到影響、制造成本沒有增加的前提下實現(xiàn)檢具輕量化設計及制造，以解決以上使用難題，同事優(yōu)化檢具整體設計，為提升我國汽車零部件生產質量提供有力的支持。

汽車零件檢具輕量化發(fā)展途徑研究從結構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構統(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可達到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、名牌、量規(guī)等部件；

③底板上百格線提供坐標引導；

所以，我們可以在保障滿足以上功能需求的前提下，適當對檢具地板結構做一輕量化設計。如此考慮，如果將檢具底板非功能位置掏空設計，可以實現(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計，從而達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，我們可以考慮在實現(xiàn)檢具本體功能的前提下，實現(xiàn)檢具輕量化設計。

其實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計。所以掏空設計也不會產生較多機加費用。所以可以實現(xiàn)本體輕量化設計制造的目的。圖3是我們近期新項目本體使用輕量化設計后的效果。

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現(xiàn)輕量化研究根據(jù)本文第一章整理的目前我國國內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)相關資料研究得到，7075系鋁合金為航空鋁，其性能參數(shù)水平遠超檢具使用需求，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，但通過表面硬質氧化處理后，表面硬度主要取決于氧化層，硬質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現(xiàn)輕量化研究根據(jù)本文第一章整理的目前我國國內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，導致制作的檢具使用時期不是很長，這樣對于一些預估產量不大的檢具我們就不必用較好的材料加工制作，產生不必要的浪費。經過查證相關資料，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，可以應用于沖壓件檢具制作。而且面對較鋁合金小很多，可以實現(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：

優(yōu)點：

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經濟性：材料成本比較低，模塊輕化減少員工的工作量。

缺點：

①使用壽命較短，正?？梢允褂?～5年，模塊不耐磨；

②機械加工比較脆，加工時候粉塵容易吹進機器。

檢具工裝輕量化研究的應用前景評估

對于任何一個公司來說，降低生產成本、優(yōu)化工具設備性能、簡化產品開發(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)產業(yè)成本，同時優(yōu)化了部分材料及結構上的性能需求，同時簡化的設計結構也縮短了產品開發(fā)流程、降低了檢具工裝開發(fā)難度。為汽車零部件的生產和制造提供了一股強有力的成本優(yōu)勢力量，汽車零部件檢具輕量化設計及制造，在將來汽車零部件領域的應用前景也將會越來越廣闊。

結論

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計，不僅可以降低很多零件制造環(huán)節(jié)檢具的運輸成本，也可以大大減輕操作人員的轉運工作量，以及檢具生產調試人員的工作難度。于此同時，輕量化設計的考慮，間接的降低了檢具設計及制造成本的部分成本。

比如通過本文所描述的方式進行檢具結構輕量化設計后，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運及制造困難，更是降低成本，優(yōu)化結構的研究，對降低汽車零部件生產及制造成本、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、楊宇、龍曲波、賀東方、雷濤·東風（武漢）實業(yè)有限公司

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