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摘要：阐述了检具的基本构成及其检测原理，结合应用实例提出了汽车车身冲压件检具设计开发的一般方案及各功能部件的设计方法和相关要求，为检具的设计开发提供了参考依据，对于其它零部件检具的设计也有一定的参考价值。
关键词：汽车;冲压件;检具;设计开发
引言
汽车结构大体可分为三大汽车总成：发动机、底盘以及车身总成，而车身总成是由车身内外覆盖件以及一些加强件、连接板等金属冲压件通过焊接或铆接组成[1]。车身冲压件的制造成本和重量大约占整车的40%～60%，其制造质量不仅很大程度上决定着汽车的整体性能，而且还影响着汽车的外观，因此对车身冲压件质量的控制显得非常重要。目前，车身冲压件的检测已成为汽车制造厂商必不可少的工作。美国、德国和日本等汽车工业高度自动化的国家，已开始使用在线检测设备实现冲压件检测的自动化和数字化，高效快速地反映产品生产过程中的质量问题[2]。在线检测设备的成本和技术要求很高，在我国很难普遍地应用于车身冲压件的检测，因此国内对于重要的冲压件一般都采用专用的检验夹具（简称检具）作为主要的检测手段，以控制工序间的产品质量[2]。近年来随着汽车工业的迅速发展，检具的使用已成为汽车企业及其零部件供应商生产资质的一种体现，因此设计和制造出操作方便、检测精度高的检具，成为了许多汽车生产厂商亟待解决的问题。
1.检具的定义及其检测原理
检具是一种用来评价零件尺寸质量的专用检验设备，能够迅速、准确、直观、方便地对零件实施检测，尤其适合大批量生产的需要[3]。在零件生产现场，通过检具对车身冲压件进行实时检测，为此需要将零件准确的固定在检具上，通过检测销、通止规、卡尺、间隙尺、目测等对零件上不同形状的孔、型面、周边尺寸及零件与零件之间的连接位置进行检测，从而保证零件在试生产或起步生产时实现对零件质量状态的快速判断。
汽车车身冲压件检具主要由底板总成、检具体、断面检测样板、定位销、检测销和夹紧装置等组成，如图1所示。
2.检具的方案设计
一套好的检具，在设计开发初期，就应该考虑到其完整性、人机工程、稳定性、成本等主要问题[3]。
（1）完整性。在着手设计开发检具前，首先应该仔细阅读客户提供的几何尺寸和公差图纸（GD&T）、数模以及检具技术要求，了解产品的所有定位、检测信息，以开发出符号客户要求的检具。
（2）人机工程。根据定位及检测的要求，再结合生产要素（人、机、料、法、环）特点，选择合适的检具摆放位置（被检零件放置于检具上的位置，原则上必须与其在车身坐标系中的位置相一致，必要时可按90°的增量倍数旋转放置;为了便于检具的使用和管理，对称件、左右件只要外形尺寸允许，应尽可能将其布置在一个底板上），以满足操作方便的要求。
（3）稳定性。检具作为大批量生产零件的检测工具，一定要考虑自身的重力、使用环境、变形、磨损等因素影响，从材料和结构上保证其精度、性能稳定性及使用寿命。
（4）成本。根据车型特点、产量多少等因素，在保证精度及稳定性的情况下，使用材料尽量少，结构尽量简单，以节约成本。
另外，在方案设计阶段，还应该与客户沟通重要零件的材料选用、外购件的选型、检具的制造及验收等内容，以提高设计开发效率，增加客户满意度。
3.检具的结构设计
对于车身冲压件，由于检测要素为零件的外形（轮廓和曲面形状等）以及孔、凸缘等为特征的位置，尤其以曲面形状为主，所以检具体是检具结构中最复杂的部分。检具体设计完成后，再根据检具体确定底板总成的大小和位置，再配以定位销、夹紧装置、检测销、断面检测样板等其它辅助部分。
3.1 检具体的设计
在检具设计中，检具体的设计建模是关键，它将直接影响到检具能否精确地检测零件的质量[4]。检具体的型面有的作为零件的定位基准，有的作为零件的检测基准，这就要求检具体的型面与零件的型面之间有一定的对应关系，其分布主要有五种情况，如图2所示：
图2（a）中，检具基准面②与零件表面①之间的偏移距离3mm，其间安装定位块使得零件表面①与定位块表面③贴合;图2（b）中，检具检测基准面②与零件表面①之间的偏移距离3mm;图2（c）中，检具检测基准面②与零件表面①之间的偏移距离3mm，检测基准面④与零件边缘线③相对于零件表面①的法向对齐;图2（d）中，检具检测基准面②与零件表面①对齐，检测基准面④与零件边缘线③相对于零件表面①的切向偏移距离3mm;图2（e）中，检具检测基准面②与零件表面①之间的偏移距离3mm，检测基准面④与零件表面③对齐。
从图2可以看出，检具体型面除了用于承受面或定位的型面与零件表面相贴合以外（见图2（a）），其它检测用的检具型面一般是零件表面的法向偏移面、法向或切向延长面，以实现检具对零件自由曲面或外轮廓（或者两者结合）的检测。为实现检具对零件自由曲面的检测，一般使检具体表面与零件内表面保持3mm（或者5mm，见客户提供的技术要求，图2中以3mm为例）的常数间隙，数控加工机床能按所设计的型面数模进行加工达到较高精度的要求，在实际检测时通过检具型面配合专用的量具（通止规、楔形尺、塞尺等）往复移动即可检测出零件自由曲面的偏差，设计所对应的检具体时：先选择所需的零件表面（可根据需要同时选择多个连续的曲面），然后通过偏置曲面的方法得到检具体的型面。零件外轮廓的检测方式主要有两种，如图2（c）和图2（d）所示，设计相应的检具时有两种方法：①检具体型面的边缘线沿零件外轮廓切向延伸35mm左右;②沿零件外轮廓的法向方向向下延伸35mm左右。在通用的三维建模软件（如UG）中，首先将所需零件表面向内偏置3mm（或5mm）的距离，接着把生成曲面的外缘线沿零件外轮廓切向或法向延伸一定距离，得到检具体的检测基准面，再向零件基准面拉伸一定距离即得到检具体的模型。由于汽车冲压件大多具有复杂的空间曲面和较多局部特征，在设计检具体检测表面时大多需要上述两种方法的结合，而对于一些特殊的空间型面，上述方法仍然难以满足要求，需要根据情况综合考虑。 3.2 底板总成的设计
在检具体上表面沿基准面方向拉伸一定距离，使其最低点超过120mm的厚度，以保证
检具体有足够的强度，同时尽量让检具体底面，即底板总成的上表面（base面），在车身坐标系的整数位置上。检具的底板总成一般由底板、支架、基准块、吊耳、叉车槽、脚轮、可调支脚等组成，如图3所示。其中，底板总成作为承载其它检具结构的载体，对整个检具的稳定性起着十分重要的作用，设计时可考虑以下几个方面：①成本允许的情况下，优先选用铝质底板（小型检具可选用钢板）;②选用钢板和槽钢进行焊接，目前常采用十字和米字两种结构;③底板的大小，以检具的每个部件在其任何活动位置上，均不超出底板为宜;④底板上必须考虑安装垫块、基准块、吊耳及叉车槽（净质量小于22kg的小型检具需配置把手）;⑤底板上表面需刻100mm间隔的百位线及相应坐标值。当底板由检具体固定好后，其它部件可根据实际情况选用相应标准型号。
3.3 定位与夹紧装置的设计
零件正确合理的定位，是准确测量的基础。冲压件在检具上的定位主要有以下两种方式：
（1）将面定位块与零件的自由曲面贴合，再以零件上的两个孔作为主、副定位孔，共同完成定位。其中，主定位孔能在两个方向限位，可采用锥形定位销（用于圆孔）或菱形定位销（用于腰孔）定位;副定位孔则只能限定一个方向的自由度，可采用菱形销、圆销（用于圆孔）或削边销（用于腰孔）定位，定位销设计时要注意考虑零件的公差与孔位相干性[4]。
（2）将面定位块与零件自由曲面贴合，再在零件轮廓边缘上设置挡块，共同完成定位。轮廓边缘定位点通常设置三点，即在一个方向上设置两点，另一方向上设置一点。
夹紧装置是配合定位装置，使冲压件在检具和测量支架上处于确定的位置，并在检具的使用过程中其位置不会发生变动的装置。夹紧方式主要有杠杆式夹头夹紧和永久磁铁夹紧两种，夹紧点必须设置在“0”间隙面（即支承面）上，且夹紧点数量应尽可能少，夹紧位置应选择在零件刚性较好的部位，夹紧力的方向应该垂直于零件的主要定位基准面（如图4），以保证精度。随着检具在车身制造中的广泛应用，杠杆式活动夹头和永久磁铁均有系列化的产品以供选购，活动夹头还配有不同型式和尺寸的支架或托架[2]。设计检具时，根据GD&T图纸所提供的定位及夹紧点信息，在检具体上的定位孔位置打孔（以放入定位销对应的衬套为准），在夹紧点的位置布置定位垫片和活动夹，以保证零件的牢固定位。
3.4 检测销的设计
检测销用于检测零件上孔的孔径及其位置度。对孔径的检测一般使用直插式的检测销，检测销由导向、检测及手柄三部分组成。在检测孔内，为保证检测销能顺利进行检测，必须安装导向衬套并与检具体黏结，其规格根据检测孔的孔径范围来选取，已有相应的参考系列，同时，轴套的上平面必须低于冲压件下表面，如图5所示。检测销检测部分尺寸为：公称尺寸+下偏差-位置度。
位置度的检测一般用检测销及划线销进行检测，如图6所示。检测部分尺寸为：公称尺寸+下偏差-位置度，划线部分尺寸为：公称尺寸+4mm，导向部分的设计与检测销相同。
3.5 断面检测样板的设计
当冲压件的尺寸和形状精度要求较高，仅依靠检具型面及相应结构不足以实现精度控制时，可以在检具周围设置若干个断面检测样板，图7为断面检测样板的检测示例，其工作部分的型面与冲压件被测表面保持3mm（或5mm）的间隙，以便各种专用量具（如 塞规）的检测使用。断面检测样板采用厚度为6±0.5mm左右的铝合金或45钢，结构形式一般为旋转式或固定式。样板应尽量安装在冲压件型面法向方向，其位置坐标宜取整数，不得与定位销、检测销、夹紧装置等结构相干涉;样板支架与底板的厚度应大于10mm，支架高度大于15mm时需适当增加料厚[4]。总之设计时要保证断面检测结构在检具上稳定牢固、旋转自如、无干涉，且安放位置合适。
4.结语
本文主要阐述了汽车车身冲压件检具的结构及各功能部件的设计方法和相关要求，为检具的设计开发提供了参考依据，对于其它零部件检具的设计也有一定的参考价值。检具的设计开发，是一个复杂的过程，既要能实现快速准确的定位，又要保证检测的精确度和稳定性，还要考虑到操作时的方便和灵活性。因此，检具设计人员必须在设计开发过程中逐渐积累经验，不断优化设计思路和设计方法，才能提高检具的开发质量和效率，减少开发成本。
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].制造技术与实践，2004，（1）：40-42.
[2]李杰.基于UG的汽车覆盖件检具快速设计研究[D].江苏大学， 2013.
[3]张少辉，甘国辉.浅谈汽车车身冲压焊接件检具的设计开发[J].装备制造技术，2011，6：59-61.
[4]朱正德.汽车覆盖件检具的原理及应用[J].工具技术，2000，（1）：30-34.
关键词：汽车;冲压件;检具;设计开发
引言
汽车结构大体可分为三大汽车总成：发动机、底盘以及车身总成，而车身总成是由车身内外覆盖件以及一些加强件、连接板等金属冲压件通过焊接或铆接组成[1]。车身冲压件的制造成本和重量大约占整车的40%～60%，其制造质量不仅很大程度上决定着汽车的整体性能，而且还影响着汽车的外观，因此对车身冲压件质量的控制显得非常重要。目前，车身冲压件的检测已成为汽车制造厂商必不可少的工作。美国、德国和日本等汽车工业高度自动化的国家，已开始使用在线检测设备实现冲压件检测的自动化和数字化，高效快速地反映产品生产过程中的质量问题[2]。在线检测设备的成本和技术要求很高，在我国很难普遍地应用于车身冲压件的检测，因此国内对于重要的冲压件一般都采用专用的检验夹具（简称检具）作为主要的检测手段，以控制工序间的产品质量[2]。近年来随着汽车工业的迅速发展，检具的使用已成为汽车企业及其零部件供应商生产资质的一种体现，因此设计和制造出操作方便、检测精度高的检具，成为了许多汽车生产厂商亟待解决的问题。
1.检具的定义及其检测原理
检具是一种用来评价零件尺寸质量的专用检验设备，能够迅速、准确、直观、方便地对零件实施检测，尤其适合大批量生产的需要[3]。在零件生产现场，通过检具对车身冲压件进行实时检测，为此需要将零件准确的固定在检具上，通过检测销、通止规、卡尺、间隙尺、目测等对零件上不同形状的孔、型面、周边尺寸及零件与零件之间的连接位置进行检测，从而保证零件在试生产或起步生产时实现对零件质量状态的快速判断。
汽车车身冲压件检具主要由底板总成、检具体、断面检测样板、定位销、检测销和夹紧装置等组成，如图1所示。
2.检具的方案设计
一套好的检具，在设计开发初期，就应该考虑到其完整性、人机工程、稳定性、成本等主要问题[3]。
（1）完整性。在着手设计开发检具前，首先应该仔细阅读客户提供的几何尺寸和公差图纸（GD&T）、数模以及检具技术要求，了解产品的所有定位、检测信息，以开发出符号客户要求的检具。
（2）人机工程。根据定位及检测的要求，再结合生产要素（人、机、料、法、环）特点，选择合适的检具摆放位置（被检零件放置于检具上的位置，原则上必须与其在车身坐标系中的位置相一致，必要时可按90°的增量倍数旋转放置;为了便于检具的使用和管理，对称件、左右件只要外形尺寸允许，应尽可能将其布置在一个底板上），以满足操作方便的要求。
（3）稳定性。检具作为大批量生产零件的检测工具，一定要考虑自身的重力、使用环境、变形、磨损等因素影响，从材料和结构上保证其精度、性能稳定性及使用寿命。
（4）成本。根据车型特点、产量多少等因素，在保证精度及稳定性的情况下，使用材料尽量少，结构尽量简单，以节约成本。
另外，在方案设计阶段，还应该与客户沟通重要零件的材料选用、外购件的选型、检具的制造及验收等内容，以提高设计开发效率，增加客户满意度。
3.检具的结构设计
对于车身冲压件，由于检测要素为零件的外形（轮廓和曲面形状等）以及孔、凸缘等为特征的位置，尤其以曲面形状为主，所以检具体是检具结构中最复杂的部分。检具体设计完成后，再根据检具体确定底板总成的大小和位置，再配以定位销、夹紧装置、检测销、断面检测样板等其它辅助部分。
3.1 检具体的设计
在检具设计中，检具体的设计建模是关键，它将直接影响到检具能否精确地检测零件的质量[4]。检具体的型面有的作为零件的定位基准，有的作为零件的检测基准，这就要求检具体的型面与零件的型面之间有一定的对应关系，其分布主要有五种情况，如图2所示：
图2（a）中，检具基准面②与零件表面①之间的偏移距离3mm，其间安装定位块使得零件表面①与定位块表面③贴合;图2（b）中，检具检测基准面②与零件表面①之间的偏移距离3mm;图2（c）中，检具检测基准面②与零件表面①之间的偏移距离3mm，检测基准面④与零件边缘线③相对于零件表面①的法向对齐;图2（d）中，检具检测基准面②与零件表面①对齐，检测基准面④与零件边缘线③相对于零件表面①的切向偏移距离3mm;图2（e）中，检具检测基准面②与零件表面①之间的偏移距离3mm，检测基准面④与零件表面③对齐。
从图2可以看出，检具体型面除了用于承受面或定位的型面与零件表面相贴合以外（见图2（a）），其它检测用的检具型面一般是零件表面的法向偏移面、法向或切向延长面，以实现检具对零件自由曲面或外轮廓（或者两者结合）的检测。为实现检具对零件自由曲面的检测，一般使检具体表面与零件内表面保持3mm（或者5mm，见客户提供的技术要求，图2中以3mm为例）的常数间隙，数控加工机床能按所设计的型面数模进行加工达到较高精度的要求，在实际检测时通过检具型面配合专用的量具（通止规、楔形尺、塞尺等）往复移动即可检测出零件自由曲面的偏差，设计所对应的检具体时：先选择所需的零件表面（可根据需要同时选择多个连续的曲面），然后通过偏置曲面的方法得到检具体的型面。零件外轮廓的检测方式主要有两种，如图2（c）和图2（d）所示，设计相应的检具时有两种方法：①检具体型面的边缘线沿零件外轮廓切向延伸35mm左右;②沿零件外轮廓的法向方向向下延伸35mm左右。在通用的三维建模软件（如UG）中，首先将所需零件表面向内偏置3mm（或5mm）的距离，接着把生成曲面的外缘线沿零件外轮廓切向或法向延伸一定距离，得到检具体的检测基准面，再向零件基准面拉伸一定距离即得到检具体的模型。由于汽车冲压件大多具有复杂的空间曲面和较多局部特征，在设计检具体检测表面时大多需要上述两种方法的结合，而对于一些特殊的空间型面，上述方法仍然难以满足要求，需要根据情况综合考虑。 3.2 底板总成的设计
在检具体上表面沿基准面方向拉伸一定距离，使其最低点超过120mm的厚度，以保证
检具体有足够的强度，同时尽量让检具体底面，即底板总成的上表面（base面），在车身坐标系的整数位置上。检具的底板总成一般由底板、支架、基准块、吊耳、叉车槽、脚轮、可调支脚等组成，如图3所示。其中，底板总成作为承载其它检具结构的载体，对整个检具的稳定性起着十分重要的作用，设计时可考虑以下几个方面：①成本允许的情况下，优先选用铝质底板（小型检具可选用钢板）;②选用钢板和槽钢进行焊接，目前常采用十字和米字两种结构;③底板的大小，以检具的每个部件在其任何活动位置上，均不超出底板为宜;④底板上必须考虑安装垫块、基准块、吊耳及叉车槽（净质量小于22kg的小型检具需配置把手）;⑤底板上表面需刻100mm间隔的百位线及相应坐标值。当底板由检具体固定好后，其它部件可根据实际情况选用相应标准型号。
3.3 定位与夹紧装置的设计
零件正确合理的定位，是准确测量的基础。冲压件在检具上的定位主要有以下两种方式：
（1）将面定位块与零件的自由曲面贴合，再以零件上的两个孔作为主、副定位孔，共同完成定位。其中，主定位孔能在两个方向限位，可采用锥形定位销（用于圆孔）或菱形定位销（用于腰孔）定位;副定位孔则只能限定一个方向的自由度，可采用菱形销、圆销（用于圆孔）或削边销（用于腰孔）定位，定位销设计时要注意考虑零件的公差与孔位相干性[4]。
（2）将面定位块与零件自由曲面贴合，再在零件轮廓边缘上设置挡块，共同完成定位。轮廓边缘定位点通常设置三点，即在一个方向上设置两点，另一方向上设置一点。
夹紧装置是配合定位装置，使冲压件在检具和测量支架上处于确定的位置，并在检具的使用过程中其位置不会发生变动的装置。夹紧方式主要有杠杆式夹头夹紧和永久磁铁夹紧两种，夹紧点必须设置在“0”间隙面（即支承面）上，且夹紧点数量应尽可能少，夹紧位置应选择在零件刚性较好的部位，夹紧力的方向应该垂直于零件的主要定位基准面（如图4），以保证精度。随着检具在车身制造中的广泛应用，杠杆式活动夹头和永久磁铁均有系列化的产品以供选购，活动夹头还配有不同型式和尺寸的支架或托架[2]。设计检具时，根据GD&T图纸所提供的定位及夹紧点信息，在检具体上的定位孔位置打孔（以放入定位销对应的衬套为准），在夹紧点的位置布置定位垫片和活动夹，以保证零件的牢固定位。
3.4 检测销的设计
检测销用于检测零件上孔的孔径及其位置度。对孔径的检测一般使用直插式的检测销，检测销由导向、检测及手柄三部分组成。在检测孔内，为保证检测销能顺利进行检测，必须安装导向衬套并与检具体黏结，其规格根据检测孔的孔径范围来选取，已有相应的参考系列，同时，轴套的上平面必须低于冲压件下表面，如图5所示。检测销检测部分尺寸为：公称尺寸+下偏差-位置度。
位置度的检测一般用检测销及划线销进行检测，如图6所示。检测部分尺寸为：公称尺寸+下偏差-位置度，划线部分尺寸为：公称尺寸+4mm，导向部分的设计与检测销相同。
3.5 断面检测样板的设计
当冲压件的尺寸和形状精度要求较高，仅依靠检具型面及相应结构不足以实现精度控制时，可以在检具周围设置若干个断面检测样板，图7为断面检测样板的检测示例，其工作部分的型面与冲压件被测表面保持3mm（或5mm）的间隙，以便各种专用量具（如 塞规）的检测使用。断面检测样板采用厚度为6±0.5mm左右的铝合金或45钢，结构形式一般为旋转式或固定式。样板应尽量安装在冲压件型面法向方向，其位置坐标宜取整数，不得与定位销、检测销、夹紧装置等结构相干涉;样板支架与底板的厚度应大于10mm，支架高度大于15mm时需适当增加料厚[4]。总之设计时要保证断面检测结构在检具上稳定牢固、旋转自如、无干涉，且安放位置合适。
4.结语
本文主要阐述了汽车车身冲压件检具的结构及各功能部件的设计方法和相关要求，为检具的设计开发提供了参考依据，对于其它零部件检具的设计也有一定的参考价值。检具的设计开发，是一个复杂的过程，既要能实现快速准确的定位，又要保证检测的精确度和稳定性，还要考虑到操作时的方便和灵活性。因此，检具设计人员必须在设计开发过程中逐渐积累经验，不断优化设计思路和设计方法，才能提高检具的开发质量和效率，减少开发成本。
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].制造技术与实践，2004，（1）：40-42.
[2]李杰.基于UG的汽车覆盖件检具快速设计研究[D].江苏大学， 2013.
[3]张少辉，甘国辉.浅谈汽车车身冲压焊接件检具的设计开发[J].装备制造技术，2011，6：59-61.
[4]朱正德.汽车覆盖件检具的原理及应用[J].工具技术，2000，（1）：30-34.