汽車管路檢具的研究

李洪印

【摘 要】汽車管路（剎車管、燃油管、動力轉向管、發動機管路、變速器管路等）是汽車的重要零部件，其質量的好壞直接影響汽車的性能，甚至關系人員的安全。因此，保證汽車管路的形狀精確性就顯得尤為重要。汽車管路檢具可以很好地解決這個問題，文章對管路檢具現況及趨勢進行介紹。

【關鍵詞】汽車管路；檢具；設計；AICON光學測量

【中圖分類號】U468.2 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2016）08-0048-05

0 引言

汽車管路（剎車管、燃油管、動力轉向管、發動機管路、變速器管路等）是汽車的重要零部件，其質量的好壞直接影響汽車的性能，甚至關系人員的安全。汽車管路檢具作為保證管路形狀及精度的工具，以及出庫及裝車前的最終檢查工具，是保證裝車順利的重要保障。目前，我國汽車產業快速發展，年生產量達2 000多萬輛，人們對汽車質量的要求越來越高，這對檢具提出了更高的要求。因此，保證產品精確性、檢查的高效性、檢具本身的耐久性等顯得尤為重要。

1 檢具在汽車產業中的地位及趨勢

檢具是保證產品尺寸的重要工具，可以快速地對產品尺寸進行確認，大大規避了專業測量設備（三坐標檢測CMM等）效率慢、成本高的弊端，可以做到全數檢查，保證產品100%合格和受管控，減少了浪費，提高了效率，降低了成本，為汽車質量的提高及汽車產業的發展做出了重要貢獻，在汽車產業中占有不可或缺的地位。

近年來，隨著汽車產業的蓬勃發展，檢具已被廣泛地應用在國內汽車工業中。國家經貿委已將檢具的生產能力列入車輛企業生產條件考核項中，因此設計和制造出操作簡便、檢測精確的檢具，成為汽車行業急需解決的問題。

根據材料分類，目前檢具主要分以下幾種：鋁合金檢具、樹脂檢具、不銹鋼檢具、PVC檢具、木制檢具。每種材料根據成本的不同，以及主機廠要求不同，有不同的應用。目前，在各大主機廠（“上汽通用”“上汽大眾”“一汽大眾”“長安福特”“本田”“豐田”等）應用廣泛的主要是鋁合金檢具（如圖1所示）和樹脂檢具（如圖2所示）這2種材料。

目前，管路檢具出現了一種萬能檢測設備——AICON

光學測量設備。它可以對產品進行3D掃描，與3D數模進行比對，完成檢測管路。

2 檢具的設計

2.1 產品圖

設計人員收到客戶正式的管路產品圖紙（2D或3D圖）后，先對產品進行分析（如圖3所示）：①分析管路復雜程度；②確定基準點；③確定公差要求。

2.2 圖紙討論

檢具設計者分析從客戶得到的3D制品圖，結合客戶要求使用的制品材料和制品形狀分析該制品的成型性是否良好。有時由于制品設計者對材料的可成型性不太了解，導致所設計出的制品有可能不能成型或成型后得不到所要求的性能。在這一階段如果發現有不能成型的部位，經分析若是設計者設計的問題應該和客戶公司提出修改要求，對有些成型性不好的部位也要和客戶公司提出意見。若能修改就盡量修改，這樣既能降低模具的設計難度，又能降低模具成本。從3D制品圖上分析制品的成型方法，對于同一個制品往往會有不同的成型方法，不同的成型方法得到的制品性能也必定不同，雖然都能達到客戶的要求，但還是有一定的選擇性。設計前，設計者對制品的成型方法進行討論，提出不同的成型方法，并從中選出綜合性能最好的制品成型方法。

2.3 設計檢具及確定方案

2.3.1 方案制訂

確定了制品的成型方法后，接著就是制定檢具的加工標準文件，在標準文件中標注出制品的所有尺寸及形位公差要求。這是檢具設計的關鍵步驟，如果在此處出錯會給以后的整個設計和加工帶來很多麻煩，因此設計者應該特別注意要反復核查，保證加工基準的正確性（如圖4所示）。

在檢具加工標準中，要包含材料的選擇、公差要求、基準點位置、對中銷材質及尺寸等，即保證檢具方案有效性的數據參數。

2.3.2 檢具3D數模設計

檢具3D數模設計及構造如圖5所示。

（1）對中銷是對產品端部進行同心度、長短檢查及保證裝備過程順利的工具。

（2）基準點是檢具進行檢測時，三坐標（CMM）進行定位的基準，是檢查檢具所必需的。

（3）管路所在的槽，即檢測管路形狀的關鍵。目前，“SGM”“FAW VW”“HYUNDAI”等OEM主機廠對槽公差要求一般是±2 mm及直徑為4.76 mm的管路槽，即公差為4.76 mm±2 mm；當然也有要求嚴格，例如天窗管為±0.5 mm，因為要與模具配合后注塑使用；發動機管路為±0.5 mm等。

2.3.3 設計軟件及流程

UG軟件作為三維設計的最實用工具之一，在航天、汽車、船舶等諸多領域得到了廣泛的應用和開發。UG 軟件應用在汽車管路檢具設計上，替代了傳統的AUT-OCAD，具有諸多的優點：可以防止坐標轉換錯誤和鏡像現象發生，可以比較直觀地觀察管子和檢具的干涉情況。但設計過程中會有很多問題需要解決，最為突出的是公司每個設計人員的設計思路和對檢具技術要求的理解不同，導致發給甲方的檢具數模和二維工程圖紙各種各樣，因此有必要對檢具設計方面的問題進行統一。

通常情況下，汽車制造廠會提供汽車管路的三維數模、二維圖紙，以及包含管子坐標的技術要求等內容的設計資料。設計者要充分理解和掌握這些資料后，再開始設計工作。設計管子檢具時最好按照管子的原始坐標系設計，這樣能與汽車的坐標系相一致。但有時管子形狀比較復雜，出于對檢具的結構合理性、成本等因素的考慮，設計者要對原始坐標進行適當變換。坐標變換的基本原則如下：以X軸、Y軸或Z軸為基準軸，以90 °為單位旋轉，可以旋轉一次或多次；如果以90 °為單位旋轉還不能滿足要求，可考慮選擇適合的任意角度做旋轉變換；同時要記住繞X軸、Y軸或Z軸旋轉的角度。在生成二維圖紙時，要把旋轉的角度信息反映出來。例如：以Z軸為旋轉軸，X軸向Y軸旋轉角度A弧度，則該次坐標轉換公式如下：

X=X0×cosA-Y0×sinA+C

Y=X0×sinA+Y0×cosA+D

Z=Z0+E

式中，C、D、E為沿X、Y、Z的平移量。

其他以X軸或Y軸為旋轉軸的坐標轉換公式按此類推。在有些情況下，坐標系需要分別沿X、Y、Z軸旋轉，但不管如何旋轉，坐標轉換都是以上面的公式為依據，只不過是多層疊加。

2.3.4 檢具設計的關鍵

（1）零件的正確裝夾，包括定位、裝夾裝置、加緊順序等。裝夾的正確與否對產品的變形有重要的影響。

（2）檢測的基準，在檢具上設置基準點，通過6點定位原理確定坐標系，這些基準點是對檢具校驗的基準。檢具要定期進行校驗，一般使用三坐標測試設備（CMM），有時檢具的基準用3個基準圓。

2.4 客戶認可

做成的檢具制作標準方案及檢具3D數模只有經過客戶簽字認可或文件性的通過，才能進行加工制作，否則是無效的。想“上汽通用”“一汽大眾”等合資品牌，檢具由客戶投資制作，供應商只有使用權，只是代為使用和保管；到后期付款，客戶認可的檢具方案是付款時的必要文件。

2.5 檢具加工

2.5.1 原材料確定及購買

根據檢具方案，確定所需購買部件的材料；檢具本體使用積層樹脂；檢具銷采用黃銅，材質較軟，可以有效地保證螺母NUT螺紋不受磨損。檢具一般還要與工作臺一體，這樣方便工作者進行操作，符合人體工程力學，有利于保護員工健康。工作臺材料采用Q235剛體。

2.5.2 數控加工

將檢具樹脂材料放于數控加工中心工作區，根據3D數模進行精確加工。

2.5.3 檢具樹脂與Q235工作臺合并

合并式，溫度變化對檢具材料是有影響的，會造成檢具微觀尺寸變動，從而造成檢查產品出現問題。因此在與剛體合并時，要采用不易變形的膠體進行黏接。

2.5.4 檢具銷裝配

保證檢具銷的精度，從而保證裝配的精度。

2.6 檢具的三坐標檢測及檢測報告出具

檢具加工完成后，必須進行三坐標檢查并出具三坐標檢測報告，隨檢具一起遞交給客戶，否則客戶不予驗收。目前，三坐標檢查設備（CMM）品牌有“海克斯康”“雷頓”等。“海克斯康”Global CMM如圖6所示。三坐標測試報告如圖7所示：以SGM要求為例。

2.7 驗收檢具

（1）檢具實物（如圖8所示）及管路裝配性確認。

（2）接收三坐標檢測報告并確認。

（3）對三坐標檢測數據進行確認，必要時可重新進行三坐標檢測驗證。

2.8 檢具設計的主要參數

2.8.1 材料

目前，檢具材料應用最廣泛的就是鋁制和樹脂2種。SGM等主機廠在國內都有指定供應商進行檢具制作，且有嚴格的要求。如果不用指定的供應商，SGM不會對檢具進行付費及認可。SGM認可的供應商有上海申模模具制造有限公司、上海佳途汽車裝備工程有限公司、上海翰式模具成型有限公司、上海騁橋機械廠、南京超飛模具有限公司、南通超達模具有限公司等。

2.8.2 耐磨性

因為檢具在生產過程中經常使用，日積月累就會發生磨損，所以對關鍵位置要注意保護，若有損壞及時進行維修，如定位銷、管路槽等。有些位置易磨損，就要在設計加工中對其進行特殊處理，如易磨損位置的金屬要進行淬火處理。

2.8.3 熱脹冷縮

溫度對檢具是有影響的，這就要求檢具材料對溫度變化不敏感，此外檢具的環境溫度最好維持室溫，因此一般要求檢具要在恒溫、恒濕的環境中保存，單獨設立檢具室。

2.8.4 定期校驗

由于檢具長久使用或磨損等影響，檢具精度會有一定的影響。為保證檢具始終精度合格，要制訂檢具定期校驗計劃，并認真實施，做好記錄；客戶審核及體系審核都要看這個文件。

2.8.5 加工基準及公差要求

作為檢查產品質量的工具，基準及公差要求是檢具的關鍵。

2.8.6 易損件準備

檢具上經常磨損或易損的零件，要備有庫存或圖紙，以便及時進行更換。

3 檢具新的趨勢——AICON光學測試設備

3.4.1 AICON光學檢測設備

目前“FAW VW”“SAIC VW”“BMW”等合資品牌，在歐洲及北美地區已經開始使用AICON光學檢測設備。這種設備可以有效地檢測汽車管路形狀。國內主機廠也開始要求供應商使用該設備，以保證前期手工樣件的精確性。圖9為設備AICONP16。

3.4.2 AICON公司簡介

AICON是一家為工業制造領域提供光學和便攜非接觸三維測量系統的領先供應商。該公司成立于1990年，總部設在德國布倫斯維克，員工共140人，在中國、韓國、日本、美國都有分支機構。2016年4月，該公司被“海克斯康”（HEXAGON）并購。

3.4.3 設備主要用途（見表1）

該設備一個很關鍵的功能，即可以取代所有的檢具，檢測所有產品的形狀；只需要將管路放置在掃描區，即會對管路進行掃描，形成3D數據，再與客戶3D數模進行對比（可以精確比較），大大提高了產品形狀的準確性。但由于沒有競爭對手，造價非常昂貴，P8每臺價格約100萬元，P16每臺價格約200萬元。P8、P16設備區別見表2。

4 結論

總體來說，傳統鋁制檢具和樹脂檢具還會使用很長的一段時間，占據核心位置，但是隨著汽車工業產品質量要求越來越高，主機廠對管路產品手工樣件及質量要求不斷提高，或強制要求使用，以及人工成本提高要求實現自動化檢測，此外考慮傳統檢具對廠房工具的占用及資產管理維護的成本，AICON光學測量設備的應用空間會很廣闊。但最終傳統檢具和光學檢具有可能并存，因為兩者各有優缺點，在成本、投資方面，可根據不同的客戶要求進行取舍。

參 考 文 獻

[1]彭建聲.簡明模具工實用技術手冊[M].北京：機械工業出版社，1993.

[2]黃毅宏.模具制造工藝[M].北京：機械工業出版社，1999.

[3]《模具制造手冊》編寫組.模具制造手冊[M].北京：機械工業出版社，1996.

[4]徐灝.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，1991.

[5]許發樾.模具常用機構設計[M].北京：教育出版社，2004.

[6]陳于萍，高曉康.互換性與測量技術[M].北京：高等教育出版社，2005.

[責任編輯：陳澤琦]