淺談商用車鋼板彈簧配對檢具設計與制造

摘要：介紹了汽車鋼板彈簧配對檢具的設計要點，闡述了鋼板彈簧配對檢具的加工工藝，簡要分析了鋼板彈簧檢具的檢測條件，為鋼板彈簧配對檢具的設計與制造提供了參考。

關鍵詞：鋼板彈簧配對;設計要求;制造工藝

0 ? ?引言

鋼板彈簧是汽車懸架系統中的傳統彈性元件，是商用汽車重要的專用零件，它由多片不等長和不等曲率的鋼板疊合而成，安裝好后兩端自然向上彎曲。當路面對輪子產生沖擊力時，鋼板變形，起到緩沖、減振作用，其縱向布置時還具有導向傳力作用。鋼板彈簧承受著汽車自重和載重，是在惡劣條件下工作的受力零件，受到制造工藝的限制，鋼板彈簧的允許制造誤差較大，特別是裝配后總成的形位誤差一般允許在±3 mm。如果將誤差最大和最小的兩件彈簧安裝到同一輛車上，將影響車輛前輪的行走軌跡，對車輛的操縱性、行駛平順性和安全性都有直接影響。因此，把質量合格的鋼板彈簧總成按合理的精度誤差區間分組，誤差最接近的兩件配為一對，可改善整車性能和提高裝配效率。鋼板彈簧總成以中心螺栓為基準，相關聯的主要技術參數有：前后卷耳側平面對稱中心與鋼板彈簧中心的對稱度配對誤差小于±0.4 mm;半弦長（卷耳銷套中心到中心螺栓中心的距離）誤差小于±0.7 mm;弧高（鋼板彈簧總成底平面到卷耳銷套中心連線的垂直距離）誤差小于±1 mm。以上技術參數一般不能用常規量具直接測量，而需使用工裝檢具一次定位多點測量。

1 ? ?鋼板彈簧配對檢具設計

鋼板彈簧配對檢具設計結構如圖1所示。

1.1 ? ?結構強度高

該檢具采用底板支架結構，整體承重不少于450 kg，在設計時要考慮檢具有足夠的強度和剛性，與彈簧接觸面要有足夠的硬度、耐磨性等;底板采用35 mm厚的Q235鋼板，經粗加工、熱處理、精磨等加工工藝，底板自然狀態下平面度誤差小于0.05 mm;支架采用80 mm×80 mm的國標Q235方管，焊接成結構支架并整體進行去應力處理，與底板結合處銑平，確保支架與底板有良好的接觸面;地腳設有兩個定向輪和兩個萬向輪便于移動，單輪承重不少于500 kg。檢具兩側為基準支撐塊，使用Cr12MoV材料制作，熱處理后硬度為HRC52，具有很好的耐磨性、硬度等。中間測量塊使用45#鋼制作，整體加工，可調部件采用燕尾滑配機構，可保證其剛性和可靠性。弧高測量底座采用高強度十字直線滑臺，移動方便、準確。

1.2 ? ?測量精度高

該檢具采用精度為0.01 mm的數顯尺測量并讀數，以滿足精度要求和現場條件。數顯尺固定在各測量基塊的可調基座上，X方向可調測量范圍（940±60）mm，Y方向可調測量范圍（90±15）mm，Z方向可調測量范圍（211±30）mm，各測量基塊的測量點相對誤差小于±0.04 mm，最大測量長度1 940 mm，彈簧總成對稱度測量誤差小于±0.05 mm。檢具整體調試后各測量點相對坐標零點誤差不超過±0.1 mm，可達到鋼板彈簧配對要求。

1.3 ? ?操作方便

該檢具采用頂端全開放設計，將測量銷軸插入卷耳銷套（間隙配合，配合間隙為0.03 mm），鋼板彈簧從檢具上面吊入檢具，銷軸卡入基準測量塊的V型槽內，卷耳側邊與基準邊靠緊并快速固定，這時可對半弦長、弧高進行測量并讀數，同時可測得對稱度的第一個值，將鋼板彈簧滑向另一側基準，測得對稱度的第二個值，兩個數值的差為對稱度的誤差值。

1.4 ? ?便于維護

該檢具各基準塊只需正常防銹除塵，測量基準和V型槽如有磨損，更換整塊基準塊并整體調試即可。數顯尺需要正常維護保養。

2 ? ?鋼板彈簧檢具加工

鋼板彈簧配對檢具采用裝配后整體加工的方法，利用機床精度保證各基準塊測量位置的準確度。

2.1 ? ?底板加工

（1）備料。底板毛坯選用2 160 mm×560 mm×40 mm的Q235鋼板，如有條件可采用鑄鐵板。（2）粗加工。切割后粗銑，去飛邊留量。（3）熱處理。去除應力并校平。（4）精加工。周邊精銑，兩長邊不能接刀，用于基準邊找正，兩平面要經兩次翻面磨削（粗糙度Ra1.6 μm），確保底板的平面度（不超過0.05 mm）和平行度。

2.2 ? ?基準模塊加工

（1）備料。基準模塊要求具有熱處理變形小、硬度高、耐磨性好和加工性好等特點，從綜合指標衡量，Cr12MoV板材比較合適。采用鋸割下料，各尺寸留余量為5～8 mm。（2）粗加工。各基準塊依據圖紙在普通銑床上去除多材料，各尺寸留余量為2 mm。（3）熱處理。調質處理，使材料組織穩定。（4）半精加工。除測量基準面外，其他外形尺寸均加工到位，模塊的各面垂直度誤差應小于0.05 mm，表面粗糙度不超過Ra3.2 μm。螺栓孔位置誤差不大于±0.15 mm，銷孔不加工，測量基準面2 mm的余量保留。

2.3 ? ?裝配后整體加工

配對檢具整體加工分為兩步：一是淬火前的整體加工，二是淬火后的整體加工。

2.3.1 ? ?淬火前的整體加工

檢具整體加工使用的是龍門式三軸數控銑床，行程是2 400 mm×1 200 mm×800 mm，主軸轉速8 000 r/min，定位精度±0.01 mm。

（1）底板安裝于工作臺上，使用百分表找正基準邊，全長找正誤差±0.02 mm。（2）按三維數模，加工底板上的各安裝螺絲孔。（3）將各基準模塊安裝到底板上，每個塊找正，誤差控制在±0.02 mm，旋緊螺絲。配作銷孔并將柱銷打入，使模基準模塊與底板定位。（4）以中間基準塊為基準，分中對刀。整體半精加工各基準模塊的測量面、定位面，測留精加工余量0.5 mm。數顯尺定位孔和安裝槽加工到位。（5）卸下各基準模塊，真空熱處理，硬度為HRC50～54。

2.3.2 ? ?淬火后的整體加工

（1）模塊與底板整體安裝找正后，以中間塊分中對刀，選用火后加工刀具精銑各模塊的測量面和定位面至尺寸要求，表面粗糙度不超過Ra1.6 μm。（2）在底板上精加工4個校正基準通孔，孔徑D為（20±0.02）mm，各孔定位值X、Y與基準零點為10 mm的整數倍關系，基準孔用于三坐標的檢測。

3 ? ?鋼板彈簧配對檢具檢測

配對檢具是在高精度的三軸數控銑床上整體加工出來的，雖然在該過程中充分考慮了可能產生的各種誤差，并采用有針對性的工藝措施，但仍要對檢具進行三坐標檢測校準。

三坐標測量機是高精度的測量設備，工作間的環境條件對測量精度有一定的影響，包括測量溫度和濕度。（1）檢定溫度：（20±1）℃;（2）溫度變化：<0.5 ℃/h，<1 ℃/24 h;（3）溫度梯度：<0.5 ℃/m;（4）儀器平衡溫度時間：>48 h。工作環境的濕度范圍應控制在45%～60%。

鋼板彈簧配對檢具提前24 h送入測量室，與室溫相同。通過基準孔建立坐標系，依據提供的三維數模，對各測量基準面和定位面進行比對檢測，最大誤差0.08 mm，小于設計誤差，滿足使用要求。

4 ? ?結語

利用鋼板彈簧配對檢具對鋼板彈簧總成進行對稱度、弧高和半弦長的檢測與配對，是比較簡單有效的檢測手段，提高了總機廠的生產效率和裝配質量。由于鋼板彈簧總成總重量輕則達60 kg，重則達170 kg以上，而彈簧配對需要對合格彈簧進行百分之百檢測，大大增加了操作人員的工作量和工作強度，因此將自動化、信息化的智能制造和檢測手段應用到彈簧配對檢測中，是我們下一步要探討和研究的方向。

收稿日期：2020-02-05

作者簡介：趙煜（1975—），女，四川射洪人，高級講師，研究方向：機械設計與制造。