汽车后保险杠本体检具设计毕业论文.docx
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汽车后保险杠本体检具设计毕业论文
毕业设计
汽车后保险杠本体检具设计
摘要
本次毕业设计的课题为汽车后保险杠本体检具设计，该零件体积较大，重量较大，检测频率高。
产品在安装时，容易与检具发生碰撞。
因此，在检具设计时需要着重考虑其耐用性、零件的强度问题，以及检具的使用操作是否简便。
该检具结构较复杂，有一定的设计工作量。
在设计时，从三个方面考虑：
定位，检测，支撑。
首先确定零件在检具的定位位置，工件在检具中要想获得正确的定位,首先要正确的找到定位基准,其次则是选择合适的测量方式，而且测量元件要求有良好的耐磨性,以保证检具在使用时定位可靠且使用寿命长。
定位元件和测量元件确定后，支撑元件就可以确定了。
关键词：
后保险杠，检具，设计
Therearbumperofthecarisdesigned
Abstract
Thetopicofthisgraduationdesignisthedesignofthephysicalexaminationtoolfortherearbumperoftheautomobile.Thepartislargeinvolume,heavyinweightandhighindetectionfrequency.Whentheproductisinstalled,itiseasytocollidewiththeinspectiontool.Therefore,thedurability,strengthofpartsandwhethertheoperationoftheinspectiontoolissimpleornotshouldbeconsideredinthedesignoftheinspectiontool.Theinspectiontoolhasacomplicatedstructureandacertaindesignworkload.
Inthedesign,threeaspectsareconsidered:
positioning,detectionandsupport.Firstly,thepositioningpositionofthepartsintheinspectiontoolisdetermined.Iftheworkpiecewantstoobtainthecorrectpositioningintheinspectiontool,firstly,thepositioningreferencemustbefoundcorrectly.Secondly,theappropriatemeasuringmethodmustbeselected.Moreover,themeasuringelementsmusthavegoodwearresistancetoensuretheservicelifeandpositioningaccuracyoftheinspectiontool.Afterthepositioningelementandthemeasuringelementaredetermined,thesupportingelementcanbedetermined.
KeyWords：
Rearbumper;Checktool;Design
摘要ⅰ
Abstractⅱ
第一章引言1
1.1国外汽车检具的优势1
1.2国内汽车检具的现状1
1.3课题研究的目的和意义2
1.4论文主要的内容3
1.4.1设计内容3
1.4.2设计要求3
第二章汽车检具概述3
2.1检具简介4
2.2.1检具的定义4
2.2.2检具的分类5
2.2检具的检测功能5
2.3检具材料的选用6
2.3.1金属材料的选择6
2.3.2非金属材料的选择6
2.4检具的基准和定位原则6
2.5检具使用方法7
第三章主要零部件设计8
3.1GD&T图纸计算8
3.1.1A/B/C基准销8
3.1.2孔位置度检测销10
3.1.3面轮廓度的检测18
3.1.4产品外形尺寸22
第四章零件材料的选择24
4.1金属材料的选择24
4.1.1底板和L型支架的选择24
4.1.2翻版支架材料的选择24
4.1.3其他组件选择26
4.2非金属材料的选择27
第五章加工基准和工艺的选择29
5.1加工基准统一原则29
5.2加工工艺的选择29
第六章检具的使用31
6.1检验圆孔、槽孔尺寸31
6.2产品放入检具中的定位33
6.3使用检具测量产品间隙33
6.4卸掉产品35
第七章总结与展望36
参考文献37
致谢38
第一章引言
1.1国外汽车检具的优势
众所周知，汽车品牌举不胜举，每个汽车生产商都有许多条汽车生产线，车型更是数不胜数，不同车型的内饰、车门、车灯、发动机、引擎、保险杠、后视镜甚至车身等都不一样，这些零件或者产品是否有制造误差、是否符合设计标准，都要依靠汽车检具来检测。
汽车制造业发展较快的欧美和日本等发达国家，在汽车检具方面的研究起步早,在国际上已经处于先进的水平,他们有一套非常完成整的设计流程,并且他们的检具自动化程度非常高，自动化程度很高的实时在线检测装备在国外生产线上很常见，这样的优势显而易见，它能及时体现整车的测量结果和零部件生产中的任何质量问题。
1.2国内汽车检具的现状
近年来随着我国汽车产业的快速发展,对汽车零件的质量要求也越来越高,各大国产汽车品牌的竞争已演变成整车质量的竞争。
检具作为检测质量的重要工具也得到了快速的发展,检具公司因此大批量涌现。
目前我国检具行业已经从最初向国外模仿学习转变为自主设计研发,新的设计理念、新的结构方案、新的标准件系列、新材料的使用和新加工技术纷纷涌现。
因此汽车检具的设计和制造成为国内汽车行业一个新的研究热点,各研究机构和汽车企业在检具设计、制造和检测的研究方面取得了较为丰富的成果。
目前汽车检具的质检方式逐步开始由国外进口转到国内自主设计、生产和测量。
与此同时，新车型的快速更替也促使汽车制造业和控制汽车零部件相关的汽车检具市场快速发展。
截至目前，国内一些汽车检具公司的技术已经日趋成熟，其制造技术和生产工艺甚至已经超过了美国和日本。
我国本土企业通过在技术和设计上的不断革新，在与外国企业的较量中不仅赢得了自己的市场份额，还打破了外企对汽车检具的断的局面。
近年来，我国汽车制造业面临的窘境依旧是先进技术靠引进、高端产品靠进口。
但是作为配套行业的汽车检具行业的发展却日渐兴起。
归根结底是汽车检具设计的灵活性。
由于我国汽车制造业的迅猛发展，所以国内汽车检具市场的发展前景仍势头正猛。
一方面，汽车制造业蓬勃发展，未来依然具有较广阔的成长空间。
作为汽车产业中的一个新兴配套产业，汽车检具的出现不仅有利于零件的标准化量产，同时也对汽车制造生产中的质量把控起到非常重要的作用。
在未来，汽车检具成为汽车制造业不可缺少的组成部分是必然趋势。
另一方面，国家扶持汽车业，检具制造业也同样享受国家扶持。
我国汽车检具行业将逐步向高精化发展，同时，为了满足汽车市场的需求，各种新型的汽车检具会陆续出现，相信在不久的以后，我国汽车的检具市场可以完全实现自主化。
1.3课题研究目的和意义
随着机械制造业的快速发展，检具作为一种检验产品是否合格的专用设备在科研以及零部件加工车间等场合的使用日益普遍，现已成为制造业各个领域中不可缺少的通一部分。
当前，检具行业正处于一个非常有利的发展时机，检具的设计与制造将有广阔的发展空间。
1.4论文主要的内容
1.4.1设计内容
本课题主要进行零件的检具设计，该零件为汽车后保险杠本体，材料为玻璃钢。
要求学生熟悉该零件的GD&T图纸、了解产品尺寸和公差要求，掌握一般检具的设计内容、步骤和方法，提高检具的设计能力。
计算测量销及通止规的尺寸，选用合适的测量结构进行设计，最终绘制检具总装图及零件图。
图1.1
1.4.2设计要求
该零件体积较大，重量较大，检测频率高。
产品在安装时，容易与检具发生碰撞。
因此，在检具设计时需要着重考虑其耐用性、零件的强度问题，以及检具的使用操作是否简便。
该检具结构较复杂，有一定的设计工作量。
第二章汽车检具的概述
2.1检具的定义
在零部件的生产现场，通过检查夹具，可以实现零部件的脱机检测。
因此，在检查治具上正确地设置，在目视检查中使用百分比仪表、托架、插头仪等进行检查，检查零件表面及周边部位，通过检查销和视线，可以检查零件和零件的连接位置。
请马上确认零件是否有生产资格。
汽车车身零件检具是一种用于检测汽车零件的大小是合格的，还是生产零件的质量是好坏的一种技术装置。
通常，一套检具一般只测量1个产品，并且，汽车检具被称作工装夹具和测量附件的组合。
汽车检测工具广泛应用于汽车领域。
汽车检验工具的构造具有固有的特性，汽车检具的设计有着固有的规则，汽车检验工具的制造有特别的要求。
国内汽车检具的开始时间比较晚，检具在日本、美国以及德国等发达国家的实验室很早便开始了研究。
在检测零部件产品合格率方面取得巨大进展。
欧美、美国、日本等发达国家的技术已经成熟。
汽车检具的设计、制作密切相关。
这将影响汽车发展质量和中国汽车产业崛起。
创新促进发展。
今后，为满足汽车产业快速发展的需求，汽车检具将逐渐向模块化、标准化、参数化、智能化发展。
它需要有扎实的基础知识设计和制造汽车检具经验，以便向更高的目标不断地移动。
我国工程技术人员不断的革新和创造，不断总结实践经验，不断引进，认真学习国内外先进制造技术，使我国的汽车检具设计与制造技术不断发展。
在检具的设计和制造过程中，检具的公差可以遵循3个原则:
绝对公差原则（包容原则），乐观公差原则和包容公差原则。
本次检具设计采用乐观公差原则。
在检具使用过程中将接收全部所有合格品，拒收大部分不合格品。
此次检具设计主要用于检测孔位的位置度和面的轮廓度，孔位的位置度设计和其他表面设计均按照《亨越汽车检具工业有限公司检具设计标准》设计与制造。
2.1.2检具的分类
（1）单元规（UG）:
通常，2个以上的零件被组装。
组装的检查工具检测组装后的各组件的互相位置协调关系和组装精度。
零件检查工具
零件检查工具被称为单品检查工具（Checkingfixturer、C/F短路）。
主要零件的检查被使用。
零部件、零部件检查工具主要在产品加工的工序中完成测量。
2.2汽车检查工具的检测功能如下。
（1）部件的组装面和孔
（2）关于零件的过去项目中经常出现问题
（3）有匹配条件的部件
检测配置文件需要强调表面的连续性。
（1）总成检具
总成检具（UNITGAUGE，简称UG）:
总成检具主要为两个及以上汽车零件的组合，一般作为汽车车身各个零件组合后的所使用的检验量具，因此总成检具的作用为检测汽车零部件装配后各个部件的的相互配合关系，以及各个汽车零部件的组装后的相互配合关系和配合精度。
（2）零件检具
零件检具也叫单件检具（CHECKINGFIXTURER,简称C/F）:
汽车的零件检具主要用来检验单一零件。
零部件检具主要是完成产品加工过程中的测量。
2.2汽车检具能够实现的检测功能如下：
（1）零件上的装配面和装配孔
（2）零件上过去项目经常出现问题的地方
（3）零件上有匹配要求的部位
对型面检测，强调面的连续性。
2.3材料的选择
2.3.1金属材料的选择
根据亨越汽车检具工业有限公司内部标准，检具中所使用的金属材料由客户要求采购，无特殊要求一般采用4Cr13、DC53、DC2、AL6061等材料。
有时表面需进行发黑、电镀、发蓝、表面阳极氧化处理。
2.3.2非金属材料的选择
检具中一般常用的非金属件有放置盒，基准防尘塞、手柄等零件，常采用ABS，发泡、RS460等塑料。
2.4检具的基准和定位原则
（1）约束自由度
每个刚性物体都有六个自由度，沿X轴的移动和转动，沿Y轴的移动和转动，沿Z轴的移动和转动，因此任何一个汽车零部件在汽车坐标系中的准确位置都是通过约束其自由度来实现的。
在实际的应用中刚性产品采用3-2-1的法则。
3-2-1的法则它规定了约束自由度的分布:
（1）产品最大投影面积方向用三个固定点约束三个自由度，一个移动副和两个转动副。
（2）产品次大投影面积方向用二个固定点约束二个自由度，一个移动副和一个转动副。
（3）产品最小投影面积方向用一个固定点约束一个自由度，一个移动副。
基准统一原则,即设计基准、加工基准、测量基准在任何时候要量保证统一，这一点在检具设计、制造、测量中极其重要。
（2）百位线（也称网格线）
检具底板上通常会根据零件绝对坐标系刻注车身坐标线X向、Y向、Z向，车身坐标线以汽车坐标系原点为基准，每隔100mm为一档进行刻注，特别小的零件可以每隔50mm、大型零件每隔200mm为一档进行刻注。
有些检具为左右对称件，设计时，一般做左件，右件镜像，但坐标系不同，左件的坐标Y值为负数，右件坐标中Y值为正数，但是这样在数模上测量Y值正负未免太过于麻烦，一般加工时会在底板刻字LH、RH以区分左右件，LH为左件，RH为右件。
（3）基准块
每一个产品放在检具上都需要跟汽车坐标系有对应关系，通常会在底板上固定三个基准块（球），每个基准块附近会有相应的铭牌，然后再根据三个基准块（球）的中心建立汽车坐标系对检具进行测量。
2.5检具使用方法
每套检具发货时配备一套完整的检具操作指导书，检具操作指导书又称OP。
OP中包含零件的定位、夹紧、测量、摆放方向、定位销、定位基准及位置，夹头编号与装夹顺序，具体测量位置和方式以及其它相关测量信息等信息。
第三章主要零部件设计
3.1GD&T图纸计算
3.1.1ABC基准销
产品3D如下图所示
图3.1
该零件为汽车后保险杠本体，材料为玻璃钢。
基准的设计
3个定位面是控制产品最大的投影面方向。
A基准分别为A1/A2/A3,B和C基准在GD&T图纸上无最大实体尺寸，设计时均采用锥销，B销控制产品的Y方向，C销控制产品的Z方向和绕X轴的旋转。
1）A销：
红色面为定位面，与产品零贴。
图3.2
图3.3
2）B销：
B销为定位销，红色面为定位面，与产品贴合。
图3.4
3）C销：
C销为定位销，红色面为定位面，与产品贴合。
图3.5
3.1.2孔位置度检测销
1）孔尺寸4*30+/-2*40+/-2
图3.6
图3.7
设计方案：
设计检测销检测产品孔的位置度，产品能顺利通过，视为合格，反之不合格。
该孔为方孔且不在一水平面上，孔径为30*40mm,检测销尺寸为实体尺寸减去下偏差再减去公差（孔最小尺寸-位置度），最终检测销的尺寸为24*34mm。
考虑到检测销为非圆形，在检具上防止转动，所以检测销连杆削边固定防止转动。
最终检测销3D如下图
图3.8
与产品配合如下图所示
图3.9
2）孔尺寸4*30+/-2*30+/-2
‘
图3.10
设计方案：
设计检测销检测产品孔的位置度，产品能顺利通过，视为合格，反之不合格。
该孔为方孔且不在一水平面上，孔径为30*40mm,检测销尺寸为实体尺寸减去下偏差再减去公差（孔最小尺寸-位置度），最终检测销的尺寸为25*35mm。
考虑到检测销为非圆形，在检具上防止转动，所以检测销连杆削边固定在检测销支架上防止转动。
此孔检测销3D如下图所示:
图3.11
与产品配合如下图所示
3.12
3）孔尺寸2*12+/-0.5*13.5+/-0.5
3.13
3.14
设计方案：
设计检测销检测产品孔的位置度，产品能顺利通过，视为合格，反之不合格。
该孔为椭圆孔，孔径为12*13.5mm,上下偏差+-0.5，位置度公差为3mm，检测销尺寸为实体尺寸减去下偏差再减去公差（孔最小尺寸-位置度），最终检测销的尺寸为8.5*10mm。
考虑到检测销为非圆形，在检具上防止转动，所以检测销连杆削边固定在检测销支架上防止转动。
此孔检测销3D如下图所示
图3.15
与产品配合如下图
图3.16
4）孔尺寸Φ12+/-0.5
图3.17
设计方案：
设计检测销检测产品孔的位置度，产品能顺利通过，视为合格，反之不合格。
该孔为圆孔，孔径为12mm,上下偏差+-0.5，位置度公差为3mm，检测销尺寸为实体尺寸减去下偏差再减去公差（孔最小尺寸-位置度），最终检测销的尺寸为8.5mm。
此孔检测销3D如下图所示
图3.18
5）孔尺寸3*12+/-0.5*26+2
图3.19
图3.20
设计方案：
设计检测销检测产品孔的位置度，产品能顺利通过，视为合格，反之视为不合格。
该孔为椭圆孔，孔径为12+/-0.5*26+2mm,上下偏差+-0.5，位置度公差为3mm，检测销尺寸为实体尺寸减去下偏差再减去公差（孔最小尺寸-位置度），最终检测销的尺寸为8.5*23mm。
此孔检测销3D如下图所示
图3.21
图3.22
3.1.3面轮廓度的检测
1）产品两端面面轮廓度
图3.23
设计方案：
设计通止规检测产品端面的面轮廓度，通规通，止规止，视为合格，反之不合格。
该处面轮廓度为4，公差为+-2，客户要求间隙为7.5mm，因此通止规通端尺寸为5.5mm，设计尺寸为Φ5.5+0.01，止端尺寸为9.5mm，设计尺寸为Φ9.5-0.01。
产品与检具间隙如下图所示
图3.24
图3.25
通止规3D如下图所示
手柄刻字：
NGΦ9.5GOΦ5.5
图3.26
2）四周面轮廓度
图3.27
设计方案：
设计通止规检测产品端面的面轮廓度，通规通，止规止，视为合格，反之不合格。
产品上下面和前后面的面轮廓度为4，公差为+-2，客户要求间隙为7.5mm，因此通止规通端尺寸为5.5，设计尺寸为Φ5.5+0.01，止端尺寸为9.5，设计尺寸为Φ9.5-0.01。
因产品较大，每面各设3处测量点。
产品与检具间隙如下图所示
图3.28
图3.29
图3.30
其中两面用通止规检测间隙，通规通，止规止，视为合格，反之视为不合格。
另外两面用数显百分表检测面轮廓度，百分表读数在公差范围内合格，反之不合格。
3.1.4产品外形尺寸的检测
图3.31
该处测量产品外形轮廓，100*40。
设计方案：
分别设计手持件，检测产品型面。
最大外形尺寸100mm,公差为1，因此通止规通端尺寸101mm,止端尺寸99mm，在99-101mm范围内，产品皆为合格，大于101或者小于99皆为不合格。
图3.32
外形尺寸40mm,公差为1，因此通止规通端尺寸41mm,止端尺寸39mm，在39-41mm范围内，产品皆为合格，大于41或者小于39皆为不合格。
图3.33
第四章材料的选择
4.1金属材料的选型
4.1.1底板和L型支架的选型
考虑减重、成本等因素，底板和L型支座采用铸铝。
图4.1
4.1.2翻板支架材料的选型
图4.2
不同零件设计结构不同，作用不同，材料的选择也因此不同。
在选择材料时,必须考虑材料的相关性能，使之与所要求的性能相符合。
此之外还要考虑材料的经济性，不仅仅是指优先选用价格比较便宜的材料，而是应该综合考虑材料对产品寿命、成本的影响，以获得最佳的技术经济效益。
在确保产品的使用性和工艺性的前提下，首选经济性更优的材料。
AL6061是一种高质量的铝合金，AL6061要经过热处理和拉伸工艺，它的强度虽然不能与2系好7系相比，但是它的镁、硅合金特性多，具有优良的焊接特点和电镀性、具有良好的抗腐蚀性、韧性高及加工后不变形、材料致密无缺陷和易于抛光、上色膜容易、氧化效果极佳等优良特点。
镁与硅是AL6061的主要元素，Mg、S结合i形成Mg2Si相。
若含有一定量的Mn与Cr，可以中和Fe,铁在铸造铝合金中一直被认为是一种主要的有害杂质，铁会在金相组织中会形成本身硬度很高的针、片状脆性铁相，铁含量越多，这种铁相越多。
它可以割裂铝合金的基体,降低合金的力学性能,尤其是韧性，并且使零件机械加工难度增加，刀磨损严重,尺寸稳定性差等一系列坏处。
AI6061中有时还添加少量的Zn或Cu，以提高合金的强度，而又不使其抗蚀性有明显降低,导电材料中还有少量的铜，以抵销钛及铁对导电性的不良影响；锆或钛能细化晶粒与控制再结晶组织；为了改善可切削性能，可加入铅与铋。
在Mg2Si固溶于铝中，使合金有人工时效硬化功能。
化学成分：
铜Cu：
0.15～0.4；锰Mn：
0.15；镁Mg：
0.8～1.2；锌Zn：
0.25；铬Cr：
0.04～0.35；钛Ti：
0.15；硅Si：
0.4～0.8；铁Fe：
0.7；铝Al：
余量。
铝合金牌号
及状态
热膨胀系数（20-
100℃）μm/m·k
熔点范围（℃）
电导率20℃（68℉）
（%IACS）
电阻率20℃（68℉）
Ωm㎡/m
密度（20℃）
（g/cm³）
2024-T351
23.2
500～635
30
0.058
2.82
5052-H112
23.8
607～650
35
0.050
2.72
5083-H112
23.4
570～640
29
0.059
2.72
6061-T651
23.6
580～650
43
0.040
2.73
7050-T651
23.5
490～630
41
0.0415
2.82
7075-T651
23.6
475～635
33
0.0515
2.82
表4.1
由表4.1可知，翻版支架为AL6061，考虑减重因素，仅仅起到支撑作用。
4.1.3其它组件选型
4Cr13特性
根据4Cr13特性淬火后比3Cr13硬度高一些、耐蚀性良好。
碳C
硅Si
锰Mn
硫S
磷P
铬Cr
镍Ni
0.36～0.45
≤0.60
≤0.80
≤0.030
≤0.035
12.00～14.00
允许含有≤0.60
表4.2
1）4Cr13的力学性能
硬度：
退火,,≤201HB,压痕直径3.9～4.3mm;淬火,≥50HV
热处理规范：
1）退火,800～900℃缓冷或约750℃快冷
淬火,1050～1100℃油冷;
回火,200～300℃快冷。
金相组织：
组织特征为马氏体型。
2）4Cr13的热处理
该钢抗氧化性好，可在600~650℃长期使用。
下表为4Cr13钢的热处理：
项目
退火
淬火
回火
加热温度/℃
冷却
750~800
炉冷
1050~1100
油冷
200~300
空冷
表4.3
所有检测销支架、衬套、检测销、通止规及间隙检测块、辅助定位块、翻版组件皆为4Cr13,考虑耐磨性因素。
检测销支架与衬套紧配，有刚度要求。
检测销有精度和刚度要求，工艺上采用线切割。
图4.3
4.2非金属材料的选型
公司常
升级会员 