浅谈商用车钢板弹簧配对检具设计与制造

摘要：介绍了汽车钢板弹簧配对检具的设计要点，阐述了钢板弹簧配对检具的加工工艺，简要分析了钢板弹簧检具的检测条件，为钢板弹簧配对检具的设计与制造提供了参考。

关键词：钢板弹簧配对;设计要求;制造工艺

0    引言

钢板弹簧是汽车悬架系统中的传统弹性元件，是商用汽车重要的专用零件，它由多片不等长和不等曲率的钢板叠合而成，安装好后两端自然向上弯曲。当路面对轮子产生冲击力时，钢板变形，起到缓冲、减振作用，其纵向布置时还具有导向传力作用。钢板弹簧承受着汽车自重和载重，是在恶劣条件下工作的受力零件，受到制造工艺的限制，钢板弹簧的允许制造误差较大，特别是装配后总成的形位误差一般允许在±3 mm。如果将误差最大和最小的两件弹簧安装到同一辆车上，将影响车辆前轮的行走轨迹，对车辆的操纵性、行驶平顺性和安全性都有直接影响。因此，把质量合格的钢板弹簧总成按合理的精度误差区间分组，误差最接近的两件配为一对，可改善整车性能和提高装配效率。钢板弹簧总成以中心螺栓为基准，相关联的主要技术参数有：前后卷耳侧平面对称中心与钢板弹簧中心的对称度配对误差小于±0.4 mm;半弦长（卷耳销套中心到中心螺栓中心的距离）误差小于±0.7 mm;弧高（钢板弹簧总成底平面到卷耳销套中心连线的垂直距离）误差小于±1 mm。以上技术参数一般不能用常规量具直接测量，而需使用工装检具一次定位多点测量。

1    钢板弹簧配对检具设计

钢板弹簧配对检具设计结构如图1所示。

1.1    结构强度高

该检具采用底板支架結构，整体承重不少于450 kg，在设计时要考虑检具有足够的强度和刚性，与弹簧接触面要有足够的硬度、耐磨性等;底板采用35 mm厚的Q235钢板，经粗加工、热处理、精磨等加工工艺，底板自然状态下平面度误差小于0.05 mm;支架采用80 mm×80 mm的国标Q235方管，焊接成结构支架并整体进行去应力处理，与底板结合处铣平，确保支架与底板有良好的接触面;地脚设有两个定向轮和两个万向轮便于移动，单轮承重不少于500 kg。检具两侧为基准支撑块，使用Cr12MoV材料制作，热处理后硬度为HRC52，具有很好的耐磨性、硬度等。中间测量块使用45#钢制作，整体加工，可调部件采用燕尾滑配机构，可保证其刚性和可靠性。弧高测量底座采用高强度十字直线滑台，移动方便、准确。

1.2    测量精度高

该检具采用精度为0.01 mm的数显尺测量并读数，以满足精度要求和现场条件。数显尺固定在各测量基块的可调基座上，X方向可调测量范围（940±60）mm，Y方向可调测量范围（90±15）mm，Z方向可调测量范围（211±30）mm，各测量基块的测量点相对误差小于±0.04 mm，最大测量长度1 940 mm，弹簧总成对称度测量误差小于±0.05 mm。检具整体调试后各测量点相对坐标零点误差不超过±0.1 mm，可达到钢板弹簧配对要求。

1.3    操作方便

该检具采用顶端全开放设计，将测量销轴插入卷耳销套（间隙配合，配合间隙为0.03 mm），钢板弹簧从检具上面吊入检具，销轴卡入基准测量块的V型槽内，卷耳侧边与基准边靠紧并快速固定，这时可对半弦长、弧高进行测量并读数，同时可测得对称度的第一个值，将钢板弹簧滑向另一侧基准，测得对称度的第二个值，两个数值的差为对称度的误差值。

1.4    便于维护

该检具各基准块只需正常防锈除尘，测量基准和V型槽如有磨损，更换整块基准块并整体调试即可。数显尺需要正常维护保养。

2    钢板弹簧检具加工

钢板弹簧配对检具采用装配后整体加工的方法，利用机床精度保证各基准块测量位置的准确度。

2.1    底板加工

（1）备料。底板毛坯选用2 160 mm×560 mm×40 mm的Q235钢板，如有条件可采用铸铁板。（2）粗加工。切割后粗铣，去飞边留量。（3）热处理。去除应力并校平。（4）精加工。周边精铣，两长边不能接刀，用于基准边找正，两平面要经两次翻面磨削（粗糙度Ra1.6 μm），确保底板的平面度（不超过0.05 mm）和平行度。

2.2    基准模块加工

（1）备料。基准模块要求具有热处理变形小、硬度高、耐磨性好和加工性好等特点，从综合指标衡量，Cr12MoV板材比较合适。采用锯割下料，各尺寸留余量为5～8 mm。（2）粗加工。各基准块依据图纸在普通铣床上去除多材料，各尺寸留余量为2 mm。（3）热处理。调质处理，使材料组织稳定。（4）半精加工。除测量基准面外，其他外形尺寸均加工到位，模块的各面垂直度误差应小于0.05 mm，表面粗糙度不超过Ra3.2 μm。螺栓孔位置误差不大于±0.15 mm，销孔不加工，测量基准面2 mm的余量保留。

2.3    装配后整体加工

配对检具整体加工分为两步：一是淬火前的整体加工，二是淬火后的整体加工。

2.3.1    淬火前的整体加工

检具整体加工使用的是龙门式三轴数控铣床，行程是2 400 mm×1 200 mm×800 mm，主轴转速8 000 r/min，定位精度±0.01 mm。

（1）底板安装于工作台上，使用百分表找正基准边，全长找正误差±0.02 mm。（2）按三维数模，加工底板上的各安装螺丝孔。（3）将各基准模块安装到底板上，每个块找正，误差控制在±0.02 mm，旋紧螺丝。配作销孔并将柱销打入，使模基准模块与底板定位。（4）以中间基准块为基准，分中对刀。整体半精加工各基准模块的测量面、定位面，测留精加工余量0.5 mm。数显尺定位孔和安装槽加工到位。（5）卸下各基准模块，真空热处理，硬度为HRC50～54。

2.3.2    淬火后的整体加工

（1）模块与底板整体安装找正后，以中间块分中对刀，选用火后加工刀具精铣各模块的测量面和定位面至尺寸要求，表面粗糙度不超过Ra1.6 μm。（2）在底板上精加工4个校正基准通孔，孔径D为（20±0.02）mm，各孔定位值X、Y与基准零点为10 mm的整数倍关系，基准孔用于三坐标的检测。

3    钢板弹簧配对检具检测

配对检具是在高精度的三轴数控铣床上整体加工出来的，虽然在该过程中充分考虑了可能产生的各种误差，并采用有针对性的工艺措施，但仍要对检具进行三坐标检测校准。

三坐标测量机是高精度的测量设备，工作间的环境条件对测量精度有一定的影响，包括测量温度和湿度。（1）检定温度：（20±1）℃;（2）温度变化：<0.5 ℃/h，<1 ℃/24 h;（3）温度梯度：<0.5 ℃/m;（4）仪器平衡温度时间：>48 h。工作环境的湿度范围应控制在45%～60%。

钢板弹簧配对检具提前24 h送入测量室，与室温相同。通过基准孔建立坐标系，依据提供的三维数模，对各测量基准面和定位面进行比对检测，最大误差0.08 mm，小于设计误差，满足使用要求。

4    结语

利用钢板弹簧配对检具对钢板弹簧总成进行对称度、弧高和半弦长的检测与配对，是比较简单有效的检测手段，提高了总机厂的生产效率和装配质量。由于钢板弹簧总成总重量轻则达60 kg，重则达170 kg以上，而弹簧配对需要对合格弹簧进行百分之百检测，大大增加了操作人员的工作量和工作强度，因此将自动化、信息化的智能制造和检测手段应用到弹簧配对检测中，是我们下一步要探讨和研究的方向。

收稿日期：2020-02-05

作者简介：赵煜（1975—），女，四川射洪人，高级讲师，研究方向：机械设计与制造。