有關(guān)鑄造汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝分析

馬偉順

摘要：轉(zhuǎn)向節(jié)能夠控制汽車行進(jìn)路線，在確保汽車準(zhǔn)確、安全行駛方面發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。本文圍繞鑄造式汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝進(jìn)行分析，首先概述了汽車轉(zhuǎn)向節(jié)，然后分析了鑄造式汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝，最后討論了鑄造式汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝技術(shù)方案，以期為業(yè)內(nèi)人士提供有益參考。

關(guān)鍵詞：鑄造式;汽車轉(zhuǎn)向節(jié);加工工藝;汽車轉(zhuǎn)向節(jié)概述

轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車的關(guān)鍵零部件之一，其加工質(zhì)量不僅影響汽車的操作性、安全性和輪胎的使用壽命，同時(shí)也對(duì)整車裝配生產(chǎn)率產(chǎn)生直接影響。轉(zhuǎn)向節(jié)具有外形特殊、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工部位較多、精度要求高、空間位置要求嚴(yán)格、定位困難，且產(chǎn)量需求大等特點(diǎn)。最近十幾年，數(shù)控技術(shù)的快速發(fā)展，使轉(zhuǎn)向節(jié)自動(dòng)加工的可能性有了很大的提高，其往往是在工件的一次裝夾下完成多道工序的加工，因此可以減少工件裝夾次數(shù)，消除工件的重復(fù)定位誤差，以提高產(chǎn)品加工質(zhì)量，降低不合格品數(shù)量。

1鑄造汽車轉(zhuǎn)向節(jié)原有加工步驟

采用工藝機(jī)加工，設(shè)備數(shù)量多，且由于使用三臺(tái)普通臥式銑床分別銑三個(gè)面，并分別使用三臺(tái)立鉆鉸三個(gè)錐孔，工件需多次重復(fù)定位，從而影響定位精度，錐孔位置度及其和銑削面的垂直度不易保證，過程能力較差;加工過程中易產(chǎn)生不合格品，加工質(zhì)量不易保證，并且手工鉆鉸孔導(dǎo)致操作者勞動(dòng)強(qiáng)度大，操作者產(chǎn)生抱怨，離職率高。然后此加工工藝中設(shè)備數(shù)量多，還存在著維護(hù)不便的現(xiàn)象。

轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝主要有兩種：①傳統(tǒng)分散加工工藝。該工藝涉及20多道工序，不僅工作強(qiáng)度大，而且很難保證加工過程的穩(wěn)定性以及加工精度，無法滿足規(guī)?；a(chǎn)的要求。②新型集中加工工藝。該工藝具有諸多優(yōu)點(diǎn)，主要包括自動(dòng)化程度高、精度理想以及工作強(qiáng)度低，其缺點(diǎn)是投資規(guī)模大。本文介紹了一種鑄造式加工工藝，能夠保證工件表面具有理想的光潔度以及平整度，加工部位可以預(yù)留1.5～3mm的加工余量，且適宜規(guī)?；a(chǎn)，因而在當(dāng)前的汽車轉(zhuǎn)向加工中得以普遍應(yīng)用。下面對(duì)鑄造式汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝進(jìn)行分析。

1.1尺寸公差要求

軸承座Φ，在位置上和軸承內(nèi)止口Φ保持的距離;2個(gè)制動(dòng)器安裝孔的規(guī)格為Φ，在位置上和軸承內(nèi)止口Φ保持58.2±0.15的距離，同時(shí)和零件水平中心線保持70±0.1的距離;2個(gè)減震器安裝孔2-Φ在位置上和軸承內(nèi)止口保持116.6±0.2的距離，同時(shí)和零件水平中心線保持139.8±0.2的距離，角度精度控制為4°41′±10′，另外，2孔在位置上應(yīng)達(dá)到60±0.1的標(biāo)準(zhǔn);ABS孔角度精度控制為56°±10′[2]，在置上和零件中心保持的距離，。

1.2形位公差要求

對(duì)于減震器安裝孔臂而言，其相對(duì)基準(zhǔn)B、C而言，在垂直度以及平行度上應(yīng)滿足0.1mm公差要求;軸承座要求以基準(zhǔn)A為中心確定一個(gè)已經(jīng)給定部分的圓柱時(shí)，無論在哪一個(gè)測(cè)量平面內(nèi)，徑向圓跳動(dòng)量均需控制在0.02mm之內(nèi);ABS安裝孔在平面上應(yīng)位于距離為公差值0.1mm且和基準(zhǔn)A保持平行的2個(gè)平面之間，另外，平面度控制為0.02mm;軸承安裝后要求后端槽所有正截面的同軸度為0.015。

1.3表面粗糙度要求

減震器安裝孔臂的表面粗糙度、ABS安裝孔平面的表面粗糙度、ABS安裝孔的表面粗糙度以及外圓表面的表面粗糙度均需控制為Ra3.2;軸承座安裝表面的粗糙度以及橫向拉桿錐孔表面的粗糙度均需控制為Ra1.6。技術(shù)方案

2鑄造汽車轉(zhuǎn)向節(jié)工藝改進(jìn)及改進(jìn)過程中存在以下幾個(gè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)：

2.1節(jié)拍問題

由于原工藝的7-12序?yàn)榉稚⒓庸?，?jié)拍較快，現(xiàn)使用六臺(tái)加工中心加工，相當(dāng)于將7-12序合并，即將工序集中，工序集中后可能會(huì)導(dǎo)致整體節(jié)拍延長，嚴(yán)重的話會(huì)導(dǎo)致節(jié)拍無法滿足后序安裝整車;

2.2夾緊問題

原設(shè)備使用大缸徑氣缸及液壓缸夾緊工件，其中偶有存在加工過程中工件顫動(dòng)的現(xiàn)象，優(yōu)化用的六臺(tái)加工中心中自帶的液壓站壓力不足，改進(jìn)后存在工件夾緊力不足風(fēng)險(xiǎn)，若無法消除直接會(huì)影響后續(xù)的加工質(zhì)量;

2.3其它序調(diào)整

重新布局后，需重新調(diào)整車間布局，其中磨床和熱處理設(shè)備在移動(dòng)時(shí)存在質(zhì)量波動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，若移動(dòng)不當(dāng)，直接會(huì)導(dǎo)致次兩大工位無法及時(shí)調(diào)試完畢，進(jìn)而造成車間停產(chǎn)，產(chǎn)生不可估量的后果;

2.4采用加工模擬分析

根據(jù)工藝改進(jìn)后的加工部位及要求，通過數(shù)控程序進(jìn)行模擬，從而核算出節(jié)拍，計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果為優(yōu)化后的節(jié)拍滿足優(yōu)化前的節(jié)拍，節(jié)拍問題解決;

2.5受力分析

通過優(yōu)化后加工部位及效率要求，使用模擬加工程序中的轉(zhuǎn)速、進(jìn)給以及切削量等核算加工受力，通過對(duì)比油缸的夾緊油壓和夾緊力，消除此隱患。

2.6方案規(guī)劃

組織相關(guān)部門尤其是設(shè)備科對(duì)布局風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，制定出布局變化方案，并尋求高層領(lǐng)導(dǎo)支持，同樣消除此風(fēng)險(xiǎn)。

3鑄造工藝改進(jìn)效果驗(yàn)證

通過工藝優(yōu)化，優(yōu)化后的產(chǎn)品質(zhì)量明顯，由于優(yōu)化前，銑削質(zhì)量、錐孔位置度以及錐孔與銑削面的垂直度都達(dá)到產(chǎn)品圖的要求，且消除了人工鉸孔，極大的降低了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，達(dá)到優(yōu)化目的。對(duì)于汽車行駛而言，轉(zhuǎn)向是一個(gè)不可或缺的動(dòng)作。在轉(zhuǎn)向操作中，駕駛員對(duì)轉(zhuǎn)向盤施加作用力，形成一個(gè)適宜的轉(zhuǎn)向力矩，并依此影響如下部件“轉(zhuǎn)向軸→轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸→轉(zhuǎn)向器→轉(zhuǎn)向搖臂→轉(zhuǎn)向直拉桿→轉(zhuǎn)向節(jié)→轉(zhuǎn)向節(jié)臂→輪轂，最終實(shí)現(xiàn)使車輪偏轉(zhuǎn)的效果。由此可見，轉(zhuǎn)向節(jié)應(yīng)具備如下構(gòu)造要求：①支撐輪轂。②具備轉(zhuǎn)向功能。③為制動(dòng)器留置適宜的ABS傳感器布置空間。④同轉(zhuǎn)向節(jié)柱等零件有機(jī)相連。轉(zhuǎn)向節(jié)結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，需要處理好受力不均的問題，因而對(duì)精度有著相當(dāng)高的要求。鑄造式汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝

3.1粗定位基準(zhǔn)的選擇

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)零件屬于異型零件，由于空間臂較多，再加上有著集約化量產(chǎn)的需求，傳統(tǒng)的單件小批量劃線找正的生產(chǎn)制造模式很難滿足粗基準(zhǔn)的加工要求，另外，汽車轉(zhuǎn)向節(jié)多處孔和面位于距離中心孔位比較遠(yuǎn)的側(cè)臂上，一旦粗基準(zhǔn)定位偏差較大，就會(huì)造成零件批量報(bào)廢。所以，建議采用空間3點(diǎn)的平面定位法，3點(diǎn)集中在同一鑄造型箱中，因而能夠減小鑄造過程中必然存在的合箱誤差。同時(shí)采用2個(gè)呈垂直關(guān)系彎臂的可調(diào)夾緊裝置以滿足中心可調(diào)定位的效果，除此之外，異型定位壓板其兩側(cè)擋板也能夠發(fā)揮輔助調(diào)整定位的作用。

3.2加工工藝規(guī)程編制

參考轉(zhuǎn)向節(jié)零件所要求的加工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)際加工用的機(jī)床類型，編制加工工藝規(guī)程如下：①車削加工φ70、φ62內(nèi)孔和有關(guān)溝槽，保證φ62部位尺寸公差標(biāo)準(zhǔn)，直到IT7銑削開檔規(guī)格為140的兩短臂平面，對(duì)該處的φ12.2孔進(jìn)行鉆鉸，使之達(dá)到H7。②借助φ70H7孔、φ12.2H7孔以及軸承檔內(nèi)止口進(jìn)行定位，采用一面兩銷的科學(xué)定位方式，對(duì)整個(gè)外臂平面和小凸臺(tái)頂面進(jìn)行銑削，所有臥銑頭全部采用硬質(zhì)合金雙面刃銑刀（2把）以及具有可微調(diào)功能的隔套進(jìn)行雙面同時(shí)加工，并確保21.8以及17.52處厚度符合標(biāo)準(zhǔn)。③厚度為18.7處、角度為3°53′的短彎臂通過懸臂刀桿加裝三面刃對(duì)內(nèi)壁進(jìn)行銑削，同時(shí)采用端面銑刀對(duì)外壁進(jìn)行銑削，從而盡量規(guī)避該部位刀桿以及雙刀受力復(fù)雜的負(fù)面影響。4）利用φ70H7孔、φ12.2H7孔以及軸承檔內(nèi)止口進(jìn)行定位，鉆削所有底孔，同時(shí)做好有關(guān)擴(kuò)孔、攻絲以及錐孔精鉸工作，錐孔操作時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確控制軸向深度，保證精鉸余量足夠均勻且控制在0.050um之內(nèi)，從而保證錐孔具有理想的表面質(zhì)量以及規(guī)格穩(wěn)定性[3]。

4結(jié)果驗(yàn)證及結(jié)論

通過對(duì)差壓鑄造模擬仿真，獲得了澆注過程中溫度場(chǎng)、流場(chǎng)和澆注各分階段時(shí)間及凝固過程，預(yù)測(cè)出了兩處潛在的縮孔缺陷，針對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，造成缺陷的主要原因在于鑄件凝固過程中補(bǔ)縮通道窄，補(bǔ)縮不及時(shí)導(dǎo)致出現(xiàn)縮孔。對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，增加鑄件壁厚，增大補(bǔ)縮通道，再次進(jìn)行鑄造過程模擬，發(fā)現(xiàn)缺陷得到改善。

利用模擬得到的初版工藝參數(shù)，并在產(chǎn)品試制過程中逐漸進(jìn)行完善，對(duì)生產(chǎn)的鑄件進(jìn)行X光探傷分析，結(jié)果顯示鑄件內(nèi)部質(zhì)量良好，未出現(xiàn)大量的縮孔、縮松及其他缺陷，此次對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的優(yōu)化得到了顯著的效果，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，從而使降低了車輛在行駛過程中由于外力沖擊引起的交通事故，大大提高了車輛的安全性和舒適性。

5結(jié)束語

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)產(chǎn)品，在工藝安排和加工操作上，都不難。但是，工件在數(shù)控車床、立式鉆床、鏜銑加工中心上的安裝難，為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了三套夾具，即一套數(shù)控車削夾具，兩套鉆床及加工中心夾具。再配制科學(xué)合理的加工工藝，保證了產(chǎn)品的加工精度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低對(duì)工人技術(shù)等級(jí)的要求，使生產(chǎn)順利進(jìn)行。

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