汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工的關(guān)鍵技術(shù)研究

王雪松

中信戴卡股份有限公司，中國·河北 秦皇島 066011

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是底盤系統(tǒng)的關(guān)鍵組件，起到支撐車身重量、承載制動力矩和轉(zhuǎn)向力矩的重要作用。汽車轉(zhuǎn)向節(jié)連接有汽車制動前減震器及轉(zhuǎn)向拉桿等多個空間部件，在汽車功能的發(fā)揮方面有至關(guān)重要的作用。汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工對精度的要求較高，加工難度較大，論文主要針對汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工的關(guān)鍵技術(shù)進行探究，指出了汽車轉(zhuǎn)向節(jié)機械加工的相關(guān)策略，并探究專用液壓夾具技術(shù)和數(shù)控技術(shù)在汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工中的應(yīng)用。

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)；關(guān)鍵技術(shù)；探究

1 引言

轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向節(jié)最為關(guān)鍵的組件之一，對于汽車行駛方向的靈敏傳遞和汽車平穩(wěn)安全的前進有著十分關(guān)鍵的作用。轉(zhuǎn)向節(jié)在汽車行駛的過程中，會受到不斷變化的沖擊載荷的干擾，因此，對于轉(zhuǎn)向節(jié)的機械性能和力學(xué)性能提出了更高的要求。當(dāng)前常見的轉(zhuǎn)向節(jié)主要包括分體式轉(zhuǎn)向節(jié)、整體式轉(zhuǎn)向節(jié)兩種，分體式轉(zhuǎn)向節(jié)主要應(yīng)用于轎車，整體式轉(zhuǎn)向節(jié)主要應(yīng)用于貨車，下面主要結(jié)合汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工的關(guān)鍵技術(shù)進行深入探討。

2 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)概述

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)又被稱為羊角，汽車轉(zhuǎn)向節(jié)是底盤系統(tǒng)最關(guān)鍵的安全件之一，連接汽車多個空間部件，機械性能要求高，尺寸精度和位置精度也有一定的要求。汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工質(zhì)量直接關(guān)系著汽車是否能夠正常穩(wěn)定的運作，因此，需要加強對汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工關(guān)鍵技術(shù)的研究，明確汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工過程中存在的主要影響因素，并采取有效措施保證汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工可以順利穩(wěn)定的開展。轉(zhuǎn)向節(jié)的形狀相對比較復(fù)雜，包括套、軸、叉架等零件的結(jié)構(gòu)特征，汽車轉(zhuǎn)向節(jié)主要由法蘭盤、支承軸徑和叉架等部分構(gòu)成，支承軸頸由同軸的圓錐面、外圓柱面和螺紋面組成，叉架由轉(zhuǎn)向節(jié)的上耳、下耳和法蘭面構(gòu)成。法蘭盤包括連接螺栓通孔、法蘭面和轉(zhuǎn)向限位的螺紋孔，轉(zhuǎn)向節(jié)從機加工工藝來說又可以分為法蘭盤、桿部、叉部這三個部分的加工[1]。

針對轉(zhuǎn)向節(jié)加工的技術(shù)要求包括表面粗糙度要求高、位置尺寸高和集合精度高的特征，轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計的主要功能包括連接輪轂單元車輪裝置，水平方向連接轉(zhuǎn)向拉桿裝置，上下方向連接球銷裝置和減震器裝置。水平方向的轉(zhuǎn)向節(jié)也承擔(dān)著輪轂和車身的載荷，可以與制動盤連接發(fā)揮制動作用。針對汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的功能設(shè)計和應(yīng)用對于汽車的安全行駛有著關(guān)鍵作用，因此對于轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計的技術(shù)要求也相對較高，需要在汽車研發(fā)階段便充分考慮汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的各種失效模式，采取有效措施進行工藝優(yōu)化，加強對生產(chǎn)環(huán)節(jié)和制造環(huán)節(jié)的升級，保證生產(chǎn)出來的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)能夠具有良好的應(yīng)用價值。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和現(xiàn)代工業(yè)的持續(xù)進步，傳統(tǒng)的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工技術(shù)和工藝逐漸被淘汰，數(shù)字化的加工技術(shù)方法和自動化技術(shù)逐漸應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工過程中來。數(shù)控車床工藝的應(yīng)用使得汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工的精度得到了進一步提升，廢品率也大大下降，減少了人力資源的消耗，可以有效保障汽車的安全正常行駛，避免危險事故的發(fā)生[2]。

3 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)傳統(tǒng)加工工藝

汽車轉(zhuǎn)向節(jié)具有特殊的結(jié)構(gòu)特點，加工工藝比較復(fù)雜，加工內(nèi)容也相對較多，汽車轉(zhuǎn)向節(jié)在轉(zhuǎn)向橋上的應(yīng)用決定了轉(zhuǎn)向節(jié)需要具備良好的幾何精度、尺寸精度和表面精度的特征。當(dāng)前中國絕大多數(shù)車場針對汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的加工依然采取傳統(tǒng)的工藝，統(tǒng)稱為分散加工工藝，這種加工工藝占地面積大，對人力物力有著較高的要求。生產(chǎn)過程中能量損耗嚴重，物流運轉(zhuǎn)復(fù)雜，設(shè)備占地面積也比較大，維護成本較高，同時也難以保證產(chǎn)品加工的精度和質(zhì)量[3]。當(dāng)前其他國家普遍采取自動化的形式進行汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的加工，極大地解放了人力，生產(chǎn)效率高，而且可以減少傳統(tǒng)加工方式由人為因素所導(dǎo)致的廢品，提高汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工的成功率。因此，需要加強對汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工關(guān)鍵技術(shù)的研究，優(yōu)化汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工工藝和加工方式，采取自動化產(chǎn)線加工形式，提高汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。針對轉(zhuǎn)向節(jié)加工工序多、生產(chǎn)流程長和加工精度和測量精度要求高的特征，可以結(jié)合計算機技術(shù)和現(xiàn)代智能技術(shù)，建設(shè)轉(zhuǎn)向節(jié)精密加工的互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)平臺，構(gòu)建設(shè)備互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全過程生產(chǎn)數(shù)據(jù)、質(zhì)量數(shù)據(jù)、人員操作和物料數(shù)據(jù)的采集，加強對全過程生產(chǎn)質(zhì)量的追蹤和管理，優(yōu)化生產(chǎn)線，提高生產(chǎn)質(zhì)量[4]。

4 汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 合理選擇汽車轉(zhuǎn)向節(jié)工藝方法

為了解決以往工藝分散方法存在的問題和弊端，實現(xiàn)高自動化和高效率的生產(chǎn)已經(jīng)成為當(dāng)前汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工行業(yè)的重要趨勢，集合應(yīng)用高負荷刀具、多主軸機床設(shè)備和五軸轉(zhuǎn)臺等相關(guān)設(shè)備可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向節(jié)高效安全多空間方位的加工，提高轉(zhuǎn)向節(jié)的生產(chǎn)效率。轉(zhuǎn)向節(jié)機加工工藝所涉及到的主要要素包括刀具設(shè)備、夾具和軟件控制系統(tǒng)，這些影響因素是相互支撐和相互聯(lián)系的。相關(guān)工程人員需要結(jié)合汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工生產(chǎn)工藝的實際要求，綜合考慮影響因素，確定科學(xué)的工藝路線。為了能夠適應(yīng)高質(zhì)量、高效率及高穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)向節(jié)部件生產(chǎn)要求，所采用的設(shè)備需要能夠滿足適應(yīng)大功率、大轉(zhuǎn)距、熱穩(wěn)定性的要求，對于鍛件加工和鑄鐵加工來說，要求設(shè)備的主軸功率不低于三十千瓦，可以在臥式加工中心配裝光柵尺的閉環(huán)系統(tǒng)，以保證汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的加工精度[5]。其次，需要使用雙交換數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺，盡可能的減少在生產(chǎn)過程中上下件時間對于轉(zhuǎn)向節(jié)加工的影響，提高設(shè)備使用效率。在數(shù)控交換平臺上，也可以適當(dāng)增加兩個旋轉(zhuǎn)軸，實現(xiàn)多方位傳位，解決多空間方位加工的問題。對于設(shè)備本身來說，還需要不斷優(yōu)化設(shè)備的加工效率，通過設(shè)備的良好應(yīng)用減少人力資源的消耗。當(dāng)前綜合汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工柔性和效率的較佳選擇是多主軸設(shè)備的方案，多軸設(shè)備一般包括三根左右同樣的主軸，加工過程中會在主軸上配備同樣數(shù)量的刀具和夾具。這樣可以在節(jié)約加工空間的同時，有效提高加工效率，充分利用空間和時間[6]。

4.2 轉(zhuǎn)向節(jié)加工的數(shù)控工藝方法

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展和中國勞動力成本的逐年上升，汽車轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)公司，開始引入無人化和少人化的加工生產(chǎn)線，以減少汽車轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)過程中人力資源的消耗和人力成本，提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。目前汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工生產(chǎn)線引入的主要方式包括兩種，一種是引入整套其他國家全自動生產(chǎn)線，包括刀具系統(tǒng)、機器人系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)、在線檢測系統(tǒng)和夾具系統(tǒng)，能夠直接取代人力勞動。但是這種生產(chǎn)線運行方式工序較多，采取的仍然是工序分散的加工方案，成本較高。還有一種是中國公司引入其他國家先進的多主軸綜合加工中心系統(tǒng)，應(yīng)用高度集成的加工方案。這兩種無人化和少人化的加工生產(chǎn)線引進方法都可以大幅度提升汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)效率，但是相對來說這些方法的一次性投資金額十分高，而且后期維護成本也較高，對于中小型企業(yè)來說難度較大。

在加工生產(chǎn)線中引入數(shù)控加工中心和智能終端，實現(xiàn)無人自動化生產(chǎn)，在生產(chǎn)過程中可以將能源信息、質(zhì)量信息及設(shè)備信息在工單上綁定，以批次號下工單管理的形式對產(chǎn)品生產(chǎn)全過程的信息進行整合，輔助以指揮中心、看板管理等相關(guān)功能，建設(shè)具有鮮明生產(chǎn)特色的平臺架構(gòu)系統(tǒng)。在生產(chǎn)線中引入的智能終端內(nèi)部有著獨立的中央處理器和內(nèi)存，可以縮短串口線路，增強串口通信的穩(wěn)定性和安全性，減少數(shù)據(jù)的損耗。通過智能終端的連接也可以避免病毒對生產(chǎn)線的影響，極大地提升計算機服務(wù)器的并行處理效率，使得計算機服務(wù)器系統(tǒng)可以更加穩(wěn)定和安全。該系統(tǒng)后既可以通過DNC 采集軟件和智能終端的有效配合，針對數(shù)控機床直接采集加工信息，而且在這個系統(tǒng)當(dāng)中，一個智能終端的故障并不會影響其他設(shè)備的工作，設(shè)備維修方面也更加快捷和方便。在生產(chǎn)現(xiàn)場結(jié)合接口形式和機床數(shù)控系統(tǒng)的不同，采取針對性的措施進行數(shù)據(jù)收集，主要包括串口機床采集及網(wǎng)卡機床采集兩種形式，網(wǎng)絡(luò)的DNC 系統(tǒng)高級采集模塊可以展示企業(yè)車間布局圖，從而能夠直接觀察到各個機場的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行過程中可能存在的問題，實現(xiàn)機床實時狀態(tài)監(jiān)測和生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測。另外，網(wǎng)絡(luò)DNC 系統(tǒng)也包括統(tǒng)計分析模塊功能，可以將設(shè)備工作負荷和設(shè)備運行狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)的匯總分析，為工作人員提供設(shè)備運行效率及設(shè)備運行狀態(tài)的詳細報表，便于工作人員及時進行生產(chǎn)線的調(diào)整和管理。

4.3 鋁合金轉(zhuǎn)向節(jié)數(shù)控工藝

當(dāng)前，隨著汽車輕量化的不斷深入，約占整車質(zhì)量20%左右的汽車底盤零部件輕量化受到了極大的關(guān)注，采用高強度鋁合金替代傳統(tǒng)的鋼鐵是重要的發(fā)展方向。轉(zhuǎn)向節(jié)是汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的重要功能零件，既承載一定的車體質(zhì)量，又在汽車行駛過程中承受交變載荷和剎車時的力矩，是確保汽車安全行駛的重要安保零件之一。為了滿足強度上的需要，目前中國大多數(shù)轉(zhuǎn)向節(jié)采用球鐵鑄造成形，無法滿足汽車輕量化的需要。擠壓鑄造是鑄造和模鍛相結(jié)合的一種近凈成形工藝，適合生產(chǎn)高性能鋁合金鑄件。由于合金液是在沖頭較大壓力作用下充型并在壓力下凝固，鑄件力學(xué)性能接近鍛件的水平。目前，中國外針對汽車底盤鋁合金鑄件擠壓鑄造工藝開展了一定的研究工作，并取得了一定的成果，但性能指標(biāo)大部分處于300MPa 級，對于性能達到400MPa 的鑄件報道較少。

5 結(jié)語

綜上所述，汽車轉(zhuǎn)向作為汽車生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵部件，對于汽車的穩(wěn)定運行和安全行駛有著關(guān)鍵作用，汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工具有精度高、流程復(fù)雜和結(jié)構(gòu)異形的特征，原有的轉(zhuǎn)向節(jié)加工方式能耗高，加工效率低，加工精度不穩(wěn)定，影響汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的有序生產(chǎn)。因此，需要結(jié)合轉(zhuǎn)向節(jié)的特征采取針對性的措施進行優(yōu)化和改善，引入智能技術(shù)構(gòu)建集成的轉(zhuǎn)向節(jié)智能加工生產(chǎn)線，實現(xiàn)設(shè)備自動監(jiān)控運行，促進汽車轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)活動的持續(xù)開展。