浅谈汽车转向节臂加工工艺设计

2019-01-16姚志刚王敏

中国设备工程 2019年23期

姚志刚，王敏

（1.中国重汽集团济南桥箱有限公司；2.山东万斯达集团有限公司，山东济南 250000）

在汽车转向系统当中，汽车转向节臂的作用不可忽视。在驾驶汽车的过程中，需要不断地更改驾驶方向。一般情况下，在车辆进行转向时，驾驶员要给转向盘施放转向力矩，此力矩在转向轴、传动轴变大以后，能够传送进转向摇臂，然后再利用转向直拉杆传送到转向节，最后在传送进轮毂，这样车轮就会发生偏转。

1 转向节臂的作用

机械转向系统主要是通过司机的体力来当做转向能源，主要的构成部分有三种，分别是转向操纵机构、转向其以及转向传动机。而转向节臂的两侧依次会和转向直拉杆以及轮毂进行衔接。

在汽车改变方向时，司机给转向盘施放的转向力会在转向轴、转向万向节、转向传动轴中通过转向器增大后的力矩传送进转向摇臂，然后，再通过转向直拉杆传送到稳固在左向节中的转向节臂，这样左转向节与其所承载的左转向轮就会发生偏移。利用转向梯形，让右转向节和其所承载的右转往轮随之同向偏转相应角度。

通过以上内容能够了解到，转向节臂的结构，不但能够将直拉杆与轮毂进行衔接，同时还能够起到转向的作用。

对汽车转向节臂的结构形态并没有统一的要求，型号、用途不一样，那么汽车转向臂通常也会具有不同之处。比如，轿车和重型汽车之间就存在明显的区别。因为轿车在转向过程中，和重型汽车相比，其力矩很小，因此，它的转向节臂承载的力也会很小，所以轿车的转向节臂尺寸、重量都不会超过重型汽车。转向节臂属于铸件，在结构上与传统的叉架类类似，都是由铸造圆角、凸台、凹坑等组成。

2 结构特点

转向臂是叉架类零件的重要组成部分。其主要应用在弯曲的结构联接零件的工作和安装部分，叉架类零件属于铸件，结构形式以凸台、凹坑为主。和轴套类零件进行比较能够发现，各种叉架类零件在结构、形状等方面都存在一定的差异性。通过零件在机器里的作用可以看出，叉架类零件存在各种形态结构，不过很多叉架类零件的重要部分均是由工作、固定和连接这三个部分所构成。

3 结构工艺性特点

金属切削加工工艺能否具有合理性，转向节臂的结构会起到决定性的作用。而除此之外，还要掌握如下的要求：

（1）转向节臂大端面与小端面、转向节臂大端面与转向节臂小端面的衔接形式。

（2）因为该转向节臂要超过210mm 长，所以最好采用卧式铣床来铣大小端面。由于转向臂具有一定的长度，所以在采用立式铣床时，夹具要拥有充足的上下空间。

（3）转向节臂大小端面的偏转度能够达到5°，所以在铣小端面的过程中，最好采用具备5°的专业夹具。

（4）通常会使用40Cr 来当做重型汽车转向节臂的材料。其具有较强的抗腐蚀性，由合金结构钢所构成，此材料通常会被使用到对主要零件的加工中。

4 主要技术要求

（1）大端面的平面度是0.1mm，表面粗糙度值Ra=3.2μm。

（2）螺栓孔Φ18H13 的精度，也就是尺寸公差等级IT13，上偏差0.27mm，下偏差为0mm。

（3）小端面锥孔26H9 的精度，也就是尺寸公差等级IT9，上偏差为0.052mm，下偏差为0mm。

5 表面加工法

通常，零件的加工面主要由螺栓孔、端面等所构成，材料为40Cr-GB3077。而加工的方式为：

（1）铣大端面。主要是利用卧式铣床来进行。由于毛坯尺寸长度超过310mm，因此，使用卧式铣床可以降低定位误差。铣端面通常是根据螺栓孔端面来进行定位。在此过程中，要确保平面度保持在0.1mm，表面粗糙度要控制在Ra=3.2μm。

（2）螺栓孔Φ18+0.27mm。把工件放入夹具里，然后，利用大端面和另外一端的螺栓孔端面来进行定位，并要夹稳。钻Φ18+0.27 的孔，使用钻柄麻花钻，以保证能够满足精度以及让两孔中心线尺寸能够达到112+0.06mm。

（3）铣小端面两端端面。在给大端面和两螺栓孔进行定位时，最好采用5°倾角的专业夹具来夹紧，同时还要确保两端面的尺寸间距要控制在30+0.06mm。

（4）锥孔。使用大端面与螺栓孔进行定位，并要夹紧。同时要确保锥孔锥度的比例能够控制在1:10，大孔处26+0.052mm，粗糙度要控制在Ra=3.2μm。总结起来，具体的表面加工方法为：如果是大端面，表面粗糙度就为3.2R/μm，加工方法为精铣；如果是螺栓孔端面，表面粗糙度就为3.2R/μm，加工方法为精铣；如果是螺栓孔Φ18H13，表面粗糙度就为12,5R/μm，加工方法为钻-扩；如果是小端面两侧面，表面粗糙度就为12.5R/μm；加工方法为粗铣；如果是锥孔，表面粗糙度就为3.2R/μm，钻孔方法为钻-铰。

6 加工工序方案

如果对零件进行大批量生产，那么在给转向臂进行加工时，则最好使用卧式铣床。而且此过程中，要遵照先主后次的理念，加工方法为：

（1）对两螺栓孔端面进行定位，铣大端面；（2）对两端面进行定位，铣螺栓孔端面；（3）对两螺栓孔端面进行定位，钻扩螺栓孔。

7 工艺方法

（1）对于设备的需求。要能够满足高质量的要求，并要确保设备能够安全运行。同时，设备还要能够实现低速转矩、高精准加工，而且还要在加工的过程中确保具有大功率以及充足的刚性。而在对铸件进行加工的过程中，主轴功率要超过28kW，在转速上则要超过1000r/min。最好创建双交换数控旋转工作台，这样就能够清除上下件给节拍所造成的影响，从而便能够提升设备的使用率、节省加工节拍时间；要在双交换工作台中增设旋转轴，以达到全方位转位的效果，同时回转定位精度不要大于5″，这样就能够实现多空间方位加工。从设备的角度来讲，若想实现高效率运转，不只是要限制在单轴加工方面，采用多主轴设备已经成为了提升效率的主要方式。其指的是设备里存在2 ～4 根相同的主轴，在进行加工时要匹配相同数量的夹具，而如果是双工作台，夹具数量要达到主轴数量的两倍。

（2）道具系统要求。道具系统要能够满足高转速的要求，一般的BT 刀柄由于其结构的关系，所以并不符合高速运转中的机床主轴精度，而在加工铸铁铸件的过程中，最好使用大于HSK80 型号的热胀刀柄。若想提升汽车转向节臂加工的效率，则要重视对于复合道具的应用。在进行大批量生产的时候，要认真研究产品的实际情况，在有效的范围内使道具进行复合，这样就可以降低刀具的使用量，同时还能够减短走刀的路径。双盘铣刀主要的作用在于能够一同铣削其中一个厚度的两侧，并可以对多个孔尺寸一起来进行刮铣。对刀具系统要进行刀具损伤检测。而在进行检测期间，要做好转矩监控，主要是利用检查出来的空负荷加工和平时加工期间的转矩所形成的数据差异，来监管刀具的损伤状况。

（3）夹具设计。在进行工艺设计过程中，夹具是非常重要的组成部分，设计效果会很大程度地决定产品的质量，因此一定要得到高度的重视。在对夹具进行设计时，关键还在于如何确立定位点。在对毛坯进行铸造时，因为我国的制造技术有限，无法确保产品的一致性，所以在确立定位点的过程中，要掌握各个位置的情况，尽可能地选在铸锻工艺能够符合位置尺寸要求的部位。此外，工件能否得到紧固，会决定加工过程中会不会发生变形的情况，所以在加工期间要确立加紧点和夹紧力。若想能够合理地控制工件夹紧变形的程度，那么就要让夹紧力和支撑力处在相同的直线中，防止发生夹紧力矩。而要想确保工件加工具有稳固性，那么就要对悬伸部位需不需要加大辅助支撑来做切削力检测，防止在加工期间因为支撑力度不够而发生振动，从而降低加工的效果。而在进行精加工期间，因为切削力不大，所以能够调试液压系统来降低夹紧力，这样一来，就会控制好夹紧变形的情况，从而提升产品的加工精度。