汽车转向节位置度综合检具的设计方法

陈相川 于向臣

【摘 要】以一种复杂程度达S4的转向节为研究对象，提出将传统的水平开式预锻和开式大飞边终锻改变为半闭式小飞边预锻成形和半闭式小飞边终锻成形的精锻工艺新方案。本文以一种复杂程度达S4的转向节为研究对象，提出将传统的水平开式预锻和开式大飞边终锻改变为半闭式小飞边预锻成形和半闭式小飞边终锻成形的精锻工艺新方案。

【关键词】汽车转向节；位置度；综合检具

引言

转向节属于经常更换的零部件，所以市场需求量比较大。同时由于转向节铸件结构复杂，壁厚变化比较大，热节多且分散，可以说是汽车控制系统中最为复杂的零件。现有汽车球铁转向节生产，基本都采用生产线大批量生产，这也给该零件的铸造工艺带来了很大的挑战。

1、汽车转向节概述

由于转向节在汽车悬架系统中关键性的作用和功能，使得其结构非常复杂为了能够与众多连接件顺利安装，转向节上的各个孔都必须保证非常高的加工精度和位置度。目前，转向节各孔的位置度一般是通过三坐标测量机进行检测，虽然检测精度高，但是效率非常低，无法满足批量生产的检测要求。因此，在批量生产过程中，急需一种位置度综合检具来提高检测效率。使用位置度综合检具是控制产品质量的一种快速有效的检测手段。

2、预锻件优化设计

预锻件的设计原则及目的是将制坯工件进行模锻成形，使之成为与终锻件轮廓相似的结构，并对于急剧变化及形状复杂部分进行简化和光滑处理，形成的中间毛坯即预锻件。它是对形状简单的制坯工件在终锻前进行的一次合理的金属分配，便于终锻成形顺利，得到合格的锻件。同时，预锻结构设计可减小模锻成形力，降低终锻模膛负荷；减小摩擦磨损，提高终锻模使用寿命。基于此，针对A161盘式转向节的结构特点及正反复合挤压的变形特点，对该转向节预锻件提出的设计方法如下。

对于杆部采用正挤成形，可设计成两种形式：（1）使杆部直径较终锻件杆部相应的直径略小，长度根据体积基本相等的条件较终锻件杆部相应的长度加长，终锻时杆部为镦粗成形，考虑到镦粗成形时杆部自其与法兰连接处开始至杆部顶端，成形力能由上而下逐步衰减，容易出现末端不能完全充满的现象，因此，这种形式较适合于平均长径比较小的杆部的成形；（2）使杆部直径较终锻件杆部相应直径略大，长度根据体积基本相等的条件而缩短，终锻时杆部被进一步地挤压成形，这种成形方式较适合于杆部平均长径比大的转向节。

对于前臂部分采用反挤成形；两个前臂的高度取终锻件对应前臂高度的65%～75%，自顶部至底部设计成斜角较小的斜面，且底部与法兰盘上表面采用圆角过渡，以便于终锻时进一步反挤成形。考虑到成形速度的快慢对反挤时金属惯性流动的影响，当采用的模锻设备成形速度快时，取较小的高度；当采用的模锻设备成形速度慢时，取较大的高度。

对于法兰部分采用镦粗成形，将水平投影的外轮廓设计成与终锻件法兰水平投影的外轮廓相似而略微减小的结构，以便终锻时顺利放入终锻凹模。上表面与底面上的较高凸台和较深的凹坑均设计成较大圆角的光滑轮廓，而高度小的凸台和浅的凹坑均设计成平面。这样，法兰部分的水平投影面积缩小而高度增加，终锻时仍以镦粗的方式成形。

3、综合检具的设计

综合检具的设计流程：首先，确定检具的基准，并以此建立检具坐标系；其次，确定测量部分的型式，并对相关尺寸进行设计计算；最后，对检具图纸进行结构设计并标注。以下对设计流程中的关键步骤进行详细分析。

3.1、检具基准的确定

检具的基准要与工件GD&T图纸中的基准保持一致，这样才能满足其位置精度高的检测要求。因此，必须在检具上完全模拟出GD&T图纸中的所有基准。被测要素的基准为A、B和C，且B和C两个中心要素基准都遵循独立原则，所以检具的基准如图1所示。检具的A基准为定位块7的上端面，尺寸要大于工件的A基准尺寸。检具的B基准采用钢球涨紧的型式。具体实现形式为：旋紧螺母1，在上压块3和下压块6的作用下，保持架4上圆周方向均布的若干钢球5会将工件B基准孔涨紧。检具C基准用布置在底板8上的导向套10和削边锥销9共同作用实现。为消除B基准和C基准的中心距误差，将削边锥销9设计成削边的形状，且與导向套10配合后方向固定；同时将其与工件C基准孔实际配合的部分做成锥形，消除配合间隙。

3.2、锥孔位置度检测装置的设计

对于锥孔位置度的测量，GB/T8069-1998《功能量规》中并没有相关尺寸的计算公式，所以无法直接对其进行检测。实际测量时，需要将被测要素进行转使用时，锥棒2与工件的锥孔紧密配合，螺纹柱3和螺母4使工装固定在工件被测锥孔中，通过此工装，将锥孔位置度的测量转换成了对测量柱5位置度的测量。设计时，先确定检测测量柱5位置度的检测套的尺寸和公差，例如取15+0.01mm0，然后依据《功能量规》中的相应公式计算测量柱5的尺寸。

3.3、检具图纸的标注检

具图纸的标注方式要与工件GD&T图纸的设计原则保持一致，在所建立的检具坐标系下，对各个孔的导向套轴线的位置进行标注。由于检具上各导向套轴线的理论位置与工件上各孔轴线的理论位置同轴，所以将工件各孔轴线的位置尺寸作为导向套轴线的理论尺寸，以此确定检具上各个导向套轴线的理论位置。

4、检具精度的检测方法

检具精度的检测是利用三坐标测量机，对检具测量部分的实际位置度进行检测。对于具体的检测方法，至今没有统一的标准。常规方法是对检测销的测量部位进行检测，由于检测销导向部位与导向套之间存在间隙，所以这种方式测得的位置度数值并不准确。在此，提出一种简单合理的精度检测方法：在导向套上取两个节圆，首先判断导向套实际轴线的位置度是否合格；如果合格，再利用三坐标测量机继续将测得的实际轴线向被测工件孔的方向延伸，判断在工件被测孔轴线长度范围内，延伸后的轴线位置度是否合格，以此来判断检具测量要素的位置度是否合格。此方法完全消除了检测销导向部位与导向套之间的间隙对位置度测量产生的影响，能够将检测过程中的误差降到最小。

5、检具精度的实验验证

检具的使用方法：首先，将转向节工件安装到检具上，使A、B和C三个基准与检具上的基准相对应，并将其压紧；然后，将检具上的各个检测销（测量要素），依次插入转向节各个孔（被测要素）中，如果所有检测销能够全部插入，可判定工件合格，如果某一检测销无法通过，说明此孔的位置度不合格。以51.18±0.05mm孔为例，对此孔的检具位置精度进行实验验证，具体实验过程如下：先用三坐标测量机对此孔的位置度进行实际测量；然后选取位置度在0.25mm之间的合格工件10件，选取位置度在0.25mm至0.3mm之间的不合格工件10件，分别进行标记；最后，由两名检测人员两次测量所有零件。

结束语

对前转向节综合检具的设计过程进行了分析，给出了位置度综合检具的设计方法，同时，提出了一种对于检具精度检测的新方法，该方法对于类似型式的检具位置精度检测具有借鉴意义。实验研究表明，采用此方法所设计的检具位置精度能够满足检测要求。

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（作者单位：精诚工科汽车系统有限公司底盘研究院）