汽车转向节的机械加工技术及其发展

刘博文 吴迪

摘要：随着社会经济的发展，我国的机械加工技术有了很大进展。本文首先对传统的转向节加工工艺方法进行了分析，认为其存在加工效率低、耗能高和加工精度不稳定等方面的不足。考虑转向节结构复杂、加工生产流程长、加工工序多、物料转运复杂、加工精度高、测量要求高的特点，提出转向节的智能化加工，即将MES系统及与ERP、PLM系统的集成运用到转向节的加工是今后的发展趋势。

关键词：转向节;传统加工工艺;智能化加工;MES系统;ERP;PLM系统

引言

热处理加工是机械装备及其零部件制造过程中一项重要工序，像齿轮、轴承、叶片等重要的机械零件和工模具都要经过热处理，做好热处理加工对于充分发挥金属材料的性能潜力，提高产品的内在质量，节约材料，减少能耗，延长产品的使用寿命，提高经济效益都具有十分重要的意义。改革开发后，伴随着国内机械、汽车等行业的快速发展，热处理加工服务行业也得到了迅猛的发展，气氛炉、真空炉等先进热处理装备也得到了广泛使用，但也存在着加工企业数量众多、规模小、装备落后，热处理工艺管理仍主要依赖人员经验，工艺开发能力差，检测手段缺乏，员工总体素质不高，劳动生产率低和质量管理体系不规范等问题。与欧美日等发达国家和地区相比，我国在劳动生产率、能源利用率、产品质量分散度、环境保护和安全管理、热处理技术人员、开发创新能力等环节还有很大的差距。

1转向节的结构特点与加工要求

转向节的形状较为复杂，集中了轴、套、盘环、叉架等零件的结构特点，其主要由支承轴颈、法兰盘、叉架等部分构成。支承轴颈呈阶梯结构，其结构特点是由同轴的外圆柱面、圆锥面、螺纹面，以及与轴心线垂直的軸肩、过渡圆角和端面组成的回转体;法兰盘包括法兰面、均布的连接螺栓通孔和转向限位的螺纹孔;叉架是由转向节的上、下耳和法兰面构成的叉架形体。从机加工艺来讲，转向节分为杆部、法兰盘和叉部这个部分的加工。（1）杆部：以中心孔为定位基准，加工方式以车削和磨削为主，其中磨削加工是关键。（2）法兰盘：制动器安装孔的加工是最主要的，要确保其位置度，还要兼顾其加工效率。（3）叉部：是转向节加工的难点，采用“一面两销”的定位方式，主要是确保上下主销孔的同轴度，以及主销孔与内端面的垂直度，是整个加工工艺的投资重点以及设备选型的关键，大部分转向节在此部位还有横拉杆装配用的锥孔，这更增加了叉部加工难度，锥孔加工是许多厂家难以保证百分之百合格的项目，转向节的早期失效就从这里开始。（4）主销孔衬套压装后的加工，有的压装后不要求加工，有的则要求加工。但是从装配角度来看，压装后加工更有利于装配，否则会影响转向性能的灵活性。

2热处理加工产业能源利用及环保措施现状

热处理加工行业是能耗大户，欧美日等国家地区由于先进设备、严格的工艺制度及健全的能源管理措施的综合使用，20世纪70年代末欧洲热处理单位能耗已达到500kW·h/t以下，日本达到400kW·h/t左右。我国同期的热处理能耗是1200～1300kW·h/t，专业化调整后的90年代，平均单位能耗下降到1000kW·h/t，专业热处理厂达到800kW·h/t。到“十二五”末期我国热处理平均单位能耗降到约500kW·h/t，但仍高于工业发达国家30%以上。目前国内不少小规模热处理加工企业未采用可控气氛和真空热处理等为代表的先进环保装备，主要使用传统落后设备，不可避免地会产生排放等污染，如盐浴热处理废渣、清洗含油废水及有机溶剂、开放淬火油烟、未屏蔽的加热感应辐射及各类噪声超标等。我国的热处理企业，真空清洗、超声波清洗、烟气处理设备的普及率不到1%，烟气排放和处理设施尚不完善，致使大量温室和有害气体（CO2、SOX、NOX）直接向大气排放。

3转向节的智能化加工

针对转向节加工生产流程长、加工工序多、物料转运复杂、加工精度高、测量要求高的特点，搭建了具有鲜明行业特点的面向转向节精密加工的MES系统平台，在设备互联互通的基础上，实现全过程的质量数据、生产数据、物料数据、人员操作数据、设备数据的采集，建立生产全过程质量追踪，以主成型机为核心，前端工艺拉动生产，后端工艺推动生产，减少中间在制品积压，提高生产效率。转向节智能机加工生产线的一种方式是由数控加工中心、机器人、机内在线测量仪、自动液压夹具构成，全线无人自动化生产。转向节智能机加工生产线的另一种方式是以多主轴加工中心为主体，配备机加转运机器人。这2种生产线都和企业ERP系统、PLM系统、MES系统等有机结合，配置了以在线检测、质量追溯、设备工具物耗数据、能耗数据、自动排程为核心的MES系统。实现计划排产、上线激光刻码、扫描、刀具破损检测、在线检测及产品质量追溯、质量分析、刀具破损及寿命预警、设备能效监控、设备运行状况及故障反馈查询、报工、生产信息可视化等诸多功能。根据在线检测得到的转向节几何参数，自动调整加工工艺参数，实现智能化加工。整个加工过程是伴随着物料转移进行工单转移的一个过程。物料流转和工单流转是MES系统的2条主线，质量信息、能源信息、设备信息绑定在工单上，产品生产全过程信息以批次号下管理工单的形式进行聚合，辅助以ANDON系统、指挥中心、看板管理等功能，建设具有鲜明锻压特色的MES系统。智能终端内部具有独立的CPU和内存，有以太网络的RJ45接口和一个或多个RS232接口。其特点及优势为：（1）真正做到将串口线路缩短到最短，增强了串口通信的稳定性。（2）计算机服务器的并行处理能力大大提高，系统安全、稳定。（3）通过智能终端的方式连接，可以有效地避免病毒对机床的入侵。（4）后期可以通过智能终端和DNC采集软件的配合，针对支持宏B的数控机床直接实现快速机床加工信息采集。（5）一个智能终端出现故障不会影响到其他设备。另外，在维修方面也更加方便快捷，不用担心多串口服务器的方式下出现“一口损坏，整台更换”的尴尬局面。在车间现场根据机床数控系统和接口形式不同，采用不同的方式完成数据收集，总体分为网卡机床采集和串口机床采集，对于串口机床分为支持宏B自动反馈的和不支持宏B自动反馈2种。网络DNC系统高级采集模块功能提供企业部门树和车间布局图的展示，在车间布局图上用户可直观看到各机床运行状态，并可方便查询单台设备的详细运行状态。另通过高级采集模块可将各类采集方式采集到的生产管理需要的数据写入数据库。

结束语

综上所述，传统的转向节加工方式存在着加工效率低、耗能高和加工精度不稳定等诸多缺点，已经不适应可持续发展的要求，基于MES系统及与ERP、PLM系统集成的转向节智能机加工生产线，能够实现计划排产、刀具破损检测、在线检测及产品质量追溯、质量分析、设备运行监控、生产信息可视化等诸多功能，将是国内外转向节生产企业的必然选择。

参考文献

[1]朱文峰，李旗号，汪韶杰.汽车转向节钻孔夹具结构设计[J].汽车零部件，2013（8）：73-74.

[2]李环宇.汽车转向节锻造方式对加工工艺性的影响[J].金属加工（热加工），2013（7）：50-52.

[3]刘国伟.一种重型商用车转向节机加工工艺路线制定[J].锻造与冲压，2018.

[4]张冬梅，刘敬平.汽车转向节高韧性球墨铸铁件的试验研究[J].热加工工艺，2014，43（5）：44-49.