王雪松

中信戴卡股份有限公司，中國(guó)·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(dòng)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(dòng)前減震器及轉(zhuǎn)向拉桿等多個(gè)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(duì)精度的要求較高，加工難度較大，論文主要針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探究，指出了汽車轉(zhuǎn)向節(jié)機(jī)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(duì)于汽車行駛方向的靈敏傳遞和汽車平穩(wěn)安全的前進(jìn)有著十分關(guān)鍵的作用。轉(zhuǎn)向節(jié)在汽車行駛的過(guò)程中，會(huì)受到不斷變化的沖擊載荷的干擾，因此，對(duì)于轉(zhuǎn)向節(jié)的機(jī)械性能和力學(xué)性能提出了更高的要求。當(dāng)前常見(jiàn)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(jìn)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(gè)空間部件，機(jī)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(yùn)作，因此，需要加強(qiáng)對(duì)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(guò)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(duì)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(jī)加工工藝來(lái)說(shuō)又可以分為法蘭盤、桿部、叉部這三個(gè)部分的加工[1]。

針對(duì)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(jì)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(dòng)盤連接發(fā)揮制動(dòng)作用。針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向節(jié)的功能設(shè)計(jì)和應(yīng)用對(duì)于汽車的安全行駛有著關(guān)鍵作用，因此對(duì)于轉(zhuǎn)向節(jié)設(shè)計(jì)的技術(shù)要求也相對(duì)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(jìn)行工藝優(yōu)化，加強(qiáng)對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和制造環(huán)節(jié)的升級(jí)，保證生產(chǎn)出來(lái)的汽車轉(zhuǎn)向節(jié)能夠具有良好的應(yīng)用價(jià)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(jìn)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(dòng)化技術(shù)逐漸應(yīng)用于汽車轉(zhuǎn)向節(jié)加工過(guò)程中來(lái)。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(jìn)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(xiǎn)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(diǎn)，加工工藝比較復(fù)雜，加工內(nèi)容也相對(duì)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(guó)絕大多數(shù)車場(chǎng)針對(duì)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(duì)人力物力有著較高的要求。生產(chǎn)過(guò)程中能量損耗嚴(yán)重，物流運(yùn)轉(zhuǎn)復(fù)雜，設(shè)備占地面積也比較大，維護(hù)成本較高，同時(shí)也難以保證產(chǎn)品加工的精度和質(zhì)量[3]。當(dāng)前其他國(guó)家普遍采取自動(dòng)化的形式進(jìn)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(qiáng)對(duì)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(dòng)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(duì)轉(zhuǎn)向節(jié)加工工序多、生產(chǎn)流程長(zhǎng)和加工精度和測(cè)量精度要求高的特征，可以結(jié)合計(jì)算機(jī)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(tái)，構(gòu)建設(shè)備互聯(lián)互通網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全過(guò)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(qiáng)對(duì)全過(guò)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(wèn)題和弊端，實(shí)現(xiàn)高自動(dòng)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(shì)，集合應(yīng)用高負(fù)荷刀具、多主軸機(jī)床設(shè)備和五軸轉(zhuǎn)臺(tái)等相關(guān)設(shè)備可以實(shí)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(jī)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(shí)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(duì)于鍛件加工和鑄鐵加工來(lái)說(shuō)，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(tái)，盡可能的減少在生產(chǎn)過(guò)程中上下件時(shí)間對(duì)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(tái)上，也可以適當(dāng)增加兩個(gè)旋轉(zhuǎn)軸，實(shí)現(xiàn)多方位傳位，解決多空間方位加工的問(wèn)題。對(duì)于設(shè)備本身來(lái)說(shuō)，還需要不斷優(yōu)化設(shè)備的加工效率，通過(guò)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(guò)程中會(huì)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(shí)，有效提高加工效率，充分利用空間和時(shí)間[6]。

4.2 轉(zhuǎn)向節(jié)加工的數(shù)控工藝方法

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和中國(guó)勞動(dòng)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(wú)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(guò)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(guó)家全自動(dòng)生產(chǎn)線，包括刀具系統(tǒng)、機(jī)器人系統(tǒng)、設(shè)備系統(tǒng)、在線檢測(cè)系統(tǒng)和夾具系統(tǒng)，能夠直接取代人力勞動(dòng)。但是這種生產(chǎn)線運(yùn)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(guó)公司引入其他國(guó)家先進(jìn)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(wú)人化和少人化的加工生產(chǎn)線引進(jìn)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(duì)來(lái)說(shuō)這些方法的一次性投資金額十分高，而且后期維護(hù)成本也較高，對(duì)于中小型企業(yè)來(lái)說(shuō)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(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)化生產(chǎn)，在生產(chǎn)過(guò)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(hào)下工單管理的形式對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)全過(guò)程的信息進(jìn)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(tái)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(dú)立的中央處理器和內(nèi)存，可以縮短串口線路，增強(qiáng)串口通信的穩(wěn)定性和安全性，減少數(shù)據(jù)的損耗。通過(guò)智能終端的連接也可以避免病毒對(duì)生產(chǎn)線的影響，極大地提升計(jì)算機(jī)服務(wù)器的并行處理效率，使得計(jì)算機(jī)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(guò)DNC 采集軟件和智能終端的有效配合，針對(duì)數(shù)控機(jī)床直接采集加工信息，而且在這個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中，一個(gè)智能終端的故障并不會(huì)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(chǎng)結(jié)合接口形式和機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的不同，采取針對(duì)性的措施進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，主要包括串口機(jī)床采集及網(wǎng)卡機(jī)床采集兩種形式，網(wǎng)絡(luò)的DNC 系統(tǒng)高級(jí)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(gè)機(jī)場(chǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)機(jī)床實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和生產(chǎn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)。另外，網(wǎng)絡(luò)DNC 系統(tǒng)也包括統(tǒng)計(jì)分析模塊功能，可以將設(shè)備工作負(fù)荷和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)的匯總分析，為工作人員提供設(shè)備運(yùn)行效率及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的詳細(xì)報(bào)表，便于工作人員及時(shí)進(jìn)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(qiáng)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(guò)程中承受交變載荷和剎車時(shí)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(qiáng)度上的需要，目前中國(guó)大多數(shù)轉(zhuǎn)向節(jié)采用球鐵鑄造成形，無(wú)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(guó)外針對(duì)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(jí)，對(duì)于性能達(dá)到400MPa 的鑄件報(bào)道較少。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，汽車轉(zhuǎn)向作為汽車生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵部件，對(duì)于汽車的穩(wěn)定運(yùn)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(duì)性的措施進(jìn)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(shí)現(xiàn)設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控運(yùn)行，促進(jìn)汽車轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)活動(dòng)的持續(xù)開展。