淺談汽車轉(zhuǎn)向節(jié)臂加工工藝設(shè)計(jì)

姚志剛，王敏

（1.中國(guó)重汽集團(tuán)濟(jì)南橋箱有限公司；2.山東萬(wàn)斯達(dá)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250000）

在汽車轉(zhuǎn)向系統(tǒng)當(dāng)中，汽車轉(zhuǎn)向節(jié)臂的作用不可忽視。在駕駛汽車的過程中，需要不斷地更改駕駛方向。一般情況下，在車輛進(jìn)行轉(zhuǎn)向時(shí)，駕駛員要給轉(zhuǎn)向盤施放轉(zhuǎn)向力矩，此力矩在轉(zhuǎn)向軸、傳動(dòng)軸變大以后，能夠傳送進(jìn)轉(zhuǎn)向搖臂，然后再利用轉(zhuǎn)向直拉桿傳送到轉(zhuǎn)向節(jié)，最后在傳送進(jìn)輪轂，這樣車輪就會(huì)發(fā)生偏轉(zhuǎn)。

1 轉(zhuǎn)向節(jié)臂的作用

機(jī)械轉(zhuǎn)向系統(tǒng)主要是通過司機(jī)的體力來當(dāng)做轉(zhuǎn)向能源，主要的構(gòu)成部分有三種，分別是轉(zhuǎn)向操縱機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)向其以及轉(zhuǎn)向傳動(dòng)機(jī)。而轉(zhuǎn)向節(jié)臂的兩側(cè)依次會(huì)和轉(zhuǎn)向直拉桿以及輪轂進(jìn)行銜接。

在汽車改變方向時(shí)，司機(jī)給轉(zhuǎn)向盤施放的轉(zhuǎn)向力會(huì)在轉(zhuǎn)向軸、轉(zhuǎn)向萬(wàn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向傳動(dòng)軸中通過轉(zhuǎn)向器增大后的力矩傳送進(jìn)轉(zhuǎn)向搖臂，然后，再通過轉(zhuǎn)向直拉桿傳送到穩(wěn)固在左向節(jié)中的轉(zhuǎn)向節(jié)臂，這樣左轉(zhuǎn)向節(jié)與其所承載的左轉(zhuǎn)向輪就會(huì)發(fā)生偏移。利用轉(zhuǎn)向梯形，讓右轉(zhuǎn)向節(jié)和其所承載的右轉(zhuǎn)往輪隨之同向偏轉(zhuǎn)相應(yīng)角度。

通過以上內(nèi)容能夠了解到，轉(zhuǎn)向節(jié)臂的結(jié)構(gòu)，不但能夠?qū)⒅崩瓧U與輪轂進(jìn)行銜接，同時(shí)還能夠起到轉(zhuǎn)向的作用。

對(duì)汽車轉(zhuǎn)向節(jié)臂的結(jié)構(gòu)形態(tài)并沒有統(tǒng)一的要求，型號(hào)、用途不一樣，那么汽車轉(zhuǎn)向臂通常也會(huì)具有不同之處。比如，轎車和重型汽車之間就存在明顯的區(qū)別。因?yàn)檗I車在轉(zhuǎn)向過程中，和重型汽車相比，其力矩很小，因此，它的轉(zhuǎn)向節(jié)臂承載的力也會(huì)很小，所以轎車的轉(zhuǎn)向節(jié)臂尺寸、重量都不會(huì)超過重型汽車。轉(zhuǎn)向節(jié)臂屬于鑄件，在結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)的叉架類類似，都是由鑄造圓角、凸臺(tái)、凹坑等組成。

2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

轉(zhuǎn)向臂是叉架類零件的重要組成部分。其主要應(yīng)用在彎曲的結(jié)構(gòu)聯(lián)接零件的工作和安裝部分，叉架類零件屬于鑄件，結(jié)構(gòu)形式以凸臺(tái)、凹坑為主。和軸套類零件進(jìn)行比較能夠發(fā)現(xiàn)，各種叉架類零件在結(jié)構(gòu)、形狀等方面都存在一定的差異性。通過零件在機(jī)器里的作用可以看出，叉架類零件存在各種形態(tài)結(jié)構(gòu)，不過很多叉架類零件的重要部分均是由工作、固定和連接這三個(gè)部分所構(gòu)成。

3 結(jié)構(gòu)工藝性特點(diǎn)

金屬切削加工工藝能否具有合理性，轉(zhuǎn)向節(jié)臂的結(jié)構(gòu)會(huì)起到?jīng)Q定性的作用。而除此之外，還要掌握如下的要求：

（1）轉(zhuǎn)向節(jié)臂大端面與小端面、轉(zhuǎn)向節(jié)臂大端面與轉(zhuǎn)向節(jié)臂小端面的銜接形式。

（2）因?yàn)樵撧D(zhuǎn)向節(jié)臂要超過210mm 長(zhǎng)，所以最好采用臥式銑床來銑大小端面。由于轉(zhuǎn)向臂具有一定的長(zhǎng)度，所以在采用立式銑床時(shí)，夾具要擁有充足的上下空間。

（3）轉(zhuǎn)向節(jié)臂大小端面的偏轉(zhuǎn)度能夠達(dá)到5°，所以在銑小端面的過程中，最好采用具備5°的專業(yè)夾具。

（4）通常會(huì)使用40Cr 來當(dāng)做重型汽車轉(zhuǎn)向節(jié)臂的材料。其具有較強(qiáng)的抗腐蝕性，由合金結(jié)構(gòu)鋼所構(gòu)成，此材料通常會(huì)被使用到對(duì)主要零件的加工中。

4 主要技術(shù)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，也就是尺寸公差等級(jí)IT13，上偏差0.27mm，下偏差為0mm。

（3）小端面錐孔26H9 的精度，也就是尺寸公差等級(jí)IT9，上偏差為0.052mm，下偏差為0mm。

5 表面加工法

通常，零件的加工面主要由螺栓孔、端面等所構(gòu)成，材料為40Cr-GB3077。而加工的方式為：

（1）銑大端面。主要是利用臥式銑床來進(jìn)行。由于毛坯尺寸長(zhǎng)度超過310mm，因此，使用臥式銑床可以降低定位誤差。銑端面通常是根據(jù)螺栓孔端面來進(jìn)行定位。在此過程中，要確保平面度保持在0.1mm，表面粗糙度要控制在Ra=3.2μm。

（2）螺栓孔Φ18+0.27mm。把工件放入夾具里，然后，利用大端面和另外一端的螺栓孔端面來進(jìn)行定位，并要夾穩(wěn)。鉆Φ18+0.27 的孔，使用鉆柄麻花鉆，以保證能夠滿足精度以及讓兩孔中心線尺寸能夠達(dá)到112+0.06mm。

（3）銑小端面兩端端面。在給大端面和兩螺栓孔進(jìn)行定位時(shí)，最好采用5°傾角的專業(yè)夾具來夾緊，同時(shí)還要確保兩端面的尺寸間距要控制在30+0.06mm。

（4）錐孔。使用大端面與螺栓孔進(jìn)行定位，并要夾緊。同時(shí)要確保錐孔錐度的比例能夠控制在1:10，大孔處26+0.052mm，粗糙度要控制在Ra=3.2μm?？偨Y(jié)起來，具體的表面加工方法為：如果是大端面，表面粗糙度就為3.2R/μm，加工方法為精銑；如果是螺栓孔端面，表面粗糙度就為3.2R/μm，加工方法為精銑；如果是螺栓孔Φ18H13，表面粗糙度就為12,5R/μm，加工方法為鉆-擴(kuò)；如果是小端面兩側(cè)面，表面粗糙度就為12.5R/μm；加工方法為粗銑；如果是錐孔，表面粗糙度就為3.2R/μm，鉆孔方法為鉆-鉸。

6 加工工序方案

如果對(duì)零件進(jìn)行大批量生產(chǎn)，那么在給轉(zhuǎn)向臂進(jìn)行加工時(shí)，則最好使用臥式銑床。而且此過程中，要遵照先主后次的理念，加工方法為：

（1）對(duì)兩螺栓孔端面進(jìn)行定位，銑大端面；（2）對(duì)兩端面進(jìn)行定位，銑螺栓孔端面；（3）對(duì)兩螺栓孔端面進(jìn)行定位，鉆擴(kuò)螺栓孔。

7 工藝方法

（1）對(duì)于設(shè)備的需求。要能夠滿足高質(zhì)量的要求，并要確保設(shè)備能夠安全運(yùn)行。同時(shí)，設(shè)備還要能夠?qū)崿F(xiàn)低速轉(zhuǎn)矩、高精準(zhǔn)加工，而且還要在加工的過程中確保具有大功率以及充足的剛性。而在對(duì)鑄件進(jìn)行加工的過程中，主軸功率要超過28kW，在轉(zhuǎn)速上則要超過1000r/min。最好創(chuàng)建雙交換數(shù)控旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)，這樣就能夠清除上下件給節(jié)拍所造成的影響，從而便能夠提升設(shè)備的使用率、節(jié)省加工節(jié)拍時(shí)間；要在雙交換工作臺(tái)中增設(shè)旋轉(zhuǎn)軸，以達(dá)到全方位轉(zhuǎn)位的效果，同時(shí)回轉(zhuǎn)定位精度不要大于5″，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)多空間方位加工。從設(shè)備的角度來講，若想實(shí)現(xiàn)高效率運(yùn)轉(zhuǎn)，不只是要限制在單軸加工方面，采用多主軸設(shè)備已經(jīng)成為了提升效率的主要方式。其指的是設(shè)備里存在2 ～4 根相同的主軸，在進(jìn)行加工時(shí)要匹配相同數(shù)量的夾具，而如果是雙工作臺(tái)，夾具數(shù)量要達(dá)到主軸數(shù)量的兩倍。

（2）道具系統(tǒng)要求。道具系統(tǒng)要能夠滿足高轉(zhuǎn)速的要求，一般的BT 刀柄由于其結(jié)構(gòu)的關(guān)系，所以并不符合高速運(yùn)轉(zhuǎn)中的機(jī)床主軸精度，而在加工鑄鐵鑄件的過程中，最好使用大于HSK80 型號(hào)的熱脹刀柄。若想提升汽車轉(zhuǎn)向節(jié)臂加工的效率，則要重視對(duì)于復(fù)合道具的應(yīng)用。在進(jìn)行大批量生產(chǎn)的時(shí)候，要認(rèn)真研究產(chǎn)品的實(shí)際情況，在有效的范圍內(nèi)使道具進(jìn)行復(fù)合，這樣就可以降低刀具的使用量，同時(shí)還能夠減短走刀的路徑。雙盤銑刀主要的作用在于能夠一同銑削其中一個(gè)厚度的兩側(cè)，并可以對(duì)多個(gè)孔尺寸一起來進(jìn)行刮銑。對(duì)刀具系統(tǒng)要進(jìn)行刀具損傷檢測(cè)。而在進(jìn)行檢測(cè)期間，要做好轉(zhuǎn)矩監(jiān)控，主要是利用檢查出來的空負(fù)荷加工和平時(shí)加工期間的轉(zhuǎn)矩所形成的數(shù)據(jù)差異，來監(jiān)管刀具的損傷狀況。

（3）夾具設(shè)計(jì)。在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)過程中，夾具是非常重要的組成部分，設(shè)計(jì)效果會(huì)很大程度地決定產(chǎn)品的質(zhì)量，因此一定要得到高度的重視。在對(duì)夾具進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，關(guān)鍵還在于如何確立定位點(diǎn)。在對(duì)毛坯進(jìn)行鑄造時(shí)，因?yàn)槲覈?guó)的制造技術(shù)有限，無法確保產(chǎn)品的一致性，所以在確立定位點(diǎn)的過程中，要掌握各個(gè)位置的情況，盡可能地選在鑄鍛工藝能夠符合位置尺寸要求的部位。此外，工件能否得到緊固，會(huì)決定加工過程中會(huì)不會(huì)發(fā)生變形的情況，所以在加工期間要確立加緊點(diǎn)和夾緊力。若想能夠合理地控制工件夾緊變形的程度，那么就要讓夾緊力和支撐力處在相同的直線中，防止發(fā)生夾緊力矩。而要想確保工件加工具有穩(wěn)固性，那么就要對(duì)懸伸部位需不需要加大輔助支撐來做切削力檢測(cè)，防止在加工期間因?yàn)橹瘟Χ炔粔蚨l(fā)生振動(dòng)，從而降低加工的效果。而在進(jìn)行精加工期間，因?yàn)榍邢髁Σ淮?，所以能夠調(diào)試液壓系統(tǒng)來降低夾緊力，這樣一來，就會(huì)控制好夾緊變形的情況，從而提升產(chǎn)品的加工精度。

8 結(jié)語(yǔ)

我們主要是研究了轉(zhuǎn)向節(jié)臂的作用和在具體的使用情況。在工作期間，要設(shè)計(jì)毛坯圖以及零件圖等，同時(shí)還要研究工藝特點(diǎn)，這樣就能夠確立加工工序。此外，還要根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況，來確立加工余量和公差，從而就能夠?qū)D(zhuǎn)向節(jié)臂進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)，這樣一來，便會(huì)在實(shí)際工作中獲得滿意的效果。