現(xiàn)代汽車制造業(yè)中機(jī)械加工技術(shù)的運(yùn)用研究

摘要：目前，國內(nèi)工業(yè)發(fā)展模式不斷持續(xù)創(chuàng)新，尤其是生產(chǎn)方式、經(jīng)營方式和管理方式都進(jìn)入了轉(zhuǎn)型時期，這對我國汽車制造業(yè)的發(fā)展起到了很大的推動作用。雖然大部分的汽車制造企業(yè)在對機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用上已經(jīng)取得了一些成果，但是隨著信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)乃至人工智能技術(shù)的迅速發(fā)展，在對機(jī)械加工技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新應(yīng)用的過程中，汽車制造企業(yè)依然會遇到許多困難，這在很大程度上限制了機(jī)械加工技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展，同時對汽車制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級也產(chǎn)生了不利影響，尤其是在降低成本、提高效益、提升核心競爭力等許多方面都會受到限制。針對這一問題，對如何將切削技術(shù)應(yīng)用到轎車生產(chǎn)中進(jìn)行了較為詳盡的分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械加工技術(shù)；汽車制造；運(yùn)用

中圖分類號：U466 收稿日期：2023-04-12

DOI：10.19999/j.cnki.1004-0226.2023.09.025

1 前言

汽車的生產(chǎn)工藝十分復(fù)雜，對各種作業(yè)技術(shù)都有很高的要求，在汽車生產(chǎn)中運(yùn)用機(jī)械加工技術(shù)，能夠確保各種工藝在汽車生產(chǎn)中都能得到科學(xué)、合理的運(yùn)用，從而提高生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。在汽車制造中運(yùn)用機(jī)器加工技術(shù)，能夠用機(jī)器來取代人工，使制造過程中各種數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和科學(xué)性得到提升，從而提升汽車的性能，推動汽車制造業(yè)的發(fā)展。

2 機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造中的運(yùn)用價值

機(jī)械自動化指的是機(jī)器或設(shè)備通過機(jī)械方式來實(shí)現(xiàn)自動化控制的過程。將機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用到汽車生產(chǎn)中，有著非常重要的意義，尤其是在自動化技術(shù)持續(xù)創(chuàng)新的情況下，它的應(yīng)用表現(xiàn)出了很好的發(fā)展趨勢，對汽車生產(chǎn)產(chǎn)生了很大的影響。因此，在汽車制造業(yè)中，必須要有一個清晰的認(rèn)識，從更高的層次、更廣的范圍來認(rèn)識和把握其應(yīng)用的價值，從而在應(yīng)用中獲得更大的突破。

對機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造中的應(yīng)用價值進(jìn)行了深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)：因?yàn)闄C(jī)械加工技術(shù)的自動化特性，所以將其應(yīng)用到汽車制造中，不僅可以極大地提升汽車制造業(yè)的生產(chǎn)效率，還可以提高經(jīng)濟(jì)效益，使汽車制造業(yè)的生產(chǎn)成本降到最低，所以，許多汽車制造企業(yè)都把機(jī)械加工技術(shù)的應(yīng)用提升到了一個戰(zhàn)略的高度，并且在組織實(shí)施的過程中，使汽車制造的各個領(lǐng)域和各個環(huán)節(jié)都得到了有效的應(yīng)用。

除整車生產(chǎn)外，汽車零部件制造也在使用機(jī)械加工技術(shù)方面取得了新的突破，這極大地推動了機(jī)械加工技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，也為提高汽車制造的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益創(chuàng)造了一個良好的環(huán)境［1］。更重要的是，由于機(jī)械加工技術(shù)是自動化生產(chǎn)的一種，所以它還能夠讓汽車制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)鏈體系變得更完善，并且還能夠在產(chǎn)業(yè)鏈中形成強(qiáng)有力的自動化生產(chǎn)能力，從而讓汽車制造領(lǐng)域的安全性和效能性得到明顯的提高，這對于推動整個汽車制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和技術(shù)改造都有著很強(qiáng)的支撐作用。

隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的不斷深化，將網(wǎng)絡(luò)、信息、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)與機(jī)床技術(shù)相結(jié)合，機(jī)床技術(shù)在汽車制造業(yè)中的應(yīng)用將變得更加創(chuàng)新、更加有戰(zhàn)略意義，這將對推動我國轎車產(chǎn)業(yè)“彎道超車”起到有力的支持作用[2]。

3 機(jī)械加工技術(shù)運(yùn)用的案例分析——以汽車擺臂球銷座機(jī)械加工為例

3.1 球銷座加工工藝

在球銷座的加工過程中，應(yīng)首先選擇基準(zhǔn)面，此時，工作人員應(yīng)盡可能選擇結(jié)束基準(zhǔn)面，如果實(shí)際條件不能滿足，則應(yīng)在正式開始加工之前對其進(jìn)行加工，為下一系列工作的順利進(jìn)行奠定良好基礎(chǔ)，并且可以在加工階段，具體內(nèi)容包括球銷座孔加工、裝配孔加工、裝配曲面加工等。在正常情況下，球銷座的加工分為精加工和粗加工，以更好地實(shí)現(xiàn)球銷和孔之間的有效協(xié)調(diào)，球銷座如圖1所示。

3.2 零件加工分析

傳統(tǒng)的球銷座制造方法為車削，需通過車削、鉆孔、鏜孔、鏜球、錐面、凹槽、倒角、探傷、清潔等工序。毛坯選擇圓鋼裝夾外圓表面，完成內(nèi)孔、內(nèi)球面、內(nèi)錐面、外圓表面、外圓槽的加工。該工藝采用整體切割方式，不僅存在較大的加工余量，造成了材料的浪費(fèi)，提高了制造成本；還存在切割界面時，損傷了原纖維結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致纖維在界面被切割，導(dǎo)致力學(xué)性能下降等問題。

為解決以上問題，本項(xiàng)目擬采用一種“少切削”“無切削”的加工方法，對傳統(tǒng)的加工方法進(jìn)行改造與提升，首先對零件內(nèi)輪廓進(jìn)行鍛壓，使得毛坯的形狀與尺寸與零件相近，而在鍛壓過程中，材料的纖維組織受到擠壓，使得其結(jié)構(gòu)更為致密，經(jīng)球面加工后，大多數(shù)結(jié)構(gòu)仍能保持原來的結(jié)構(gòu)連續(xù)性[3]。之后，只需要對零件兩端的內(nèi)表面進(jìn)行車削，就可以大幅度降低新工藝的用料，縮短了加工工藝，還節(jié)省了材料成本和加工成本，最終達(dá)到提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益的目的。

3.3 成形方案

球形銷支撐材料為45調(diào)理鋼，此類鋼是具有一定耐磨性、355 MPa屈服強(qiáng)度、高強(qiáng)度、整體冷塑性和較好高溫鍛造的優(yōu)質(zhì)碳結(jié)構(gòu)鋼。在環(huán)境溫度下，球形銷座質(zhì)量為1.23 kg，體積為29662.557 mm3。根據(jù)封閉的鍛造模型不產(chǎn)生飛邊的特性，鉆孔后的質(zhì)量和體積不變，根據(jù)體積常數(shù)原則，工件高度應(yīng)控制在25 mm以內(nèi)，鍛造圓柱銷座公母模仁胚料是圓柱形公母模仁胚料，透過模具成形分兩次形成[4]。

3.4 有限元模型建立

為第一個特征創(chuàng)建沖壓、模具或毛坯。由于GB45鋼具有類似于easy鋼-1045的特性，因此在“變形”中選擇easy鋼-1045作為模架成形工件和鉆孔后工件的材料，并且在鉆孔過程中變形的毛坯采用實(shí)體熱鍛成形方法。鉆孔過程分析時必須考慮到鉆孔零件的尺寸和鉆孔材料的特性。熱鍛工藝參數(shù)如下：44 mm灰色直徑、25 mm長度、拔模角度3°、900～1 200 ℃灰色加熱溫度、室溫模具溫度、2 400 W/（m2·℃）熱交換系數(shù)、進(jìn)給率5～30 mm/s。

3.5 汽車擺臂球銷座機(jī)械加工工藝設(shè)計

3.5.1 毛坯形狀及尺寸

在進(jìn)行工件加工之前，要選擇適當(dāng)?shù)呐髁闲螤詈痛笮。员ＷC被加工出的工件滿足工藝要求。球銷底座毛坯分二次成形：一次是將內(nèi)部孔洞和球形擠出，二次是用高精度的下模來控制球銷底座的外圓型線，將球銷底座的孔洞打穿[5]。為確保有充分的切削裕度，在徑向、軸向留出3～5 mm的裕度；在鍛造時，上表面的材料是可以自由流動的，所以要保證下表面的加工余量要比上表面的大。為了盡可能節(jié)約材料，以鍛造后質(zhì)量和體積不變原則為基礎(chǔ)，下料尺寸控制在[?]40 mm×24 mm，并以成形后的毛坯高度為依據(jù)，對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

3.5.2 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變更

新結(jié)構(gòu)工作球的研制、冷壓縮作用下螺紋的部分內(nèi)徑形成以及圓錐曲面、大端和球的第一部分的加工，使單一工作成形成為可能。由于工作銷處理過程發(fā)生變更，因此需要重新定義工作銷的工作零件大小。設(shè)計圓柱銷粗螺紋桿尺寸時，應(yīng)確保滾子滿足加工要求。在這種情況下，圓柱銷的加工工藝為薄車、缺陷檢測、鉆削銷孔、輥、清洗。

3.5.3 確定定位基準(zhǔn)

球銷座屬于軸套類零件，它的基本體型為同軸回轉(zhuǎn)體，按照圖紙，選擇[?]280-0.038中心軸線為設(shè)計基準(zhǔn)，在之后的測量調(diào)整和組裝的基準(zhǔn)也以該孔為基準(zhǔn)，用同樣的孔作為定位基準(zhǔn)的方法，能夠最大程度地避免定位誤差，從而提高了零件工藝的精準(zhǔn)性和準(zhǔn)確性，保證了零件的加工精度[6]。在進(jìn)行精加工的時候，要以已經(jīng)加工過的[?]280-0.038表面為定位基準(zhǔn)面，對球銷座另一端的內(nèi)外表面進(jìn)行加工，最后以卡箍槽表面為定位基準(zhǔn)面，設(shè)計專用工裝裝夾精車[?]280-0.038表面內(nèi)圓和 [?]280-0.021內(nèi)球面，以確保零件各級內(nèi)孔及內(nèi)錐孔同軸，外圓表面和內(nèi)孔同軸。[?]42.9的外圓面不是已加工過的，為確保其與內(nèi)圓面的同軸度，在進(jìn)行加工時，應(yīng)以其為粗略的參考。

3.5.4 加工方式變更

制造過程中，將球類品牌材料插入夾緊裝置（通套、球套）；旋轉(zhuǎn)汽缸驅(qū)動接頭套筒向左移動，接頭套筒向左移動，圓錐圓錐配合沿圓錐變形，將水平運(yùn)動轉(zhuǎn)換為徑向運(yùn)動，并夾緊球接頭夾緊球。螺栓擰緊后，球接頭夾緊球接頭以軸向運(yùn)動（左）方式移動，使球接頭過渡角的位置接觸定位書的底面，保證球接頭的軸向位置；活動刀尖沿軸向左移動，即球接頭的尖端，提高了球接頭的整體剛度，并防止球銷在加工過程中振動。球頭銑刀和桿刀分別加工球頭和桿，形成產(chǎn)品一次?；顒拥都庀蛴乙苿硬⑶蠼馇蜾N；旋轉(zhuǎn)汽缸向右移動，用滑動套筒向右移動，錐形套筒末端沿錐形移動，松開錐形夾緊部分；員工取出工件并完成產(chǎn)品的加工。該加工方法通過第二個夾緊墨盒避免了放置錯誤，其工作原理是：將滾珠絲杠放在裝有錐形套筒的通套筒上，將旋轉(zhuǎn)氣缸連接到螺紋連接，將圓柱螺釘向左移動，將圓錐連接到防撞外殼，將運(yùn)動填料向左移動，將滾珠絲杠分開[7]。

3.5.5 加工設(shè)備

球銷座的實(shí)際尺寸并不大，加工時只需進(jìn)行車削即可，為了確保生產(chǎn)效率，該零件可以一次裝夾就可以進(jìn)行粗精加工，這樣可以節(jié)省換刀的時間，也可以減少安裝工件的次數(shù)，因此選擇了數(shù)控車床。結(jié)合實(shí)際情況，選擇了目前的設(shè)備，型號為LK32AS，可以滿足本次零件的加工要求。

4 機(jī)械加工技術(shù)在汽車制造中的運(yùn)用措施

4.1 促進(jìn)機(jī)械加工技術(shù)綜合性運(yùn)用

在國家日益關(guān)注汽車制造業(yè)的變革與創(chuàng)新的新時期，汽車制造業(yè)要積極推進(jìn)機(jī)床技術(shù)的全面應(yīng)用，重點(diǎn)是機(jī)床技術(shù)在汽車生產(chǎn)的每一個領(lǐng)域、每一個環(huán)節(jié)上取得更大的突破。在具體實(shí)施上，圍繞提高機(jī)床加工技術(shù)的綜合性能，搭建“價值鏈”上的開發(fā)、應(yīng)用和創(chuàng)新平臺，積極推進(jìn)強(qiáng)弱電、軟硬件、電子與電氣、有系統(tǒng)與無部件等方面的深度融合，充分發(fā)揮機(jī)床加工技術(shù)的綜合性能，提高機(jī)床工作效率，強(qiáng)化精密控制，實(shí)現(xiàn)自動化監(jiān)控、管理、運(yùn)行和維修等方面的重大突破。

比如在某公司車載電容屏生產(chǎn)制程中，廣泛應(yīng)用各種機(jī)械手替代人工重復(fù)操作崗位，廣泛應(yīng)用視覺自動探測設(shè)施，對設(shè)備運(yùn)作、人員操作狀態(tài)等實(shí)時捕捉，實(shí)現(xiàn)信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行。在推動機(jī)械加工技術(shù)的綜合性應(yīng)用方面，還需要在汽車制造企業(yè)之間，切實(shí)加強(qiáng)它們的戰(zhàn)略合作，尤其是要在機(jī)械加工技術(shù)、人才、資源等方面，進(jìn)行共建共享，比如，共同構(gòu)建機(jī)械加工技術(shù)的研發(fā)平臺和綜合應(yīng)用平臺[3]。

4.2 生產(chǎn)制造環(huán)?；?/p>

我國的汽車使用量每年都在增加，已成為世界上最大的汽車消費(fèi)大國，而在汽車制造業(yè)的蓬勃發(fā)展背后，卻是由大量的汽車尾氣和生產(chǎn)廢棄物所帶來的環(huán)保問題。與此同時，全球生態(tài)環(huán)境惡化的問題日益嚴(yán)重，綠色環(huán)保已成為全球關(guān)注的焦點(diǎn)，而在今后的發(fā)展進(jìn)程中，環(huán)保必將是重中之重。

在汽車的制造過程中，沖壓技術(shù)會引起嚴(yán)重的噪音污染，焊裝工藝會引起粉塵危害，涂裝工藝會產(chǎn)生化學(xué)物質(zhì)，發(fā)動機(jī)的鑄造會產(chǎn)生硅塵危害，如果不對這些污染物進(jìn)行有效的控制，將會對人體和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生極大的危害，而環(huán)保是未來社會中人們最為關(guān)注的話題，所以在汽車的制造過程中，制造企業(yè)應(yīng)該對污染物展開合理的控制，從而減少汽車制造過程中的污染物產(chǎn)生，提升人們的生活品質(zhì)。

在今后的汽車生產(chǎn)中，由于采用了機(jī)加工工藝，必然要考慮到環(huán)境保護(hù)的問題。汽車的生產(chǎn)過程因?yàn)橛泻芏嗌a(chǎn)工序，所以產(chǎn)生的噪音、廢氣、廢物等都會給環(huán)境帶來很大的危害，因此就要求企業(yè)對這些問題加以控制，并采取行之有效的治理措施，消除各類污染源。

5 結(jié)語

目前，我國汽車制造業(yè)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)型升級和產(chǎn)業(yè)升級，機(jī)床技術(shù)的不斷革新為我國汽車工業(yè)的轉(zhuǎn)型升級提供了一個新的發(fā)展契機(jī)。在發(fā)展汽車制造業(yè)的同時，必須科學(xué)、系統(tǒng)、有效地運(yùn)用機(jī)械加工技術(shù)，這樣才能在汽車制造業(yè)的轉(zhuǎn)型升級和創(chuàng)新發(fā)展等方面取得更大的突破。

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作者簡介：

胡天帥，男，1990年生，助教，研究方向?yàn)檐囕v工程。