转向横拉杆臂加工工艺过程的优化

李欣，谭宏博（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）



转向横拉杆臂加工工艺过程的优化

李欣，谭宏博
（陕西汉德车桥有限公司，陕西 西安 710201）

主要介绍用于转向横拉杆臂的工艺过程优化。通过将原来用体积大的六面体自由锻铣外形到用较薄厚度自由锻热弯保证转向横拉杆臂落差，最终实现产品质量的提高，工人劳动强度的减轻和生产效率的提高。

转向横拉杆臂；自由锻；火焰切割；模具；优化加工方案；热弯

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.073

CLC NO.: U463Document Code: AArticle ID: 1671-7988(2016)08-220-03

引言

转向横拉杆臂是汽车前桥上转向机构一个极其重要的零件，而该转向横拉杆臂在矿用转向驱动桥上的应用非常普遍。以前此类转向横拉杆臂小批量加工时，由于投入锻压模具成本较高，都采用六面体自由锻铣削加工，保证外形尺寸，不仅工人劳动强度大，并且生产效率低，制造成本高。为了提高生产率，降低工人的劳动强度和制造成本，工艺方案将原来由六面体自由锻铣削加工外形更改为由简易模具热弯保证产品外形。为此我们专门制定一套较大落差转向横拉杆臂的加工工艺方法，保证加工质量和提高加工效率。

1、零件成品图

零件成品图见图1（零件成品平面图）：

2、原加工流程图

3、工艺缺陷

1）自由锻六面体，单件重量约为298.9kg，且成本高达2461元；

2）六面体积大，铣削转向横拉杆臂外形工序时，加工难度大，铣削量大，生产效率低；

3）六面体积大，锻造过程容易出现锻造缺陷，需要机加前破坏性检验，无法做到100%检验，待机加过程加工验证，废品率高。

4、优化后加工流程图

优化后加工流程中重点工序如下：

4.110工序火焰切割外形

1）选择原材料。此类较大落差的转向横拉杆臂，选择应用广泛的材料牌号为40Cr-GB/T3077-1999[1-2]的的调质钢[3]，此材料在调质后有良好的综合力学性能，故将其用于此类受力较大的工程零部件中。

2）火焰切割毛坯外形尺寸确认。根据UG三维软件[6]，通过UG建模将此零件先绘制出折弯后的三维模型（图2）（为了满足展料的需要，构建三维模型时应该去除凸台和凹坑）。借助UG“分析”菜单下的“分析可成形性-一步式”命令[6]，在输入材料和展料方向后，依照中性层展料原理，展开产品中性面，得到展开后的毛坯轮廓，即高亮显示的曲线（图3）。再通过UG的导出接口，将得到的曲线转化为CAXA等二维软件可识别的二维图纸，再通过测量和标注得到折弯前所需图形尺寸（图4）。

4.220工序折弯前铣台阶面

铣台阶面工序是折弯工序的前提保证，根据火焰切割图纸的外形尺寸和零件铣削面需预留的加工余量（待加工面留加工余量3mm）进行计算，按计算后尺寸在平台上划出加工轮廓线，然后按轮廓线在铣床上对工件的非加工面进行铣削加工，保证工艺尺寸要求。

4.330工序热弯成型

4.3.1温度的确定

热弯前零件需要在箱式电阻炉加热，热弯部分横截面的厚度为38mm，材料的抗拉强度，屈服强度随着加热温度增加而降低，伸长率随着加热温度增加而提高，常温下的抗拉强度σb≥980MPa[1]，屈服强度σb≥785MPa[1]，伸长率δ≥9%[1]。一般钢材在加热温度800-850℃力学性能达到热弯最佳状态，此时零件的抗拉强度和屈服强度降低至常温下强度值的12%-16%[8]，伸长率δ提高2-2.5倍[8]。考虑到零件转运过程中的温度降低，最终将零件加热至850-900℃。

4.3.2冲压设备的选择

热弯成形需要在大型压力机进行冲压，由于冲压过程工艺力的计算不可能十分精准，设备机械性能的损耗、工件与模具间的摩擦能量损耗等，都可以引起设备的压力不足，所以压力的额定压力为使用的1.2～1.5倍，经过UG软件数据模拟仿真得出工作压力为450KN。压力机的额定压力计算公式为：

式中：Pn─压力机额定压力

k─安全系数，k=1.5,

p─工作压力，则Pn=6750KN,

所以选用10000KN的压力机。

4.3.3模具设计

热弯此类零件的模具结构较为简单，分为凸模[4-5]和凹模[4-5]两部分，为整体式模具[4-5]，模具型腔形状与工件的外形一致，考虑到热弯后冷却收缩，一般在凸模[4-5]、凹模[4-5]工作部分要相应放大补偿冷缩量为0.6%-0.8%，所以模具设计时模具型腔尺寸有工件外形尺寸乘以1.006-1.008得出。此工件在热弯时会将需要折弯的部分全部包容在模具内部，通过工艺孔[7]和下边作为粗定位[4-5]，然后经过凸模和凹模在压力机下冲压合体后压制成型。模具设计有顶杆结构，零件在顶杆的推动下将零件顶出凹模，由人工夹钳取出。

其余工序与原工艺过程方案相同。

5、优化工艺优点

1）自由锻六面体，单件重量约为89.9kg，成本为722元，成本低；

2）由于六面体厚度薄，可以直接火焰切割外形，减少铣削工序，节省加工时间，提高生产效率；

3）由于六面体积小，锻造过程缺陷少，废品率低；

4）零件落差方向可用模具一次性压制成型，减少铣削工序加工时间，提高生产效率。

6、结束语

在具备优化工艺方案使用设备的条件下，此工艺过程方法确定使用后，在小批量生产阶段，不用投入高昂的锻压模具费用，并且通过火焰切割外形和模具热弯成形提高生产效率，极大的减轻了加工人的劳动强度。通过实际操作验证，它不仅能够稳定的保证了产品的尺寸精度要求，而且还大幅度降低了工人的劳动强度，生产效率提升了30%以上，成本降低2100元/件。

[1]方昆凡.工程材料手册（黑色金属材料卷）主编.北京：北京出版社,2002.

[2]王纪安.工艺材料与成形工艺基础,主编,北京:高等教育出版社,2008.

[3]樊东黎,徐跃明,佟晓辉.热处理工程师手册.主编.北京:机械工业出版社,2004.

[4]牟林,胡建华.冲压工艺与模具设计.主编.北京：北京大学出版社,2010.

[5]何小柏.机械设计.主编.重庆:重庆大学出版社,1995.

[6]张兴华.UG数控加工范例教程.主编,北京：机械工业出版社,2010.

[7]李益民.机械制造工艺设计简明手册.主编.北京:机械工业出版社,1994.

[8]毕文权.汽车桥壳热冲压成形工艺数值模拟及工程应用研究.主编.吉林:中国学术期刊电子杂志社,2003.

Optimization of machining process for steering tie rod arm

Li Xin,Tan Hongbo
(Shannxi Hande axle Co.Ltd.,Shannxi Automobile Group,Shaanxi Xi'an 710201)

This article was mainly aimed at optimization of machining process for steering tie rod arm.Through changing the bulky hexahedron free forging milling shape to thinner free forging hot bending,ensure to improve the products' quality,to reduce the labor intensity and to enhance productivity.

steering tie rod arm; free forging; flame cutting; jig; optimization processing scheme; hot bending

U463

A

1671-7988（2016）08-220-03

李欣（1983.6-），男， 助理工程师。就职于陕西汉德车桥有限公司，从事模具，工艺装备工作。