方向盘生产过程工艺解析及未来发展趋势

刘瀚阳

摘 要：本文对方向盘生产过程工艺进行详细介绍，并通过对压铸、发泡、缝皮、组装四大工艺的介绍对各个阶段存在的问题进行说明，基于被动安全系统成员方向盘生产过程工艺的严格要求，有必要优化及提升方向盘的四大工艺过程，确定一种能合乎要求、保证质量的成熟的生产工艺，来贯穿于产品开发到生产的全过程。

关键词：方向盘；生产工艺；发展趋势

中图分类号：U465 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）18-0040-02

从一百多年前第一辆蒸汽汽车的诞生，到现今集节能、智能、安全、多功能为一体的新型汽车，作为汽车的转向操纵装置和驾驶汽车的重要部件——方向盘也随着汽车的发展，从最初的垂直方向安装的与轮船的方向舵相似的双手柄十字交叉结构，改良成转向柱和方向盘倾斜式安装方式的最老劳斯莱斯方向盘，再进步成现在集成了许多功能按钮的真皮结构。

方向盘在结构、材料、功能上都有了飞速的发展。方向盘作为汽车上最重要的安全部件之一，是确保汽车沿正确路线行驶的关键。除需要具有一定强度、硬度，并能承受一定扭转力及弯曲应力外，还需要具有一定的柔韧性。这样不仅美化外观，还能使驾驶员感到舒适，更重要的是当遇到碰撞等紧急事故时能起到缓冲作用，确保驾驶员的安全。鉴于此，方向盘通常是由强度、刚度相对较高的金属骨架外加具有一定任性的包覆层制作而成。常用的方向盘骨架由镁合金、铝合金等通过压铸、冲压、机加等方法制成，包覆层则常用聚氨酯、聚丙烯、木材等通过注射成形、镶嵌等方式包覆在金属骨架上，这样才能实现内强外韧，达到方向盘所要求的特定使用性能[1]。本文将对方向盘生产的四大工艺（压铸、发泡、缝皮、组装）及方向盘未来的发展趋势进行详细介绍。

1 方向盘生产工艺流程

1.1 压铸工艺

（1）镁锭预热熔化保温、花键放入模具型腔，由压铸机进行压铸成型。镁合金是最轻的金属结构材料，具有强度高，阻尼、吸震及降噪性能优越，铸造成形、机加工和表面装饰性能好，易回收等优点。镁合金应用于方向盘可实现轻量化，又可降低路面和控制系统的震动，同时发生意外时，镁合金方向盘可吸收更多能量，保证驾驶员安全，因此具有低碳钢、工程塑料等传统方向盘无法比拟的性能优势[2]。因此，利用镁合金取代钢铁、铝合金等其他传统材料制造汽车方向盘骨架，将是一种必然的趋势。

常用的镁锭有AM50A和AM60B两种，二者的主要区别如：Al含量不同（AM60B的含Al量高）；AM60的抗拉强度优于AM50。

压铸用镁合金锭组成规格表1所示，铸造用镁合金之常温机械性能表2所示。

（2）将骨架从模具型腔中取出冷却拉齿，进行切边及机械孔加工、去毛刺。将骨架放入冷却水（水温≤60℃）进行冷却，放入冲模中，使用切边机将骨架的浇道、渣包、飞边切除，再使用钻床对骨架进行钻孔攻丝。此工序需注意骨架切边之前、机加去毛刺之前需用风枪分别去除冷却水及切削液。

（3）骨架清洗吹干、涂防锈油及尺寸检测。将骨架放入清洗机中（水温>50℃）进行清洗，吹干后由操作者对骨架外观进行百检并涂抹防锈油，之后用骨架检具及通止规检测骨架及花键尺寸是否符合标准。此工序需注意必须用通止规对花键尺寸进行百检，确保花键型号正确及再压铸过程中未产生变形。

1.2 发泡工艺

（1）骨架预热，模具喷涂脱模剂及PU发泡。方向盘包覆层最早采用酚醛塑料模压制造，后来采用HDPE和改性PP注塑成形，目前使用最多的是PU料发泡工艺。其中聚氨酯是目前方向盘上用得最广泛的一种塑料。聚氨酯方向盘集装饰与功能于一体，其特点是手感舒适、能吸收驾驶员头部及胸部的碰撞能量，提高安全性，并且耐磨、不易开裂、使用寿命长。为适应方向盘发展的需要，随后，又报道了一种先进的聚氨酯自结皮方向盘（又称PU方向盘）生产技术，它是在金属骨架外面用反应注射成形方法形成一层具有自结皮的聚氨酯发泡材料，这种发泡结构能够形成带有天然皮革花纹及韧性的表皮，在这层表皮下面逐渐过渡到具有弹性的泡沫体。与硬质塑料方向盘相比，PU方向盘在确保基本功能的前提下，实现了外韧内软，其操作使用性能、安全性能及外观都有很大改进，从而使方向盘具有多种优良性能。到目前为止，世界主要汽车生产厂家均采用PU方向盘。此工序需注意骨架要有防错工装及加热膜，防止骨架用错及发泡不饱满，需控制脱模剂的喷涂量，否则会造成色差破损亮印等缺陷[3]。（2）修边及外观检验。此工序需注意刀子非常锋利容易伤人及修边易发生不小心划破产品问题，要对操作者進行标准作业培训。

1.3 缝皮工艺

第一步，打薄皮革单片及皮片外观检验。（1）头层皮是带有粒面的牛、羊、猪皮等，皮面有自然的疤痕和血筋痕等，偶尔还有加工过程中的刀伤以及利用率极低的肚腩部位，进口头层皮还有牛只的编号烙印。全粒面皮可以从毛孔粗细和疏密度来区分属于何种动物皮革。头层皮是由各种动物的原皮直接加工而成，或对较厚皮层的牛、猪、马等动物皮脱毛后横切成上下两层，纤维组织严密的上层部分则加工成各种头层皮。（2）二层皮是纤维组织较疏松的二层部分，经化学材料喷涂或覆上PVC、PU薄膜加工而成。此工序需注意必须严格按照皮片外观检验标准进行检验，头层皮常见缺陷伤痕、皮脉、针孔要确认其所在区域（A面、B面、C面），确保真皮最大利用率，防止缺陷单片流入下一工位。第二步，PU本体打磨，涂胶、手工缝纫及外观检验。常见的缝纫方式如图1所示。此工序需注意热风枪吹平真皮表面工序需确保热风枪弹簧距离及温度符合标准，防止将真皮烫伤。

1.4 组装工艺

（1）U型装饰件、后盖、开关组件、线束进行装配。此工序需注意整个组装工序必须实现联动防错，即当道工序必须扫描零件二维码，设备方能运行，且仅当全部工作完成（如螺钉保证次数且按顺序进行拧紧）夹具方打开，可拿取零件至下一工序。（2）检测开关按键是否导通，夜视功能是否正常，合格后粘贴客户标签至指定位置。此工序需注意开班前需用缺陷样件及标准样件对设备进行点检，且保证开关导通后方打印合格标签。（3）与DAB匹配尺寸检测及总成外观检测。此工序需注意用方向盘检具对总成尺寸进行百检，用标准样件对总成外观进行百检。

2 方向盘未来发展趋势

2.1 加热方向盘

方向盘加热功能一般出现在配置较高的车上。通过方向盘上的加热按钮来控制开启或关闭（此按钮在方向盘周围分布或中控台上）。此功能可以在寒冷的季节让方向盘变得温暖，让驾驶者握方向盘时不再觉得寒冷不适[4]。

2.2 EPP方向盘

EPP材料（又名吸能缓冲材聚丙烯泡沫塑料）除具有高耐热性、高冲击能吸收能力、良好的回弹性和热成型性外，还有可回收再生的优点，EPP方向盘有重量轻，缓冲性能优良，高能量吸收性，无毒环保等特点。

2.3 警告功能方向盘

警告功能利用方向盘的振动来实现。将传感器、微动马达和不均衡块集成在皮革，通过电容式感应，传达给整车ECU，由ECU反馈给马达从而起到提醒驾驶员的作用。此功能的优点：能够纠正不良的驾驶习惯（比如：单手握方向盘）。

3 结语

Autoliv、TRW、TAKATA、KSS等几家国际知名企业的开发制造能力整体高于国内供应商，国产方向盘依然任重而道远。要达到优质的产品质量，有必要优化及提升方向盘四大工艺，并贯穿于产品开发到生产的全过程。

参考文献

[1]刘洁，王佐辅.方向盘的发展及研究[J].汽车零部件，2013，（12）：53-55.

[2]吴立鸿，关绍康，王利国，龙思远.汽车方向盘用材料及成形方法研究进展[J].材料导报，2006，（s1）：248-250.

[3]尤元荆.汽车方向盘反应注射成型工艺设计[J].湖北工业职业技术学院学报，1997，（1）：49-52.

[4]王伟明，徐永汉.聚氨酯自结皮汽车方向盘的制造技术[J].中国塑料，1994，（zg）：12-17.