汽车转向节的改进型加工方案

汽车转向节的改进型加工方案

转向节是汽车底盘系统中重要的安全件，同时也是极复杂的异形件，加工中存在工序分散、夹具设计困难、加工易变形等问题。本文介绍一种改进型加工方案，以解决加工工序分散的问题，同时降低加工成本、提升加工品质，为其他类似零件的加工提供一种可行且低成本的加工方案。

1.汽车转向节介绍

转向节又称“羊角”，作为汽车底盘系统中重要的安全件，除了机械性能要求高、外形异型外，尺寸精度和位置精度也有一定要求。由于连接有汽车减震器、制动钳、横向拉杆、下臂等多个空间部件，其加工部位也要求多个空间角度，因此传统的加工方案存在工序分散、加工效率低等问题。如图1为我司生产的汽车转向节示意（黑色部分为毛坯面，银白色部分为加工面）。

图1 转向节加工成品

2.国内常见转向节加工方案

常用转向节毛坯为锻造件、铸造件或铝合金，锻造件材质一般采用40Cr、40MnB或42CrMo等合金，优点是强度、韧性都非常好，国内很多厂商选择。铸造件材质一般为球墨铸铁，优点是制造成本较低。铝合金由于材料成本较高，一般用在中高档汽车上。我司生产的就是球墨铸铁材质转向节，毛坯加工余量约2.5～3.5mm。国内常见的加工方法多为适应其结构特征，采用工序分散的加工方案，此方案所需作业人员较多，存在劳动力成本高、加工品质不稳定等问题，优点是使用设备多为普通加工中心，一次性投资较小，同时有一定的加工柔性，能方便地实现多品种兼容生产。如图2即是我司采用的工序分散的工艺流程。

图2 转向节加工工艺流程

近年，随着国内劳动力成本逐年上升，迫于成本压力，部分公司开始引进国外少人化、无人化的加工生产线：一种是通过整套引进国外全自动生产线（包括设备系统、机器人系统、刀具系统、夹具系统甚至在线检测系统）取代人的作业，但仍采用的是工序分散的加工方案，整线工序较多。另一种则是引进国外先进的多主轴综合加工中心系统，采用的是工序高度集成的加工方案（1道或2道工序加工全部内容），类似设备系统做的比较好的有德国SW、SAMAG、巨浪等。两种方案的优势都在于采用了少人化、无人化的加工方案，效率和品质都有大幅度的提升。但劣势也非常明显，其一次性投资金额非常巨大，以及后期维护成本都远高于传统加工方案，在汽车市场增速不断放缓的大背景下，也将是一个艰难的选择。

除上述一次性引进先进加工系统外，并不是没有其他道路可以选择。有些公司可以在自己现有生产线上导入机器人或机械手来代替人的作业，这样的改造投资并不会很高，同样可以达到提高效率、降低成本的目的。但这样的方案受到很多方面的限制，比如设备的状态是否适合与机器人联机、刀具寿命低同样影响开动率，最终达不到提高效率、降低成本的目的。

如何在以上方案均不奏效的情况下，用最小的投资解决成本和品质两方面的问题，成为接下来要继续探讨的课题。

3.改进型加工方案介绍

为解决逐年上升的加工成本和品质两方面的问题，同时结合不同汽车公司生产线实际，我们需要另辟蹊径寻找出一条切实可行的高效加工路径。本文所介绍改进型加工方案也就是在这样不断的生产实际中验证可行的解决方案，针对同类型的汽车转向节会有一定借鉴作用。我司转向节原有生产线采用工序分散的加工方案，全部7道工序，7个工序作业人员，7台立式加工中心，受设备状态的限制很难实现机器人或机械手的引进。

图 3

如图3所示，前3工序的加工状态。

1序：以零件毛坯面作为加工基准，镗轴承底端阶梯孔。

2序：零件调转180°，以1序加工面作为加工基准，套车轴承孔外圆、钻铣支架面。

3序：仍然将零件调转180°以1序加工面作为加工基准，镗轴承孔。

由于夹具夹紧零件位置的限制，以及精镗轴承孔圆柱度要求高的原因限制，2序和3序并未能合并。本文改进型加工方案就是创新性地使用反铣刀代替镗刀加工轴承底端阶梯孔，最终实现在1个姿态中加工完原有1序、2序、3序的加工内容，具体实现方式如下：

夹具：以零件毛坯面作为定位基准，夹具夹紧选择在对应的定位点上方，相互抵消夹具夹紧力，同时减少零件加工变形，定位稳定可靠。如图4所示。

图4 改进后夹具结构

刀具：用盘铣刀代替镗刀，采用圆弧插补铣加工轴承底端阶梯孔，其他刀具保持不变。在盘铣刀设计时，刀盘直径选择非常重要：刀盘直径过小，会在加工孔中心留下一个芯，类似套料钻。刀盘直径过大，加工时由于同时参与切削的齿数增多，振动增大，同时产生波纹影响品质，解决的办法是减小刀盘直径，假定铣削孔直径D，推荐铣刀盘直径d=0.6-0.75D，另外一个办法是减少刀盘的齿数，密齿改为梳齿。如图5所示。

图5 刀盘直径选择

其他生产条件保持不变。解决以上问题后就可以顺利实现工序的集成：由7序合并为5序，如图6所示。

改进后，在保证加工节拍保持不变的情况下，可以取得很好的效果：

（1）全线加工工序集成，整个轴承孔部一次装夹、一次定位，轴承孔的加工精度提高。

（2）加工效率提高28.6% 。

（3）小投资大收益，可降低加工成本20%～30%。同时这样的改进是可复制的，对降低工厂的加工成本有很大的优势。

4.结语

本次改进的关键在于反铣轴承底端阶梯孔刀具的引进。我们将继续结合生成实际，通过不断的改进活动，逐步降低加工成本、提高加工品质。 □