轉向橫拉桿臂加工工藝過程的優化

李欣，譚宏博（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

?

轉向橫拉桿臂加工工藝過程的優化

李欣，譚宏博
（陜西漢德車橋有限公司，陜西 西安 710201）

主要介紹用于轉向橫拉桿臂的工藝過程優化。通過將原來用體積大的六面體自由鍛銑外形到用較薄厚度自由鍛熱彎保證轉向橫拉桿臂落差，最終實現產品質量的提高，工人勞動強度的減輕和生產效率的提高。

轉向橫拉桿臂；自由鍛；火焰切割；模具；優化加工方案；熱彎

10.16638/j.cnki.1671-7988.2016.08.073

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

引言

轉向橫拉桿臂是汽車前橋上轉向機構一個極其重要的零件，而該轉向橫拉桿臂在礦用轉向驅動橋上的應用非常普遍。以前此類轉向橫拉桿臂小批量加工時，由于投入鍛壓模具成本較高，都采用六面體自由鍛銑削加工，保證外形尺寸，不僅工人勞動強度大，并且生產效率低，制造成本高。為了提高生產率，降低工人的勞動強度和制造成本，工藝方案將原來由六面體自由鍛銑削加工外形更改為由簡易模具熱彎保證產品外形。為此我們專門制定一套較大落差轉向橫拉桿臂的加工工藝方法，保證加工質量和提高加工效率。

1、零件成品圖

零件成品圖見圖1（零件成品平面圖）：

2、原加工流程圖

3、工藝缺陷

1）自由鍛六面體，單件重量約為298.9kg，且成本高達2461元；

2）六面體積大，銑削轉向橫拉桿臂外形工序時，加工難度大，銑削量大，生產效率低；

3）六面體積大，鍛造過程容易出現鍛造缺陷，需要機加前破壞性檢驗，無法做到100%檢驗，待機加過程加工驗證，廢品率高。

4、優化后加工流程圖

優化后加工流程中重點工序如下：

4.110工序火焰切割外形

1）選擇原材料。此類較大落差的轉向橫拉桿臂，選擇應用廣泛的材料牌號為40Cr-GB/T3077-1999[1-2]的的調質鋼[3]，此材料在調質后有良好的綜合力學性能，故將其用于此類受力較大的工程零部件中。

2）火焰切割毛坯外形尺寸確認。根據UG三維軟件[6]，通過UG建模將此零件先繪制出折彎后的三維模型（圖2）（為了滿足展料的需要，構建三維模型時應該去除凸臺和凹坑）。借助UG“分析”菜單下的“分析可成形性-一步式”命令[6]，在輸入材料和展料方向后，依照中性層展料原理，展開產品中性面，得到展開后的毛坯輪廓，即高亮顯示的曲線（圖3）。再通過UG的導出接口，將得到的曲線轉化為CAXA等二維軟件可識別的二維圖紙，再通過測量和標注得到折彎前所需圖形尺寸（圖4）。

4.220工序折彎前銑臺階面

銑臺階面工序是折彎工序的前提保證，根據火焰切割圖紙的外形尺寸和零件銑削面需預留的加工余量（待加工面留加工余量3mm）進行計算，按計算后尺寸在平臺上劃出加工輪廓線，然后按輪廓線在銑床上對工件的非加工面進行銑削加工，保證工藝尺寸要求。

4.330工序熱彎成型

4.3.1溫度的確定

熱彎前零件需要在箱式電阻爐加熱，熱彎部分橫截面的厚度為38mm，材料的抗拉強度，屈服強度隨著加熱溫度增加而降低，伸長率隨著加熱溫度增加而提高，常溫下的抗拉強度σb≥980MPa[1]，屈服強度σb≥785MPa[1]，伸長率δ≥9%[1]。一般鋼材在加熱溫度800-850℃力學性能達到熱彎最佳狀態，此時零件的抗拉強度和屈服強度降低至常溫下強度值的12%-16%[8]，伸長率δ提高2-2.5倍[8]。考慮到零件轉運過程中的溫度降低，最終將零件加熱至850-900℃。

4.3.2沖壓設備的選擇

熱彎成形需要在大型壓力機進行沖壓，由于沖壓過程工藝力的計算不可能十分精準，設備機械性能的損耗、工件與模具間的摩擦能量損耗等，都可以引起設備的壓力不足，所以壓力的額定壓力為使用的1.2～1.5倍，經過UG軟件數據模擬仿真得出工作壓力為450KN。壓力機的額定壓力計算公式為：

式中：Pn─壓力機額定壓力

k─安全系數，k=1.5,

p─工作壓力，則Pn=6750KN,

所以選用10000KN的壓力機。

4.3.3模具設計

熱彎此類零件的模具結構較為簡單，分為凸模[4-5]和凹模[4-5]兩部分，為整體式模具[4-5]，模具型腔形狀與工件的外形一致，考慮到熱彎后冷卻收縮，一般在凸模[4-5]、凹模[4-5]工作部分要相應放大補償冷縮量為0.6%-0.8%，所以模具設計時模具型腔尺寸有工件外形尺寸乘以1.006-1.008得出。此工件在熱彎時會將需要折彎的部分全部包容在模具內部，通過工藝孔[7]和下邊作為粗定位[4-5]，然后經過凸模和凹模在壓力機下沖壓合體后壓制成型。模具設計有頂桿結構，零件在頂桿的推動下將零件頂出凹模，由人工夾鉗取出。

其余工序與原工藝過程方案相同。

5、優化工藝優點

1）自由鍛六面體，單件重量約為89.9kg，成本為722元，成本低；

2）由于六面體厚度薄，可以直接火焰切割外形，減少銑削工序，節省加工時間，提高生產效率；

3）由于六面體積小，鍛造過程缺陷少，廢品率低；

4）零件落差方向可用模具一次性壓制成型，減少銑削工序加工時間，提高生產效率。

6、結束語

在具備優化工藝方案使用設備的條件下，此工藝過程方法確定使用后，在小批量生產階段，不用投入高昂的鍛壓模具費用，并且通過火焰切割外形和模具熱彎成形提高生產效率，極大的減輕了加工人的勞動強度。通過實際操作驗證，它不僅能夠穩定的保證了產品的尺寸精度要求，而且還大幅度降低了工人的勞動強度，生產效率提升了30%以上，成本降低2100元/件。

[1]方昆凡.工程材料手冊（黑色金屬材料卷）主編.北京：北京出版社,2002.

[2]王紀安.工藝材料與成形工藝基礎,主編,北京:高等教育出版社,2008.

[3]樊東黎,徐躍明,佟曉輝.熱處理工程師手冊.主編.北京:機械工業出版社,2004.

[4]牟林,胡建華.沖壓工藝與模具設計.主編.北京：北京大學出版社,2010.

[5]何小柏.機械設計.主編.重慶:重慶大學出版社,1995.

[6]張興華.UG數控加工范例教程.主編,北京：機械工業出版社,2010.

[7]李益民.機械制造工藝設計簡明手冊.主編.北京:機械工業出版社,1994.

[8]畢文權.汽車橋殼熱沖壓成形工藝數值模擬及工程應用研究.主編.吉林:中國學術期刊電子雜志社,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， 助理工程師。就職于陜西漢德車橋有限公司，從事模具，工藝裝備工作。