汽車轉向節位置度綜合檢具的設計方法

陳相川 于向臣

【摘 要】以一種復雜程度達S4的轉向節為研究對象，提出將傳統的水平開式預鍛和開式大飛邊終鍛改變為半閉式小飛邊預鍛成形和半閉式小飛邊終鍛成形的精鍛工藝新方案。本文以一種復雜程度達S4的轉向節為研究對象，提出將傳統的水平開式預鍛和開式大飛邊終鍛改變為半閉式小飛邊預鍛成形和半閉式小飛邊終鍛成形的精鍛工藝新方案。

【關鍵詞】汽車轉向節；位置度；綜合檢具

引言

轉向節屬于經常更換的零部件，所以市場需求量比較大。同時由于轉向節鑄件結構復雜，壁厚變化比較大，熱節多且分散，可以說是汽車控制系統中最為復雜的零件。現有汽車球鐵轉向節生產，基本都采用生產線大批量生產，這也給該零件的鑄造工藝帶來了很大的挑戰。

1、汽車轉向節概述

由于轉向節在汽車懸架系統中關鍵性的作用和功能，使得其結構非常復雜為了能夠與眾多連接件順利安裝，轉向節上的各個孔都必須保證非常高的加工精度和位置度。目前，轉向節各孔的位置度一般是通過三坐標測量機進行檢測，雖然檢測精度高，但是效率非常低，無法滿足批量生產的檢測要求。因此，在批量生產過程中，急需一種位置度綜合檢具來提高檢測效率。使用位置度綜合檢具是控制產品質量的一種快速有效的檢測手段。

2、預鍛件優化設計

預鍛件的設計原則及目的是將制坯工件進行模鍛成形，使之成為與終鍛件輪廓相似的結構，并對于急劇變化及形狀復雜部分進行簡化和光滑處理，形成的中間毛坯即預鍛件。它是對形狀簡單的制坯工件在終鍛前進行的一次合理的金屬分配，便于終鍛成形順利，得到合格的鍛件。同時，預鍛結構設計可減小模鍛成形力，降低終鍛模膛負荷；減小摩擦磨損，提高終鍛模使用壽命。基于此，針對A161盤式轉向節的結構特點及正反復合擠壓的變形特點，對該轉向節預鍛件提出的設計方法如下。

對于桿部采用正擠成形，可設計成兩種形式：（1）使桿部直徑較終鍛件桿部相應的直徑略小，長度根據體積基本相等的條件較終鍛件桿部相應的長度加長，終鍛時桿部為鐓粗成形，考慮到鐓粗成形時桿部自其與法蘭連接處開始至桿部頂端，成形力能由上而下逐步衰減，容易出現末端不能完全充滿的現象，因此，這種形式較適合于平均長徑比較小的桿部的成形；（2）使桿部直徑較終鍛件桿部相應直徑略大，長度根據體積基本相等的條件而縮短，終鍛時桿部被進一步地擠壓成形，這種成形方式較適合于桿部平均長徑比大的轉向節。

對于前臂部分采用反擠成形；兩個前臂的高度取終鍛件對應前臂高度的65%～75%，自頂部至底部設計成斜角較小的斜面，且底部與法蘭盤上表面采用圓角過渡，以便于終鍛時進一步反擠成形。考慮到成形速度的快慢對反擠時金屬慣性流動的影響，當采用的模鍛設備成形速度快時，取較小的高度；當采用的模鍛設備成形速度慢時，取較大的高度。

對于法蘭部分采用鐓粗成形，將水平投影的外輪廓設計成與終鍛件法蘭水平投影的外輪廓相似而略微減小的結構，以便終鍛時順利放入終鍛凹模。上表面與底面上的較高凸臺和較深的凹坑均設計成較大圓角的光滑輪廓，而高度小的凸臺和淺的凹坑均設計成平面。這樣，法蘭部分的水平投影面積縮小而高度增加，終鍛時仍以鐓粗的方式成形。

3、綜合檢具的設計

綜合檢具的設計流程：首先，確定檢具的基準，并以此建立檢具坐標系；其次，確定測量部分的型式，并對相關尺寸進行設計計算；最后，對檢具圖紙進行結構設計并標注。以下對設計流程中的關鍵步驟進行詳細分析。

3.1、檢具基準的確定

檢具的基準要與工件GD&T圖紙中的基準保持一致，這樣才能滿足其位置精度高的檢測要求。因此，必須在檢具上完全模擬出GD&T圖紙中的所有基準。被測要素的基準為A、B和C，且B和C兩個中心要素基準都遵循獨立原則，所以檢具的基準如圖1所示。檢具的A基準為定位塊7的上端面，尺寸要大于工件的A基準尺寸。檢具的B基準采用鋼球漲緊的型式。具體實現形式為：旋緊螺母1，在上壓塊3和下壓塊6的作用下，保持架4上圓周方向均布的若干鋼球5會將工件B基準孔漲緊。檢具C基準用布置在底板8上的導向套10和削邊錐銷9共同作用實現。為消除B基準和C基準的中心距誤差，將削邊錐銷9設計成削邊的形狀，且與導向套10配合后方向固定；同時將其與工件C基準孔實際配合的部分做成錐形，消除配合間隙。

3.2、錐孔位置度檢測裝置的設計

對于錐孔位置度的測量，GB/T8069-1998《功能量規》中并沒有相關尺寸的計算公式，所以無法直接對其進行檢測。實際測量時，需要將被測要素進行轉使用時，錐棒2與工件的錐孔緊密配合，螺紋柱3和螺母4使工裝固定在工件被測錐孔中，通過此工裝，將錐孔位置度的測量轉換成了對測量柱5位置度的測量。設計時，先確定檢測測量柱5位置度的檢測套的尺寸和公差，例如取15+0.01mm0，然后依據《功能量規》中的相應公式計算測量柱5的尺寸。

3.3、檢具圖紙的標注檢

具圖紙的標注方式要與工件GD&T圖紙的設計原則保持一致，在所建立的檢具坐標系下，對各個孔的導向套軸線的位置進行標注。由于檢具上各導向套軸線的理論位置與工件上各孔軸線的理論位置同軸，所以將工件各孔軸線的位置尺寸作為導向套軸線的理論尺寸，以此確定檢具上各個導向套軸線的理論位置。

4、檢具精度的檢測方法

檢具精度的檢測是利用三坐標測量機，對檢具測量部分的實際位置度進行檢測。對于具體的檢測方法，至今沒有統一的標準。常規方法是對檢測銷的測量部位進行檢測，由于檢測銷導向部位與導向套之間存在間隙，所以這種方式測得的位置度數值并不準確。在此，提出一種簡單合理的精度檢測方法：在導向套上取兩個節圓，首先判斷導向套實際軸線的位置度是否合格；如果合格，再利用三坐標測量機繼續將測得的實際軸線向被測工件孔的方向延伸，判斷在工件被測孔軸線長度范圍內，延伸后的軸線位置度是否合格，以此來判斷檢具測量要素的位置度是否合格。此方法完全消除了檢測銷導向部位與導向套之間的間隙對位置度測量產生的影響，能夠將檢測過程中的誤差降到最小。

5、檢具精度的實驗驗證

檢具的使用方法：首先，將轉向節工件安裝到檢具上，使A、B和C三個基準與檢具上的基準相對應，并將其壓緊；然后，將檢具上的各個檢測銷（測量要素），依次插入轉向節各個孔（被測要素）中，如果所有檢測銷能夠全部插入，可判定工件合格，如果某一檢測銷無法通過，說明此孔的位置度不合格。以51.18±0.05mm孔為例，對此孔的檢具位置精度進行實驗驗證，具體實驗過程如下：先用三坐標測量機對此孔的位置度進行實際測量；然后選取位置度在0.25mm之間的合格工件10件，選取位置度在0.25mm至0.3mm之間的不合格工件10件，分別進行標記；最后，由兩名檢測人員兩次測量所有零件。

結束語

對前轉向節綜合檢具的設計過程進行了分析，給出了位置度綜合檢具的設計方法，同時，提出了一種對于檢具精度檢測的新方法，該方法對于類似型式的檢具位置精度檢測具有借鑒意義。實驗研究表明，采用此方法所設計的檢具位置精度能夠滿足檢測要求。

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（作者單位：精誠工科汽車系統有限公司底盤研究院）