汽車轉(zhuǎn)向節(jié)位置度綜合檢具的設(shè)計方法

陳相川 于向臣

【摘 要】以一種復(fù)雜程度達S4的轉(zhuǎn)向節(jié)為研究對象，提出將傳統(tǒng)的水平開式預(yù)鍛和開式大飛邊終鍛改變?yōu)榘腴]式小飛邊預(yù)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(fù)雜程度達S4的轉(zhuǎn)向節(jié)為研究對象，提出將傳統(tǒng)的水平開式預(yù)鍛和開式大飛邊終鍛改變?yōu)榘腴]式小飛邊預(yù)鍛成形和半閉式小飛邊終鍛成形的精鍛工藝新方案。

【關(guān)鍵詞】汽車轉(zhuǎn)向節(jié)；位置度；綜合檢具

引言

轉(zhuǎn)向節(jié)屬于經(jīng)常更換的零部件，所以市場需求量比較大。同時由于轉(zhuǎn)向節(jié)鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，壁厚變化比較大，熱節(jié)多且分散，可以說是汽車控制系統(tǒng)中最為復(fù)雜的零件。現(xiàn)有汽車球鐵轉(zhuǎn)向節(jié)生產(chǎn)，基本都采用生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)，這也給該零件的鑄造工藝帶來了很大的挑戰(zhàn)。

1、汽車轉(zhuǎn)向節(jié)概述

由于轉(zhuǎn)向節(jié)在汽車懸架系統(tǒng)中關(guān)鍵性的作用和功能，使得其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜為了能夠與眾多連接件順利安裝，轉(zhuǎn)向節(jié)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(zhuǎn)向節(jié)各孔的位置度一般是通過三坐標(biāo)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(chǎn)的檢測要求。因此，在批量生產(chǎn)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(chǎn)品質(zhì)量的一種快速有效的檢測手段。

2、預(yù)鍛件優(yōu)化設(shè)計

預(yù)鍛件的設(shè)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(jié)構(gòu)，并對于急劇變化及形狀復(fù)雜部分進行簡化和光滑處理，形成的中間毛坯即預(yù)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(yù)鍛結(jié)構(gòu)設(shè)計可減小模鍛成形力，降低終鍛模膛負(fù)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(zhuǎn)向節(jié)的結(jié)構(gòu)特點及正反復(fù)合擠壓的變形特點，對該轉(zhuǎn)向節(jié)預(yù)鍛件提出的設(shè)計方法如下。

對于桿部采用正擠成形，可設(shè)計成兩種形式：（1）使桿部直徑較終鍛件桿部相應(yīng)的直徑略小，長度根據(jù)體積基本相等的條件較終鍛件桿部相應(yīng)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(xiàn)末端不能完全充滿的現(xiàn)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(yīng)直徑略大，長度根據(jù)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(zhuǎn)向節(jié)。

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(yīng)前臂高度的65%～75%，自頂部至底部設(shè)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(dāng)采用的模鍛設(shè)備成形速度快時，取較小的高度；當(dāng)采用的模鍛設(shè)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(shè)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(jié)構(gòu)，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(shè)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(shè)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(shè)計

綜合檢具的設(shè)計流程：首先，確定檢具的基準(zhǔn)，并以此建立檢具坐標(biāo)系；其次，確定測量部分的型式，并對相關(guān)尺寸進行設(shè)計計算；最后，對檢具圖紙進行結(jié)構(gòu)設(shè)計并標(biāo)注。以下對設(shè)計流程中的關(guān)鍵步驟進行詳細(xì)分析。

3.1、檢具基準(zhǔn)的確定

檢具的基準(zhǔn)要與工件GD&T圖紙中的基準(zhǔn)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(zhǔn)。被測要素的基準(zhǔn)為A、B和C，且B和C兩個中心要素基準(zhǔn)都遵循獨立原則，所以檢具的基準(zhǔn)如圖1所示。檢具的A基準(zhǔn)為定位塊7的上端面，尺寸要大于工件的A基準(zhǔn)尺寸。檢具的B基準(zhǔn)采用鋼球漲緊的型式。具體實現(xiàn)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(zhǔn)孔漲緊。檢具C基準(zhǔn)用布置在底板8上的導(dǎo)向套10和削邊錐銷9共同作用實現(xiàn)。為消除B基準(zhǔn)和C基準(zhǔn)的中心距誤差，將削邊錐銷9設(shè)計成削邊的形狀，且與導(dǎo)向套10配合后方向固定；同時將其與工件C基準(zhǔn)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(shè)計

對于錐孔位置度的測量，GB/T8069-1998《功能量規(guī)》中并沒有相關(guān)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(zhuǎn)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(zhuǎn)換成了對測量柱5位置度的測量。設(shè)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(jù)《功能量規(guī)》中的相應(yīng)公式計算測量柱5的尺寸。

3.3、檢具圖紙的標(biāo)注檢

具圖紙的標(biāo)注方式要與工件GD&T圖紙的設(shè)計原則保持一致，在所建立的檢具坐標(biāo)系下，對各個孔的導(dǎo)向套軸線的位置進行標(biāo)注。由于檢具上各導(dǎo)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(dǎo)向套軸線的理論尺寸，以此確定檢具上各個導(dǎo)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(biāo)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(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。常規(guī)方法是對檢測銷的測量部位進行檢測，由于檢測銷導(dǎo)向部位與導(dǎo)向套之間存在間隙，所以這種方式測得的位置度數(shù)值并不準(zhǔn)確。在此，提出一種簡單合理的精度檢測方法：在導(dǎo)向套上取兩個節(jié)圓，首先判斷導(dǎo)向套實際軸線的位置度是否合格；如果合格，再利用三坐標(biāo)測量機繼續(xù)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(nèi)，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(dǎo)向部位與導(dǎo)向套之間的間隙對位置度測量產(chǎn)生的影響，能夠?qū)z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(zhuǎn)向節(jié)工件安裝到檢具上，使A、B和C三個基準(zhǔn)與檢具上的基準(zhǔn)相對應(yīng)，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(zhuǎn)向節(jié)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(biāo)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(biāo)記；最后，由兩名檢測人員兩次測量所有零件。

結(jié)束語

對前轉(zhuǎn)向節(jié)綜合檢具的設(shè)計過程進行了分析，給出了位置度綜合檢具的設(shè)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(shè)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(tǒng)有限公司底盤研究院）