1、V型推力桿加工工藝分析研究 推力桿主要是應用在載重汽車或客車的非獨立懸架的單軸或雙后橋重型汽車上，連接著車架與車橋，其目的主要是為了克服鋼板彈簧只能傳遞垂直力和側向力面不能傳遞牽引力、制動力及其相應的反作用力矩，目前，各型推力桿廣泛應用于國內各大主機廠所生產的載重汽車和客車上。近年來，一種新型的推力桿即V型推力桿開始在一些主機廠的高檔客車和重型汽車上開始運用。 載重汽車懸掛用推力桿總成裝置，作為汽車多軸懸掛系統有組成部份，通常設置在載重汽車中、后橋上：其一端與車身鉸接，另一端則與中橋相鉸接：其作用主要是傳遞縱向力及其力矩和橫向力及其力矩，如牽引力，制動力及汽車轉彎時的離心力等。目前，常用的汽車

2、V型推力桿總成的結構形式如圖1所示。由于推力桿總成的功用是不僅能傳遞垂直力和力矩，還應傳遞側向力和力矩，同時載重汽車的工況惡劣，若推力桿密封不好，則泥沙極易進入端頭，加快磨損，從而導致整個總成性能下降，使用壽命大大降低，因此其工作環境極為惡劣。 圖1BBC-2919010推力桿傳統的推力桿是用兩個端頭、一根桿身通過鉚合連為一體，只有一個尺寸關系，具有結構簡單，檢測方便，產品質量較易保證的特點，而BBC-2919011推力桿因其外形酷似V字型，故形象地稱為V型推力桿，與普通推力桿不同，它是在一個V型（即BBC-2919013端頭）端頭上通過桿身與另外兩個端頭鉚結而成，在一付推力桿上有三個不同的端

3、頭，相互間具有嚴格的尺寸關系,如端頭A與端頭B間的中心尺寸為 ，端頭A、B與BBC-V型端頭間的尺寸均為621.5mm，因此，這就給產品質量的保證、以及生產制造上帶來了一定的難度。而作為V型推力桿的主體V型端頭在產品的加工保證上較為困難,而V型推力桿的鉚合也極不易保證。 在對BBC-2919010推力桿（V型推力桿）的開發中通過對產品圖紙進行仔細分析后認為：V型推力桿的開發，其難點在于：一是V型端頭的加工；二是推力桿的鉚合。 V型端頭結構如圖2所示，它與普通端頭的區別在于：一是孔徑大，坯件形狀較為復雜，二是產品質量較重，一個V型端頭重量達四十多斤。故為保證產品的加工質量，就必須從工裝、設備、刀

4、具以及切削用量上重新設計選擇。 圖2端頭加工的工藝分析 由于BBC-V型端頭的毛坯件是鍛壓成型，其分模面在兩桿部與缸孔的軸心平面上，故缸孔的正反面存在撥模斜度，即兩平面不平整，嚴重影響產品的加工，因此，在產品加工的第一道工序必然是將產品的一個端面銑平然后才可進行以后工序的加工。 產品的缸孔及其端面則是以后各工序加工以及桿身、端頭組合件鉚合時的基準，因此，孔的加工必須在前面較早時加工出來,同時考慮如果產品在一次性裝夾下完成粗加工、半精加工和精加工，那么,產品在粗加工時由于需要切除大量的的切削余量、因此在切削用量的選擇上盡可能大,在切削過程中所產生的切削力就大、同時就會產生大量的切削熱，為保證生產

5、安全，不致于在加工過程中將產品飛出，在產品裝夾時所使用的夾緊力較大，而一旦產品加工完畢將其取下后，一方面由于夾緊力失去，產品會產生回復變形從而引起失圓；另一方面產品在切削熱作用下會出現較大的熱脹冷縮現象，產品尺寸也會隨著溫度的變化而發生變化，故產品尺寸無法控制。所以為保證產品質量，產品的粗加工與半精加工和精加工必須分開進行，這樣產品在粗加工時切除了大量的切削余量，然后將其取下使其自然失效、消除內應力后再流入半精加工、精加工工序。 在桿部仿竹節時，由于兩桿部間存在著48°29的角度關系，其角度誤差的大小直接影響著推力桿兩端頭間的中心尺寸517.60-2mm的精度,因此，在仿一端桿部竹節

6、時必須考慮兩桿間的相互位置尺寸以及余量，而在仿另一桿部竹節打中心孔時，必須用已經加工后的一端桿部定位打出合格的中心孔，在仿竹節時才能保證兩桿部間形成48°29的角度，加工出合格的產品。故端頭加工的工藝路線如下： （1）銑缸孔一端平面 （2） 粗鉆毛孔54mm （3）粗車缸孔加工至尺寸104mm，留半精車、精車余量4mm, （4）半精車、精車缸孔加工至圖紙尺寸108 00。087 （5） 車反面控制總厚及反面孔尺寸 （6）打一端中心孔注意兩桿部的加工余量 （7）仿一端桿竹節外形 （8） 打另一端中心孔保證兩桿部的夾角為48°29 （9）仿另一端竹節外形 端頭加工工裝的設計以及

7、設備的選擇 根據前面對端頭加工的工藝路線分析，知道端頭加工的重點和難點一是產品缸孔的加工、二是產品桿部的竹節外形加工（其中包含兩桿部中心孔的加工），因此，在工裝設計時以端頭缸孔的車加工以及端頭桿部仿竹節所用工裝作為主。 1.工裝設計 （1）車夾具設計 由于普通端頭的毛坯其分模面在產品的中心，坯件的反面是較為平整的一個大平面，因此產品的定位準確、夾緊可靠，而作為專業的端頭加工單位，對普通端頭的加工均設計制造有較為成熟的工裝夾具，產品質量容易保證，加工較為容易，工裝也簡單，而BBC-V型端頭則不同，由于產品向外突出的兩桿部間具有48°29的角度要求，且兩桿部與孔的軸心線在同一平面上，故坯

8、件的分模面在兩桿部的軸心平面上，坯件反面底部由于具有分模面的切邊和撥模斜度，故產品反面不平整，造成產品定位困難，因此，為使其能順利加工，同時減少夾具的設計制造費用，首先直接選擇了標準的320mm三爪卡盤，同時設計了如下所示的專用夾爪，產品加工時的夾持方位如圖3所示。圖3其中一個夾爪底部設計有一V型面，其目的就是為了消除坯件的切邊對產品定位的影響，根據機床夾具設計手冊，V型面的長度選取為20mm，用于只消除一個方向的移動自由度，允許其轉動自由度存在，這樣，根據所選的三爪卡盤，另兩個轉動自由度由三爪卡盤中的另二專用夾爪中的二個支撐定位點消除，具有自動定心、起夾持作用的夾爪部位消除另外兩個自由度，因

9、此，整個夾具即可消除五個自由度，滿足了加工條件。另外，由于產品向外突出的兩桿部間具有48°29的角度，因此桿部向外突出接近100mm，整個端頭的厚為95 mm，從而使得夾爪的高度較高，夾緊時受力較大，夾爪容易變形，夾爪剛性較差，因此，為保證產品能夠正常加工出來，夾爪材料選用45號鋼，熱處理硬度為HRC4348，同時設計時預留了配重位置，以減少機床轉動時過大的離心力對產品加工精度的影響和對機床主軸的影響。 （2）仿形用夾具設計 V型端頭在仿竹節時，由于兩桿部間有48°29的角度，因此每桿相對于缸孔端面就有一定的角度，為使其能正常加工出桿部竹節，就必須以缸孔及其端面為基準，以端

10、頭正面定位，消除三個自由度（兩個轉動自由度，一個平面移動自由度），而缸孔心部則以短圓柱定位消除兩個移動自由度，另外一個轉動自由度則利用芯軸與桿部頂針消除，這樣六個自由度均已消除，從而使得夾具定位可靠，故只需在設計出的夾具體上安裝一個與鉛垂方向有24°15角度的定位短芯柱，就能使桿部保持水平，滿足加工條件，加工出合格產品。而在加工另一桿部竹節時，為使定位基準保持一致，必須重新設計角度與上述定位芯柱一致，但落差不同的定位芯柱，在加工時只需將其安裝在夾具體上，即可加工出合格產品。仿形夾具如圖4所示。圖42.設備選用 通過對產品的分析，發現雖然該產品的尺寸精度和表面粗糙度要求并不太高，但是由

11、于該產品的外形尺寸較大，重量較重，因此較小的設備是無法滿足加工要求的，故根據車間的現有的設備狀況，決定選用C630承擔該產品孔的加工任務。在仿竹節時，由于產品的回轉半徑大（240×Sin48°29=180mm）、產品重，故必須選用剛性好、效率高的機床，因此，選用CE7132仿形機床。 刀具的選用 根據前面對產品圖紙的分析，知道V型端頭的加工難點：是端頭缸孔的加工，因此，在刀具的設計選用中主要是如何保證能夠順利地加工出合格的產品。在加工普通端頭時，因其內孔簡單，孔徑較小，坯件也較小，質量較輕，因此，刀具的選擇直接用普通的內孔刀具即可。而BBC-V型端頭則不同，由于產品質量較重

12、，桿部向外突出，原加工一般端頭的普通刀具顯然已無法適應該產品的加工，必須增加刀具的剛性，經材料力學的計算分析決定選用直徑為50mm，45號鋼，熱處理后調質硬度為HRC38-42的材料作刀體，這樣在實際加工中能夠滿足生產需要。 切削用量的確定 在工裝、刀具、機床設計選定后即可進行產品的加工，根據前面的工藝安排，在端頭的缸孔加工時先進行粗加工，然后再進行半精加工、精加工，而在粗加工時主要是切除大量的毛坯余量，然后留精車余量，因此對產品的質量并無大的影響，切削用量的選擇也是在刀具、工裝、機床的剛性足夠時盡可能取大，故粗加工時切削深度取3.5mm，進給量取0.65mm/r，轉速取300r/min，最后

13、留4mm的半精車、精車余量；而根據前面的工序安排，半精車、精車是在產品的一次裝夾下完成加工的，故在半精車時，切削深度取1.85mm，進給量取0.32mm/r，轉速取475r/min，此時留有0.3mm的精車余量，而半精車時則主要是考慮所加工出產品的尺寸精度和表面粗糙度能否保證精加工時有足夠的余量加工出合格產品；在精加工時，則主要考慮產品的最終尺寸精度和表面粗糙度，所以參照金屬機械加工工藝人員手冊切削深度取0.15mm，進給量取0.1mm/r，轉速取475rpm，在產品加工出后,經檢測發現產品的失圓度較大，達到0.1mm，已經超過了由尺寸精度1080 0.087所控制的形狀精度，在連續加工十件后

14、檢測依然如此。 經分析，產生失圓的主要原因是由于主軸旋轉時所產生的慣性力引起的加工誤差，由機械制造工藝學知道：在工藝系統中，由于旋轉的機床零件、夾具或工件的不平衡，會產生離心力。而離心力和轉動力一樣在每一轉中不斷地變更方向，因此它在加工誤差敏感方向上原分力和切削力的方向有時相同，有時相反，從而引起工藝系統的受力變形，在加工時產生誤差。 在加工本產品車內孔時，假設工件和夾具的總的不平衡質量為m，質量中心到回轉中心的距離為旋轉時所產生的離心力為Q，當離心力Q與切削分力Fr方向相反時圖5（a）所示，力Q將工件推向刀具，此時切削深度為最大，工件與刀具之間由力Q和力Fr之差所引起的的y 方向的相對位移（

15、讓刀）最小，設為Ymin；圖5（b）表示Q與Fr密切協作完全同向時，力使工件離開刀具，此時，切削深度為最小，而工件與刀具之間由力Q和力Fr之和所引起的Y方向的相對位移（讓刀）最大，設為Ymax由于位移不同而產生在半徑方向的加工誤差r為 而離心力 式中 n不平衡質量的轉速，r/min。 圖 5因此，在加工中只要不消除或減小離心力，失圓是永遠存在的。為消除這一不良影響，在加工該產品時，根據產品質量，在不平衡質量的反方向加裝重塊，使不平衡質量m和重塊的離心力大小相等，方向相反，達到相互抵消的結果，如在前述車夾具中的配重。同時，由上述公式知道，離心力還與工件的轉速的平方成正比，因此，在加工該產品時，在

16、增加了配重，將轉速由475r/min降為380r/min后，連續加工十件產品，經檢測，產品質量符合圖紙要求。故在精加工時的切削用量重新調整為：切削深度取0.15mm，進給量取0.05mm/r，轉速取380r/min，而此時切削速度為 故能夠滿足加工要求。 推力桿的鉚合 在端頭、桿身加工完畢后，即可進行推力桿的鉚合。推力桿的鉚合一般是將桿身放入加熱設備中，加熱至桿身的相變溫度以下在再結晶溫度以上然后將桿身與端頭同時放入鉚合模中，利用油壓機壓力將端頭桿身鉚結為一體；桿身的材料一般為35鋼，由鐵碳合金相圖知道35鐵的絕對熔化溫度T熔為1420，相變溫度為770左右，而再結晶溫度T再=0.4T熔，當桿

17、身加熱溫度超過再結晶溫度時,則金屬的塑性良好，變形抗力低，消耗較小的功即可得到較大的變形，同時能獲得較高機械性能的再結晶。所以，在鉚合時桿身的加熱溫度一般控制在750±20,并且使其加熱溫度均勻，以達保證產品鉚合質量目的。 傳統的推力桿鉚合時由于只有兩個端頭、一根桿身，且桿身的直徑 一般在5060mm間，只需在一次將桿身加熱情況下，同時將兩個端頭裝入鉚合工裝中，只要工裝調試得當即可鉚合出合格的推力桿。 在鉚合中最容易出的質量問題有：一是鉚合時鉚痕淺，導致端頭與桿身不能緊密相貼，相互間有間隙存在，推力桿無法承受產品規定196kN的拉力要求，從而出現松動現象；二是端頭間的中心距出現扁差，

18、超出產品允許的精度范圍，造成推力桿出現安裝困難；三是端頭間孔軸心線的平行度或垂直度出現超差，造成推力桿在裝配時球面銷發生偏轉，影響到機車的擺角，四是在鉚合時出現鉚痕兩邊不對稱，從而影響推力桿的外觀質量。經多年的探索實踐，在鉚合中出現上述質量問題時須由以下方案解決： 1.鉚合鉚痕淺 （1）必須嚴格控制桿身的加熱溫度，使鉚合區的溫度均勻，避免桿身出現過熱、過燒現象，影響桿身的金相組織，從而影響到整個推力桿的質量。 （2）保證油壓機的運轉正常，壓力必須達到工藝文件所規定的鉚合壓力要求，同時對油壓機的工進速度加以嚴格控制，避免出現過快（影響到端頭軸心線間的平行度或垂直度）、過慢（此時桿身已經冷卻，變形

19、抗力加大，從而造成推力桿鉚痕淺）。 （3）鉚口的設計必須合理，各個幾何尺寸必須嚴格控制，避免出現鉚口凸印幾何尺寸大于端頭竹節凹印幾何尺寸從而造成桿身鉚合困難，影響推力桿鉚痕。 2.端頭中心距尺寸超差 出現此種問題主要是： （1）工裝鉚具調整時鉚具尺寸就超差，造成推力桿鉚合后長度尺寸超差，屬人為因素，由施工員的個人經驗、自身素質決定，需在鉚合實踐中摸索積累經驗，減少此類誤差出現的機率。 （2）工裝、鉚具的定位芯柱間隙較大，使得產品的定位不準確，在鉚合時容易出現推力桿的長短尺寸不穩定，從而影響產品質量。為解決此類問題，首先在鉚具的設計中選擇合適的公差配合，如在車間所有使用的鉚具其定位芯柱與鉚具體間

20、的尺寸及配合均為60H7/g6，使定位芯柱在鉚具體間既可滑動以不致于有較大的間隙，一旦發現定位芯柱松動時就必須從新更換，以確保定位尺寸的準確性；二是定位芯柱與端頭間的配合必須根據推力桿的長度尺寸的公差要求進行調整，在能夠保證產品尺寸前提下盡可能增大配合間隙，這是因為推力桿在鉚合過程中其桿身在壓力作用下會產生延伸而變長，使端頭與定位芯柱間產生很大的作用力，輕者使推力桿鉚合后產品的取出困難，嚴重時會使溥壁端頭的內孔產生變形，或者損壞鉚具的定位芯柱，因此定位芯柱與端頭間的配合取d13，根據孔的大小，其間隙一般有0.350.65mm，經過數十萬件推力桿的生產，經檢測是能夠保證產品質量的。 3.端頭間孔

21、軸心線平行度或垂直度的保證 此種問題的出現主要是鉚具上下模鉚口不同心、桿身加工過程中內外圓不同心，端頭桿部仿竹節時桿部軸心線未經過端頭缸孔的中心平面，即不對稱、以及鉚合模具定位芯柱與鉚口不同心導致在鉚合過程中當上模鉚口的一邊先接觸桿身時必然引起桿身繞軸心線轉動，使得端頭也發生轉動從而引起推力桿兩端頭間的軸心線不平行或不垂直；當上模兩端的鉚口都同時一個方向先接觸桿身時，則桿身的轉動是一致的，兩端端頭的轉動方向也是一致的，則不會對推力桿的位置公差帶來影響。因此為解決以上問題，首先在桿身加工時必須保證內外圓同心，端頭仿桿部外圓時保證與孔軸心線對稱，以消除產品的加工誤差對鉚合的影響。其次是在鉚合模具的

22、調試、更換鉚口時做到上下鉚口重合，以減少工裝調試帶來的誤差。三是鉚具在加工制造過程中上、下模的定位鍵槽出現加工誤差，導致上、 下模的鉚口座無法對正，從而使得推力桿在鉚合過程中出現端頭孔的軸心線發生偏轉，而定位鍵槽出現加工誤差時鉚具的修復基本上是不可能的，唯一的修正措施則是在定位芯柱上加裝調整螺釘，從而使鉚合質量得以人為控制成為可能，經過二十多萬件的的推力桿鉚合，經檢測產品質量是能夠得到保證的，使用效果是明顯的。 4.鉚合時推力桿兩邊鉚痕不對稱，影響產品的外觀質量 此種問題的出現則主要是桿身和端頭的竹節在加工過程中出現問題。由于推力桿在鉚合過程中其桿身的定位是靠端頭桿部竹節處的倒角部分定位的。如

23、果桿身在加工過程中其長度尺寸出現極限下偏差、車孔時兩端的倒角大小尺寸未控制好以及端頭仿軸竹節時至孔的中心尺寸未控制好時均會對鉚合時的產品的外觀帶來影響。而解決的辦法就是嚴格按照工藝文件的要求控制桿身、端頭的加工尺寸，確保產品的加工質量。 作為一般的推力桿鉚合，只要解決了上述存在的問題，就能夠獲得比較滿意的產品質量。而BBCV型推力桿則不同，由于推力桿本身具有三個端頭，也就具有三個不同的空間幾何尺寸，如果能夠一次將桿身加熱后進行鉚合，則可提高生產效率，但此時對油壓機的噸位要求大大提高，而且，由于產品本身較重需數人配合才能完成一次鉚合，將給生產安排帶來很大的不便，因此在工藝上對V型推力桿的鉚合作出如下調整：即先將端頭A、端頭B分別與桿身進行鉚合，然后再與V型端頭進行組合。這樣即可最大限度地降低油壓機噸位，但卻使得鉚合過程較為繁瑣，同時須重新設計鉚合工裝，以保證產品的鉚合質量。如圖6即是為V型推力桿設計的專用鉚合模。圖 6它是在端頭與桿身進行單頭鉚合后與V型端頭進行組合鉚合時的專用鉚合模具，在模具體的下模座上分別設計了兩根與V型端頭中心線對稱的、夾角為48°29的定位鍵，而定位芯座A、B可沿定位鍵滑動，以調節鉚合長度。 由于在推力桿組合鉚合時是單邊受力，且鉚具較大，在油壓機上安裝鉚具時不可能將鉚具安放在油壓機的軸心線上，因此對油壓機的使用極為不利，為解決這一問題，在鉚具設計時