汽車V型推力桿制造工藝中的難點
V型推力桿總成裝置，通常設置在載重汽車中、后橋上，成對使用。其一端通過球面銷與車架鉸接，另一端則安裝在車橋上，通過關節軸承與車橋鉸接，其主要作用是穩定車橋，保持車橋的穩定位置，同時克服彈簧鋼板只能傳遞縱向力和側向力而不能傳遞牽引力、制動力及其相應的反作用力矩的弊端。因而當載重汽車過載時，V型推力桿可將沖擊載荷有效均衡地分配給車身兩邊縱梁，減輕橋殼和底盤受到的沖擊。同時由于載重汽車的工況惡劣，若V型推力桿密封不好，則泥沙等極易進入上球座，加快關節軸承總成磨損，從而導致整個總成性能下降，使用壽命大大降低。
目前中國重汽（香港）有限公司（以下簡稱為“中國重汽”）使用的V型推力桿主要由1個上球座（夾緊圈、球座襯和端蓋）、2個連接桿、2個直球座和2個球銷等組件組成，其安裝、總成結構和總成數模。
V型推力桿總成制造中存在兩大難點：一是上球座的加工，二是V型推力桿總成的熱壓合連接。
上球座（見圖4）是V型推力桿中重要的零部件之一，它一方面是關節軸承總成的安裝定位件，其內孔的加工尺寸及精度決定了關節軸承總成的裝配精度；另一方面它是兩根連接桿的連接中心，整個總成的熱壓合關鍵之處就在于上球座與兩根連接桿的熱壓合，熱壓合質量的好壞直接影響著總成的連接尺寸和裝配質量。由于上球座形狀較為復雜，如果定位裝夾不好，將直接影響后續工序的加工精度及其裝配質量。由于其內部使用的剛性關節軸承對內孔的精度要求進一步提高，增加了制造的難度，同時對操作者的要求也提高了。因此我們對上球座的加工設備提出了一定的要求，對夾具設計的可行性進行了分析。
上球座的加工設備選用CKA6163數控加工機床，其關鍵工序在于φ90mm內孔的加工和φ46mm尾端的加工?？v觀上球座零件，可以看到上球座零件質量大、毛坯復雜且形狀不均勻，因而怎樣設計夾具從而保證產品的加工精度成為關鍵。
在加工φ90mm內孔時，需要將上球座豎直放置，以一側毛坯面定位加工內孔，作為后續工序的精基準。加工過程中工件與夾具一起旋轉時存在離心力作用，內孔會產生失圓，因而需要對夾具做一定的配重處理，如圖5所示，在上球座尾端對稱的一側增加了配重塊。
在對夾具進行了配重處理后，加工φ90mm內孔時仍然有失圓情況的產生，原因有多方面的，對這一問題的分析如下：
產生失圓的主要原因是由于機床主軸旋轉時所產生的慣性力引起的加工誤差。在工藝系統中，切削加工中高速旋轉的零部件（含夾具、工件等）不平衡，將會產生離心力。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Y方向的分力大小的變化，會引起工藝系統的受力變形，在加工時產生誤差。在加工上球座工件時，零部件不平衡，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d，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（由于旋轉體不平衡而引起的背吃刀量變化，見圖6），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Y方向的相對位移（讓刀）最小，設為Ymin；當離心力Q與Fr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。
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配重塊，使不平衡質量m和配重塊的離心力大小相等，方向相反，達到相互抵消的結果。但是，由于毛坯質量不均衡，配重塊也不可能隨時調整，因此配重后的加工同樣會產生失圓。這樣對毛坯的質量分布要求也需進一步提高，盡量使毛坯的質量分布均衡，確保加工后的失圓情況在尺寸公差可控的范圍內，這樣對后續金屬鋼軸承的使用也提供了保證。由上述公式可知，離心力Q與工件轉速的平方成正比，因此，加工該產品時，配重調整好后，還應根據生產實際調整好轉速，使轉速在合適范圍內，以減小離心力對工件產生的影響，減小失圓。
在沿上球座內孔軸線徑向產生失圓的同時，沿軸線方向還將產生錐度變化，即沿φ90mm內孔軸線，底部尺寸稍小于上部尺寸，呈小錐度的變化。這是由于刀具刀桿有一定長度，由上球座上部到底部的切削運動產生的抗力不均衡，加之存在離心力的作用，因而切削深度存在差異，產生了錐度情況。但就目前的加工來看，錐度很小，在可控制范圍內，不影響關節軸承的裝配。
上球座的內孔及其端面則是以后各工序加工以及熱壓組件壓合時的基準，因此，孔的加工必須在前，同時考慮如果上球座在一次性裝夾下完成粗加工、半精加工和精加工，那么在粗加工時由于切削余量大，在切削過程中會產生較大的切削力，產生大量的切削熱。工件的熱變形主要是由切削熱引起的。在熱平衡的情況下，工件的加工精度符合要求，但在冷卻收縮后，其尺寸變小，甚至可能出現尺寸超差。同時，由于切削熱引起了刀具的熱變形，使得開始加工的工件與達到熱平衡后加工的工件存在尺寸誤差。所以為保證上球座加工精度，其粗加工與半精加工和精加工工序必須分開進行。在上球座粗加工后將其取下使其自然失效，消除內應力后再轉入半精加工、精加工工序，這樣工件的加工精度就要比工序集中時好很多。但就我廠目前的設備、工裝及人員狀況，加工φ90mm內孔時，粗加工、半精加工及精加工由同一工序完成：
05—車內孔及φ106mm外圓；
10—車另端內孔及φ109mm外圓；
15—車φ104.4mm槽；
20—車φ105mm槽；
25—打中心孔；
30—車一端φ46mm外圓及φ41mm槽；
35—車另一端φ46外圓及φ41mm槽。
對于15及20兩道工序，理論上可以分別合并進05及10工序，這樣可以減少工件的周轉時間，提高生產效率。為此，對于10工序，試制了帶彈性夾套的夾具。
經試車，上球座車夾具安全可靠、質量輕且裝夾方便，上球座φ90mm內孔的尺寸比較穩定，滿足工藝要求，完全達到圖紙公差的要求，工序的質量能夠保證。
上球座的另一加工關鍵在于φ46mm尾端尺寸的加工。上球座尾端成“V”字狀，由于兩尾端間有48 17′±12′的角度，因此每個尾部相對于內孔中心面就有一定的角度，為使其能正常加工出尾部，就必須以內孔及其端面為基準，以上球座端面定位，消除三個自由度（兩個轉動自由度、一個平面移動自由度），而內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尾部頂針消除，這樣六個自由度均已消除，從而使得夾具定位裝夾可靠。但需要解決夾具配重問題，使尾部保持水平，才能滿足加工條件，加工出合格產品。而在加工另一端尾部時，為使定位基準保持一致，必須重新設計重量與上述配重塊一致，如要安裝角度不同的配重塊，在加工時只需將其安裝在夾具體上，即可進行生產加工。該夾具如圖8所示。
在上球座φ46mm尾端尺寸的加工過程中，雖然有配重塊的使用，但就加工后的產品尺寸來說，存在著一定比例的失圓。原因分析主要是夾具與工件的靜平衡調整好后，由于靜平衡一般不能消除附加反動力，加工時工件與夾具旋轉，使得工作情況更加惡化，動平衡未調整好，慣性力引起較大的附加反作用力，所以工件尾部存在失圓情況。附加反作用力可通過專用的動平衡機來消除。因此，應重新考慮夾具的配重問題，在遠離夾具體的地方適當安裝配重塊，保證動平衡。FEMA（潛在失效模式及后果分析）對此問題的分析認為是刀具問題、毛坯質量問題及機床振動、動平衡的問題。但通過試驗，在保證夾具、工件等不變的條件下，適當增加走刀次數，增加精車工步，可有效減小失圓的產生，工件加工精度可以保證。
V型推力桿的熱壓合是V型推力桿的又一加工難點和關鍵。由于熱壓合后工件一次定型，因此對各熱壓合組件尺寸要求較嚴格，其熱壓件質量關系著整個總成的質量，同樣也關系著與整車裝配的質量。
V型推力桿的熱壓合就是將上球座及其熱壓組件熱壓到一起的關鍵過程，由于V型推力桿存在著48 17′±12′的角度，因此它就存在不同于普通澆鑄式推力桿的熱壓模具，必須重新設計模具，以滿足V型推力桿中雙頭熱壓的要求。同時模具中還必須保證連接尺寸513.7±1.5mm的準確性，因此，還要保證壓裝后檢具的精確度。熱壓合模具的合理設計為制造的關鍵。
為滿足V型推力桿雙頭熱壓的要求，結合V型推力桿的設計特點，我們重新設計了滿足V型推力桿制造的模具，如圖9所示。
在上球座、連接桿和直球座加工完畢后，即可進行V型推力桿的熱壓合。V型推力桿的熱壓合是將桿身和直球座熱壓好的組件放入加熱設備中，加熱至桿身的相變溫度以下、再結晶溫度以上，然后將桿身與上球座同時放入熱壓模中，利用油壓機壓力將球座桿身熱壓結為一體。連接桿的材料為35鋼，由鐵—合金相圖知，35鋼的絕對熔化溫度T熔為1?450℃，相變溫度為800℃左右，而再結晶溫度T再＝0.4T熔＝580℃，當桿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，消耗較小的能量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，在熱壓裝時桿身的加熱溫度一般控制在750±20℃（在727℃時A發生共析反應），并且使其加熱溫度均勻，以保證產品熱壓裝質量。但就目前的熱壓裝條件，考慮到溫度變化，尤其是在溫度低條件下的熱壓合，工件的熱量流失快，操作者可能等待熱壓的時間長，故將加熱溫度定為850±50℃，以補償熱量的流失對熱壓合產生的影響，從而保證產品質量。實驗證明此溫度區域內的熱壓合完全可以保證產品質量。
在保證熱壓合溫度滿足的條件下，壓裝的壓力對推力桿的壓合質量也非常重要。壓力過小，造成壓合痕淺，影響產品質量，因此通過計算與實踐將壓力定為22±3MPa，完全可以保證V型推力桿壓裝質量。
