文|朱剛•成都東豐汽車零部件有限公司
單片三角臂輕量化、低成本，但是臂體衝壓工藝複雜，鉸接壓裝難度較大，要滿足批量穩定生產須突破製造難點。
節能降本是目前中國汽車行業追求的共同目標，隨著中國汽車產業鏈的逐步成熟，汽車降低成本的趨勢逐步由原來的製造降成本轉變為設計降成本。三角臂總成隨著降成本的需求，經歷了三大階段。第一階段三角臂採用鑄造件（包括鑄鋁、鑄鐵），特點是產品重量大、成本高，但是製造工藝相對簡單；第二階段三角臂採用衝壓合焊件或內高壓成型件，相比第一階段三角臂總成質量有所減小，而且成本也有所降低；第三階段三角臂採用單片衝壓三角臂結構，產品質量和成本大幅度降低，但是製造工藝有較大難度。
本文針對單片三角臂整個製造開發過程進行一個簡要解析，對開發難點進行說明，有助於單片三角臂製造工藝的設計。
產品關鍵特性識別
經過產品功能需求的分析識別出產品關鍵特性如下：
⑴疲勞強度；
⑵鉸接、球銷壓出力（包括前鉸接、後鉸接和球銷）；
⑶鉸接、球銷壓裝尺9寸（包括前鉸接、後鉸接和球銷）；
⑷焊縫強度；
⑸前鉸接、後鉸接和球銷的相對距離。
根據總成特性分解到衝壓件關鍵特性如下：
⑴衝壓件變薄率；
⑵後彈性鉸接和球銷翻孔尺寸；
⑶前鉸接、後鉸接和球銷對應裝配距離；
⑷套筒裝配處修邊線尺寸。
重點工藝分析和設計
三角臂體衝壓工藝分析和設計
經過分析採取全序衝壓工藝可以實現產品加工（不需要另外進行機加工），需求工序為9序，具體如圖1所示。
圖1 工藝模擬
CAE分析變薄率結果如下圖2，拐角處第一次成型後變薄率為16％，二次整形後變薄率為17％，此處開裂風險較大。為了避免開裂和嚴重變薄需要優化翻邊處的修邊線位置，同時需要確保修邊線質量不出現毛刺和凹口，翻邊凹模需要進行表面處理提高光潔度和表面硬度（建議進行TD處理即可），採取工藝優化和工裝優化等方式控制此處變薄率。
圖2 CAE分析
三角臂體衝壓難點
⑴三角臂２個翻孔均需要進行壓裝，對翻孔高度、翻孔垂直度、翻孔圓度和翻孔孔徑均有較高要求，為了滿足裝配要求，翻孔不能採取多次翻孔，否則會造成翻孔內壁出現較為嚴重的衝擊痕，導致壓裝效果受到影響。選擇一次翻孔到位，又需要確保翻孔質量，要求翻孔凸凹模間隙很小。凸凹模間隙小會造成翻孔凸凹模拉毛而影響使用壽命，為了延長使用壽命，凸凹模需要選擇特殊材料，同時表面需要進行處理。經過實踐採用鎢鋼做凸凹模，並且表面進行TD處理能使凸凹模壽命超過1.5萬次。
⑵三角臂體與套筒搭接部位修邊線對圓度、位置度和同心度都有較嚴格要求，而且2條修邊線空間間距僅僅27mm。要採用模具加工方式保證修邊線，就需要採取斜契對沖的方式，由於2條修邊線空間間距小，模具凹模強度很難保證，需要將側衝分為2次完成，同時設計時需要充分考慮刀口強度和廢料口大小的矛盾，選擇合理的尺寸使得廢料能正常掉落的同時延長凹模刀口的壽命。如果公司對模具的維護保養能力不足時，建議此處修邊線直接採用銑床完成。
三角臂體焊接工藝分析和設計單片三角臂的焊接內容較少，僅僅只有3條焊縫（如圖3），但是焊接要求較高，要求焊接不能導致套筒變形，同時要求焊接極限強度和疲勞強度均滿足整車需求。
焊接電流的選擇是關鍵，確保焊接熔深滿足要求的情況下儘量選擇較小電流。電流越高焊接產生應力越大，越不利用疲勞強度，選擇較小電流有利用提高臂體的疲勞強度。同時焊接起弧和收弧也是關鍵，起弧和收弧也是焊接疲勞強度薄弱區，為了提高疲勞強度起弧和收弧均需要延長出套管和臂體搭接區5mm以上。
三角臂總成壓裝工藝分析和設計：
單片三角臂壓裝需要壓裝1個彈性鉸接，1個鋼性鉸接和1個球銷。壓裝對壓入力和壓出力均有較較為嚴格的要求。壓裝採用過盈配合，2個壓裝零件過盈量的穩定性是壓裝質量的關鍵。其中彈性鉸接壓裝難度較大，一次下線合格率難以保證，本文重點講解一下彈性鉸接壓裝關鍵點。
軟鉸接壓裝主要存在2個主要問題：
（1）壓裝時出現保護套無法翻出，出現概率為50%以上（圖4）；
（2）壓裝尺寸在剛完成壓裝完成時合格，存放2天后對稱度發生變化而不合格。
表1 主要解決方案
鉸接和套筒的過盈量：鉸接和套筒的過盈量對壓裝有很大影響，需要根據鉸接壓脫力的需求選擇合適的過盈量。如果過盈量過大將會出現無法正常壓入甚至報廢的情況；如果過盈量過小將會出現壓脫力不夠的現象。經過大量實驗驗證，一般過盈量選擇3.9-4.4mm的範圍內較為合適。
鉸接的硬度：鉸接硬度對壓裝也有較大影響，不同的硬度壓入的摩擦係數不一致，回彈變形量也不一致。針對壓裝來說硬度越高壓裝越容易，而且壓裝後對稱度波動越小。但是前鉸接的硬度對整車操作性能有一定的影響，建議在調校允許的範圍內儘量選擇較大硬度。經過現場分析總結，建議前鉸接硬度≥65壓裝效果較好。
壓裝潤滑液的型號和濃度：壓裝潤滑液要求潤滑液可以較快揮發或者能被鉸接橡膠較快吸收，否則如果潤滑液長期有潤滑效果，會使壓脫力大大降低。一般選擇乳化液或者能被吸收的油類。一般選用乳化液與水的混合液作為潤滑劑進行壓裝。此潤滑劑價格較低，而且較易揮發，同時對鉸接影響較小（不會腐蝕鉸接）。混合比例對潤滑效果有較大影響，混合液的潤滑效果對壓裝尺寸有著很重要的作用，若潤滑效果差壓裝尺寸將難以保證，而且容易出鉸接無法壓出而報廢，因此需經過一定量的試驗來確定乳化液和水的比例。另外注意乳化液的失效性，配比後會出現失效現象。
保護蓋厚度和尺寸：保護蓋的厚度太厚或者太薄都會出現不同情況的報廢，需要進行試驗找出合適的厚度。保護蓋的尺寸也很影響壓裝的報廢率，如果保護蓋的尺寸過大會出現壓裂或者過切現象，但是尺寸也不能太小否則起不到保護作用，以便選擇比套筒外徑大Φ1mm較為合適。
反推裝置（圖5）：由於前彈性鉸接為橡膠材質，在壓裝過程中會有很大的變形，直接將其壓入三角臂中，會產生回彈現象，無法保證尺寸，因此在壓裝過程中，先將彈性鉸接過壓一定距離，然後再使用反推氣缸將其反頂至合格的尺寸，預先消除由於壓裝產生的變形回彈量，來保證壓裝尺寸穩定性。
三角臂總成性能驗證：
三角臂總成主要性能有極限力、疲勞強度、鉸接和球銷壓出力、弧焊強度和塗裝性能，表2主要試驗方法。
結束語
三角臂總成為安全法規件，三角臂失效可能導致汽車轉向失靈對駕駛員造成生命危險。單片三角臂總成安全裕度相對不高，需要確保生產工藝穩定來保證產品性能穩定，同時嚴格執行性能檢測以確保乘客的安全。
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