0　引言
  热精锻节叉，如图1，是专门为乘用车吸能式电动助力转向系统开发的，产品市场需求量大，产品研发列入了2017年度山东省第四批技术创新项目计划。
汽车电动助力转向系统热精锻
节叉的工艺技术与创新
赵昌德，郑世念，吴业忠
（金马工业集团股份有限公司，山东 日照 276826）
摘　要：热精锻节叉是电动助力转向系统的成组使用的关键零件，其制备方法对转向系统的性能影响较大，对于汽车行驶的安全性、舒适性和经济性具有较大的影响。文章从生产工艺流程等方面出发，阐述了热精锻节叉的制备工艺方法及其创新点，以供同行业参考。关键词：节叉；制备；工艺技术；创新DOI:10.16640/jki.37-1222/t.2019.16.014
材料利用率高，错移量小，后续机加工精度高；锻件产品标记清晰，表面无裂纹、无明显氧化坑、无磕碰等缺陷。
  在抛丸工序中，采用装载量800kg 的履带式抛丸机抛丸，采用钢丝切丸。 钢丝切丸不易粉碎，产生粉尘量少。抛丸装入量不超过1500件，设备电流为20～28A，抛丸时间16～20min，钢丝切丸规格φ0.8～1mm。
  调质工序在保护气氛连续网带炉中进行，淬火加热温度为840～860℃，然后在60℃淬火油中淬火；回火温度625～645℃，回火时间110～130min。热处理后产品表面硬度 HB216～245，抗拉强度Rm 为650～800MPa，屈服强度Re ≥430 MPa，延伸率A ≥16%。工件淬火质量稳定，淬透性好，抑制了晶粒长大，而且还大幅度消除了内应力，显著减少了机械加工过程中花键孔和开槽后的变形量。锻件（含机加工后）的磁粉探伤工序中，采用水剂磁悬液，水剂磁悬液包括：3～5g/l 的荧光磁粉、0.2%的分散剂和0. 5%的防锈剂，周向磁化电流为0.5～0. 8kA，纵向磁化电流为10～12 kA，磁化时间为3s。
  机械加工工艺主要包括：在数控机床上车端面、钻孔、车内孔和倒角，在专用铣床上铣出开口。在拉床上拉花键。加工中心工序包括：铣端面、钻孔、铣螺纹、倒角。机械加工具体步骤如下：
  将工件放置于车床夹具中，确保工件前端弧面接触夹具定位面后压紧，用端面车刀车端面：用钻头钻底孔；然后车花键内孔及倒角。加工中心加工前将零件装夹在液压夹具上，确保工件夹紧定位可靠，使
用防锈切削液；钻螺纹底孔、沉孔；用铣刀粗铣轴承孔底孔；用锪刀锪孔，并倒角；精镗轴承座孔，并倒角。用多工位拉床拉出花键。工件在每次加工前，清理干净夹具定位面和工件表面；工件装夹完毕后，检查工件定位是否到位、夹紧是否可靠：拉削速度4～6m/min，夹紧弹簧φ4×φ30×30。研制了弹性扭转消隙拉刀定位装置，在不影响传递拉力的前提下满足了花键角向重复定位精度的要求；研制液压成对三点自平衡锯齿式预紧夹具，三点同毛坯面接触可靠，万向压头实现自平衡，有效防止了工件变形，保证了加工精度要求，排屑顺利，受力均匀。打标记采用气动打标机打标记。要求标记清晰，位置准确。机加工后需清洗烘干，清洗剂采用防锈切削液，清洗仓温度设定为50±1℃，烘干仓温度设定为120±2℃，清洗烘干过程时间为16±1min。
2　基本工艺流程达到的效果
  通过对节叉的功能、材料性能、工艺特点、力学模型等进行理论分析，及多次分组试验研究，圆满解决了开发过程中存在的问题，完善了制备工艺技术方法，达到了稳定量产的能力。应用此种制备方法的热精锻节叉，具有机械性能优良、稳定可靠、材料来源广泛、加工处理环保、性价比高等优点。此外，通过提高回火温度、适当延长保温时间，提高了锻件的稳定性，为提高机械加工的精度打下了基础，解决了工件易变形，满足了加工精度和效率要求。
1　基本工艺流程
  热精锻节叉的制备方法，其主要工艺步骤是：下料→棒料加热→辊锻制坯→ 锻造成形→调质前抛丸→调质→抛丸→第一次磁粉探伤→机械加工→第二次磁粉探伤。
  下料步骤中，原材料采用φ30～45的45钢，产品热精锻采用一模两件工艺。下料重量公差±0.02 kg，棒料端面的垂直度0.1mm。控制重量与端面垂直度有以下的作用：节约原材料，降低成本，防止棒料超重产生折叠、重量不足出现缺材等缺陷，避免了端面偏斜产生的折叠缺陷。
  棒料加热步骤中，棒料加热范围为1225±25℃，采用红外测温仪在线实时检测出炉棒料的加热温度，通过温度分选装置，把温度高于1250℃的超温料和低于1200℃的低温料分别选出。为此，可采取两方面的控制措施：①采用中频感应加热，提高棒料加热效率，减少热量消耗，减少废气排放量，棒料温度均匀，芯表温差小，减少了过热和过烧现象，减轻了棒料表面氧化，使棒料在锻造形变过程中，金属流动顺畅，从而使锻件流线更加合理。②采用红外测温仪在线实时检测加热棒料的温度，严格控制温度在1200～1250℃内，使材料流动性和变形抗力趋于一致，保证了锻件组织性能的均匀性。超温棒料容易使产品整体或局部晶粒粗大，使锻件的强度、塑性和韧性降低，疲劳性能下降。低温棒料在锻造形变过程中，金属流动性差，会造成棒料拉应力、切应力等增大，降低材料的塑性，致使在变形速度过快、变形程度过大时锻件产生裂纹和缺材等缺陷。
  锻造按照制坯、预锻、终锻顺序进行。模具在锻造前需预热，模具表面均匀预热到150～250℃：中频
炉加热温度1200～1250℃，棒料在辊锻机上进行制坯，制成合适的制坯形状，并有效地去除棒料表面的氧化皮。将坯料放置在锻模上进行预锻和终锻。之后将锻造成形的工件放置于切边模上，进行热切边。锻造工艺保证了锻件流线良好，
图1　节叉产品
  节叉产品已广泛应用到乘用车电动助力转向系统上，其性能低速行驶时转向轻便，高速行驶时路感清晰，手上的方向感强，稳定。另外，乘用车遭到正面撞击时，能够吸收部分撞击能量，从而减轻驾驶员所受的伤害。
3　制备工艺技术再创新
  上述技术是一种电动助力转向系统热精锻节叉的新型基本生产工艺。虽然热精锻节叉具有机械性能优良、稳定可靠、材料来源广泛、加工处理环保、性价比高等优点，但是，仍存在制造流程长、制造成本高、产品竞争力弱的现实问题，因而，在保证前述零件机械性能的前提下，需从以下制备工艺技术上创新增加经济效益。
3.1　节叉材料创新
  采用特定型号的非调质易切削钢材料代替45钢。采用的非调质易切削钢材料元素组成和重量百分比为：C：0.32～0.39wt%、Si：0.30～0.50wt%、Mn：1.00～1.50wt%、S：0.035～0.050 wt%、Ca：0.002～0.005 wt%、Mg：0.002～0.005 wt%、V：0.06～0.13 wt%、Mo：0.015~0.025wt%、P≤0.035wt%、Cr≤0.30wt%、Ni≤0.30wt%、Cu≤0.25wt%、Al≤0.01wt%、Nb≤0.01wt%、Ti≤0.01wt%，余量为Fe和不可避免的杂质。为了适应低温、强腐蚀、高湿热等环境工作环境条件，也开发出了奥氏体不锈钢系列节叉产品，满足了特定市场需求。
3.2　工艺流程创新
  在前述工艺流程的基础上，删减调质及调质前的抛丸等工艺步骤。改调质为终锻后控制冷却，冷却速度为2.5～3.5℃/s，冷却至420～450℃后进行缓冷。
3.3　工艺参数优化设计创新  降低坯料加热温度至1180～1230℃，终锻温度为930～980℃，提高锻造节拍与班产量。与45钢相比较，材料具有明显的易切削性能，故大幅提高加工中心的加工速度，加工周期由40～45s/件缩减至25～30s/件。由于材料的易切削性能，加工产生的毛刺少于45钢，手工去除机加工毛刺的工作量大幅减少。
4　技术创新效果综合评价
  经统计测算，非调质易切削钢材料代替45钢，减少了生产中的能源消耗和加工刀具消耗，提高了劳动生产效率17～20%，降低了生产成本12～18%。新材料应用和成本降低，产品竞争力增强，市场占有率显著提升，现已销售美国、欧盟、土耳其、印度等20多个国家地区。
  通过多年持续研发，获得了发明专利等多项自主知识产权。高新技术的开发和运用，有力地帮助企业占据产品工艺技术的制高点，实现产品专业化、规模化和精细化生产，技术创新从全方位加强了企业核心竞争能力。
参考文献：
[1]山东金马工业集团股份有限公司.电动助力转向系统热精锻节叉的制备方法[P].中国：ZL2013102116633,2015.07.29.
[2]山东金马工业集团股份有限公司.节叉产品及其制备方法[P].中国：ZL201510068857.1,2017.12.19.
[3]何加.浅谈轴承企业的技术创新[J].轴承,2004(11).
作者简介：赵昌德（1963-），男，山东日照人，本科，主要从事汽车零部件制造工艺技术、设备管理与工装模具设计等方面研发。
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120mm时，钢塑转换结构件的接触应力最优。
  根据分析方法确定最优设计结构参数，提供了钢塑过渡件的可靠性设计基础依据。
参考文献：
[1]陆培文.实用阀门设计手册[M].机械工业出版社,2012.
[2]成大先.机械设计手册[M].化学工业出版社,2008.
[3]刘舜安.PE管管材性能探讨[J].建材世界,2006.
[4]刘丽梅，杨大伟.PE管在燃气管网中的应用[J].交通与港航, 2001,15(03):33-35.
[5]黎俊初，陈宁，董洪波等.基于弹塑性变形的轴向压入式管接头有限元分析[J].塑性工程学报,2011,18(03):80-83.
[6]樊洋.钢塑转换接头应力分析以及优化研究[D].西安石油大学, 2017.
汽车的[7]范成业，庄茁，黄克智.超弹性材料过盈配合的解析解和数值解[J].工程力学,2003,20(04):15-18.
[8]王吉庆，徐玉华.过盈配合中轴套收缩量的理论计算[J].矿业快报,2002(18):22-24.
[9]李福宝.过程装备力学分析[M].冶金工业出版社,2010.
作者简介：夏胜建(1987-)，男，浙江温州人，本科，工程师，主要从事机械及阀门的设计研发和标准化工作。
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螺纹反射波波幅相差不大且有一定的规律性。当螺纹底部出现裂纹时，这种规律会被打破，而出现个别明显高于周围螺纹波的反射波，或因裂纹波的遮挡而在这个较高的反射波后出现一段空白。因此根据裂纹波的特点来比较正常螺纹和带有裂纹螺纹的反射波就不难判定螺纹底部是否存在裂纹。
  但同时，长管拖车在长期的运行过程中，瓶口螺纹与法兰之间相互磨损，会在瓶口螺纹与法兰之间产生台阶，导致在超声探伤中发现缺陷显示，所以探伤人员要根据实际情况综合各种信息判别该缺陷波是否为裂纹反射波。如果无法判断，可将法兰拆卸进行磁粉检测，以防止出现漏检或误检。
4　结论  综上所述，正确地采用小角度纵波斜探头进行瓶口螺纹探伤，既能很好的解决法兰无法拆卸而导致的检测盲区，也能快速准确的检测出螺纹根部出现的横向裂纹缺陷，从而提高检测效率、增加经济效益。但同时，缺陷和伪缺陷的识别也需要探伤人员长期的经验积累。
参考文献：
[1]郑辉，林树青.超声检测[M].中国劳动社会保障出版社,2008.
[2]李邦宪，张君鹏，陈祖志.长管拖车定期检验案例及剖析[M]．北京：化学工业出版社,2013．
[3]TSG R0005-2011移动式压力容器安全技术监察规程[S]．
作者简介：杨静（1989-），男，土家族，湖北利川人，学士，助理工程师。