前下控制臂总成常见失效模式探析_赵娟

49 2015年4月上 第07期 总第211期 工艺设计改造及检测检修 China Science 三角臂结构是双衬套、 单球较结构，球铰结构与 前悬挂连接，双衬套结构与副车架连接(或一端与前轴连接，一端与 车架大梁连接)。 前下控制臂涉及的工艺有锻压、 热处理、 机加工、 塑料注塑、 橡 胶硫化、 冲压、 焊接、 电泳、 装配等。 臂体、 球销、 轴套合件为前下控制 臂的三大部件，基本的工艺流程如下图3所示: 了解了前下控制臂在整车上的作用、 整车装配环境与加工工艺 流程，对我们理解其失效模式及失效机理就有了很大的帮助。 下面 就根据以往的经验探讨分析前下控制臂的三大失效模式:前下控制 臂断裂，前下控制臂球球销松脱、 异响，前下控制臂轴套滑移。 1 前下控制臂断裂,前下控制断裂有多种模式 (1)摆臂轴套断裂，失效模式如图4所示，导致该失效模式出现在 以上工艺流程图中焊接球销座/外刚套工序。 该工序一般是先点焊 定位、 后气体保护焊加固，也有通过工装保证定位，直接气体保护焊。 失效的原因有两种:一、 只点焊，没有气体保护焊，焊接强度不足，这 种失效模式承受力小，整车装配完成后一旦下地，就无法承受整车子 重量而断裂，这种失效模式一般在整车装配工厂就能发现，影响不到 我们最终的汽车用户。 这种问题出现在先点焊、 后加固焊的焊接设置 工序中。 二、 气体保护焊的焊缝焊偏，焊偏严重的情况，就是焊缝没有 起到加固的作用，类似于第一种原因。 焊偏不是很严重的情况下，焊 缝有融合，但是焊接的焊缝偏向控制臂支架一端或是轴套一端，导致 焊接强度不足，这种失效模式问题比较严重，因为它可能流到市场 上，对最终的客户造成安全影响。 漏焊及焊接不牢固问题，需要在焊 接工序采取措施，比如漏焊采取防错，取消点焊工序，直接工装定位 加紧后进行气体保护焊缝焊，这样就不会出现漏焊失效模式。 焊偏现 象就是首先要保证定位准确，焊接的相关参数调整到位，并对焊接产 品进行检验，一般焊偏严重的情况，目视就可以检测出来，焊偏不严 重的情况，是需要进行熔深检测，也就是焊接工序的任何过程发生变 化，有可能导致焊接出现变异的情况都压进行焊缝的熔深检测，控制 好的焊接工厂一般是每班都进行熔深检测。 前下控制臂总成常见失效模式探析 赵娟 付志辉 (上汽通用五菱汽车股份有限公司,广西柳州 545007) 【摘 要】 汽车前下控制臂是汽车悬挂系统的重要组成部件,是悬挂系统的导向与支撑元件,其将作用在车轮上的各种力传递到车身上,并保证车 轮沿一定的轨迹运动。 前下控制臂失效直接影响车轮的定位,降低行车的稳定性与安全性。 本文就目前微型商用车及部分轿车前下控制臂常见的失 效模式进行分析,以便能及时采取对策,减少问题发生,使汽车用户获得更好的安全性、 舒适性与稳定性。 【关键词】 前下控制臂 悬挂系统 失效模式 安全 舒适性 稳定性 图 1 图 2 图 3 图 4 图 5 图 6 ChaoXing 50 2015年4月上 第07期 总第211期 工艺设计改造及检测检修 China Science 此时，轴套固定在前轴上，摆 臂外钢套受到的力大于轴套的压脱力，外钢套有位移，即轴套滑移 现象，如图12。 外钢套与前轴焊合件碰撞，产生异响。 根据以上分析，发现轴套滑移是轴套本身的压脱力不足以克服 所受的力产生的。 轴套本身的压脱力是在轴套合件压装工序产生 的，这和压装时的压装力有关，更重要的是和外刚套与轴套合件的 配合尺寸，轴套合件的刚度曲线，轴套合件的结构相关，如图13所 示，橡胶衬套结构与双钢套结构。 橡胶与外钢套 过盈配合，拔脱力 2500N，改用双钢套结构，通过钢与钢之间过盈配合，拔脱力能达到 1万牛以上，路试验证无滑移现象。 所以控制内外轴套的尺寸、 轴套合件的刚度曲线，采用可靠的 结构能有效控制轴套滑移问题的出现。 该失效模式产生的后果是外 钢套与前轴支架碰撞、 摩擦异响，是容易引起客户抱怨的问题，其严 重度达到6或7级。 4 结语 综上，前下控制臂作为汽车底盘悬挂系统的重要组成部件，其 主要失效模式断裂、 球销松旷异响、 轴套滑移，其造成的后果对客户 影响很大，断裂将涉及人员安全，球销松旷异响、 轴套滑移导致异响 也会影响到客户的不满抱怨。 了解了前下控制臂的失效模式及其后 果，那么就需要在优化设计结构、 提高产品过程控制能力，增加有效 检测手段方面努力，以避免类似失效模式出现，从而保护汽车用户 安全，提高汽车的舒适性与稳定性，提高客户满意度。 原因主要有以下因素: (1)防尘罩的密封性不好，防尘罩的唇口部位与球销轴径处配合 不好，这个和防尘罩的结构防尘罩的唇口制作精度、 防尘罩橡胶的 耐老化性都有关系，密封性不好进了进了沙石泥水破环内部润滑 脂，使球销、 塑料的球销座早期磨损，出现球销松旷异响。 (2)球销的 加工精度，球销的加工球面度不好，球销容易早期磨损，尺寸过小球 销，也容易出现松旷、 异响，甚至球销脱出。 这种模式是出现在球销 机加工的工序。 需要控制机加工的精度。 (3)球销座壁厚不均，弹性件 体积小受力后变形过大，球销座耐久性能不佳，这个问题出现在塑 料球销座的注塑工艺，注塑模具有磨损或注塑过程压力不足，有缺 料现象。 另外也和塑料球销座的设计结构有关。 在设计或制作过程 中尽量使球销座的臂厚均匀。 (4)润滑脂情况，润滑脂本身质量不好， 容易早期失效，起不到润滑、 散热的作用，另外在装配球销工序注入 的润滑脂量不足，导致润滑、 散热的作用不良，都容易出现球销配合 处零件的早期磨损导致松旷异响产生。 控制润滑脂质量、 定量注脂 是相当必要的。 (5)球销铆合盖板工序，铆合过紧，容易铆裂，漏润滑 脂，或铆合力大，摆动力矩大，都容易出现送松旷异响，铆合过松，球 销也会出现松旷异响，所以铆合工序的铆合力也是很关键的过程控 制参数。 前下控制臂球销松脱、 异响的问题，是容易引起客户极大抱 怨的问题，部分功能减弱在严重度的级别里应该可以达到7级，客户 也不接受该模式出现，所以了解其影响的主要因素，对零件的质量 控制也有了一定的方向。 3 控制臂轴套滑移 控制臂轴套滑移的失效模式如图11所示，分析其失效机理:四 能;工控机主要完成状态显示、 参数设置、 远程通信和程序设置等功 能;而可编程控制器PLC主要完成电气控制和系统故障诊断。 2.3 数控铣床的控制要求 数控铣床的控制可以分为辅助和主控控制部分。 主控部分主要 是对铣床的主轴进行控制，采用PLC取代传统的继电器控制。 辅助控 制主要是通过将PLC的输出和输入接口与数控系统的其他功能单元 连接起来，实现机床的M、 T的相关功能。 此外，数控铣床的控制还要 能够实现故障检测的功能以及控制润滑油泵、 冷却泵等一些辅助控 制功能。 3 PLC选型及其硬件电路的设计与开发 为了能够实现数控铣床对控制系统及故障诊断的相关要求，我 们需要选用功能强大的SYSMAC CPMIA型可编程控制器。 这种可 编程的控制器有24个是输入点，16个是输出点。 由于这种控制器是输 入、 输出一体化的组件型结构，在安装和调试时很方便，输入响应的 速度比较快，同时也还能够进行I/O口扩展。 如图2中PLC输入、 输出 电路: 4 PLC控制系统的软件设计与开发 控制系统通过PLC软件实现对数控铣床的控制，一般情况下， 通过RS-233C通信接口在PC机WINDOWS环境下根据相应的控制 要求以及PLC输入、 输出地址表，可以利用梯形图编制相关的控制程 序。 通常情况下PLC本身的可靠性相对比较高，但是与PLC外接的输 出元件容易发生故障。 因此，在进行软件设计和开发时，需要确保软 件具有检测和消除故障的功能，这样才能够使整个数据铣床的可靠 性得到大幅度的提高。 下面主要针对数控铣床PLC软件设计和开发 中的相关问题进行论述。 4.1 强电关断优选 在数控铣床的软件开发和设计中，一定要注意强电关断优选的 原则。 在控制信号中只要有强电关断的信号，其他的信号无论出于 何种状态都需要关断强电，只有关断信号启动后，中间继电器信号 才能够启动，并且中间继电器通过常开触点实现自锁。 4.2 动作的互锁控制 在设计开发时，还需要注意动作的互锁控制。 数控铣床的主轴 正转和反转是不可能同时发生的动作，一旦一个动作发生了，另一 个动作就不可能在这一时间发生，要想实现这一控制功能，需要采 用互锁控制，这时可以采用KM2和KM3的常闭触点作为互锁信号， 然后在串入KM2和KM3的控制回路中关断，进而来保障主轴正转和 反转的不同时动作。 KM2和KM3这两个中间继电器启动的先决条 件，就是另外的一个回路必须处于关断状态，具体的情况如下图3所 示。 4.3 动作顺序联锁控制 数控铣床的操作顺序中需要注意顺序的联锁控制，有些是有严 格要求的，不能够出现顺序错误，否则会影响数控铣床的正常运转 和工件的加工质量。 在设计软件时需要控制各个执行动作的顺序， 通常会采用联锁控制的方法进行顺序的控制。 在数控铣床的PLC控 制软件设计中注意动作顺序的控制，将会大大提高产品加工的可靠 性和产品的质量。 5 结语 随着科学技术的快速发展，数控行业也得到了快速的发展，一 些数控产品相继诞生。 PLC控制系统的可靠性和稳定性，使得这种系 统广泛应