转向柱和保险杠的防撞管

[Translate to chinese:] Crashrohre müssen als höchst sicherheitsrelevante Komponenten besonders strengen Anforderungen genügen. Felss arbeitet bei der Entwicklung und Produktion der komplexen Elemente für Lenksäulen und Stoßstangen eng mit den Kunden zusammen.


许多技术细节确保车内安全。其中许多解决方案驾驶员都根本没有察觉到 - 如果没有发生意外的话。在安全系统中一个相当有趣的部件位于转向柱上。为了使驾驶员在碰撞到方向盘上时尽可能少的受伤,许多转向柱都使用了所谓的防撞管。Felss Rotaform 瑞士公司受 ZF Lenksysteme 的委托,生产这种复杂的部件。在发生事故时,方向盘是对驾驶员的一个威胁。如果身体以大力冲撞,即使有安全带,也可能导致严重的人身伤害。因此,ZF Lenksysteme 在制动方面安装了一个不显眼的管子,它位于转向柱的上部,方向盘的下面。如果驾驶员以极大的冲击力撞到方向盘上,则这根短的防撞管会在冲击下撕裂成几个条带,它们像香蕉皮一样向外剥离。这样整个方向盘就在几分之一秒中,坍塌成一小块,冲击力也被最小化 - 这是一种简单却精妙的设计,是车辆先进的安全系统的一部分。防撞管的设计对 Felss Rotaform 的流程开发人员提出了一系列的挑战:它的壁非常薄,同时在其内侧具有 5 个对称排列的凹槽。它们形成了上述的预定断裂点。在旋锻后,管子的一端被加宽并被切开 - 四个簧片稍微向外弯曲。“因为设计要求很高,我们必须开发新的生产工艺和设备”,Felss-Rotaform 瑞士公司的董事总经理 Rolf Käser 说。

锯制防撞管作为第一个挑战

在第一个生产步骤中就面临着挑战:对管坯的长度切割。为了在锯切过程中确保极薄壁管的精确和干净的切割,Rotaform 使用了锯条,其锯齿向内。将防撞管穿过“锯孔”。机床主轴同时进行挠曲运动。“这样就可以嵌接了许多锯齿,并形成柔软的切割”,Eckhard Morlock(Felss Rotaform 技术总监)说。


防撞管的受控撕裂

接着,目视对准管件,并将其置于正确的位置上以便进行后续的加工步骤:在冲制 5 个孔后,表面被展开。这时管撕开,直到冲孔。“为了确保这一敏感程序,在管件上环绕一个外座圈,直至成 U 形工具侵入到管中”,Jecklin 解释 Felss Rotaform 的另一种设备方案。


Felss Rotaform 对防撞管全权负责

“为了这个部件,我们与机械制造合作伙伴一起开发出了前所未有的复杂的生产流程”,Käser 说。自 2004年生产开始以来,Felss Rotaform 承担了防撞管的整个生产。它不仅仅是使用优化的工艺,如锯切,旋锻或成 U 形。Felss Rotaform 还与管件供应商一起确定了管坯的表面质量。我们的客户,ZF Lenksysteme 对瑞士 Felss Rotaform 在安全系统工艺和生产知识方面的信心还表现在继续开发上,如 Daniel von Deschwanden(Felss Rotaform 项目经理)最后申明。“在碰撞到方向盘上时作用于驾驶员的力,在碰撞开始时有些过高了。因此,我们与 ZF 的设计师一起协商开发更好的方案,经过两年的努力终于开发出来并将其用于生产实践。”只改变了一个小细节:冲孔的形状。它们是水滴形的,从而减轻了防撞管在发生事故时的撕裂。


达到“可能性的极限”:每年最高可为保险杠生产 500000 个防撞元件

车内和车上安全系统往往是微米的问题。相关部件的生产必须达到最高的精度,从而确保所需的功能。一个特别有趣的例子是 Felss Rotaform 的成形专家们目前正受 ZF Friedrichshafen AG 的委托进行生产。防撞管确保在发生碰撞时,车身及驱动器部件免受损害。它们特殊的形状对 Felss Rotaform 的生产规划人员提出了多方面的挑战。乍一看,防撞管像一个拉长的漏斗。它在一侧上被加宽,在另一端上则稍微变窄。在此期间,它是直线伸展。“通过旋锻、轴向成形和扩展加工而成的管件起先看起来并不特别起眼,然而其过程安全和高效的加工是一个真正的挑战,最终的结果很大程度上取决于此”,Eckhard Morlock(Felss Rotaform 德国 Bretten-Gölshausen 公司技术总监)说。


壁厚对安全系统意义重大

汽车的前保险杠被悬挂在其中两个防撞管上。在发生最高时速 16 公里的碰撞时,它们发生变形并吸收碰撞能量。结果:在维修时,仅需更换保险杠,避免车本身发生较大的损害。维修费用很低,车辆被归入较低的 Kasko 保险等级。但是车辆的其他安全系统也从中受益,因为通过碰撞吸收器恒定设置的变形力,可以精确设置安全气囊的释放。对于防撞管本身及其材料特性的要求也很高。在高速碰撞的情况下,应该像保险杠一样尽可能少破坏。只有这样,才能确保汽车的前部尽可能小地变形。“为了创新的整体设计,管壁和管的尺寸稳定性至关重要。因此,其尺寸应该规定地非常精准”,Morlock 说。


变形是递归调制的

这是组件制造商通常面临的挑战,因为每年生产近 500000 个防撞管。大批量的生产的要求,是确保高度的重复精度。在生产技术方面, Felss Rotaform 的核心是所谓的频率调制轴向成形方法(参见图 4)。管的整体形状仅在一个工序中完成。为了使管坯不发生镦锻,成形过程中的轴向力应借助 Felss 专利方法来降低。工具以频率调制的形式馈送。材料的流动性质发生变化,所需的力最高可降低 40%。


改变内心轴的表面

“但是,在这种情况下我们仍需要使该方法与部件精确匹配”,Morlock 说。“另外在这种情况下,还面临一个特殊的挑战:防撞管在一端上大大扩展,而其材料在旋锻时必须在长度方向上流动。为了确保最佳的流动性质,我们改变了成形过程中位于部件中的心轴的表面性质。简单来说,它有点粗糙。这改善了材料流动。”


流程可靠的工艺

在成形技术方面,管专家游走在可能性的极限 - 防撞管在其漏斗形端部不能再继续扩展。管坯的壁厚自然也到达了极限。这种工艺方法是如何困难,在另一家供应商的企业得到了证实,该公司曾受 ZF Friedrichshafen AG 委托,以传统的挤压工艺生产防撞管。“这会导致部件中出现微小的裂纹,有些甚至很难检测到。这不仅仅是在安全系统上是不能接受的。我们在频率调制成形过程中发现了一种流程更加可靠、生产效率更高的方法”,Morlock 最后说到。