Precision solutions for comfort and safety

Depending on the axle and vehicle concept, wheel carriers and steering knuckles perform key functions in wheel guidance, force transmission and steering kinematics. As safety-critical components, they must withstand high wheel loads while meeting the most demanding mechanical and kinematic requirements. A wide range of component variants is used, depending on the manufacturer, steering system, vehicle class and installation space.

The materials used also vary considerably. Cast iron remains a cost-effective choice, particularly in lower vehicle segments where components are often required in high production volumes. MAPAL’s machining solutions are specifically designed to address the high abrasiveness of this material.
 

These components have become considerably more sophisticated over time. While a control arm was previously bolted directly to the component, modern designs incorporate additional bearing arrangements. To ensure these bearings can be pressed in reliably, tight tolerances and high-quality surface finishes are required. Functional integration continues to advance. The steering knuckle now provides mounting points for the brake caliper, wheel hub, control arm and ABS system. As a functional module, it contributes to efficiency, driving dynamics and the integration of additional sensors, for example for autonomous driving functions.

As functional integration increases, so do the demands placed on machining solutions. The specified precision requirements and tight tolerance ranges contribute directly to drive comfort, noise reduction and bearing life. To achieve maximum accuracy and avoid errors caused by re-clamping, steering knuckles and wheel carriers are increasingly machined in a single setup and on multi-spindle machines. Depending on the component variant, annual production volumes can exceed 500,000 parts.

For the key machining operations, MAPAL offers multiple solutions tailored to different customer requirements. The following examples illustrate these solutions using aluminium steering knuckles. This approach allows the tooling specialist to address both the wide variety of designs used by vehicle manufacturers and differences in raw part quality and clamping conditions.
 

Je nach Gussverfahren und Kontur kann die Bohrung komplett vorgegossen, konturnah vorgegossen mit radialem Aufmaß von 4 mm oder im besten Fall vorgestanzt sein. Im ersten Schritt ist also oftmals ein hoher Materialabtrag notwendig. Die Vorbearbeitung führen die MAPAL Spezialisten mit PKD-Zirkularfräswerkzeugen durch, um das Aufmaß zu reduzieren und die Bohrung konturnah vorzubearbeiten. Je nach Bohrungskontur werden unterschiedliche Prozessführungen realisiert mit Fräswerkzeugen, Bohr-Fräs-Werkzeugen oder Bohrwerkzeugen mit Hakenschneide für rückwärtiges Bohren. Die Toleranzanforderungen für die Hauptlagerbohrung gehen dabei bis zu IT6. 

Wenn in zwei Spannlagen bearbeitet wird und eine kritische oder labile Spannsituation vorliegt, sieht das dreistufige Bearbeitungskonzept für Aluminiumschwenklager zunächst eine Vorbearbeitung mit einem PKD-Fräswerkzeug von beiden Seiten vor. Anschließend werden mit zwei PKD-Aufbohrwerkzeugen die Durchmesser fertig bearbeitet.

Kann die Bohrung zirkular gefräst werden, bringt MAPAL eine Bearbeitungslösung ins Spiel, die höhere Schnittwerte erlaubt. Hier zeigt der OptiMill-Diamond-SPM Fräser mit fest gelöteten PKD-Schneiden seine Leistungsfähigkeit. Dank seiner hochpositiven Schneidengeometrie und optimierten Spanräume reduziert er die Schnittkräfte um bis zu 15 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen PKD-Fräsern. Die optimal eingebetteten PKD-Schneiden gewährleisten hohe Stabilität während der Bearbeitung. Eine Alternative mit Wendeschneidplatten stellt an dieser Stelle der NeoMill-Alu-QBig dar. Dieser Aluminium-Hochvolumenfräser ist für den Einsatz bei hohen Drehzahlen ausgelegt. Den Grundkörper hat MAPAL mit einem Feinwuchtsystem ausgestattet. Abschließend bearbeitet ein komplexes PKD-Fräswerkzeug die komplette Kontur der Hauptbohrung fertig.

Müssen engste Toleranzen eingehalten werden, wählt MAPAL nach der Vorbearbeitung durch den OptiMill-Diamond-SPM ein mehrstufiges Aufbohrwerkzeug mit Wendeschneidplatten für die Semibearbeitung, für die Fertigbearbeitung kommt in diesem Fall ein Feinbohrwerkzeug mit EasyAdjust-System zum Einsatz. Bei diesem System ist die Verjüngung der Schneide bereits in die Kassette, die als Aufnahme für die Schneide dient, integriert. Damit entfällt der Einstellvorgang für die Verjüngung der Nebenschneide. Der Durchmesser wird klassisch feinfühlig justiert, sodass hochpräzise Bearbeitungsergebnisse sichergestellt sind.

Ergänzt wird das MAPAL Lösungsportfolio für die Bearbeitung der Hauptlagerbohrung durch One-Shot-Lösungen für die Bearbeitung vorgestanzter Aluminium-Schwenklager. Die Bohrfräs- beziehungsweise Fräskombinationswerkzeuge mit PKD-Schneiden sind hocheffizient zum Beispiel in Bearbeitungssituationen mit sehr stabiler Aufspannung, die ein Fertigfräsen der Kontur erlauben. Kunden, die keine Einstellmöglichkeit haben und eine Alternative zu fest gelöteten PKD-Werkzeugen bevorzugen, empfiehlt MAPAL ein Werkzeug mit wechselbaren Wendeschneidplatten. Der Tangentialfräser ist ein komplexes Werkzeugkonzept, das maximal viele Bearbeitungsschritte in einem Werkzeug vereint.
 

Rough machining is performed from solid material, with the lugs of the control arm connection typically unsupported in the clamping fixture. It is therefore essential to keep cutting forces low during rough machining. MAPAL once again relies on the advantages of the OptiMill-Diamond-SPM, which mills the bores using helical interpolation without distorting the component. Because high feed rates and aggressive helical infeed strategies are often used, significant heat generation can occur in practice, particularly when minimum quantity lubrication (MQL) is applied. This can lead to built-up edges on the cutting tool. Any resulting bore deformation may only become visible after the finished component has cooled down. Drawing on extensive process expertise and a holistic view of the control arm connection, MAPAL works closely with customers to develop the optimum process, maximising productivity while avoiding such undesirable effects. 

During finish machining, the fixture design may require tools with overhang lengths of up to 300 mm. With tools of this length, spindle engagement can create a tilting moment that prevents the set tool diameter from being transferred accurately to the component. To ensure compliance with demanding tolerance requirements under these conditions, MAPAL once again relies on the EasyAdjust-System. Thanks to its user-friendly cartridge design, the tool diameter can be adjusted with micrometre precision using a single adjustment screw. Diameter corrections can therefore be made quickly and efficiently, helping maintain process capability and quality requirements. For applications with slightly lower precision requirements, a brazed PCD boring tool is available as an alternative finishing solution.
 

Another function-critical machining operation concerns the bolt-hole bore that creates the force-transmitting connection between the steering knuckle and the wheel hub. This feature demands high contour accuracy. During machining, the component must be swivelled into a specific position to allow tool access. Due to the angled machining position, significant deflection forces can occur, causing the PCD ball-nose milling cutter to vibrate. The consequences would be excessive machining noise, poor surface quality, inadequate form accuracy and reduced tool life.

MAPAL ensures reliable process performance even in these challenging machining conditions through optimised tool design. A precisely defined arrangement of cutting edges and cutting-edge positions, combined with tailored edge preparation, effectively suppresses vibration while maintaining high machining performance.