第九章汽车典型零件的制造工艺

第九章汽车典型零件的制造工艺第一节连杆制造工艺第二节齿轮制造工艺第三节曲轴制造工艺第四节箱体零件制造工艺第一节连杆制造工艺一、概述(一)连杆的结构特点连杆的作用是将活塞销传来的力传给曲轴,并把活塞在缸内的往复直线运动变为曲轴的旋转运动。夏利发动机连杆采用优质结构钢锻制而成。连杆小头孔为l8mm,没有铜套,活塞销和连杆为过盈配合,活塞销和活塞是间隙配合。连杆轴承盖通过连杆螺栓紧固在连杆大头上,形成连杆轴承孔。连杆大头内孔直径为43mm。在连杆杆身及连杆轴承盖上有朝前标记,安装时,将有标记的面朝向发动机前方图9-1汽车发动机连杆总成1—连杆小头2—铜套3—杆身4—连杆体5—连杆6—连杆轴承衬瓦7—连杆盖8—连杆大头(二)连杆的主要技术要求1)连杆小头孔的尺寸公差不低于IT7，表面粗糙度Ra值不大于0.80μm，圆柱度公差等级不低于7级。2)连杆大头孔的尺寸公差与所用轴瓦的种类有关。3)连杆小头孔及小头衬套孔轴线对连杆大头孔轴线的平行度：在大、小头孔轴线所决定的平面的平行方向上，平行度公差值应不大于100：0.03；垂直于上述平面的方向上，平行度公差值应不大于100：0.06。4)为了保证发动机运转平稳对于连杆的重量及装在同一台发动机中的连杆重量差都有要求。(三)连杆的材料和毛坯汽车发动机连杆的材料，一般采用45钢(精选碳的质量分数为0.42％～0.47％)或40Cr、35CrMo，并经调质处理，以提高其强度及抗冲击能力。我国有些工厂也有用球墨铸铁制造连杆的。钢制连杆一般采用锻造。在单件小批生产时，采用自由锻造或用简单的胎模锻；在大批大量生产中采用模锻。模锻时，一般分两个工序进行，即初锻和终锻，通常在切边后进行热校正。中、小型的连杆，其大、小头的端面常进行精压，以提高毛坯精度。(四)连杆的结构工艺性分析(1)连杆盖和连杆体的连接方式连杆盖和连杆体的定位方式，主要有连杆螺栓、套筒、齿形和凸肩四种，如图9-2所示。(2)连杆大、小头厚度考虑到加工时的定位、加工中的输送等要求，连杆大、小头一般采用相等厚度。(3)连杆杆身上油孔的大小和深度活塞销与连杆小头衬套孔之间需进行润滑，部分发动机连杆采用压力润滑。图9-2连杆盖和连杆体连接的定位方式二、连杆机械加工工艺(一)连杆机械加工的定位基准图9-4以中心孔作辅助基准的连杆(二)连杆合理的夹紧方法图9-5连杆的夹紧变形图9-6粗铣连杆两端面的夹具(三)连杆主要表面的加工方法图9-7采用撑断工艺的连杆结构图(四)整体精锻连杆盖、体的撑断新工艺连杆盖、连杆体整体精锻，待半精加工后，采用连杆盖与连杆体撑断的方法，已在汽车发动机连杆生产中广泛采用，这样产生的接合断面凸凹不平，连杆盖与连杆体再组装时的装配位置具有惟一性。因此，连杆盖与连杆体之间只需用螺栓联接，即可保证相互之间的位置精度。这样既简化了连杆的加工工艺，保证了连杆盖与连杆体的装配精度，又由于连杆盖与连杆体之间没有去掉金属，金属纤维是连续的，从而保证了连杆的强度。为了保证将撑断面控制在一定范围内，撑断时连杆盖与连杆体不发生塑性变形，连杆设计时应注意适当减小接合面面积，并在撑断前在连杆盖与连杆体接合处拉出引断槽，形成应力集中，如图9-7所示。此加工方法已在轿车发动机连杆生产中采用，是连杆加工的新工艺。三、大批量生产时连杆机械加工的工艺过程表9-1成批生产整体锻造的连杆机械加工工艺过程(主要工序)第二节齿轮制造工艺一、概述(一)齿轮的结构特点1)单联齿轮，孔的长径比L/D1。2)多联齿轮，孔的长径比L/D1。3)盘形齿轮，具有轮毂，孔的长径比L／D1。4)齿圈，没有轮毂，孔的长径比L／D1。5)轴齿轮。图9-8汽车齿轮的结构类型a)单联齿轮b)多联齿轮c)盘形齿轮d)齿圈e)轴齿轮(二)齿轮的主要技术要求(1)齿轮精度和表面粗糙度载货汽车变速器的精度不低于8级，表面粗糙度不大于Ra3.2μm；轿车齿轮的精度不低于7级，表面粗糙度不大于Ra1.6μrn。(2)齿轮孔或轴齿轮轴颈尺寸公差和表面粗糙度齿轮孔或轴齿轮轴颈是加工、测量和装配时的基面，它们对齿轮的加工精度有很大影响，所以要有较高的加工精度和较小的表面粗糙度值。(3)端面圆跳动带孔齿轮齿坯端面是切齿时的定位标准，端面对内孔在分度圆上的跳动量对齿轮加工精度有很大影响，因此，端面圆跳动量规定了较小的公差值。(4)齿轮外圆尺寸公差当齿轮外圆不作为加工、测量的基准时，其尺寸公差一般为IT11，但不大于0.1mn(法向模数)。(5)齿轮的热处理要求对常用的低碳合金钢，渗碳层深度一般取决于齿轮模数的大小。(三)齿轮的材料和毛坯图9-9汽车第一速及倒车图9-10墩锻齿轮毛坯材料(四)齿轮结构工艺性分析1)用滚刀加工双联齿轮的小齿轮时，大、小齿轮之间的距离B要足够大，以免加工时滚刀碰到大齿轮的端面。2)当齿轮较宽时，盘形齿轮的端面形状常做成有凹槽的形式，如图9-12a所示。3)盘形齿轮在滚齿机上加工时，为了提高生产率，常采用多件加工。4)汽车主减速器轴齿轮(主动锥齿轮)的结构，有悬臂式和骑马式两种。图9-11用滚刀加工双联齿轮中小齿轮时两齿轮之间应有足够距离图9-12盘形齿轮的端面形式图9-13盘形齿轮多件图9-14骑马式轴锥齿轮结构二、齿轮机械加工工艺(一)齿轮机械加工的定位基准图9-16齿轮孔长径比L/D1的盘形齿轮的定位图9-15齿轮孔长径比L/D1齿轮的定位(二)齿坯加工1.齿坯精度表9-2齿坯尺寸和形状公差表9-3齿坯基准面径向圆和端面圆跳动公差2.齿坯加工方案的选择(1)大批大量生产的齿坯加工1)以毛坯外圆及端面定位进行钻孔或扩孔。2)拉孔。3)以孔定位在多刀半自动车床上粗、精车外圆、端面、车槽及倒角等。(2)成批生产的齿坯加工1)以齿坯外圆或轮毂定位，粗车外圆、端面和内孔。2)以端面支承拉孔(或花键孔)。3)以孔定位精车外圆及端面等。(三)齿形加工(1)8级精度以下的齿轮调质齿轮用滚齿或插齿就能满足要求。(2)6～7级精度齿轮对于淬硬齿面的齿轮可采用滚(插)齿→齿端加工→表面淬火→校正基准→磨齿(蜗杆砂轮磨齿)，该方案加工精度稳定；也可采用滚(插)、剃齿或冷挤→表面淬火→校正基准→内啮合珩齿的加工方案，这种方案加工精度稳定，生产率高。(3)5级以上精度的齿轮一般采用粗滚齿→精滚齿→表面淬火→校正基准→粗磨齿→精磨齿的加工方案。(四)齿端倒角加工(1)去掉齿端锐角齿轮，特别是斜齿轮的齿端锐角部分g的强度很低(图9-18)，齿面经过淬火很脆，工作中锐角容易折断，断片会破坏齿轮箱内的零件，故必须预先把锐角去除。(2)滑动变速齿轮齿端倒圆角变速器齿轮换挡时，为了容易啮合，其齿端要有圆角。(3)修磨基准孔和端面作为齿轮定位基面的内孔和端面，淬火后其形状和尺寸都有—定变化，轮齿的相对位置也有新的误差。图9-18斜齿轮倒锐角简图图9-19换挡齿轮齿端铣圆角(五)精基准的修整热处理(渗碳、淬火)后，齿面精度一般下降一级左右，其孔常发生变形，直径可缩小0.01～0.05mm。为确保齿形精加工质量，必须对基准孔予以修整。一般采用磨孔和推孔的修整方法。对于成批或大批量生产未淬硬的外径定心的花键孔及圆柱孔齿轮，常采用推孔。推孔生产率高，并可用加长推刀前导引部分来保证推孔的精度。对于以小孔定心的花键孔或已淬硬的齿轮，以磨孔为好，可稳定地保证精度。磨孔应以齿面定位，符合互为基准原则。三、不同生产类型中齿轮机械加工的工艺过程表9-4大量生产汽车第一速及倒车齿轮的工艺过程表9-5成批生产汽车第一速及倒车齿轮的工艺过程第三节曲轴制造工艺一、概述(一)曲轴的结构特点曲轴是将直线运动转变成旋转运动，或将旋转运动变成直线运动的零件。它是汽车发动机中最重要的零件之一，承受很大的疲劳载荷和巨大的磨损，一旦发生故障，对发动机有致命的破坏作用。曲轴的结构与一般轴不同，它由主轴颈、连杆轴颈、主轴颈与连杆轴颈之间的曲柄组成，其结构细长多曲拐，刚性差，要求精度高，因而安排曲轴加工过程应考虑到这些特点。(二)曲轴的主要技术要求1)主轴颈、连杆轴颈本身的精度，即直径尺寸公差等级通常为IT6～IT7；主轴颈的宽度极限偏差为+0.05～-0.15mm；曲拐半径极限偏差为±0.05mm；曲轴的轴向尺寸极限偏差为±0.15～±0.50mm。2)轴颈长度公差等级为IT9～IT10。3)位置精度，包括主轴颈与连杆轴颈的平行度：一般为100mm之内不大于0.02mm；曲轴各主轴颈的同轴度：小型高速发动机曲轴为0.025mm，中大型低速发动机曲轴为0.03～0.08mm；各连杆轴颈的位置度不大于±30′。4).曲轴的连杆轴颈和主轴颈的表面粗糙度为Ra0.2～0.4μm；曲轴的连杆轴颈、主轴颈、曲柄连接处圆角的表面粗糙度为Ra0.4μm。(三)曲轴材料与毛坯曲轴工作时要承受很大的转矩及交变的弯曲应力，容易产生扭振、折断及轴颈磨损，因此要求用材应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有：一般曲轴为35、40、45钢或球墨铸铁QT600-2；对于高速、重载发动机用曲轴，可采用40Cr、35CrMoAl、42Mn2V等材料。曲轴的毛坯根据批量大小、尺寸、结构及材料品种来决定。批量较大的小型曲轴，采用模锻；单件小批的中大型曲轴，采用自由锻造；球墨铸铁材料则采用铸造毛坯。二、曲轴的机械加工工艺(一)曲轴机械加工的定位基准图9-20偏心卡盘分度夹具1—分度板2—工件3—夹具体4—转动轴线5—分度定位销(二)曲轴加工的特点曲轴刚性较差，应按先粗后精的原则安排加工顺序，逐步提高加工精度。对于主轴颈与连杆轴颈的加工顺序是，先加工连杆轴颈，然后再加工主轴颈及其他各处的外圆，这样安排可避免一开始就降低工件刚度，减少受力变形，有利于提高曲轴的加工精度。另外，随着产品更新速度的加快，为提高柔性程度，加工主轴颈已普遍采用数控“车→车→拉”的工艺，与主轴颈同轴的几个外径的磨削也普遍采用同轴多砂轮径向移动的磨削工艺。(三)曲轴加工的先进技术(1)质量中心孔技术加工曲轴加工过程中的定位基准中心孔，按其加工位置可分为两种：一种是曲轴主轴颈的几何中心；另一种是利用专门的测试设备测出整轴的质量中心，在此中心上加工出的中心孔称为质量中心孔。(2)车拉技术如图9-21所示，用直线车拉刀(图9-21a)或圆刀具外环车拉刀(图9-21b)车拉轴颈。1)主轴颈直径误差≤±0.04mm。2)主轴颈宽度误差≤±0.04mm。3)连杆轴颈回转半径误差≤0.05mm。4)连杆轴颈分度位置误差≤±0.07mm。图9-21车拉示意图a)直线车拉b)圆刀具外环车拉n—工件速度—刀具速度(3)圆角深滚压技术曲轴工作时需承受较大而复杂的冲击载荷，对抗疲劳强度有较高要求，曲轴轴颈与侧面的连接过渡圆角处为应力集中区，为此发展了圆角深滚压技术，以代替成形磨削。图9-22圆角深滚压示意图1—施力器2—滚轮3—工件F—滚压力三、大量生产时曲轴机械加工的工艺过程表9-6大量生产的六缸汽油机曲轴机械加工工艺过程第四节箱体零件制造工艺一、概述(一)箱体零件的结构特点箱体零件是机器或部件的基础零件，它把有关零件连接成一个整体，使这些零件保持正确的相对位置，彼此能协调地工作。因此，箱体零件的加工精度，将直接影响机器或部件的装配质量，进而影响整机的使用性能和寿命。(二)箱体零件的主要技术要求1)主要孔(轴承座孔)的尺寸公差不低于IT7。2)孔与孔、孔与平面的位置公差：①前、后端面A和B相对于L—L轴线的圆跳动，在100mm长度上分别不大于0.08mm和0.12mm；②轴线L—L和轴线M—M在同一平面内的平行度，在变速器壳体整个长度365mm上不大于0.07mm；③轴线N—N和L—L在同一平面内的平行度，在100mm长度上不大于0.04mm；④端面C相对于轴线N—N的圆跳动，在半径为18mm的长度上不大于0.15mm；⑤主要孔的中心距极限偏差为±0.05mm。3)主要孔的表面粗糙度为Ra1.6μm。(三)箱体零件的材料和毛坯灰铸铁具有较好的耐磨性、减振性以及良好的铸造性能和切削性能，此外，灰铸铁的价格也比较低廉。因此，箱体