第二章 汽车生产用工程材料

2.1汽车生产用工程材料2.1.1钢（1）钢是以铁和碳为基本元素的铁碳合金（2）以铁为主要元素、含碳量一般在2%以下，并含有其他元素的材料**结构钢应用场合：制造汽车结构件（车身、底盘）和汽车零件（齿轮、连杆）**按化学成分、力学性能分类：碳素结构钢、低合金高强度结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢1）碳素结构钢价格便宜、具有一定力学性能、大量用于制造各种金属构件和要求不高的汽车零件2）低合金高强度结构钢加入少量合金元素（Mn、Si等）形成强度较高、加工性能良好的低合金高强度结构钢。使用时不能进行热处理制成板材、型材、无缝钢管等，被广泛用于桥梁、船舶、锅炉、车辆及重要建筑结构中3）优质碳素结构钢含有有害杂质（硫、磷）塑性及韧性较高，可通过热处理强化。用于重要零件按含碳量不同：低碳钢：含碳量一般小于0.25%，如10、20钢等；塑性、韧性好，但强度硬度低。冲压件、焊接件中碳钢--含碳量一般在0.25～0.60%之间，如35、45钢等；较高的强度、硬度和较好的塑性、韧性。齿轮、轴类及套筒高碳钢--含碳量一般大于0.60%。此类钢一般不用于制造钢管。较高的硬度及耐磨性。弹性好。耐磨零件及弹簧。4）合金结构钢这类钢,由于具有合适的淬透性，经适宜的金属热处理后，显微组织为均匀的索氏体、贝氏体或极细的珠光体，因而具有较高的抗拉强度和屈强比按热处理特点分：合金渗碳钢、合金调质钢、合金弹簧钢合金渗碳钢：C%=0.15%~0.25%;渗碳淬火后，心部韧性，表面高硬度，良好的耐磨性合金调质钢：C%=0.25%~0.5.%；高强度、高韧性、像齿轮、各种轴类合金弹簧钢：C%=0.45%~0.75%；加入微量B，制造截面尺寸大的弹簧1、概念：装配模具时,将与某项精度指标有关的各个零件尺寸依次排序，形成一个封闭的链形尺寸组合,称为装配尺寸链。尺寸链具有如下两个特性：（1）封闭性组成尺寸链的各个尺寸按一定顺序构成一个封闭系统。用A0表示。（2）相关性其中一个尺寸变动将影响其他尺寸变动。用Ai表示。2、环及其分类：构成尺寸链的各个尺寸称为环。尺寸链的环分为封闭环和组成环。（1）封闭环加工或装配过程中最后自然形成的那个尺寸。如图1中的A0。（2）组成环尺寸链中除封闭环以外的其他环。根据它们对封闭环影响的不同，又分为增环和减环。与封闭环同向变动的组成环称为增环，即当该组成环尺寸增大（或减小）而其它组成环不变时，封闭环也随之增大（或减小），与封闭环反向变动的组成环称为减环，即当该组成环尺寸增大（或减小）而其他组成环不变时，封闭环的尺寸却随之减小（或增大）。注意：为了快速确定组成环的性质，可先在尺寸链图上平行于封闭环，沿任意方向划一箭头，然后沿此箭头方向环绕尺寸链一周，平行于每一个组成环尺寸依次画出箭头，箭头指向与封闭环方向相反的组成环为增环，反之箭头指向与封闭环方向相同的组成环为减环。二、尺寸链的建立与分析1、建立尺寸链正确建立和描述尺寸链是进行尺寸链综合精度分析计算的基础。应根据实际应用情况查明和建立尺寸链关系。建立装配尺寸时，应了解产品的装配关系、产品装配方法及产品装配性能要求；建立装配尺寸链时应了解零部件的设计要求及其制造工艺过程，同一零件的不同工艺过程所形成的尺寸链是不同的。正确建立和分析尺寸链的首要条件是要正确地确定封闭环。在装配尺寸链中，封闭环就是产品上有装配精度要求的尺寸。如同一部件中各零件之间相互位置要求的尺寸或保证相互配合零件配合性能要求的间隙或过盈量。零件尺寸链的封闭环应为公差等级要求最低的环，一般在零件图上不进行标注，以免引起加工中的混乱。工艺尺寸链的封闭环是在加工中最后自然形成的环，一般为被加工零件要求达到的设计尺寸或工艺过程中需要的余量尺寸。加工顺序不同，封闭环也不同。所以工艺尺寸链的封闭环必须在加工顺序确定之后才能判断。在确定封闭环之后，应确定对封闭环有影响的各个组成环，使之与封闭环形成一个封闭的尺寸回路。在建立尺寸链时，形位公差也可以是尺寸链的组成环。在一般情况下，形位公差可以理解为基本尺寸为零的线性尺寸。形位公差参与尺寸链分析计算的情况较为复杂，应根据形位公差项目及应用情况分析确定。必须指出，在建立尺寸链时应遵守“最短尺寸链原则”，即对于某一封闭环，若存在多个尺寸链时，应选择组成环数最少的尺寸链进行分析计算。一个尺寸链中只有一个封闭环。2、查找组成环组成环是对封闭环有直接影响的那些尺寸，与此无关的尺寸要排除在外。一个尺寸链的环数应尽量少。查找装配尺寸链的组成环时，先从封闭环的任意一端开始，找相邻零件的尺寸，然后再找与第一个零件相邻的第二个零件的尺寸，这样一环接一环，直到封闭环的另一端为止，从而形成封闭的尺寸组。如图a所示的车床主轴轴线与尾架轴线高度差的允许值A0是装配技术要求，为封闭环。组成环可从尾架顶尖开始查找，尾架顶尖轴线到底面的高度A1、与床面相连的底板的厚度A2、床面到主轴轴线的距离A3，最后回到封闭环。A1、A2和A3均为组成环。a）b）车床顶尖高度尺寸链3、特点：一个尺寸链中最少要有两个组成环。组成环中，可能只有增环没有减环，但不可能只有减环没有增环。在封闭环有较高技术要求或形位误差较大的情况下，建立尺寸链时，还要考虑形位误差对封闭环的影响。三、分析计算尺寸链的任务和方法1．任务分析和计算尺寸链是为了正确合理地确定尺寸链中各环的尺寸和精度，主要解决以下三类任务：（1）正计算已知各组成环的极限尺寸，求封闭环的极限尺寸。这类计算主要用来验算设计的正确性，故又叫校核计算。（2）反计算已知封闭环的极限尺寸和各组成环的基本尺寸，求各组成环的极限偏差。这类计算主要用在设计上，即根据机器的使用要求来分配各零件的公差。（3）中间计算已知封闭环和部分组成环的极限尺寸，求某一组成环的极限尺寸、这类计算常用在工艺上。反计算和中间计算通常称为设计计算。2．方法（1）完全互换法（极值法）从尺寸链各环的最大与最小极限尺寸出发进行尺寸链计算，不考虑各环实际尺寸的分布情况。按此法计算出来的尺寸加工各组成环，装配时各组成环不需挑选或辅助加工，装配后即能满足封闭环的公差要求，即可实现完全互换。完全互换法是尺寸链计算中最基本的方法。（2）大数互换法（概率法）该法是以保证大数互换为出发点的。生产实践和大量统计资料表明，在大量生产且工艺过程稳定的情况下，各组成环的实际尺寸趋近公差带中间的概率大，出现在极限值的概率小，增环与减环以相反极限值形成封闭环的概率就更小。所以，用极值法解尺寸链，虽然能实现完全互换，但往往是不经济的。采用概率法，不是在全部产品中，而是在绝大多数产品中，装配时不需要挑选或修配，就能满足封闭环的公差要求，即保证大数互换。按大数互换法，在相同封闭环公差条件下，可使组成环的公差扩大，从而获得良好的技术经济效益，也比较科学合理，常用在大批量生产的情况。（3）其他方法在某些场合，为了获得更高的装配精度，而生产条件又不允许提高组成环的制造精度时，可采用分组互换法、修配法和调整法等来完成这一任务。四、用完全互换法解尺寸链1、基本公式设尺寸链的组成环数为m，其中n个增环，m—n个减环，AO为封闭环的基本尺寸，Aｉ为组成环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式：1．封闭环的基本尺寸A0=即封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和。∑∑11mniiniiA－A+==2．封闭环的极限尺寸A0max=A0min=即封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环最小极限尺寸之和；封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺才之和。∑∑1min1maxmniiniiA－A+==∑∑1max1minmniiniiA－A+==3．封闭环的极限偏差ES0=EI0=即封闭环的上偏差等于所有增环上偏差之和减去所有减环下偏差之和；封闭环的下偏差等于所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和。4．封闭环的公差T0=即封闭环的公差等于所有组成环公差之和。∑∑11mniiniiEI－ES+==∑∑11mniiniiES－EI+==∑1miiT=例4-1如图2a所示的结构，已知各零件的尺寸：A1=mm，A2=A5=mm，A3=mm，A4=mm设计要求间隙A。为0.1～0.45mm，试做校核计算。图2齿轮部件尺寸链解:（l）确定封闭环为要求的间隙A0；寻找组成环并画尺寸链线图（图2b）；判断A3为增环，A1、A2、A4和A5为减环。（2）按公式计算封闭环的基本尺寸A0＝A3一（A1+A2+A4+A5）=43mm—（30+5+3+5）mm=0即要求封闭环的尺寸为0+0.45+0.10mm。（3）按公式计算封闭环的极限偏差ES。=ES3一（EI1+EI2+EI4+EI5）=＋0.18mm一（一0.13—0.075—0.04—0.075）mm=＋0.50mmEI。=EI3一（ES1+ES2+ES4+ES5）=＋0.02mm—（0＋0＋0＋0）mm=＋0.02mm（4）按公式计算封闭环的公差T。＝T1+T1+T2+T3+T4+T5=（0.13＋0.075十0.16＋0.075十0.04）mm=0.48mm校核结果表明，封闭环的上、下偏差及公差均已超过规定范围，必须调整组成环的极限偏差。30013.0－500075.0－3018.002.0＋　　＋30004.0－