第三章-汽车零件常用制造工艺基础知识

第3章汽车零件常用制造工艺基础知识常见的毛坯种类常用的汽车零件的毛坯种类有几种：铸造、锻压、焊接、冲压、粉末冶金、塑料成型等。3.1汽车零件毛坏制造工艺的基本知识毛坯种类的选择不仅影响毛坯的制造工艺及费用，而且也与零件的机械加工工艺和加工质量密切相关。为了能合理选用毛坯，需清楚地了解各类毛坯的特点、适用范围及选用原则等。常用的汽车零件的毛坯种类有几种：铸件、锻压件、冲压件、焊接件及粉末冶金件等。铸造是将熔化后的金属液浇灌入铸型空腔中，待其凝固、冷却后，获得一定形状的零件或零件毛坯的成形方法。通过铸造成形方法获得的毛坯或零件称为铸件。在汽车制造过程中，采用铸造制成毛坯的零件很多，约占全车重量10％左右，仅次于钢材用量，居第二位。就材质而言，铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等应有尽有，仅铸铁就采用了灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁及合金铸铁等多种材料。因此可以说，汽车工业使各种铸造材质达到物尽其用的地步。铸造是最常用的毛坯生产方法，对于形状复杂的各类汽车用铸件都可用铸造方法生产。一些要求耐磨、承压、减振、价廉的零件(如活塞、活塞环、气缸套、气缸体等)，及一些形状复杂、用其他方法难以成形的零件(如气缸盖、变速箱壳体及进、排气支管等)，只能通过铸造生产毛坯。随着铸造技术的不断发展，铸件的应用范围继续扩大，过去普通采用的锻件自曲轴、连杆、齿轮等零件，也开始被铸件逐渐替代。汽车用铸件的主要特点是壁薄、形状复杂、质量轻、可靠性好、尺寸精度高、年产批量大等。如气缸体、变速器箱体、转向器壳体、后桥壳体、制动鼓、各种支架等。铸造特点及分类特点：生产形状复杂，其他机械加工方法难以成形，壁薄、质量轻、可靠性好、尺寸精度高零件。分类：砂型铸造（90%）和特种铸造（压力铸造、低压铸造、金属型铸造、离心铸造）砂型铸造的工艺过程砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。砂型铸造所用铸型一般由外砂型和型芯组合而成。为了提高铸件的表面质量，常在砂型和型芯表面刷一层涂料。涂料的主要成分是耐火度高、高温化学稳定性好的粉状材料和粘结剂，另外还加有便于施涂的载体（水或其他溶剂）和各种附加物。手工砂型铸造实例砂型铸造件锻造概念：锻造是利用金属材料的可塑性，借助外力(加压设备)和加工模具的作用，使坯料或铸锭产生局部或全部变形而形成所需要的形状、尺寸和一定组织性能锻件的加工方法。特点锻压件是汽车零件制造业中的另一种常用毛坯。锻件毛坯由于经锻造后可得到连续和均匀的金属纤维组织，因此锻件的力学性能较好，常用于受力复杂的重要钢质零件。锻压件是材料塑性变形的结果，因此锻压件晶粒较细，没有铸件的粗大组织和内部缺陷，所以一些要求强度高、耐冲击、抗疲劳的重要零件大多采用锻造毛坯。但由于它是在固态下塑性成型，难于获得复杂的形状，特别是一些复杂内腔的零件。锻压件广泛应用于汽车发动机、变速器、转向器、行走部分总成的零件上。自由锻造模型锻造锻造分类焊接焊接是用或不用填充材料，将两片金属局部加热或同时加热、加压而接合在一起的加工方法。焊接件的特点是可以小拼大，气密性好，生产周期短，节省材料、不需重型设备、减轻重量，可生产有较好的强度和刚度、质量轻、材料利用率高的毛坯；缺点是抗振性较差、变形大，需经时效处理后才能进行机械加工。因此，选用焊接件为毛坯，对一些性能要求高的汽车重要零件在机械加工前应采用退火处理，以消除应力、防止变形。冲压冲压工艺是一种先进的金属加工方法，它建立在金属塑性变形基础上，在常温条件下使金属板料在冲模中承受压力而被切离或成形的加工方法。从而获得具有一定形状、尺寸和性能的零件。板料冲压的坯料厚度一般小于4mm，通常在常温下冲压，故又称为冷冲压。粉末治金粉末冶金法是采用成形和烧结等工序将金属粉末，或金属与非金属粉末的混合物，通过固结使其成为具有一定形状金属制品的技术。其制品统称为粉末冶金零件或烧结零件。汽车工业中使用的各类粉末冶金零件，已占粉末冶金总产量的70％~80％。由于零部件的高强度化、高精度化及低成本化，使粉末冶金零件在汽车上的使用量越来越多，如汽车发动机的气门座、带轮、粉末冶金链轮、连杆等。3.2机械零件常用的机械加工方法汽车零件的表面形状千变万化，由不同的典型表面如外圆、内孔、平面、螺纹、花键和轮齿齿面等组合而成。这些典型表面都有一定的加工要求，大多数表面都需要经过专业加工来实现其机械制造过程。金属切削加工是用刀具将金属毛坯逐层切削；使工件得到所需要的形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法。金属切削加工包括钳工和机械加工两种方法。车床是切削加工的主要设备，是应用最广泛的机械加工设备，车床占机床总数的20%--35%。按照用途和结构不同，可分为：卧式车床、立式车床、转塔车床、多轴自动和半自动车床、多刀车床、仿形车床、数控车床和车削中心等。1、车床分类加工范围：轴、盘套零件上内外回转面、端面、螺纹面等；运动特征：主运动为主轴带动工件作回转运动；所用刀具：车刀、钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥等；加工精度：经济加工精度IT7~IT8,表面粗糙度Ra1.6-6.3um，精车IT5~IT6，Ra0.1-0.4um2、车削加工对象、范围及使用刀具•刀具主要几何角度及选择3、车削用量选择切削速度：工件以一定的旋转速度旋转，刀具切削刃上的某一点相对于到加工表面在主运动方向上的瞬时速度称为切削速度Vc。进给量：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量。车削外圆的进给量为工件没转一转刀具沿进给运动方向所移动的距离；每分钟的进给量称为进给速度Vf。粗车尽量选择大的切削深度ap和进给量f，低的切削速度vc;精加工则相反。选择切削用量时，通常先确定切削深度，然后进给量，最后确定切削速度。min)/(1000mdnvcmin)/(mmnfvf数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。铣削是铣刀旋转作为主运动、工件作进给运动的切削加工方法。主运动，即主轴（铣刀）的回转运动。18级（30-1500r/min）进给运动，即工件的纵向、横向和垂直方向的移动。铣削1、铣床分类铣床种类很多，一般是按布局形式和适用范围加以区分，主要的有升降台铣床、龙门铣床、单柱铣床和单臂铣床、仪表铣床、工具铣床等铣床卧式铣床（X6125）立式铣床X50302、铣削的特点和应用1）铣削的特点刀刃的散热条件好；铣削的生产率较高；铣削时易产生振动。2）铣削的应用加工平面；加工各种沟槽和成形面；还可以进行分度工作。公差等级一般为IT9～IT8；表面粗糙度Ra值一般为6.3～1.6µm。2、铣削的特点和应用3）铣刀种类加工平面用铣刀；加工沟槽用铣刀；加工特形面用铣刀。铣平面铣斜面铣沟槽铣键槽铣T形槽铣螺旋槽铣刀带孔铣刀带柄铣刀3、铣削用量及选择铣削用量：铣削速度Vc、进给量f、铣削宽度ae和铣削深度ap。铣削速度Vc是铣削时切削刃上选定点在主运动中的线速度，即切削刃上离铣刀轴线距离最大的点在1min内所经过的路程。进给量f是铣刀在进给运动方向上相对工件的单位位移量。根据需要有三种表示方法：（1）每转进给量f是铣刀每回转一周在进给运动方向上相对工件的位移量，单位为mm/r；（2）每齿进给量fz是每转中每一刀齿在进给运动方向上相对工件的位移量，单位为mm/z；（3）每分钟进给量（即进给速度）vf是铣刀每转1min在进给运动方向上相对工件的位移量，单位为mm/min。min)/(1000mndvcmin)/(mmnzfnfvzf铣削用量选择：铣削时，根据加工性质先确定每齿进给量fz，然后根据铣刀的齿数z和铣刀的转速n计算出每分钟进给量vf。铣削宽度ae、铣削深度ap。课堂拓展顺铣和逆铣的区别：铣刀与工件接触部分的旋转方向与工件进给方向相同成为顺铣，反之为逆铣。顺铣和逆铣的特点：1.顺铣时，每个刀的切削厚度都是有小到大逐渐变化的。当刀齿刚与工件接触时，切削厚度为零，只有当刀齿在前一刀齿留下的切削表面上滑过一段距离，切削厚度达到一定数值后，刀齿才真正开始切削。逆铣使得切削厚度是由大到小逐渐变化的，刀齿在切削表面上的滑动距离也很小。而且顺铣时，刀齿在工件上走过的路程也比逆铣短。因此，在相同的切削条件下，采用逆铣时，刀具易磨损。2.逆铣时，由于铣刀作用在工件上的水平切削力方向与工件进给运动方向相反，所以工作台丝杆与螺母能始终保持螺纹的一个侧面紧密贴合。而顺铣时则不然，由于水平铣削力的方向与工件进给运动方向一致，当刀齿对工件的作用力较大时，由于工作台丝杆与螺母间间隙的存在，工作台会产生窜动，这样不仅破坏了切削过程的平稳性，影响工件的加工质量，而且严重时会损坏刀具。3.逆铣时，由于刀齿与工件间的摩擦较大，因此已加工表面的冷硬现象较严重。4.顺铣时，刀齿每次都是由工件表面开始切削，所以不宜用来加工有硬皮的工件。5.顺铣时的平均切削厚度大，切削变形较小，与逆铣相比较功率消耗要少些。精加工的时候最好用顺铣钻削钻削成形定义：钻削是使用钻头扩孔钻刀具在工件的实体材料上加工孔的切削方法。主运动：钻头或扩孔钻的回转运动进给运动：钻头或扩孔钻沿着自身轴线方向的移动钻削成形1.常见钻床分类钻床可以直接加工出尺寸较小（13mm）、精度要求不太高的孔，螺纹加工，锪孔和锪平面等工作。加工时，工件不动，刀具一面作旋转主运动，一面作轴向进给运动。钻床分为：台式、立式、摇臂、深孔和中心钻床等。主参数一般为最大钻孔直径。钻床典型的立式钻床摇臂钻床钻孔扩孔铰孔攻螺纹钻埋头孔刮平面钻削成形钻床的加工方法孔加工刀具按其用途可分为两大类:一类是从实体材料中加工出孔的刀具，如麻花钻、扁钻、中心钻和深孔钻等；另一类是对工件上的已有的孔进行再加工，如扩孔钻、锪钻、铰刀及镗刀等。（1）麻花钻标准高速钢麻花钻2.钻削加工对象、范围及刀具标准麻花钻组成：刀体、刀柄、颈部刀体包括：切削部分和导向部分，麻花钻在其轴线两侧对称分布有两个切削部分麻花钻切削速度：Vs=（m/min）1000dn进给量f,（mm/r）每齿进给量fz=2f切削深度ap=2d中心钻中心钻用来加工各种轴类工件的中心孔。图3.38是两种中心钻的外形图。中心钻深孔钻扩孔钻锪钻铰刀铰刀的结构和几何参数3.工艺特点两条切削刃对称分布在轴线两侧，钻削时，所受径向抗力相互平衡。不容易弯曲变形；切削深度为孔径一半，金属切除效率高；排屑困难，已加工孔壁容易被钻屑挤压摩擦划伤，因此表面粗糙度值较大；冷却条件差，切削温度高，需降低切削速度，影响生产效率。为粗加工，经济精度等级为IT11-IT13，Ra50-12.5um.不同种类的铰刀钻床加工实例镗床通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体、汽车发动机缸体等零件上的孔。镗床的主要类型有卧式镗床、坐标镗床和金刚镗床等。镗削可拉削加工的各种内外表面举例刨削、拉削及插削成形磨削成形磨床：外圆磨床、内圆磨床、平面磨床外圆磨削1.中心外圆磨削：纵磨法、深磨法、横磨法、综合磨法2.无心外圆磨削：贯穿法、切入法内圆磨削平面磨削1.圆周磨削2.端面磨削磨削成形磨削方法超精加工细粒度的油石→一定压力→短行程的往复振动珩磨珩磨头→旋转运动、往复运动、径向运动研磨：手工研磨、机械研磨研磨剂磨削成形光整加工3.4汽车制造过程中其它工艺基本知识3.4.1热处理金属热处理是机械制造中