第6章汽车典型零件制造工艺

第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础【主要内容】1.齿轮制造工艺（结构特点及其结构工艺性、机加工工艺、主要表面加工、检验）。2.连杆制造工艺（结构特点及其结构工艺性、机加工工艺、主要表面加工、检验）。3.箱体零件制造工艺（结构特点及其结构工艺性、机加工工艺、主要表面加工、检验）。第6章典型零件制造工艺第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础【学习目标】●了解齿轮机械加工工艺及主要表面的加工方法●了解曲轴机械加工工艺及主要表面的加工方法●了解连杆机械加工工艺及主要表面的加工方法●了解箱体零件机械加工方法及主要表面的加工方法●能够分析箱体零件的机械加工工艺所注意的问题第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础6.1齿轮制造工艺一、汽车齿轮的分类单联齿轮多联齿轮盘类齿轮齿圈轴齿轮6.1.1齿轮的结构特点及其结构工艺性第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础a）b)c)d)e)汽车常用齿轮结构类型a）单联齿轮b)多联齿轮c)盘形齿轮d)齿圈e)轴齿轮汽车齿轮的结构特点轴上自带齿轮孔的长径比L/D＞1孔的长径比L/D＞1有轮毂，孔的长径比L/D＜1无轮毂，孔的长径比L/D＜1第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础二.齿轮结构的工艺性1．产品及零件的工艺性指所设计的产品、零部件在满足使用要求的前提下，制造、维修的可行性和经济性。工艺性包括内容：毛坯的制造、热处理、机械加工、装配和维修的结构工艺性及原材料和毛坯的选择、制造方法、质量和技术要求、选用标准、生产类型和批量等诸多因素有关。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础2．齿轮设计结构工艺性需考虑的问题1）双联齿轮之间的距离应足够大。2）盘类齿轮便于采用多件顺序加工。如图示。齿轮滚刀用齿轮滚刀加工双联齿的小齿轮时，两轮间应有足够距离a）b）改变盘形齿轮的端面形式，可提高加工时的支承刚度和生产率第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础3）锥齿轮的锥度应合理设计骑马式主动锥齿轮时，应考虑铣齿或刨齿时刀刃不应伤着小头一侧的轴颈部分，如图所示。刨齿刀a)悬臂式工艺性较好b）骑马式工艺性较差第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础6.1.2齿轮机加工工艺一、齿轮的主要技术要求1.齿轮精度和齿面粗糙度重型和中型货车及越野车变速器、分动箱、取力器等齿轮精度7-9级，粗糙度为Ra3.2μm；轿车、微型车齿轮精度6-8级，粗糙度为Ra1.6μm。2.齿轮孔或轴径尺寸公差和粗糙度一般6级精度的齿轮孔为IT6，轴径为IT5；7级精度的齿轮孔为IT7，轴径为IT6；Ra0.4～0.08μm。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础3.端面跳动一般6～7级精度的齿轮，规定端面跳动量为0.011～0.022mm，基准端面的Ra0.011～0.022μm。基准面Ra0.40～0.80μm，次要表面的Ra6.3～25μm。4.齿轮外圆尺寸公差一般不加工面IT11，基准面为IT8。5.热处理要求低碳合金钢齿面渗碳淬火硬度为HRC58～63，心部淬火硬度为HRC32～48；当mn＞3-5mm时，渗碳深度0.8-1.3mm。中碳钢和中碳合金钢齿面淬火硬度不低于HRC53。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础二、齿轮的材料和毛坯1.材料选择：汽车传动轮齿表面硬度要求较高，心部要有良好的韧性。传力齿轮常用材料有20GrMnTi、20GrNiMo、20MnVB、40Gr、40MnB、45等；非传力齿轮可用不淬火钢、铸铁、夹布胶木、尼龙、工程塑料等制造。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础2.毛坯选择：锻件、铸件、粉末冶金件等；传力齿轮毛坯一般采用模锻件。模锻后，内部纤维对称于轴线，可提高材料强度，如图示。采用精铸、精锻等工艺制造齿坯，可实现少、无切削加工。汽车第一速及倒档齿轮锻件毛坯图模锻齿轮毛坯材料纤维排列第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础3.齿轮热处理：◆齿轮毛坯必须进行初步热处理，常采用正火或等温退火，以消除内应力，改善切削加工性◆齿轮齿面热处理：对中碳钢或中碳合金钢常采用高频淬火和低温回火；对低碳合金渗碳钢采用渗碳淬火热处理。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础一、基准的选择1.加工带孔齿轮的齿面时加工孔长径比L/D﹥1的单联或多联齿轮时，应以孔作为主要定位基面，如图所示。为了消除孔和心轴间的间隙的影响，精车齿坯时，常用过盈心轴或小锥度心轴。6.1.3齿轮机械加工工艺预加工齿面时，可采用能自动定心的可胀心轴或分组的小间隙心轴装夹。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础2.当加工孔长径比L/D﹤1的齿圈或盘形齿轮时●应先以端面为主要定位基面加工内孔和端面，并在一次装中完成，以保证其垂直度。●再以加工后的内孔和端面作为组合定位基面加工外圆和另一端面。●加工齿面时应采用内孔及端面定位。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础2．加工轴齿轮时■当加工轴的外圆表面、外螺纹、圆柱齿轮齿面和花键时，常选择轴两端的中心孔作为定位基准，把工件安装在机床的前、后（或上、下）两顶尖之间进行加工。■如以工件两端中心孔定位不方便或安装刚度不足时，常用磨削过的两轴颈定位，装夹在精密的弹性夹头中进行加工。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础二、齿轮主要表面的加工在大批大量生产条件下生产汽车齿轮，可分为粗加工和精加工两个大的阶段。工序安排为：齿坯加工→齿形加工→齿面热处理→热处理后的精加工。1．齿坯加工确定齿坯的加工方案，主要是确定内孔、外圆、端面等表面的加工方法及其加工顺序。成批大量生产中，加工中等尺寸的盘形齿轮齿坯时，常采用车（或钻）→拉→多刀车削工艺方案。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础2．齿形加工1）对于8级精度以下的软齿面传动齿轮（多采用调质）只需用插齿或滚齿成形就能直接满足使用要求；而硬齿面传动齿轮，则采用滚(或插)齿→剃齿或冷挤→齿端加工→淬火→校正孔的加工方案。2）对6～7级精度的硬齿面传力齿轮可采用滚(或插)齿→齿端加工→表面淬火→校正基准→磨齿(蜗杆砂轮磨齿)。亦可采用滚(或插)齿→剃齿或冷挤→表面淬火→校正基准→内啮合珩齿的加工方案。3）对于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。在大批量生产时亦可采用滚齿→粗磨齿→精磨齿→表面淬火→校正基准→磨削珩齿的加工方案。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础齿轮滚刀滚切圆柱齿轮示意图a）齿轮滚刀滚切齿轮及其运动b）若干包络线形成的渐开线齿廓齿轮滚刀被滚切齿轮渐开线齿廓3．齿形加工方法★对于齿圈或盘形圆柱齿轮的齿形加工，采用展成法在滚齿机或插齿机上利用齿轮滚刀或齿轮插刀的相对运动进行切削加工，如图所示。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础★对于多联齿轮，当两齿轮间距足够大时，采用在滚齿机上滚切加工；当两齿轮间距较小或为内齿时，在插齿机上进行插削加工，如图所示。a）插削小间距齿轮b）插削内齿轮插削双联齿轮和内齿轮齿轮插刀第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础★齿端加工，其内容有倒圆、倒棱和去毛刺等，其目的是使齿轮沿轴向移动时容易进入啮合状态。一般在齿轮倒角机进行加工，如图所示。a）倒尖角b）倒棱c）倒圆角d）齿端倒圆加工齿端形状及加工指状铣刀齿轮第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础4．热处理的安排▼齿轮齿面主要采用中频或高频感应加热局部淬火后进行低温回火，以消除内应力，齿轮变形小。应安排在轮齿初加工之后，精磨之前进行。因热处理后会产生变形，故在精磨之前，须对定位基面和装配基准（内孔、基准端面、轴齿轮的中心孔、轴颈等）进行修整。▼弧齿锥齿轮齿面的最后加工，采用主、从动锥齿轮在研齿机上成对的进行对研，对研后打上记号，装配时成对装配。目前弧齿锥齿轮轮齿齿面热处理后的精加工已开始使用数控（CNC）磨齿机进行磨齿。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础三、典型汽车齿轮机械加工工艺过程1．成批生产汽车变速器第一速及倒车齿轮零件的加工工艺过程汽车变速器第一速记倒车齿轮零件简图其零件简图如图所示其工艺过程如表6-1所列第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础表6-1成批生产汽车同步器变速器第四速齿轮的工艺过程工序号工序内容设备工序号工序内容设备1粗车小端外圆、端面、倒角车床8倒齿端圆角齿轮倒角机2粗车大端外圆、端面、内孔车床9剃齿或冷挤齿剃齿机或挤齿机2J中间检验10修花键槽宽压床3半精车大端面、内孔车床11清洗清洗机4拉花键孔拉床11J中间检验4J中间检验12热处理5精车两端面及外圆多刀半自动车床13磨内孔内圆磨床5J中间检验车床14珩磨齿蜗杆式珩齿机6滚齿滚齿机15清洗清洗机7清洗清洗机15J最终检验第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础2．大量生产汽车后桥主减速器主动锥齿轮零件的加工工艺过程其零件简图如图示；其加工工艺过程如表6-2所列。汽车主减速器主动锥齿轮零件简图第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础表6-2大批量生产汽车主减速器主动锥齿轮的工艺过程工序号工序内容设备1铣两端面、钻两端中心孔双面铣、钻专用床和夹具2车轴颈外圆、前背锥及端面液压仿形车床（或数控车床）3铣花键花键铣床4粗磨轴颈外圆、花键外圆及端面端面外圆磨床5钻十字孔φ5mm台钻6锪孔φ5mm孔口90°台钻7车（或铣）铣螺纹车床或螺纹铣机7J中间检查8粗切齿弧齿锥齿轮切齿机9精切齿凸面弧齿锥齿轮切齿机10精切齿凹面弧齿锥齿轮切齿机11倒角铣机12清洗清洗机12J中间检验13热处理（渗碳、淬火）14修复中心孔15精磨轴颈、花键外圆及端面端面外圆磨床16校正螺纹丝板16J最终检验第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础2．大量生产汽车后桥主减速器主动锥齿轮零件的加工工艺过程双面铣端面、钻中心孔1）两端面及定位基准中心孔的加工采用双工位专用机床夹具在专用机床上先加工好，如图所示。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础常采用液压仿形车床进行加工，如图所示。近年来已开始采用数控或程控车床加工，可显著缩短基本时间和辅助时间，提高生产效率。触销样板下刀架工件液压仿形刀架液压仿形车床加工汽车主动锥齿轮示意图2）轴齿轮外圆表面的车削加工第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础一、曲轴工作及结构特点1．曲轴的工作特点◆曲轴是汽车发动机中最重要的零件之一。曲轴转速很高（可达6000r/min）；◆有很大的燃气压力通过活塞、连杆突然作用到曲轴上，以每秒100～200次的频率反复冲击曲轴；◆曲轴受到往复、旋转运动的惯性力和力矩的作用。使之产生弯曲、扭转、剪切、拉压等复杂的交变应力，也造成曲扭转振动和弯曲振动，易产生疲劳破坏；◆曲轴的主轴颈和连杆轴颈及其轴承副在高压下高速旋转，易造成磨损、发热和烧损。曲轴一旦发生故障，对发动机有致命的破坏作用。6.2曲轴制造工艺第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础2．曲轴的结构特点如图所示，曲轴结构与一般轴不同，它由主轴颈、连杆轴颈、曲柄等组成，其结构细长而多曲拐，刚性较差，要求精度高。第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础六缸汽油机曲轴结构简图第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础1．主轴颈、连杆轴颈直径尺寸公差通常为IT6～IT7；主轴颈宽度极限偏差为+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。轴颈的形状公差，如圆度、圆柱度控制在尺寸公差一半之内。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Ra0.20～0.4μm；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。二、曲轴主要技术要求第6章汽车典型零件制造工艺汽车制造工艺基础▲曲轴要求材料应有较高的强度、冲击韧度、疲劳强度和耐磨性。常用材料有：汽油机