11单元十一典型汽车零件的选材及工艺路线分析.

单元十一典型汽车零件的选材及工艺路线分析项目内容任务1汽车生产过程的认识任务2零件的选材与失效分析任务3典型汽车零件的选材及工艺分析思考与练习任务1汽车生产过程的初步认识汽车是社会生产大协作的产物，即由很多工厂共同协作完成的，现在更加形成了“全球化采供”、“全球化生产、销售”的格局。汽车的生产过程就是各个协作的专业化工厂将原材料变成成品，然后在总装配厂装配成汽车过程的总和。某一个专业化工厂生产总成的过程，只是汽车生产过程的一部分。1.汽车生产的工艺过程及其组成（1）工序（2）工位（3）工步任务1汽车生产过程的初步认识2.汽车制造厂的生产类型及工艺特征（1）单件生产（2）大量生产（3）成批生产任务1汽车生产过程的初步认识生产类型大批、大量生产中批生产单件、小批生产产品生产单一或系列化产品，数量很大，每台设备常年生产某一种零件的某一工序。产品改型后原来的生产设备很难改装生产单一产品或几种产品，数量较多。每台设备完成多种零件的相同工序，产品改型对生产有影响生产单一产品或多种产品。产品改型对生产影响不大生产组织采用流水线或自动生产线，按总成封闭组织生产和专业化组织生产成批轮番生产。部分零件按流水线生产，部分按同类零件组织生产。总成生产适当封闭零件生产无流水线。按零件类别划分车间或工段2.汽车制造厂的生产类型及工艺特征任务1汽车生产过程的初步认识生产类型特征大批、大量生产中批生产单件、小批生产生产设备广泛采用高生产率的专用机床，组合机床、半自动或自动机床和自动生产线采用万能机床，部分采用高效率的专用机床和组合机床、数控机床和可调自动线等广泛采用万能机床，部分采用数控机床、自动换刀数控机床等工艺装备广泛采用专用复合刀具、成形刀具；专用高效率量具或自动化量具；高效率专用夹具部分采用标准刀具、万能量具、夹具，部分采用高效率的专用刀具、量具、夹具和组合夹具广泛采用标准刀具、万能量具、万能夹具、组合夹具机床调整方法工件在已调整好的机床上加工工件大部分在已调整好的机床上加工。部分用试切法工作基本上用试切法加工对毛坯的要求高精度、余量小的各种毛坯。大量采用精铸件、压铸件、金属模铸件、模锻件、粉末冶金件、冲压件、挤压件主要采用金属模铸件、模锻件或胎膜锻件，部分采用精密铸、锻件采用木模铸件、手工造型、自由锻件等。毛坯精度低、余量大工艺文件有详细的工艺文件，每道工序都有工序调整卡有工艺过程卡，重点工序有工序调整卡工艺文件简单，只有工艺过程卡任务2零件的选材与失效分析1.零件选材的原则（1）实用性原则实用性是保证零件完成规定功能的必要条件，一般首先考虑。实用性包括力学性能、物理性能和化学性能等，对一般机械零件，主要考虑力学性能。（2）工艺性原则材料的工艺性是指材料适应某种加工的难易度。良好的工艺性不仅可以保证零件的制造质量，而且有利于提高生产率和降低成本。任务2零件的选材与失效分析1.零件选材的原则（3）经济性原则1）材料本身价格应低2）材料加工费用3）材料利用率4）合理代用5）在一些大型零件上采用组合式结构6）节约稀有材料2.零件的失效与选材分析（1）失效的概念每种机器零件都有自己一定的功能。当零件由于某种原因丧失预定的功能时，即它发生了失效。所谓失效是指以下情况中的任何一种发生：①零件完全破坏，不能继续工作；②严重损伤，继续工作不安全；③虽能安全工作，但不能满意地起到预期的作用。任务2零件的选材与失效分析2.零件的失效与选材分析（2）失效的形式及分类任务2零件的选材与失效分析蠕变断裂塑性变形弹性失稳磨损1234应力腐蚀断裂快速断裂疲劳断裂567图11-1疲劳断口的宏观形貌2.零件的失效与选材分析（2）失效的形式及分类任务2零件的选材与失效分析零件失效的形式，可以归纳和区分为三大类型变形失效断裂失效表面损伤失效任务2零件的选材与失效分析1.零件选材的原则（3）失效与材料的关系失效往往不只是单一原因造成的，而可能是多种原因共同作用的结果。实际中零件失效的原因是很复杂的，设计、材料、加工和安装使用等问题都可能是导致零件失效的原因，但主要的和基本的原因是选材错误。2.零件的失效与选材分析（4）机械零件失效的分析任务2零件的选材与失效分析审查零件设计、材料、加工等资料收集失效零件的残体，观测并记录了解零件的工作环境和失效经过试验研究，取得数据1234综合分析，判断失效的原因52.零件的失效与选材分析（5）不同失效形式下的选材任务2零件的选材与失效分析快速断裂的选材弹性失稳的选材过量塑性变形的选材其它失效形式的选材1234冲击韧性与温度变化的关系任务3典型汽车零件的选材及工艺分析金属材料、高分子材料、陶瓷材料和复合材料是目前主要汽车工程材料。对于不同类型、用途的汽车零件，选材有很大差异。相比之下，金属材料具有优良的综合力学性能，并可通过热处理、加工硬化等手段大幅度调整其各种性能，降低生产成本，所以金属特别是钢铁，目前仍然是汽车工业中的主要结构材料。1.齿轮弯曲疲劳强度和接触疲劳强度好1齿面硬度高，耐磨性好2齿轮心部有足够高的强度和韧性3任务3典型汽车零件的选材及工艺分析作为齿轮材料应满足：1.齿轮低速轻载，中、低速中载的齿轮1低速中载，较重要零件2高速，中、重载，有冲击的齿轮3任务3典型汽车零件的选材及工艺分析齿轮的选材要求：重型机械中的低速齿轮4无冲击、不重要齿轮和开式齿轮5力很小、传递运动不复杂的小齿轮61.齿轮Ⅰ—单联齿轮1Ⅱ—多联齿轮2Ⅲ—盘形齿轮3任务3典型汽车零件的选材及工艺分析（1）汽车齿轮的结构特点及技术要求Ⅳ—齿圈4Ⅴ—轴齿轮51.齿轮齿形精度和齿面粗糙度1齿轮孔或轴颈的精度和表面粗糙度2端面跳动3任务3典型汽车零件的选材及工艺分析（1）汽车齿轮的结构特点及技术要求齿轮外圆精度4齿轮的热处理要求51.齿轮任务3典型汽车零件的选材及工艺分析（2）齿轮的材料和毛坯齿轮的材料由其工作条件决定。汽车中的传力齿轮，传统上常用的材料是20CrMnTi(18CrMnTi)、40Cr和45号钢等。图11-4在卧式锻造机镦锻图11-5汽车变速器第一速图11-6镦锻齿轮毛坯齿坯的过程及倒车齿轮的锻件毛坯材料纤维排列情况1.齿轮任务3典型汽车零件的选材及工艺分析（3）不同生产类型中，齿轮的典型工艺过程大量生产汽车第一速及倒车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扩孔立式钻床10剃齿或冷挤齿剃齿机或挤齿机2车毂端面车床11修花键槽宽压床3拉花键孔拉床12清洗清洗机4精车另一端面车床12J中间检验5车齿坯八轴立式车床13热处理5J中间检验14对滚专用对滚机6去毛刺15磨内孔内圆磨床7滚齿双轴滚齿机16清洗清洗机8倒齿端圆角倒角机17修理齿面9清洗清洗机17J最终检验9J中间检验1.齿轮任务3典型汽车零件的选材及工艺分析（3）不同生产类型中，齿轮的典型工艺过程成批生产汽车第一速及倒车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、端面车床7J中间检验2粗车小端外圆、孔、端面车床8倒齿端圆角倒角机2J中间检验9剃齿或冷挤齿剃齿机或挤齿机3半精车大端面、孔车床10清洗清洗机4拉花键孔拉床10J中间检验4J中间检验11热处理5精车两端端面、外圆多刀半自动车床12磨内孔内圆磨床5J中间检验13清洗清洗机6滚齿滚齿机13J最终检验7清洗清洗机1.齿轮任务3典型汽车零件的选材及工艺分析（3）不同生产类型中，齿轮的典型工艺过程齿轮加工工艺过程虽归纳①毛坯加工；②基准面(齿轮内孔及端面或轴齿轮端面及中心孔)的加工；③外表面及其他表面的加工；④轮齿的粗、精加工；⑤热处理；⑥修复定位基准面及精加工装配基准面(内孔及端面、轴颈、花键等)；⑦必要时对轮齿进行热处理后的精加工；⑧主要工序后，对工件清洗、中间检验和最终检验。2.曲轴任务3典型汽车零件的选材及工艺分析轴类零件由于结构不同、使用条件不同，其选材和加工方法有很大差异。轴类零件选材时主要考虑强度，同时兼顾材料的冲击韧性和表面耐磨性。比较重要或承载较大的轴不重要或承载不大的轴承载较大而无很大冲击的重要轴强度和韧性均要求较高、表面要求耐磨的轴形状复杂的轴(如曲轴等)2.曲轴任务3典型汽车零件的选材及工艺分析内燃机曲轴的功用是承受连杆传来的力，形成绕曲轴主轴线旋转的力矩，向外输出。1）主轴颈和连杆轴颈通常为2级精度2）连杆轴颈轴线对主轴颈轴线的平行度3）长度小于1．5米的曲轴，以两端的主轴颈支承时，中间主轴颈的径向跳动4）曲柄半径公差5）主轴颈、连杆轴颈与曲柄连接圆角的表面粗糙度主要技术要求2.曲轴任务3典型汽车零件的选材及工艺分析6）多缸发动机曲轴各连杆轴颈轴线之间的角度偏差7）曲轴必须经过平衡8）曲轴的主轴颈及连杆轴颈应经过表面淬火或氮化9）曲轴需经探伤主要技术要求2.曲轴任务3典型汽车零件的选材及工艺分析传统的汽车发动机曲轴材料以调质锻钢为主，常用材料有碳素结构钢、合金钢和球墨铸铁。对曲轴用材料提出如下性能要求：（2）曲轴的材料和毛坯良好的综合机械性能高的疲劳强度，防止疲劳断裂良好的耐磨性，防止轴颈磨损2.曲轴任务3典型汽车零件的选材及工艺分析锻钢和铸铁曲轴耐磨性比较（2）曲轴的材料和毛坯曲轴材料热处理运转时间/h主轴颈磨损量/mm连杆轴颈磨损量/mm锻钢球墨铸铁稀土镁球墨铸铁表面淬火正火正火1000150915000．020～0．0640．020～0．0240．002～0．0060．030～0．1100．010～0．0330．001～0．0042.曲轴任务3典型汽车零件的选材及工艺分析大量生产汽车曲轴机械加工工艺过程(主要工序)（3）不同生产类型中曲轴机械加工的工艺过程工序号工序内容设备工序号工序内容设备1铣端面打中心孔专用铣钻床12车所有连杆轴颈及曲柄平面曲轴连杆轴颈车床2粗车第四主轴颈及曲柄表面曲轴主轴颈车床12J中间检验3校直压力机13在连杆轴颈上锪球形孔组合钻床4粗磨第四主轴颈外圆磨床14钻深油孔组合钻床5粗车其余主轴颈、外圆曲轴主轴颈车床15油孔倒角6校直压力机16去毛刺7粗磨第一主轴颈和装齿轮的轴颈端面外圆磨床16J中间检验8精磨各主轴颈（除第四）、法兰盘外圆外圆磨床17轴颈表面淬火中频表面淬火机9粗磨第七主轴颈、法兰盘外圆外圆磨床18校直压力机10粗磨第二、三、五、六主轴颈多砂轮外圆磨床19精磨第四主轴颈外圆磨床11铣角度定位用平台龙门铣床20精磨第七主轴颈外圆磨床2.曲轴任务3典型汽车零件的选材及工艺分析大量生产汽车曲轴机械加工工艺过程(主要工序)（3）不同生产类型中曲轴机械加工的工艺过程工序号工序内容设备工序号工序内容设备21车回油螺纹普通车床31去除不平衡重量立式钻床22精磨第一主轴颈和装齿轮的轴颈端面外圆磨床32去毛刺23精磨装皮带轮的轴颈外圆磨床33校直压力机24精磨油封轴颈和法兰盘外圆外圆磨床34精加工轴承孔转塔车床25精磨第二、三、五、六主轴颈外圆磨床35精车法兰盘端面车床26粗磨全部连杆轴颈曲轴磨床36去毛刺27精磨全部连杆轴颈曲轴磨床37粗超精加工各轴颈超精加工机床28铣键槽键槽铣床38精超精加工各轴颈超精加工机床或激光机28J中间检验39清洗29曲轴两端钻孔组合机床40修理缺陷30动平衡动平衡机40J最终检验3.连杆任务3典型汽车零件的选材及工艺分析连杆为活塞式发动机的主要零件之一，它用于将作用于活塞上的气体膨胀的压力传给曲轴，又受曲轴的驱动而带动活塞，压缩气缸中的气体。汽车发动机连杆主要技术要求如下：（1）连杆的工作特点及技术要求小头衬套底孔加工精度为2级连杆大头孔的加工精度与所用轴瓦的种类有关小头衬套孔轴线与大头孔轴线连杆的重量及一台发动机中的连杆重量差3.连杆任务3典型汽车零件的选材及工艺分析汽车发动机连杆的材料一般采用45钢(精选含碳量为0．42%～0．47%)或40Cr，并经调质处理，以提高其强度及抗冲击能力。近来我国有些工厂也逐渐用球墨铸铁制造连杆。钢制连杆一般采用锻造，要求金属纤维的方向沿着连杆杆身轴线并与连杆的外形轮廓相适应，并且没有旋涡状和中断现象。连杆毛坯的制造目前还是以封闭式模锻为主。（2）连杆的材料和毛坯3.连杆任务3典型汽车零件的选材