汽车制造工艺学1

武汉理工大学汽车工程学院刘志恩汽车发动机制造工艺学教材及参考书教材：王宝玺贾庆祥《汽车制造工艺学》（第3版）机械工业出版社2009.1参考教材：王先逵《机械制造工艺学》（第2版）机械工业出版社2007.2顾崇衔《机械制造工艺学》第一章绪论§1-1生产过程§1-2工艺过程§1-3工件尺寸及形状的获得方法和加工经济精度§1-4生产类型与工艺特征主要内容掌握：基本概念、名词、术语§1-1生产过程生产过程是指将原材料转变为汽车产品的全过程。包括原材料的运输、产品的技术生产准备、毛坯的制造、零件的机械加工及热处理、部件及产品的装配、检验、调试、油漆与包装，产品的销售和售后服务等。原材料毛坯热处理机加工装配试验调整汽车产品锻造铸造粉末冶金冲压正火退火淬火回火车削铣削磨削镗削合件组件部件整车其他零部件发动机车身车桥车轮汽车生产模式：按产品专业化、工艺专业化原则组织的协作生产。§1-1生产过程一、工艺过程的基本概念工艺过程设计是产品设计和制造过程的中间环节，是企业生产活动的核心，也是进行生产管理的重要依据。工艺过程：生产过程中直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和力学物理性能等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺过程。该过程可以通过不同的工艺方法来完成，因而工艺过程又可具体分为铸造、锻造、冲压、焊接、机械加工、特种加工、热处理、装配等工艺过程。§1-2汽车生产的工艺过程●机械加工工艺过程利用机械加工方法改变毛坯的形状、尺寸、相对位置和力学、物理性质，使其成为成品的全过程，就称其为机械加工工艺过程。●装配工艺过程将加工好的零件，按一定的技术要求组合成部件或产品，以改变零、部件之间的相对位置，此过程被称之为装配工艺过程。本门课程将研究：机械加工工艺过程和装配工艺过程的理论和知识。§1-2工艺过程二、工艺过程的组成组成工艺过程的基本单元是工序。工序是由工步、走刀、安装（装夹）及工位组成的。12.5其余0.81.6§1-2工艺过程机械加工工艺过程和装配工艺过程都是由按一定顺序排列的工序组成的。对于机械加工工艺过程，毛坯依次通过各道工序逐渐变成所需要的零件。切端面打中心孔切端面打中心孔外圆加工倒角倒角键槽加工工序1工序2…工步1工步2工序3…工艺过程走刀工序：是指一个（或一组）工人，在一台机床上（或一个工作地点），对一个（或同时几个）工件所连续完成的那一部分工艺过程。工人、工作地、工件、连续作业是构成工序的四个要素，其中任一要素改变即构成新的工序。连续作业是指在该工序内的全部工作要不间断地连续完成。§1-2工艺过程问题：如何根据生产条件及生产规模来组织零件的制造？其顺序又如何制订？例如：一个工人在车床对传动轴的加工夹持大头，车小头外端面、倒角、外圆柱面、退刀槽调头夹持小头，车大头外端面、倒角、外圆柱面一道工序注意：若把1、2的车削工作分成二人，分别在二台机床去加工，则为二道工序。12思考：若二人分别在二台机床都上做1、2工作，那么，应划分几个工序？§1-2工艺过程工步：在加工表面、切削刀具、切削用量都不变的情况下所完成的那一部分工艺过程，称为工步。三个条件中，只要有一个条件发生变化，就是另一个工步。有时为了提高生产率，把几个待加工表面用几把刀具同时加工，这也可看作一个工步，称为复合工步。fn复合工步§1-2工艺过程工位：当应用转位（或移位）加工的机床（或夹具）进行加工时，在一次装夹中，工件（或刀具）相对机床要经过几个位置依次进行加工，在每一个工作位置上所完成那一部分工艺过程，称为工位。§1-2工艺过程123例如：在旋转工作台上，1位和2位分别对工件进行不同部位或内容的加工，3位为装卸工件，则工件加工有三个工位。安装（装夹）：安装是指工件经过一次装夹（即定位与夹紧）后所完成的那一部分工艺过程。在一个工序中，有的工件只需装夹一次，也有需多次装夹的。如果从减少装夹误差及装夹工件花费的工时考虑，应尽量减少装夹次数。§1-2工艺过程12工件§1-3工件尺寸及形状的获得方法和加工经济精度一、工件尺寸的获得方法1.试切法先试切出很小一部分加工表面，测量试切所得的尺寸，按照加工要求作适当调整，再试切、测量，如此经过两、三次试切和测量，当被加工尺寸达到要求后，再切削整个待加工表面。一、工件尺寸的获得方法2.定尺寸刀具法用具有一定尺寸精度的刀具（如铰刀、扩孔刀、钻头等）来保证工件被加工部位（如孔）的尺寸精度。nn3.调整法利用机床上的定程装置或对刀装置或预先调整好的刀架，使刀具相对于机床或夹具达到一定的位置精度，然后加工一批工件。在大批量生产中，多用定程挡块、样件、样板等对刀装置进行调整。一、工件尺寸的获得方法fn4.自动控制法使用一定的装置，在工件达到要求的尺寸时，自动停止加工。（1）自动测量：机床上有自动测量工件尺寸的装置，在工件达到要求的尺寸时，自动测量装置即时发出指令使机床自动退刀并停止工作。（2）数字控制：机床中有控制刀架或工作台精确移动的步进马达、滚珠丝杠螺母副及整套数字控制装置，尺寸的获得（刀架的移动或工作台移动）由预先编制好的程序通过计算机数字控制装置自动控制。一、工件尺寸的获得方法二、工件形状的获得方法1.轨迹法nf利用切削运动中刀尖的运动轨迹形成被加工表面的形状。n2.成形法利用成形刀具刀刃的几何形状切削出工件的形状。工件齿轮滚刀包络线3.展成法（包络法）利用刀具和工件作展成切削运动时，刀刃在被加工表面上的包络面形成成形表面。二、工件形状的获得方法节圆处的相对速度为0，即为瞬时转动中心，故称此方法为有瞬心包络法。三、工件位置公差的保证1.找正法利用测量工具及辅助工具，确定工件相对于刀具的位置，从而保证被加工工件的位置公差。2.夹具装夹法利用专用的夹具，确定工件相对于夹具的位置，而夹具与机床的相对位置易于保证，从而保证被加工工件的位置公差。该内容将在第二章讨论。四、加工精度和表面粗糙度●工件经机械加工后获得的表面，其尺寸、形状、相对位置总会存在一定的加工误差。●在正常的生产条件下，不同的加工方法所能达到的尺寸、形状、位置精度是一定的。1.加工经济精度是指在正常的生产条件（采用符合质量标准的设备、工装和标准技术等级的工人，不延长加工时间）下所能保证的公差等级。加工误差加工成本12341c2c3c4c加工经济精度范围2.表面粗糙度工件表面的几何微观不平程度。●一般情况下，每种加工方法的加工经济精度，具有相对应的表面粗糙度范围，即尺寸公差等级和表面粗糙度等级是相对应的。●在特殊情况下，加工经济精度与表面粗糙度范围不相对应。nP往复平动磨条工件外圆表面加工方案及其经济精度加工方案经济精度公差等级(IT)表面粗糙度Ra(µm)适用范围粗车半精车精车滚压（或抛光）11～1320～808～95～106～71.25～2.56～70.04～0.32粗车→半精车→磨削粗磨→精磨超精磨6～70.63～1.255～70.16～0.6350.02～0.16粗车→半精车→精车→金刚石车5～60.04～0.63粗车→半精车→粗磨→精磨→镜面磨精车→精磨→研磨粗研→抛光适用于除淬火钢以外的金属材料除不宜用于有色金属外，主要适用于淬火钢件的加工主要用于有色金属主要用于高精度要求的钢件加工5级以上5级以上5级以上0.01～0.040.01～0.040.01～0.16浮动镗精镗（或铰）粗镗（或扩）粗铰→精铰钻扩铰粗铰→精铰铰精度要求很高的孔，若以研磨代替珩磨，精度可达6级以上，Ra可降低到0.16～0.010.04～0.326～70.04～0.326～70.04～0.326～70.32～1.257～8粗镗（或扩）→半精镗→磨削粗磨→精磨大批大量生产（精度可因拉刀而定）1.25～2.57～82.5～5半精镗（或精扩）加工方案经济精度公差等级(IT)表面粗糙度Ra(µm)适用范围内孔表面加工方案及其经济精度11～13≧2010～1110～2071.25～2.58～92.5～5钻→（扩）粗铰→精铰→珩磨拉→珩磨粗镗→半精镗→精镗→珩磨0.63～1.257～9钻→（扩）→拉0.08～0.63加工未淬火钢及铸铁的实心毛坯，也可用于加工有色金属主要用于有色金属0.16～0.322.5～58～97～81.25～2.511～1310～208～96～70.63～1.25粗镗→半精镗→精镗→金刚镗主要用于淬火钢，不宜用于有色金属6～7主要用于精度要求高的有色金属6～7值得注意的是，表中的数据都是生产实际中的统计资料，这是在一般情况下可能达到的精度和表面粗糙度，在具体条件下是会有差别的。随着生产技术的发展、工艺水平的提高，同一种加工方法所能达到的精度和表面粗糙度也会提高。例如：在普通外圆磨床上精磨外圆，一般情况下可达到标准公差6级的精度和Ra≥0.32µm的表面粗糙度，但是在采取适当的措施提高磨床精度以及改进磨削工艺后，可进行镜面磨削，精磨外圆时，能达到标准公差5级以上的精度和Ra=0.16～0.02µm的表面粗糙度。§1-4生产类型与工艺特征一、生产纲领和生产类型1．生产纲领生产纲领是指企业在计划期（通常为一年）内应当生产的产品产量和进度计划。当计划期为一年时，零件的生产纲领N可按下式计算：%)1%)(1(baQnN式中，Q：产品的年产量（台/年）；n：每台产品中该零件的数量（件/台）；a%：备品的百分率；b%：废品的百分率。2．生产类型生产类型是指企业生产专业化程度的分类。一般分为单件小批量生产、成批生产、大批大量生产三种类型。（1）单件小批量生产产品的种类多而同一产品的产量很小，加工地点的加工对象完全不重复或很少重复。（重型机器、专用设备或新产品试制）（2）成批生产成批生产的主要特征是：工作地点的加工对象周期性地进行轮换。（普通机床、纺织机械等）（3）大批大量生产产品的数量很大，大多数工作地点长期进行某一零件的某一道工序的加工。（汽车、轴承、自行车等）5000050001000大批大量生产100~5000020~50005~1000成批生产100205单件小批量生产小型零件中型零件重型零件零件年生产纲领（件/年）生产类型生产纲领与生产类型的关系生产类型的划分主要取决于生产纲领，即年产量，但也要考虑产品本身的大小和结构的复杂程度。此外，不同生产类型的零件加工工艺、工艺装备、毛坯制造方法以及对工人的技术要求等都有很大的不同。在一定范围内，各生产类型之间并没有十分严格的界限。成批生产还可细分为小批生产、中批生产、大批生产。各种生产类型工艺过程的主要特点广泛采用高生产率刀具和量具，或采用统计分析法保证质量生产类型工艺过程特点单件小批量生产成批生产大批大量生产工件的互换性大部分有互换性，少数用钳工修配一般是配对制造，没有互换性，广泛采用钳工修配全部有互换性，某些精度较高的配合件用分组选配法毛坯的制造方法及加工余量铸件用木模手工造型；锻件用自由锻。毛坯精度低，加工余量大部分铸件用金属型；部分锻件用模锻。毛坯精度中等，加工余量中等铸件广泛采用金属型；锻件广泛采用模锻。毛坯精度高，加工余量小机床设备通用机床、数控机床或加工中心数控机床或加工中心或柔性制造单元，设备条件不够时，也采用通用机床专用生产线、自动生产线、柔性制造生产线或数控机床夹具多采用标准附件，极少数采用夹具，靠划线及试切法达到精度要求广泛采用夹具或组合夹具，部分靠加工中心一次安装广泛采用高生产率夹具，靠夹具及调整法达到精度要求。刀具与量具采用通用刀具和万能量具可以采用专用刀具及专用量具或三坐标测量机对工人的要求要求技术熟练的工人需要一定熟练程度的工人和编程技术人员对操作工人的技术要求较低，对生产线维护人员要求有高的素质工艺规程有简单的工艺路线卡有详细的工艺规程有工艺规程，对关键零件有详细的工艺规程各种生产类型的汽车零件机械加工工艺特征生产类型工艺特征成批生产大批大量生产机床设备单一汽车产品或多品种汽车产品，产品数量较多，产品成批轮番投产广泛使用高效专机、组机、自动或半自动机床，部分使用数控机床工艺装备广泛采用专用夹具或组合夹具，部分靠加工中心一次安装广泛采用高生产率夹具，靠夹具及调整法达到精度要求。机床设备的