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1、第1章 汽车制造工艺过程基础知识,2,1.1 汽车制造方法与生产过程,1. 2 汽车零件毛坯成形工艺的应用,1.3 汽车零件机械加工尺寸和形状的获得方法,返回,1.1 汽车制造方法与生产过程,汽车是一个集机、电、光、液、气等综合学科应用的精密机械产品, 结构紧凑复杂, 要求整车舒适安全、操作轻便、美观大方; 汽车生产规模大, 产业关联度较高, 一年产量至少几十万甚至数百万辆, 且一辆车有上万个零件。由此可以计算, 为了完成年计划, 使得方方面面配套好, 一天一个生产班或者一个工人究竟要完成多少辆车的生产任务, 需要多少设备、多少材料或毛坯, 多少人干活, 生产过程怎样安排, 设备与生产场地如何
2、布置, 物品等在工厂、车间怎样流动。凡此种种说明了具有现代化生模式的汽车制造与组织是何等的不容易。上述一系列问题, 多数还是管理上的事, 而有关汽车制造方法、专业技术及相关知识、技能等方面的内容与工作错综复杂, 这些都是我们要学习和解决的问题。下面首先介绍一下汽车制造工艺过程的基本知识。,上一页,下一页,返回,1.1 汽车制造方法与生产过程,(1) 传统制造方法 汽车制造就是对材料进行冷热加工、零件成形与装配的生产过程。 (2) 现代汽车制造技术 现代汽车制造技术可以用以下四点来概括, 即: 综合机械制造知识与技能, 交叉光、电、声、信息、材料、管理等学科理论, 融合社会科学、文化、艺术等,
3、构建出现代汽车生产服务体系。 1.1.1 汽车生产过程及其组成 (1) 汽车生产过程,上一页,下一页,返回,1.1 汽车制造方法与生产过程,汽车生产过程是指将原材料或半成品通过各种加工工艺过程制成汽车零件, 并将零件装配成各种总成, 最后将总成通过总装配组装和调整为整车的全过程。 (2) 汽车生产过程的组成 汽车生产过程由基本生产过程、辅助生产过程、生产服务过程及技术准备过程组成。基本生产过程包括毛坯成形(铸造、锻造、冲压、焊装、粉末冶金)、零件机械加工、毛坯或半成品热处理、涂装、总成和整车装配等工艺过程, 是产品整个生产过程的中心环节。 (3) 汽车制造工艺过程 在生产过程中, 直接改变生产
4、对象的形状、尺寸、相对位置和材料性能等, 使之成为半成品或成品(汽车) 的全过程即汽车制造工艺过程。,上一页,下一页,返回,1.1 汽车制造方法与生产过程,汽车制造工艺过程包括毛坯成形、热处理、零件的机械加工及零、部件与总成的装配等工艺过程。 2.毛坯制造工艺过程 毛坯制造工艺过程是指通过铸造、锻造等方法将合金材料制成具有一定形状、尺寸和性能的铸件或锻件的过程。图1 -2 所示为生产过程中典型铸、锻件的毛坯形态, 其中图1 -2(a) 所示为刚凝固并带浇注系统的缸体毛坯; 图1 -2(b)所示为锻造飞边切除后的齿轮锻件毛坯和飞边。 件制品而无需加工。 3.零件机械加工工艺过程 零件机械加工工艺
5、过程是指在机床设备上利用切削刀具或其他工具, 将毛坯或型材、棒料通过切削加工成零件的工艺过程, 如图1 -3(a) 和图1 -3(b) 所示。,上一页,下一页,返回,1.1 汽车制造方法与生产过程,4.热处理工艺过程 热处理工艺过程指用热处理方法(如退火、正火、淬火、回火、调质、表面热处理等), 不改变零件形状, 只改善毛坯或零件的使用性能和工艺性能, 以挖掘材料性能潜力、提高产品质量、延长零件使用寿命的工艺过程。如汽车零件制造中的铸件、锻件等毛坯退火、正火, 曲轴、齿轮等的调质和耐磨面的表面热处理等。调质即钢的淬火+ 高温回火。图1 -3(c) 所示为轴类零件表面感应淬火的现场情景。 5.总
6、成及整车产品装配工艺过程 总成及整车产品装配工艺过程是指将半成品或成品通过焊接、铆接和螺旋紧固等方式连接成合件、组件、部件、分总成或装配成总成直至整车的工艺过程。,上一页,下一页,返回,1.1 汽车制造方法与生产过程,1.1.2 工艺过程的组成工序 工艺过程是由若干工序组成的。工序按一定顺序排列, 是组成工艺过程的最基本单元。 工序内容在机械加工过程中划分较细, 其通常还可以划分出安装、工位、工步和走刀等环节与相应内容。 材料成形加工依据形体加工要求与材料及成形工艺方法不同而确立工序内容与顺序, 详见本书第3 5 章车架、车轮、车身制造与总装配。 图1 -4 所示为工序内容举例。图1 - 4(
7、a) 所示为大型轴套零件在车床上加工前的安装。图1 -4(b) 与图1 -4(c) 所示分别为冲压材料准备和车架焊接中的一道工序。,上一页,下一页,返回,1.1 汽车制造方法与生产过程,1.工序概念 工序是指一个(或一组) 工人在一个工作地点(机床设备), 对同一个(或同时对几) 工件所连续完成的那一部分工艺过程。 2.工序内容 机械加工工序可分割成安装、工位、工步和走刀。 (1) 安装 安装, 即工件每次装夹后所完成的那一部分工序内容。一道工序可允许有一次或几次安装。 ( 2) 工位,上一页,下一页,返回,1.1 汽车制造方法与生产过程,工位与安装在概念上基本一样, 其意义不在于名词本身,
8、而是指工件在通过每一次装夹后所在空间位置上实际完成的那一部分工艺过程, 即部分加工工序内容。如图1 -6 所示,在同一回转工作台上只完成一道工序, 可分别在4 个工位上实施装卸工件、钻孔、扩孔和铰孔加工。 如图1 -7 所示, 借助卧式铣床的回转工作台夹具可实现一道工序、一次安装、两个工位和连续加工。该方案比掉过头来加工(一道工序、两次安装) 更省时、效率更高、位置误差更小。 (3) 工步与复合工步 工步是指工件同一工位内, 在加工表面、刀具和切削用量三不变的条件下所连续完成的那一部分工序内容(工艺过程)。图1 -8 所示为五个工步实施连续加工。,上一页,下一页,返回,1.1 汽车制造方法与生
9、产过程,复合工步是指采用多把刀具同时加工工件的几个表面的加工过程。如图1 -9 所示, 在立轴转塔车床上用多把调整好的刀具, 采用一个复合工步来完成钻孔及多个外圆和端面的加工。 (4) 走刀 图1 -10 所示为走刀。走刀是切削刀具在加工表面切削一次所完成的部分工艺过程。根据被切除的金属厚度不同, 一个工步可以包括一次或数次走刀。 1.1.3摇汽车生产的组织形式 现代汽车制造业都以专业化分工与协作的方式组织规模化生产。它是通过生产纲领和生产类型来进行实施的。 1.生产纲领,上一页,下一页,返回,1.1 汽车制造方法与生产过程,生产纲领是制定和修改工艺规程的重要依据, 是企业按市场需求和自身的生
10、产能力, 在一定计划期内(如一年) 所应生产的产品产量和进度计划。 汽车零件的年生产纲领(N) 一般按下式计算: N = Qn(1 + a )(1 + b ) (1 -1) 2.生产类型及其工艺特征 根据企业(车间) 专业化生产程度的分工和生产纲领中产品年产量的不同, 汽车产品和零件的生产类型可以划分为大量生产、成批生产和单件生产。 汽车产品和零件的生产类型取决于产品特征(重、中、轻、微、轿) 和生产纲领。,上一页,下一页,返回,1.1 汽车制造方法与生产过程,汽车制造厂生产类型与生产特征及年产量之间的关系见表1 -1。 (1) 大量生产 大量生产指每年产品品种单一稳定, 每个产品年产量大,
11、一台机床设备可长期固定地重复进行某个或某几个相似零件的某一道工序内容的加工。例如汽车、轴承、空调、彩电等的制造。 ( 2) 成批生产 每年生产的汽车产品品种较多, 每种产品产量较大, 产品或零件呈周期性地成批投入生产。如每台机床或同一个工作地点担负较多机械加工工序, 乃至成批重复完成不同零件或同一零件相似工序的加工。这就是成批生产。,上一页,下一页,返回,1.1 汽车制造方法与生产过程,(3) 单件生产 单件生产一般指每年生产的产品品种多而不确定, 每个品种数量少而不定型, 每台设备或工作地点只能单个生产不同的产品, 很少重复, 如重型机器制造、专用设备制造以及汽车制造厂中新产品试制等均属单件
12、小批生产。产品维修企业更是如此。,上一页,返回,1.2 汽车零件毛坯成形工艺的应用,1.2.1 铸造成形方法应用 1.铸造成形方法 铸造按成形方法和工艺条件不同分为砂型铸造和特种铸造。 特种铸造包括熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造和实型铸造等。 2.铸造成形工艺过程 砂型铸造工艺过程如图1 -11 所示。 图1 -11 中造型材料是指用来制造铸(砂) 型与型芯的混合物。这种混合物以原砂为主,砂型铸造的造型材料包括型砂、芯砂与铸型涂料等。汽车铸件一般采用机械化流水线生产。,下一页,返回,1.2 汽车零件毛坯成形工艺的应用,3.铸造成形工艺的优点 铸造是成批或大批量生产汽车零件毛
13、坯的主要制造方法, 其优点是成本低、工艺灵活性大、适用范围广。铸造几乎不受零件尺寸大小、形状结构复杂程度、金属材料种类、生产批量的限制。如缸体、缸盖等极为复杂的零件毛坯等只能铸造加工, 而其他成形工艺是无法加工制作的。图1 -12 所示列举了4 种形状复杂的汽车铸件。 4.汽车铸件类型 汽车铸件根据铸造合金材质与相应铸造方法不同而分为铸铁结构件、铝合金铸件、铜合金铸件和少量小型铸钢件等。铸铁结构件主要以砂型铸造为主; 铝合金、铜合金铸件多采用金属型铸造、低压铸造和压力铸造, 如活塞、轮毂与汽车变速箱盖等。像汽车上的风路、油路、水路管接头和三通等小型铜合金件、商用车挂钩等铸钢件, 一般采用熔模铸
14、造生产。,上一页,下一页,返回,1.2 汽车零件毛坯成形工艺的应用,(1) 铸铁结构件 汽车铸铁结构件可以大致分为箱体、盘类, 汽车飞轮壳、桥壳及许多安保件类, 发动机曲轴类等三类。如气缸体、气缸盖、变速器壳体等属于箱体、盘类, 其常选用普通灰口铸铁HT250 (抗拉强度逸250MPa) 铸造; 汽车飞轮壳、桥壳及许多安保件类则采用铁素体基体球墨铸铁(如QT420 - 10) 铸造; 发动机曲轴等高强度铸件则采用珠光体基体球墨铸铁(如QT700 -02) 铸造。以上采用的铸造形式一般为砂型铸造, 如图1 -13 所示。 (2) 铝合金铸件,上一页,下一页,返回,1.2汽车零件毛坯成形工艺的应用
15、,汽车铝合金铸件通常采用金属型铸造、压力铸造与低压铸造成形。淤金属型铸造的应用。汽车活塞是铝硅合金材料(硅含量一般为13% 左右), 采用金属型铸造成形(见图1 -14)。金属型铸造是指将合格的铝合金液浇入周围实施循环水冷的金属型腔内所得到铸件毛坯的过程。 于压力铸造与低压铸造的应用。轿车自动变速器壳体、车轮(轮辋) 甚至气缸体等, 目前多数采用铝镁合金实施压力铸造或低压铸造成形。压力铸造的本质是铝镁合金或铜合金液借助压铸机的高压以高速注入压铸模型腔内并在高压作用下结晶凝固, 其铸件质量好、生产效率高。当然, 由于设备与模具的提前投入, 其成本相对较高。 (3) 用离心铸造成形气缸套铸件 气缸
16、套为薄壁环形铸件, 采用耐磨合金铸铁制造, 适宜于离心铸造方法成形。离心铸造原理如图1 -15 所示。,上一页,下一页,返回,1.2汽车零件毛坯成形工艺的应用,1.2.2摇模锻工艺应用 锻造分为自由锻造和模型锻造, 属于金属热塑性成形。锻造是指金属被加热到一定温度后受力能产生塑性流动变形而使之获得高力学性能汽车锻件的方法。 1.模型锻造 模型锻造, 简称模锻, 是为加热金属坯料在锻模模膛内受力成形, 使得锻件与模膛形状正好相反的塑性成形工艺。锻件是实体(有时带孔), 模膛是空腔, 加热坯料在模膛空腔内受力塑性流动而形成锻件。图1 -16 所示为汽车前梁锻 模锻在汽车生产中应用很广, 如连杆、转向节、摇臂、万向节及大多数齿轮等都以模锻获得锻造毛坯件。汽车各种典型模锻件毛坯如图1 -17 所示。造成形后等待校正的瞬时状态。,上一页,下一页,返回,1.2 汽车零件毛坯成形工艺的应用,2.模锻成形过程 以热模锻压力机上模锻为例, 模锻成形过程如图1 -18 所示。 3.模锻成形工艺优点 模锻是成批或大批量生产汽车锻件毛坯的主要制造工艺方法, 适合于中、小型盘类和轴类锻件的大
