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精密儀器

汽車上那么多形狀各異的零部件,它們都是怎么制造出來的?

其實這涉及到一個非常復雜的學科:汽車制造工藝學。這些零部件就是汽車制造工藝中的一部分,稱為汽車零部件制造工藝。從原材料變成零部件的第一步是制成零件毛坯,常用的汽車零件毛坯種類有鑄件、鍛壓件、沖壓件、焊接件及粉末冶金件等,所以汽車零部件的加工工藝就有鑄造、鍛壓、沖壓、焊接、粉末冶金、塑料成型等。以下分別介紹。


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1、鑄造:鑄造是將熔化的金屬液體澆灌入鑄型空腔中,待其凝固、冷卻后,獲得一定形狀的零件或零件毛坯的成形方法。通過鑄造成形方法獲得的毛坯或零件稱為鑄件。按鑄造工藝分類大致可分為兩類:砂型鑄造(90%)和特種鑄造(壓力鑄造、低壓鑄造、金屬型鑄造、離心鑄造等),可以根據(jù)零部件的材料、形狀、性質(zhì)等合理選擇。

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鑄造是汽車制造過程中最常用的毛坯生產(chǎn)方法,在轎車上大約占全車重量10%左右的零部件都是通過鑄造得到的。對于各種形狀復雜、用其他方法難以成形的零部件以及各種要求耐磨、承壓、減振、價廉的零部件,只能通過鑄造工藝來生產(chǎn)零件毛坯。比如氣缸體、氣缸蓋、活塞、活塞環(huán)、氣缸套、進、排氣支管、變速器箱體、轉(zhuǎn)向器殼體、后橋殼體、制動鼓、各種支架等等。一般鑄造后的零部件都要放置一段時間以消除內(nèi)應力,稱為時效處理。


汽車用鑄件的主要特點是壁薄、形狀復雜、質(zhì)量輕、可靠性好、尺寸精度高、批量生產(chǎn)規(guī)模大等。并且可以使用多種材料,比如鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅等,鑄鐵還可以分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵及合金鑄鐵等多種。隨著鑄造技術(shù)的不斷發(fā)展,鑄件的應用范圍繼續(xù)擴大,比如過去采用鍛造技術(shù)制作的曲軸、連桿、齒輪等零件,逐漸被鑄件替代。下圖是汽車發(fā)動機曲軸的鑄造工藝流程圖。


2、鍛造:鍛造是利用金屬材料的可塑性,借助外力(加壓設(shè)備)和加工模具的作用,使坯料或鑄錠產(chǎn)生局部或全部變形而形成所需要的形狀、尺寸和一定組織性能鍛件的加工方法。按所用工具與模具的安置情況的不同可分為自由鍛、胎模鍛、模鍛等類型;按加工溫度可分為熱鍛,溫鍛、冷鍛、等溫鍛等類型。


鍛造是汽車零件制造工藝中的另一種常用方式。鍛件毛坯經(jīng)鍛造后可得到連續(xù)和均勻的金屬纖維組織,因此鍛件的力學性能較好,常用于受力復雜的重要鋼質(zhì)零件。鍛壓件是材料塑性變形的結(jié)果,因此鍛壓件晶粒較細,沒有鑄件的粗大組織和內(nèi)部缺陷,所以一些要求強度高、耐沖擊、抗疲勞的重要零件大多采用鍛造毛坯,比如各種齒輪、各種軸類、凸輪軸、連桿、懸架上下支臂、轉(zhuǎn)向節(jié)、轉(zhuǎn)向節(jié)臂等。它的 主要缺點是難于獲得復雜的形狀,特別是一些復雜內(nèi)腔的零件。


3、沖壓:沖壓工藝是一種先進的金屬加工方法,它建立在金屬塑性變形基礎(chǔ)上,在常溫條件下使金屬板料在沖模中承受壓力而被切離或成形,從而獲得具有一定形狀、尺寸和性能的零件的加工方法。由于板料沖壓的坯料厚度一般小于4mm,通常在常溫下沖壓,故又稱為冷沖壓。沖壓件一般是通過沖裁、拉延、切邊、沖孔、復合沖裁、彎曲、復合屈曲等工序中的若干種,沖壓成指定形狀。


沖壓工藝在汽車工業(yè)有著廣泛的應用。汽車車身上的覆蓋件、結(jié)構(gòu)件等全金屬薄殼結(jié)構(gòu),以及構(gòu)成汽車車身本體的零件,基本上是采用沖壓工藝生產(chǎn)出來的。它的特點是生產(chǎn)率高、操作簡便、易實現(xiàn)機械化與自動化、質(zhì)量穩(wěn)定、不需要后期機械加工、能加工出形狀復雜的零件、沖壓零件的表面質(zhì)量較好、冷沖壓不改變材料的機械性能等,缺點是不能加工較厚的材料。汽車沖壓所使用的模具是非常有技術(shù)含量的,世界上只有少數(shù)幾個國家可以生產(chǎn),中國現(xiàn)在大部分車企都使用進口模具,少數(shù)企業(yè)使用國產(chǎn)的模具和沖壓設(shè)備。


4、焊接:焊接是用或不用填充材料,將兩片金屬局部加熱或同時加熱、加壓而接合在一起的加工方法。它的特點是可以以小拼大、化大為小,制造重型、復雜的機器零部件,并且可以把不同材質(zhì)和不同形狀尺寸的坯材連接成不可拆卸的整體,使材料的性能得到充分利用。


在汽車裝配過程中,焊接所占的比例極大。有一道工序稱為焊裝工序,就是把各個沖壓件通過焊接組合成汽車車身,很多零部件也采用焊接的方式組合在一起。在汽車制造生產(chǎn)中,廣泛采用專用自動焊機和弧焊機器人工作站,焊接方法有點焊、釬焊、激光焊等等。其中的激光焊接是最為先進的,在某些車型上得到了廣泛的應用,所以這種車型的車身強度相對較高。


5、粉末冶金粉末冶金法是采用成形和燒結(jié)等工序?qū)⒔饘俜勰?,或金屬與非金屬粉末的混合物,通過固結(jié)使其成為具有一定形狀金屬制品的技術(shù)。其制品統(tǒng)稱為粉末冶金零件或燒結(jié)零件。隨著汽車零部件的高強度化、高精度化及低成本化,粉末冶金零件在汽車上的使用量越來越多,如汽車發(fā)動機的氣門座、帶輪、粉末冶金鏈輪、連桿等。


6、非金屬材料的成型工藝:在汽車上還有大量的橡膠、塑料、陶瓷以及其它復合材料等,比如保險杠、車門內(nèi)襯板、工作臺、密封膠條、油箱等,它們是怎樣制造成型的呢?這就涉及到非金屬材料的成型工藝了。一般來說有注射成型、壓縮成型、壓注成型、擠出成型、中空吹塑、熱成型壓延成型、澆鑄成型、玻璃纖維熱固性塑料的低壓成型、滾塑(旋轉(zhuǎn))成型、泡沫塑料成型、快速成型等多種方式。


這樣加工得到的汽車零部件,是不是可以直接裝車使用了呢?其實并不是,這樣得到的零部件只能稱作汽車零件毛坯,并不是真正的零件,表面還是非常粗糙的,而且尺寸精度也達不到要求。汽車上有些零部件的尺寸精度甚至以微米計,比如活塞、曲軸、連桿等,此外還要在上面切削、鉆孔、锪絲等,所以還需要對它進一步加工,以獲得足夠的精度和表面粗糙度。汽車零部件機械加工的方法有車、刨、銑、鉆、鏜、磨等,整個機械加工過程也是非常精密的,可以將零部件加工到需要的尺寸精度。


除機械加工方法之外,還有一些零部件,由于具有高硬度、高強度、高脆性或高熔點等特性,導致零部件非常難以普通的機械加工來完成,比如硬質(zhì)合金、鈦合金、淬火工具鋼、玻璃、陶瓷等;還有一些零部件有非常復雜的表面形狀,很難進一步用機械加工來精密處理。這種情況下就需要用一些特殊的加工方法來加工,稱為特種加工。常用的方法有電火花加工、電化學加工、超聲波加工、離子束加工、電子束加工、激光加工等。還有發(fā)動機的氣缸內(nèi)壁用激光加工后,可以獲得更高的硬度,提高了發(fā)動機的使用壽命。


機械加工完成之后,還需要過最后一關(guān),汽車零部件才算真正的制作完成,那就是熱處理。所謂的熱處理是將固態(tài)金屬重新加熱、保溫或冷卻而改變其組織結(jié)構(gòu)以滿足使用或加工要求的生產(chǎn)方法,它不改變金屬的化學成分,而是通過改變工件內(nèi)部的顯微組織,或改變工件表面的化學成分,賦予或改善工件的使用性能。包括退火、正火、淬火、回火四道基本工藝。此外,還有一些零部件需要做表面熱處理、調(diào)質(zhì)熱處理或化學處理,比如在齒輪表面進行滲碳處理,在曲軸表面做滲氮處理,這樣既在零件表面有足夠的硬度,在零件的心部又有足夠的韌性。但是這樣的曲軸是不允許做磨削修理的,否則曲軸會很快斷裂。


以上就是汽車零部件制造的工藝方法,可以看出,汽車零部件的制造,幾乎涉及到了社會的各個行業(yè),特別是工業(yè)制造方面,幾乎最先進的方法都是首先應用在汽車上的。所以說,汽車工業(yè)是一個國家整體制造業(yè)的實力體現(xiàn),是社會發(fā)展到一定程度后才能發(fā)展起來的。很多人批評我們國產(chǎn)車質(zhì)量不好,其實主要是因為中國的工業(yè)基礎(chǔ)還不是特別牢固,高精尖的技術(shù)還沒有掌握,所以才無法制造出精密的汽車。隨著中國的快速發(fā)展 ,越來越多的先進技術(shù)被我們掌握,汽車工業(yè)的成熟壯大是水到渠成的事。



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