沈陽大學凌永成,汽車工程概論,配套教材信息,教材名稱：汽車工程概論教材作者：凌永成教材定價：48RMB出版社：機械工業出版社出版時間：2015年10月第1版國際標準書號（ISBN）：978-7-111-51174-8教材所屬系列：普通高等教育“十三五”汽車類規劃教材,第8章汽車制造工程,8.1汽車制造的特點,8.1.1汽車制造的技術特點,1.高度分工的專業化生產2.零部件全球采購3.互換制,8.1.2汽車制造的社會特點,1.汽車生產的社會化2.汽車生產的規模經濟性3.汽車工業新陳代謝快,4.流水作業5.生產過程自動化,8.1.3汽車制造的組織特點,1.集中化2.跨國化3.自由化,8.1.4未來汽車制造技術展望,1.制造智能化2.制造敏捷化3.制造虛擬化,4.制造網絡化5.制造全球化6.制造綠色化,8.2汽車制造工藝流程,8.2.1典型的汽車制造工藝流程,圖8-1汽車生產工藝流程簡圖,8.2.2鑄造工藝,鑄造（casting，founding）是一種將金屬熔煉成符合一定要求的液體并澆進鑄型里，經冷卻凝固、清整處理后得到有預定形狀、尺寸和性能的鑄件的工藝過程。,鑄造毛坯因近乎成形，而達到免機械加工或少量加工的目的，降低了成本并在一定程度上節省了時間。鑄造是現代制造工業的基礎工藝之一。,鑄造而成的零件稱為鑄件。鑄件通常用作汽車總成的基礎件，在汽車制造中占有重要地位。,在汽車制造過程中，采用鑄鐵制成毛坯的零件很多，占全車重量的10左右，如汽車發動機的汽缸體、汽缸蓋、曲軸，汽車底盤的變速器殼體、后橋殼、制動鼓，各種支架等。,砂型鑄造工藝過程主要包括以下幾個工序：模樣與芯盒準備型砂與芯砂配制造型、造芯熔煉、澆注落砂、清理鑄件檢驗入庫。,圖8-2砂型鑄造生產工藝流程,常用于鑄造的是灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵等澆鑄性能好的材料。,在鑄造工藝方面，原始的手工造型根本不能適應工業化大生產的要求，現代汽車廠都采用各種鑄造自動線，開發了振動造型、金屬型鑄造、氣化模鑄造、樹脂砂鑄造、壓力鑄造（圖8-3）、低壓鑄造等新技術。,圖8-3常見的汽車壓力鑄造零件,圖8-4長安汽車發動機鑄造生產線,8.2.3鍛造工藝,1.鍛造,鍛造（forging，smithing，blacksmithing，圖8-5）是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的機械加工方法。,圖8-5鍛造,通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產生的鑄態疏松等缺陷，優化微觀組織結構，同時由于保存了完整的金屬流線，鍛件的機械性能一般優于同樣材料的鑄件。,機械設備中負載高、工作條件嚴峻的重要零件，除形狀較簡單的可用軋制的板材、型材或焊接件外，多采用鍛件。,隨著溫度的升高，金屬易于變形，因此常將金屬加熱到高溫狀態進行鍛造。鍛造可分為自由鍛造、模型鍛造和胎模鍛造幾種。,2.自由鍛造,自由鍛造簡稱自由鍛，是指不使用鍛模，只用簡單的通用性工具（具有平面或曲面形狀的工具），或在鍛造設備的上、下砧鐵（抵鐵）之間直接對坯料施加外力，使坯料產生變形而獲得所需的幾何形狀及內部質量的鍛件的加工方法。自由鍛造俗稱打鐵。,由于用人力鍛打只能得到較小的變形，利用錘的沖擊力或壓力機的靜壓力可得到較大的變形，故在汽車制造中常采用操作輕便的氣錘或水壓機。,采用自由鍛方法生產的鍛件稱為自由鍛件。汽車的齒輪（圖8-6）、軸（圖8-7）等毛坯可用自由鍛造的方法加工。,圖8-6齒輪自由鍛件（毛坯）,圖8-7軸自由鍛件（毛坯）,自由鍛的基本工序包括鐓粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉、錯移及鍛接等。,3.模型鍛造,模型鍛造簡稱模鍛，是將金屬坯料放在鍛模的模膛內承受沖擊或壓力而成型的加工方法。模型鍛造類似面團在模子內被壓成餅干形狀的過程。與自由鍛造相比，模型鍛造所制造的工件形狀更復雜，尺寸更精確。,金屬材料通過模具鍛造變形而得到的工件或毛坯稱為模鍛件。汽車上的模鍛件的典型例子是發動機連桿、曲軸和搖臂、汽車前軸、轉向節等。,圖8-8連桿模鍛件（毛坯）,圖8-9曲軸模鍛件（毛坯）,汽車零件模鍛件（成品）,4.胎模鍛造,胎模鍛造是在自由鍛設備上使用可移動模具（胎模）生產模鍛件的一種鍛造方法。,在生產中、小型鍛件時，廣泛采用自由鍛制坯、胎模鍛成形的工藝方法。,5.汽車零部件的鍛造,在汽車制造過程中，廣泛采用鍛造加工方法。就一般轎車而言，鍛件就有50種以上，而且通常這些鍛件的形狀復雜、精度高。,為了提高鍛造生產的生產率和毛坯質量，汽車鍛件生產除了采用普通的模鍛工藝外，還大量采用精鍛、熱擠、冷擠、熱墩、軋制等工藝。,如變速器同步器齒環采用精鍛工藝后，齒形可不再做機械加工；等速萬向節殼采用鍛造機械加工冷擠壓工藝后，使得這一形狀復雜、精度高、尺寸大的工件在冷擠壓后，基本上不需要再做機械加工便可直接裝車。,一些直徑小、法蘭大的零件可采用熱擠，花鍵、齒輪等齒形件可采用冷、熱成型軋制工藝，軸類零件可用楔橫軋工藝,總之，鍛件生產已出現各種特種工藝、專用設備紛呈的局面，有效地提高了鍛件質量和生產率。,圖8-10曲軸鍛造車間,8.2.4沖壓工藝,1.沖壓,沖壓（punching，stamping）加工是借助于常規或專用沖壓設備的動力，使板料在模具里直接受到變形力并進行變形，從而獲得一定形狀、尺寸和性能的產品（零件）的生產技術。,沖壓加工是一種金屬冷變形加工方法。所以，被稱之為冷沖壓或板料沖壓，簡稱沖壓。它是金屬塑性加工（或壓力加工）的主要方法之一，也隸屬于材料成型工藝技術。,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。,對于近年來興起的汽車車身結構件熱成形鋼板（圖8-11）而言，則需要采用熱沖壓成形技術。,圖8-11熱成形鋼板在汽車車身結構件中的應用,（1）多用于形狀復雜的薄壁零件，并且能使其強度高，剛度大，重量輕。,（2）沖壓件表面光滑且有足夠的尺寸精度，尺寸一致性好（“一模一樣”），可滿足一般互換性要求。,（3）操作簡單迅速，易于實現自動化，生產率高且原材料消耗低。,（4）沖模制造復雜，大批量生產時才能使沖壓件成本降低。,3.沖壓的基本工序,生產中常用的沖壓工序可分為兩大類。一類是分離工序，主要包括切斷、落料、沖孔、切口、切邊等。另一類是變形工序，主要包括彎曲、拉深、翻邊、起伏、縮口和脹形等。,2.沖壓的特點,4.汽車上的沖壓件,汽車上的許多結構件廣泛采用沖壓件。據統計，汽車上有6070的零件是用沖壓工藝生產出來的。,沖壓產品包括車身的內、外覆蓋件和骨架件；車架的縱梁、橫梁和保險杠等；車輪的輪輻、輪輞和擋圈等；散熱器的散熱片、冷卻水管和儲水室等；發動機的汽缸墊、油底殼和濾清器等；底盤上的制動器零件、減振器零件等；座椅的骨架、滑軌和調角器等；車廂的側板和底板等；車鎖及其他附件上的零件等。,圖8-12地板,汽車沖壓件（油箱、門板）,5.沖壓工藝裝備,沖壓工藝裝備主要需要開卷落料及開卷剪切自動線；全自動（或半自動）沖壓生產線；大型三坐標多工位壓機和上下料自動化，實現壓力機的自動化連線生產；另外需要鈑料清洗、涂油機、拆垛機、堆垛機、中間傳送裝置及沖壓機器人等先進裝備。,汽車工業用的沖壓設備具有噸位大、臺面尺寸大、性能要求高、生產效率高等特點。壓力機噸位從16040000kN不等，覆蓋件拉伸多采用雙動壓力機。,為了適應流水生產的要求，減少換模時間，廣泛采用活動臺面的壓力機。為了滿足大量生產的要求，還采用多工位壓力機。機械化、自動化的沖壓生產線被廣泛采用。,通常，貨車沖壓件的型面公差和輪廓公差為1mm，而轎車則要求0.5mm。因此，乘用車沖壓件的模具制造水平同貨車相比要相應提高。,車身沖壓覆蓋件生產車間,奇瑞汽車公司第二沖壓車間,奇瑞汽車公司第一沖壓車間,8.2.5機械加工工藝,1.金屬切削加工,金屬切削（metalcutting）加工是指用刀具（cutter）將金屬毛坯逐層切削而使工件得到所需要的形狀尺寸和表面粗糙度的加工方法。,金屬切削加工包括鉗工和機械加工兩種方法。鉗工是工人用手工工具進行切削的加工方法，操作靈活方便，在裝配和修理中廣泛應用。機械加工是借助于機床來完成切削的，包括車、刨、銑、鉆、磨等方法。,機械加工方法不同，其切削運動方式就不同，采用的機床和刀具亦不同。切削所選擇的刀具材料應比工件材料的硬度更高，主要選擇碳素工具鋼、合金工具鋼、高速鋼、硬質合金等材料。,2.金屬切削機床,（1）機床的分類,按機床（machinetool）的加工性質和所用刀具來劃分，可將機床分為12大類：車床、鉆床、鏜床、磨床、齒輪加工機床、螺紋加工機床、銑床、刨插床、拉床、特種加工機床、鋸床和其它機床。每一類機床，又可其結構、性能和工藝特點的不同細分為若干組。,1）車床。,車床（lathe，圖8-15）是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床。在車床上還可用鉆頭、擴孔鉆、鉸刀、絲錐、板牙和滾花工具等進行相應的加工。,車床主要用于加工軸、盤、套和其他具有回轉表面的工件，是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床。銑床和鉆床等旋轉加工的機械都是從車床引伸出來的。,圖8-15車床,2）刨床。,刨床（planingandshapingmachine）是一種用刨刀對工件的平面、溝槽或成形表面進行刨削的直線運動機床。,使用刨床加工，刀具較簡單，但生產率較低（加工長而窄的平面除外），因而主要用于單件，小批量生產及機修車間，在大批量生產中往往被銑床所代替。,根據結構和性能，刨床主要分為牛頭刨床、龍門刨床、單臂刨床及專門化刨床（如刨削大鋼板邊緣部分的刨邊機、刨削沖頭和復雜形狀工件的刨模機）等。,圖8-16重型龍門刨床,3）銑床。,銑床（millingmachine）系指主要用銑刀在工件上加工各種表面的機床。通常銑刀旋轉運動為主運動，工件（和）銑刀的移動為進給運動。它可以加工平面、溝槽，也可以加工各種曲面、齒輪等。,銑床是用銑刀對工件進行銑削加工的機床。銑床除能銑削平面、溝槽、輪齒、螺紋和花鍵軸外，還能加工比較復雜的型面，效率較刨床高，在機械制造和修理部門得到廣泛應用。,圖8-17HKX57型萬能升降臺銑床,4）鉆床。,鉆床（drillingmachine）系指主要用鉆頭在工件上加工孔的機床。通常鉆頭旋轉為主運動，鉆頭軸向移動為進給運動。,鉆床結構簡單，加工精度相對較低，可鉆通孔、盲孔，更換特殊刀具，可擴孔、锪孔、鉸孔或進行攻絲等加工。,圖8-18搖臂鉆床,5）鏜床。,鏜床（boringmachine，boringlathe）系指主要用鏜刀在工件上加工已有預制孔的機床。通常，鏜刀旋轉為主運動，鏜刀或工件的移動為進給運動。,鏜床主要用于加工高精度孔或一次定位完成多個孔的精加工，此外還可以從事與孔精加工有關的其他加工面的加工。,圖8-19鏜床,鏜床在加工過程中工件不動，讓刀具移動，將刀具中心對正孔中心，并使刀具轉動（主運動）。,6）磨床。,磨床（grinder,grindingmachine）是利用磨具對工件表面進行磨削加工的機床。,大多數磨床使用高速旋轉的砂輪進行磨削加工，少數磨床使用油石、砂帶等其他磨具和游離磨料進行加工，如珩磨機、超精加工機床、砂帶磨床、研磨機和拋光機等。,磨床能加工硬度較高的材料，如淬硬鋼、硬質合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花崗巖石等。,磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能進行高效率的磨削，如強力磨削等。,圖8-20磨床,7）齒輪加工機床。,圓柱齒輪加工機床,圓柱齒輪加工機床主要用于加工各種圓柱齒輪、齒條、蝸輪。常用的有滾齒機、插齒機、銑齒機、剃齒機等。,滾齒機用滾刀按展成法粗、精加工直齒、斜齒、人字齒輪和蝸輪等，加工范圍廣，可達到高精度或高生產率。,圖8-21滾齒機,展成法亦稱范成法、共扼法或包絡法，是目前齒輪加工中最常用的一種方法。,它是根據一對齒輪嚙合傳動時，兩齒輪的齒廓互為共軛曲線的原理來加工的。,其刀具分齒輪型刀具（如齒輪插刀）和齒條型刀具（如齒條插刀和齒輪滾刀等）兩大類。,插齒機用插齒刀按展成法加工直齒、斜齒齒輪和其他齒形件，主要用于加工多聯齒輪和內齒輪。,圖8-22Y5132A插齒機,銑齒機用成形銑刀按分度法加工，主要用于加工特殊齒形的儀表齒輪。,剃齒機是用齒輪式剃齒刀精加工齒輪的一種高效機床。,磨齒機是用砂輪精加工淬硬圓柱齒輪或齒輪刀具齒面的高精度機床。,珩齒機是利用珩輪與被加工齒輪的自由嚙合，消除淬硬齒輪毛刺和其他齒面缺陷的機床。,擠齒機是利用高硬度無切削刃的擠輪與工件的自由嚙合，將齒面上的微小不平碾光，以提高精度和光潔程度的機床。,圖8-23剃齒機,齒輪倒角機是對內外嚙合的滑移齒輪的齒端部倒圓的機床，是生產齒輪變速器和其他齒輪移換機構不可缺少的加工設備。,圓柱齒輪加工機床還包括齒輪熱軋機和齒輪冷軋機等。,錐齒輪加工機床,錐齒輪加工機床主要用于加工直齒、斜齒、弧齒和延長外擺線齒等錐齒輪的齒部。,錐齒輪加工機床主要有直齒錐齒輪刨齒機、雙刀盤直齒錐齒輪銑齒機、直齒錐齒輪拉銑機、弧齒錐齒輪銑齒機、弧齒錐齒輪磨齒機、延長外擺線齒錐齒輪銑齒機、準漸開線齒錐齒輪銑齒機等。,圖8-24弧齒傘齒輪銑齒機,錐齒輪加工機床的配套設備有磨削銑刀盤和拉刀盤刀刃的磨刀機，配研成對錐齒輪的研齒機，檢驗成對錐齒輪嚙合接觸情況的錐齒輪滾動檢查機和防止齒部熱處理變形的淬火壓床等。,（2）機床在汽車工業中的應用,金屬切削機床在汽車工業中主要用于發動機、變速器、底盤、零部件及模具制造。,由于近年金切機床高速化、柔性化、精益化發展趨勢明顯，國內汽車行業對金切機床的需求有了新的變化。,對于發動機缸體、缸蓋及變速器殼體等箱體類零件制造，現在除關鍵工序外基本上由高速加工中心替代原專用機床，其他設備還有一些專用機床，如珩磨機（圖8-25）、精鏜機床、精銑機床等。,立式珩磨機,圖8-25珩磨機,發動機曲軸生產線需要的主要生產設備有數控車床、內銑床、高速外銑床、車-車拉機床、高效柔性兩端孔鉆床、高效柔性油孔鉆床（或高速加工中心）、主軸徑磨床、連桿徑磨床、隨動磨床、端面外圓磨床、拋光機床、圓角滾壓機床、動平衡機等。,發動機凸輪軸生產線需要的主要生產設備有數控車床、高效柔性兩端孔鉆床、凸輪軸無心磨床、凸輪磨床、端面外圓磨床、拋光機床、重熔硬化設備等。,發動機連桿生產線需要的主要生產設備有雙端面磨床、脹斷設備、立式拉床、鉆鏜專機或加工中心、精鏜機床、珩磨機等。,加工齒輪需要的設備有數控滾齒機（圖8-26）、數控插齒機（圖8-27）、數控珩齒機、數控磨齒機、立式拉床、內孔端面磨床、綜合檢查機等。,圖8-26YHK3180數控滾齒機,圖8-27數控插齒機,YK5132數控插齒機,3.典型機械加工工藝,（1）車削,車削（turning）是在車床上用車刀加工工件的工藝過程，其運動特點是工件作旋轉主運動而刀具作直行的進給運動。,車床適于切削各種旋轉表面，如內、外圓柱和圓錐面，還可以車削端面。在車削時若進給速度較大，就可以加工螺紋。,圖8-28車刀,（2）刨削,刨削（planing）是在刨床上用刨刀加工工件的工藝過程，其運動特點是刀具相對于工件作直線主運動，而進給運動則是垂直于主運動的橫向直線運動。,汽車上的汽缸體和汽缸蓋的平面、變速器箱體和蓋的配合平面等都是用刨床加工的。,刨床適于加工水平面、垂直面、斜面、溝槽等。,圖8-29四面刨刀,（3）銑削,銑削（milling）是在銑床上用銑刀加工工件的工藝過程，其運動特點是銑刀作旋轉主運動而工件作直線進給運動。,計算機操縱的數控銑床可以加工形狀很復雜的工件，是現代化加工的一種主要機床。,銑床可以加工平面、斜面、溝槽，甚至可加工齒輪和曲面等。與刨削相比，銑削生產率較高而且加工得精細，幾乎可全部代替刨削。,銑削廣泛地應用于加工各種汽車零件。汽車車身沖壓模具都是銑削加工的。,圖8-30盤狀銑刀,（4）鉆削及鏜削,鉆削（drilling）及鏜削是加工孔的主要切削方法，其運動特點是刀具繞自身軸線做旋轉主運動并沿軸線做直行進給運動。,鉆頭呈麻花形（俗稱麻花鉆頭），有兩條螺旋槽，其主切削刃在鉆頭頂尖的兩側，副切削刃在螺旋槽的邊緣。,圖8-31麻花鉆頭,鉸孔（reaming）是應用較廣的孔的精加工方法，鉸刀比鉸孔用的鉆頭齒數更多而且導向好。,鉸孔時，切削速度低而且切削量小，因而可獲得精度高而且光整的孔。,鏜削（boring）用于加工直徑較大的孔，通常在鑄件的毛坯中已鑄出孔形，再將工件放在鏜床上用鏜刀切削成準確的尺寸。汽車發動機汽缸的孔和變速器箱體的軸承孔等都用鏜削加工。,圖8-32鉸刀,圖8-33鏜刀,（5）磨削和拋光,磨削（grinding）是在磨床上用砂輪（grindstone）加工工件的工藝過程，其運動特點是砂輪做旋轉的主運動而工件做直線的進給運動。,磨削是一種精加工方法，可以獲得尺寸精確且光潔的工件，而且可以磨硬度很高的工件。一些經過熱處理的汽車零件，往往用磨床進行精加工，如發動機曲軸等。,拋光（polishing）是利用涂上磨膏的軟輪對工件表面細磨的工藝過程。拋光可以獲得光澤的鏡面，但不能維持或提高原來的加工精度，所以主要用于裝飾性加工，如電鍍裝飾前的準備工序等。,圖8-34砂輪,（6）齒輪加工,齒輪的種類很多，加工原理也較復雜。通俗地說，相配對的兩個齒輪，如果把一個齒輪制成具有切削能力的刀具，就可以將另一個齒輪制造出來。,圖8-35汽車用高精度齒輪,汽車用高精度齒輪,汽車用高精度齒輪,汽車用高精度齒輪,齒輪加工主要有插齒、銑齒、滾齒、磨齒等方法。,圖8-36插齒,圖8-37錐齒輪銑齒,圖8-38滾齒,圖8-39磨齒,（7）工裝與定位,工件在切削加工時必須在機床上安裝夾持牢固，避免串動和振動而影響精度。此外，在切削加工時還必須使工件和刀具保持正確的相對位置。,因此，除了機床、刀具和工件外，還需要有夾具。夾具不但可使工件夾持牢固，還可以正確定位。例如，車床床頭上的卡盤就是典型的夾具，不但可牢固地夾住工件旋轉，還能保證工件的軸線與車床的軸線對正。,以大批量生產為特征的汽車零件的機加工，走過了從普通機床到專用機床和組合機床，再到數控機床（圖8-40）、加工自動線、加工中心這樣一條發展道路。,現在，汽車零件機加工的自動化水平相當高，絕大部分都采用計算機控制的全自動生產線，少量采用單機生產的設備也都是數控機床，只有少量輔助工序由人工操作。,圖8-40數控機床,8.2.6特種加工與熱處理工藝,1.特種加工,特種加工（specialprocessing）亦稱非傳統加工（non-traditionalmachining，NTM）或現代加工方法，泛指用電能、熱能、光能、電化學能、化學能、聲能及特殊機械能等能量達到去除或增加材料的加工方法，從而實現材料被去除、變形、改變性能或被鍍覆等。,特種加工的方法有電火花加工、電子束加工、激光加工、等離子弧加工、電解加工等。特種加工的加工能量非常集中，可用于對材料進行切削、打孔、切槽等加工。,圖8-41電火花加工機床,2.熱處理,（1）熱處理的目的與分類,熱處理（heattreatment）是將固態的鋼加熱、保溫、冷卻而改變其組織結構，以滿足零件的使用要求或工藝要求的方法。,圖8-42熱處理,根據加熱、保溫和冷卻工藝方法的不同，熱處理工藝大致分為整體熱處理、表面熱處理、化學熱處理三類。,表8-1熱處理工藝的類別和特點,歸納為由加熱、保溫和冷卻三個階段組成的工藝過程。熱處理工藝可用溫度時間坐標圖表示，即熱處理工藝曲線。,圖8-43熱處理工藝曲線,加熱溫度的高低、保溫時間的長短、冷卻速度的快慢，可使鋼產生不同的組織變化。熱處理工藝包括退火、正火、淬火、回火等。,（2）整體熱處理,對工件整體進行穿透加熱的熱處理稱為鋼的整體熱處理工藝。根據在一般零件的加工工藝路線中所處的位置和作用，熱處理可分為預備熱處理（退火、正火）和最后熱處理（淬火、回火）。,一般零件的熱處理工藝路線為：毛坯（鑄造或鍛造）退火或正火機械（粗）加工淬火+回火（或表面熱處理）機械（精）加工。,退火與正火常作為預備熱處理，其目的是為消除毛坯的組織缺陷，或為以后的加工作準備；淬火和回火工藝配合可強化鋼材，提高零件或工具的使用性能，可作為最終熱處理。,1）退火。,退火（annealing）是將鋼件加熱，保溫一定時間，隨后連同爐子一起緩慢冷卻，以獲得較細而均勻的組織，降低硬度，以利于切削加工。,常用退火方法有完全退火、球化退火、去應力退火等。,根據不同情況，退火的作用可歸納為降低硬度，改善鋼的成形和切削加工性能；均勻鋼的化學成分和組織；消除內應力等。,2）正火。,正火（normalizing）是將鋼件加熱，保溫后從爐中取出，隨后在空氣中冷卻，適于對低碳鋼進行細化處理。,正火冷卻方式最常用的是將鋼件從加熱爐中取出，然后在空氣中自然冷卻。對于大件也可采用吹風、噴霧和調節鋼件堆放距離等方法控制鋼件的冷卻速度，達到要求的組織和性能。,正火可以作為預備熱處理，為機械加工提供適宜的硬度，又能細化晶粒、消除內應力，并為最終熱處理提供合適的組織狀態；正火也可作為最終熱處理，為某些受力較小，性能要求不高的碳素鋼結構零件提供合適的力學性能。,正火還能消除過共析鋼的網狀碳化物，為球化退火作好組織準備。,常用退火與正火的加熱溫度和熱處理工藝曲線如圖8-44所示。,圖8-44常用退火與正火的加熱溫度和熱處理工藝曲線,3）淬火。,淬火（quenching，hardening）是將鋼件加熱，保溫后在水中或油中快速冷卻，以提高硬度。,目前應用最廣泛的淬火冷卻介質是水和油。,常用淬火方法主要有單介質淬火、雙介質淬火、馬氏體等溫淬火、貝氏體等溫淬火。選擇適當的淬火方法可以保證在獲得所要求的淬火組織和性能條件下，盡量減小淬火應力，減少工件變形和開裂傾向。,淬火,4）回火。,回火（tempering）通常是淬火的后續工序，將淬火后的鋼件重新加熱，保溫后冷卻，使組織穩定，消除脆性。回火又包括調質處理和時效處理。,淬火后的零件必須進行回火才能使用。回火的目的是：減少或消除淬火內應力；穩定組織，穩定尺寸；降低脆性、獲得所需要的力學性能。,常用回火方法有低溫回火、中溫回火和高溫回火等幾種。,低溫回火,低溫回火（500）后得到回火索氏體組織。工件淬火并高溫回火的復合熱處理工藝稱為調質（hardeningandtempering）。調質處理后，鋼具有優良的綜合力學性能（一般硬度為220230HBS）。,高溫回火主要適用于中碳結構鋼或低合金結構鋼制作的曲軸、連桿、螺栓、汽車半軸、機床主軸及齒輪等重要的機器零件。,中溫回火主要用于各種彈性元件及熱作模具。,表8-2常用的回火方法、特點和適用范圍,時效處理（aging）,為了消除精密量具或模具、零件在長期使用中尺寸、形狀發生變化，常在低溫回火后（低溫回火溫度150250）精加工前，把工件重新加熱到100150，保持520h，這種為穩定精密制件質量的處理，稱為時效處理。,對在低溫或動載荷條件下的鋼材構件進行時效處理，以消除殘余應力，穩定鋼材組織和尺寸，尤為重要。,需要指出的是，在機械生產中，為了穩定鑄件尺寸，常將鑄件在室溫下長期放置，然后才進行切削加工。這種措施也被稱為時效。但這種時效不屬于金屬熱處理工藝。,（3）表面熱處理,表面熱處理（surfaceheattreatment）是指通過快速加熱，僅對鋼件表面進行熱處理，以改變表面層組織和性能的熱處理工藝。,常用的表面熱處理工藝為表面淬火，是強化材料表面的重要手段，特別適合于要求表面具有較高硬度和耐磨性、芯部具有一定強度的零件（如齒輪、活塞銷、曲軸、凸輪等）。,1）感應加熱表面淬火。,感應加熱多用于工業金屬零件表面淬火，是一種使工件表面產生一定的感應電流，迅速加熱零件表面，然后迅速淬火的金屬熱處理方法。,圖8-46感應加熱的效果,圖8-47感應加熱表面淬火基本原理,感應加熱表面淬火最適宜的鋼種是中碳鋼（如40、45鋼）和中碳合金鋼（如40Cr、40MnB鋼等），常用零件有齒輪、軸、銷類等，也可用于高碳工具鋼、含合金元素較少的合金工具鋼及鑄鐵等。,感應淬火后一般應采用180200低溫回火。,一般中碳鋼感應淬火件的典型加工工序為：鍛件正火機械加工（粗加工）調質處理機械加工（半精加工）感應淬火精加工。,調質處理能獲得良好的芯部強韌性，以承受復雜的交變應力。感應淬火能獲得表面高硬度，一般為5055HRC，具有良好的耐磨性。,感應淬火方法有高頻淬火、中頻淬火、工頻淬火三種，其具體應用見表8-3。電流頻率越高，淬硬層越薄，一般中小型零件采用高頻淬火，大中型件采用中頻或工頻淬火。,圖8-48中頻感應淬火,表8-3感應淬火方法與應用,2）火焰加熱表面淬火。3）電接觸加熱表面淬火。4）激光表面加熱淬火。,圖8-49激光表面加熱淬火,（4）化學熱處理,化學熱處理是指金屬或合金工件置于一定溫度的活性介質中保溫，使一種或幾種元素滲入工件表層，以改變其化學成分、組織和性能的熱處理工藝。,常見的化學熱處理工藝有滲碳、滲氮、碳氮共滲、滲鋁、滲硼等。,化學熱處理的目的主要是提高鋼件表面的硬度、耐磨性、抗蝕性、抗疲勞強度和抗氧化性等。,圖8-50井式氣體滲碳爐,8.2.7焊接工藝,焊接（welding）是通過加熱或加壓或兩者并用，并且用（或不用）填充材料，使工件達到結合的一種工藝方法。,焊接和其他連接方法最基本的區別在于：被焊的兩部分金屬產生了原子之間的互相溶解與擴散，并形成了共同晶體，在宏觀上建立了永久性的連接。,按焊接過程的特點不同，焊接可分熔焊、壓焊、釬焊三大類。,1.熔焊,熔焊（fusionwelding）又稱熔化焊，是將待焊處的母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法。,熔焊在多數情況下同時還要向焊接部位加入熔化狀態的填充金屬，待冷卻凝固后，兩部分被焊金屬即結合成不可分離的整體。,1）焊接電弧。,焊接電弧是由焊接電源供給的，具有一定電壓的兩電極間或電極與母材間，在氣體介質中產生的強烈而持久的放電現象。,用直流弧焊電源焊接時，工件接正極，焊條接負極，稱為正接，適于焊接厚件；工件接負極，焊條接正極，稱為反接。反接適于焊接薄件。,用交流弧焊電源焊接時，因陽極與陰極不斷交替變化，故不存在正、反接問題。,圖8-51所焊條電弧焊焊接過程,（1）焊條電弧焊,2）焊接設備。,焊條電弧焊的主要設備是弧焊機。,圖8-52直流弧焊機,圖8-53交流直流兩用弧焊機,3）焊條。,焊條（electrode）由焊芯和藥皮兩部分組成。,焊芯的作用是與焊件之間產生電弧并熔化作為焊縫的填充金屬。焊芯的化學成分將直接影響焊縫質量，且對其各合金元素含量有一定的限制，保證焊縫的性能不低于母材。,圖8-54焊條,（2）埋弧自動焊,埋弧焊（submerged-arcwelding，SAW）是電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法。,埋弧自動焊（automaticsubmerged-arcwelding）是埋弧焊的一種自動化焊接方法。在焊接過程中電弧被焊劑覆蓋，用機械裝置自動控制送絲和電弧移動，如圖8-55所示。,圖8-55埋弧自動焊原理,（3）氣體保護焊,氣體保護電弧焊（gasshieldedarcwelding）是利用外加氣體作為電弧介質并保護焊接區的電弧焊，簡稱氣體保護焊。常用的有氬弧焊、CO氣體保護焊兩種。,1）氬弧焊。,氬弧焊（argonarcwelding）是使用氬氣作為保護氣體的氣體保護焊。,2）CO氣體保護焊。,CO氣體保護焊（COarcwelding）是利用CO作為保護氣體的氣體保護焊。,CO氣體保護焊主要用于焊接低碳鋼和強度等級不高的低合金結構鋼。,氬弧焊常用于不銹鋼、耐熱鋼和非鐵金屬的焊接。,圖8-56CO氣體保護焊示意圖,（4）氣焊與氣割,1）氣焊。,氣焊（gaswelding）是利用氣體火焰作熱源的焊接方法，常用的是氧-乙炔焊（oxy-acetylenwelding）。,氣焊通常只適用于焊接厚度小于5mm的薄板件、非鐵金屬及其合金和鑄鐵件的補焊，還可作為釬焊及鋼件表面淬火的熱源。,2）氣割。,氣割（gascutting）是利用氣體火焰的熱能將工件切割處預熱到一定溫度后，噴出高速切割氧流，使其燃燒并放出熱量，進而實現切割的方法。,氣割只適用于純鐵、低碳鋼、中碳鋼和低合金結構鋼的切割。,8-57氧-乙炔焰,2.壓焊,壓焊（pressurewelding）又稱壓力焊，是指在焊接過程中必須對工件施加壓力（加熱或不加熱），以完成焊接的方法。,電阻焊（resistancewelding）是工件組合后通過電極施加壓力，利用電流通過接頭的接觸面及鄰近區域產生的電阻熱進行焊接的方法。,電阻焊通常分為電阻點焊、縫焊和對焊。,3.釬焊,釬焊（solderingandbrazing）是指采用比母材熔點低的金屬材料作釬料，將工件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材熔化溫度，利用液態釬料潤濕母材、填充接頭間隙并與母材相互擴散實現連接工件的方法。,壓焊最常用的是電阻焊。,4.汽車車身焊裝,汽車車身焊接通常稱焊裝，是將車身沖壓零件組裝和焊接成符合產品設計要求的白車身（即未經油漆的車身）的工藝過程。,在轎車車身焊裝過程中，一般是先將整個車身分成幾個大的總成進行焊裝，如地板總成、發動機艙總成、左側圍總成、右側圍總成、后圍總成、頂蓋總成、左車門總成、右車門總成、發動機罩總成、行李箱蓋總成、左、右翼子板總成等；然后再將這幾個大的總成焊裝成白車身。,車身上的小分總成一般在單機上進行焊裝，各大總成的焊裝和車身焊裝則在流水生產線上完成。,因此，通常車身焊裝需建立十幾條生產線。生產線上配備各種焊接設備和工具、定位和夾緊工裝、機械化運輸系統、生產過程控制和質量檢測與控制系統、安全防護設施等。生產線之間的運輸通常用懸掛式輸送機和搬運機械手等完成。,圖8-61車身底板焊裝,圖8-62焊裝完畢的白車身,車身焊裝所用的焊接方法以電阻焊居多，一般占焊接總量的90以上，主要是點焊和凸焊，其生產率高、成本低。,車身焊裝所用的設備有懸掛式點焊機、固定點焊機、多點焊機、螺柱焊機、焊接機器人等。,圖8-63懸掛式點焊機,焊接機器人的應用越來越廣泛，并出現了機器人焊裝線和無人操作機器人焊裝車間。采用焊接機器人可使焊接質量穩定，但投資較大。發展中的點焊逆變電源變壓器將使焊接變壓器的體積大大縮小，會進一步推進自動化焊接技術的發展。,圖8-64汽車車身焊接機器人,8.2.8涂裝工藝,汽車涂裝工藝一般可分為涂裝前金屬的表面處理（亦稱前處理，pretreatment）和涂裝施工工藝兩大部分。,1.表面處理,表面處理（surfacetreatment）是防銹涂裝的重要工序之一。,表面處理工藝流程為：預脫脂脫脂熱水洗冷水洗酸洗冷水洗中和冷水洗表面調整磷化冷水洗熱水洗純水洗干燥。,涂漆有好幾道工序，先經電泳底漆，后噴中間涂料，最后作面漆施工，面漆施工是決定車身美觀的最后一關。,通常用高速旋轉靜電噴槍噴涂，其厚度單色面漆為3035m，金屬閃光漆為15m，要求得到較高的光澤和鮮