汽车典型零部件制造工艺

• 曲轴是发动机最重要的机件之一。曲轴一般用中碳钢或中碳合金钢模 锻而成。为提高耐磨性和耐疲劳强度，轴颈表面经高频淬火或氮化处 理，并经精磨加工，以达到较高的表面硬度和表面粗糙度的要求。曲 轴与连杆配合将作用在活塞上的气体压力变为旋转的动力，传给底盘 的传动机构。同时，驱动配气机构和其他辅助装置，如风扇、水泵、 发电机等。
基准中心孔的加工，采用双工位专用机床夹具在专用机床上先装夹好， 常采用液压仿形车床进行加工。近年来已开始采用数控或程控车床加 工，可显著缩短加工基本时间和辅助时间，提高生产效率。 • 表7-2所列为大批量生产条件下汽车主减速器主动锥齿轮的工艺过程。
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7. 2曲轴制造工艺
• 7. 2. 1曲轴的主要技术要求及结构特点
7. 1齿轮制造工艺
• 大批量生产时亦可采用滚齿一粗磨齿一精磨齿一表面淬火一校正基准 一磨削外琦的加工方案。
• 3)齿端加工 • 齿端加工主要有倒圆、倒尖、倒棱和去毛刺等，经过倒圆、倒尖与倒
棱后的齿轮，沿轴向移动时容易进行啮合。 • 4)精基准的修整 • 齿轮在淬火后，其基准孔会发生变形。为了保证齿形的精加工质量，
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7. 2曲轴制造工艺
• Φ 50圆柱面:粗车(IT 12) —半精车(IT 10) —粗磨(IT 8 ) —精磨(IT 6 ); • Φ 47连杆颈圆柱面:粗车(IT 12) —半精车(IT 10) —粗磨(IT5) —精磨
(IT 6 ) —抛光(IT 5); • Φ 5斜油孔:钻(IT 12)一抛光(IT 8 ); • Φ 80法兰盘:粗车(IT 12)一半精车(IT 10)一磨削(IT 6 ); • Φ 40圆柱面:粗车(IT 12)一半精车(IT 10; • Φ 5孔:钻(IT 12 ); • M10 x 1:钻(IT 12)-攻丝; • M14 x 1. 5:钻(IT 12)-攻丝。
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7. 2曲轴制造工艺
• 3.确定毛坯种类及加工余量 • 根据零件材料确定毛坯为铸件。并依其结构形状、尺寸大小和生产类
型，毛坯的铸造方法选用金属模机械砂型铸造，铸件尺寸公差等级采 用IT 9。取加工余量为MA-G级。对于金属模机械砂型铸造，零件上 的孔不铸出。 • 4.选择曲轴表面加工方法 • 根据各表面加工要求和各种加工方法所能达到的经济精度，选择零件 主要表面(依次为从长头到短头)的加工方法与方案如下: • Φ14孔:钻(IT 12 )—车螺纹; • Φ 28圆柱面:粗车(IT 12) —半精车(IT 10) —精车(IT 7 ) —抛光(IT 5 );
• 工作时，曲轴承受气体压力、惯性力及惯性力矩的作用，受力大而且 受力复杂，并且承受交变载荷的冲击作用。
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7. 2曲轴制造工艺
• 同时，曲轴又是高速旋转件，因此，要求曲轴具有足够的刚度和强度， 具有良好的承受冲击载荷的能力，耐磨损且润滑良好。
• 曲轴一般由主轴颈、连杆轴颈、曲柄、平衡块、前端和后端等组成。
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7. 1齿轮制造工艺
• 4.齿轮加工定位基准选择 • 齿轮加工时定位基准应与设计基准尽量保持一致，以避免因基准不重
合而产生的误差，符合基准重合的原则。具体应用为:对于小直径轴 齿轮，可采用两端中心孔作为定位基准;对于大直径的轴齿轮，通常 用轴颈和一个较大的端面组合定位;带孔齿轮则以孔和一个端面组合 定位。这样，既符合“基准重合”原则，又符合“基准统一”原则。 • 齿轮主要加工表面的工序安排是:齿坯加工→齿形加工→齿圈热处理 →热处理后的精加工。 • 1)齿坯加工 • 齿坯加工主要是为齿面加工准备好定位基准面，主要内容包括齿坯的 内孔与端面、轴齿轮的端面和中心孔、轴颈外圆和端面的加工。
但不大于0. 1 mm(法向模数)。当其作为加工、测量的基准时，其尺 寸公差要求较严，一般为IT 8 。 • 2.齿轮的材料、毛坯与热处理 • 1)齿轮材料的选择
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7. 1齿轮制造工艺
• 齿轮的材料对齿轮的加工性能和使用寿命有着直接影响。对于汽车中 的传动、传力齿轮，因其传力齿轮的齿面受冲击交变载荷压迫产生裂 纹或磨损，且轮齿易折断，应选用机械强度、硬度等综合力学性能较 好的低合金渗碳钢，亦可选用低淬透性合金调质钢。
• 1.齿轮的主要技术要求 • 齿轮传动精度的高低，直接影响到整台汽车的工作性能、承载能力和
使用寿命。对汽车上传动齿轮的主要技术要求有以下几方面: • 1)齿轮精度和表面粗糙度
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7. 1齿轮制造工艺
• 载货汽车变速器齿轮的精度不低于8级，表面粗糙度Ra不大于3. 2 μm;轿车齿轮的精度不低于7级，表面粗糙度Ra不大于1. 6 μm 。
必须对基准孔予以修整。修整的方法是内孔和端面一般用内圆磨床磨 削，花键孔则用推刀加工。轴齿轮中心孔用硬质合金顶尖加磨料研磨。 另外，对于汽车后桥的主动、被动锥齿轮齿面的最后加工，是将大小 齿轮成对地进行对研，对研后打上标记，以便配对装配。
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7. 1齿轮制造工艺
• 5.典型汽车齿轮的机械加工工艺过程 • 1)汽车变速器第一速及倒车齿轮零件的加工工艺过程 • 汽车变速器第一速及倒车齿轮零件加工工艺过程如表7-1所示。 • 2)汽车后桥主减速器主动锥齿轮零件的加工工艺 • 汽车后桥主减速器主动锥齿轮零件结构如图7-6所示。两端面及定位
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7. 2曲轴制造工艺
• 图7-7为汽车发动机曲轴零件示意图，以下曲轴工艺加工实例基于此 图。
• 2.确定生产类型 • 已知曲轴零件的年生产纲领为150 000件，零件质量为12.383 6 kg，
可以确定其生产类型为大量生产。大量生产有以下主要工艺特点:全 部有互换性;某些精度较高的配合件用分组选择法装配;铸件广泛采用 金属模机械造型，毛坯精度高，加工余量小;采用高生产率的专用机 床及自动机床，按流水线形式排列;采用高生产率夹具及调整法达到 精度要求，采用高生产率刀具和量具，对操作工人的技术要求较低， 但对调整工人的技术要求较高;有详细的工艺规程，生产率高，成本 低。
• 2)齿形加工 • 齿圈上的齿形加工是整个齿轮加工的核心内容。
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7. 1齿轮制造工艺
• 虽然齿轮的机械加工有许多工序，但都是为最终获得符合精度要求的 齿形加工服务的。齿形加工方案的选择取决于齿轮的精度等级、结构 特点、生产类型及热处理方案等。常用的齿形加工方案有如下几个:
• (1)对于8级精度以下的齿轮，调质齿轮用插齿或滚齿就能满足要求; 对硬齿轮则可采用滚(插)齿一剃齿或冷挤一齿端加工一淬火一校正孔 的加工方案。
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7. 1齿轮制造工艺
• 此外，还要加工外圆的一些次要表面，如凹槽、倒角、螺纹以及其他 非定位用端面等。
• 在大批量生产时，加工尺寸中等齿轮坯时，多采用“钻—扩—拉—多 刀车”的工艺方案，即以毛坯外圆及端面定位进行钻孔、扩孔、拉孔， 以孔定位，在多刀自动车床上粗车、精车外圆、端面、槽及倒角。这 种加工工艺方案由于采用高效机床组成流水线或自动线，故生产效率 高。具体的齿轮加工工艺过程由于产品的各自特点和生产的具体情况 不同而有所差别。
• 2)齿轮内孔或齿轮轴颈尺寸公差和表面粗糙度 • 齿轮孔或齿轮轴颈是加工、测量和装配时的基面，故要有较高的加工
精度和较小的表面粗糙度。对于6级精度的齿轮，其内孔精度为IT 6， 轴颈为IT 5 ;对于7级精度的齿轮，其内孔精度为IT 7，轴颈为IT 6。 对基准孔和轴颈的尺寸公差和形状公差应遵守包容原则，表面粗糙度 Ra的值为0. 40~0. 80 μm。 • 3)端面跳动 • 带孔齿轮端面是切齿时的定位基准，端面对内孔在分度圆上的跳动对 齿轮的加工精度有很大影响。
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7. 1齿轮制造工艺
• 由图7-1可知，齿轮一般分为齿圈和轮体两部分，在齿圈上可切出直 齿、斜齿、螺旋齿等齿形，而在轮体上有内孔(光孔、键槽孔、花键 孔)或轴。
• 2.齿轮结构的工艺性分析 • 齿轮的结构形状直接影响齿轮加工工艺的制订。对齿轮类零件机械加
工工艺的分析，除了应进行常规的结构工艺分析外，还应考虑以下几 方面的因素: • 1)双联齿轮 • 用滚刀加工双联齿轮小齿轮时，大小齿轮之间的距离B要足够大(图7 -2)，以免加工时滚刀碰到大齿轮的端面。B的大小与滚刀直径、滚刀 切削部分长度及滚刀安装角度等有关。
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7. 1齿轮制造工艺
• 3.齿轮的热处理 • 根据不同的目的常安排两种热处理工序。 • 1)毛坯热处理 • 在齿坯加工前后安排预先热处理(通常为正火或调质)，其目的是消除
锻造及粗加工引起的内应力，改善材料的切削性能，提高综合力学性 能。对于铸造的毛坯可以增加时效处理，用以消除内应力。 • 2)齿面热处理 • 齿形加工后，为提高齿面的硬度和耐磨性，对于用低合金渗碳钢的齿 轮进行渗碳淬火处理;对于用低淬透性合金钢的齿轮进行高频感应淬 火处理。
• 2)齿轮毛坯 • 汽车齿轮通常都采用锻造毛坯。中小批量生产时采用胎模锻工艺成形;
产量大时用模锻工艺成形。当孔径大于25 mm，且深度较浅时，内 孔可锻出。大批量生产中，盘形齿轮采用先进的高速墩锻工艺成形， 而尺寸较大的从动圆柱(锥)齿轮坯可采用辗环工艺成形，既可节省材 料、精化锻件，又可提高生产率。
• (2)对于6 ~7级精度齿轮，硬齿面可采用滚(插)齿一齿端加工一表面 淬火一校正基准一磨齿(蜗杆砂轮磨齿);也可采用滚(插)齿一剃齿或冷 挤一表面淬火一校正基准一内啮合琦齿的加工方案。
• (3)对于5级以上精度的齿轮，一般采用粗滚齿一精滚齿一表面淬火一 校正基准一粗磨齿一精磨齿的加工方案。
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• 7. 2. 2曲轴的机械加工工艺
• 1.零件的工艺分析 • 曲轴图样的视图、尺寸、公差和技术要求齐全正确;零件选用材料为
球墨铸铁，具有较高的强度、韧性和塑性，切削性能良好，结构工艺 性较好。根据各加工方法的经济精度及一般机床所能达到的位置精度， 该零件没有很难加工的表面，上述各表面的技术要求采用常规加工工 艺均可以保证。
第7章 汽车典型零部件制造工艺
• 7. 1齿轮制造工艺 • 7. 2曲轴制造工艺 • 7. 3连杆制造工艺
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7. 1齿轮制造工艺
• 7.1.1齿轮的结构特点及结构工艺性分析
• 汽车中的各种齿轮，按照结构的特点可分为五类，如图7-1所示。 • 1.齿轮的结构特点 • (l)单联齿轮。如图7-1 (a)所示，孔的长径比L/D<1。 • (2)多联齿轮。如图7-1 (b)所示，孔的长径比L/D>1 。 • (3)盘形齿轮。如图7-1 (c)所示，具有轮毂，孔的长径比L/D<1l。 • (4)齿圈。如图7-1 (d)所示，具有轮毂，孔的长径比L/D<1. • (5)轴齿轮。如图7-1(e)所示。
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7. 1齿轮制造工艺
• 2)盘形齿轮 • 当齿轮较大时，为了减轻重量和机械加工量，常设计成有凹槽的、带
轮毂式的，如图7-3所示。 • 3)改变盘形齿轮的结构形式 • 如图7 -4 (b)图所示，这样不仅方便多件加工，又能提高生产率，增
强了工件在机床上的安装强度。若用图7 -4 (a)所示结构，则安装刚 度差，且增加了滚刀行程长度，降低了生产率。 • 4)主动锥齿轮(主减速器轴齿轮) • 其结构形式有悬臂式和骑马式(如图7-5所示)两种。其中悬臂式的两个 轴颈位于齿轮的同一侧。
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7. 1齿轮制造工艺
• 因骑马式的两轴颈侧位于齿轮的两侧，故在设计时应注意铣刀盘不能 与小头一侧的轴颈发生干涉，以免铣刀切到轴颈。
• 7. 1. 2齿轮的机械加工工艺
• 根据齿轮的材质、毛坯与热处理要求，齿轮的结构形式与尺寸大小， 齿轮的精度要求和生产批量，车间现有设备条件等来制订齿轮的机械 加工工艺。
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7. 1齿轮制造工艺
• 端面跳动量视齿轮精度和分度圆直径不同而异，对于精度等级为6~7 级的齿轮，规定为0. 011~0. 022 mm。基准端面的表面粗糙度Ra的 值为0. 40~0. 80 μm，非定位和非工作端面的表面粗糙度Ra值为6. 3~25 μm。
• 4)齿轮外圆尺寸公差 • 当齿轮外圆不作为加工、测量的基准时，其尺寸公差一般为IT 11，