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2 21 世 纪 全 国 高 等 院 校 大 机 械 系 列 实 用 规 划 教 材 汽 车 系 列 汽 车 制 造 工 艺 主 编 赵 桂 范 杨 娜 副 主 编 余 桥 伟 刘 鸣 武 峰 张 建 军 卜 佳 锐 牛 熠 张 建 军 参 编 张 晓 莉 李 小 进 主 审 胡 业 发 张 建 军 标 准 分 享 网 免 费 下 载

3 内 容 简 介 本 书 是 根 据 车 辆 ( 汽 车 ) 工 程 专 业 的 培 养 目 标 而 编 写 的 高 等 学 校 教 材, 全 书 共 分 12 章, 内 容 包 括 绪 论 铸 造 锻 造 工 艺 冲 压 工 艺 焊 接 工 艺 塑 料 加 工 工 艺 机 械 加 工 热 处 理 电 镀 工 艺 涂 漆 装 配 工 艺 和 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 本 书 以 汽 车 生 产 制 造 过 程 为 主 线, 对 各 工 艺 的 介 绍 较 为 系 统 完 整, 具 有 独 特 风 格, 并 介 绍 了 当 前 汽 车 制 造 企 业 中 应 用 的 新 技 术 和 新 工 艺 每 章 后 列 有 习 题 本 书 除 可 作 为 车 辆 ( 汽 车 ) 工 程 专 业 教 材 外, 也 可 作 为 运 载 工 具 运 用 工 程 热 能 与 动 力 ( 内 燃 机 ) 工 程 农 业 机 械 化 工 程 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 等 专 业 的 教 材 和 教 学 参 考 书, 也 可 供 相 关 专 业 的 学 生 和 从 事 汽 车 运 用 与 维 修 汽 车 生 产 管 理 方 面 的 工 程 技 术 人 员 作 参 考 书 图 书 在 版 编 目 (CIP) 数 据 汽 车 制 造 工 艺 / 赵 桂 范, 杨 娜 主 编. 北 京 : 北 京 大 学 出 版 社, (21 世 纪 全 国 高 等 院 校 大 机 械 系 列 实 用 规 划 教 材 汽 车 系 列 ) ISBN Ⅰ. 汽 Ⅱ. 1 赵 2 杨 Ⅲ. 汽 车 车 辆 制 造 工 艺 高 等 学 校 教 材 Ⅳ. U466 中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 (2007) 第 号 书 名 : 汽 车 制 造 工 艺 著 作 责 任 者 : 赵 桂 范 杨 娜 主 编 责 任 编 辑 : 童 君 鑫 标 准 书 号 :ISBN /TH 0029 出 版 者 : 北 京 大 学 出 版 社 地 址 : 北 京 市 海 淀 区 成 府 路 205 号 网 址 : 电 话 : 邮 购 部 发 行 部 编 辑 部 出 版 部 电 子 邮 箱 :[email protected] 印 刷 者 : 发 行 者 : 北 京 大 学 出 版 社 经 销 者 : 新 华 书 店 787 毫 米 1092 毫 米 16 开 本 18.5 印 张 423 千 字 2008 年 6 月 第 1 版 2008 年 6 月 第 1 次 印 刷 定 价 :30.00 元 未 经 许 可, 不 得 以 任 何 方 式 复 制 或 抄 袭 本 书 之 部 分 或 全 部 内 容 版 权 所 有 侵 权 必 究 举 报 电 话 : 电 子 邮 箱 :fd@pup. pku. edu. cn

4 21 世 纪 全 国 高 等 院 校 大 机 械 系 列 实 用 规 划 教 材 汽 车 系 列 专 家 编 审 委 员 会 主 任 委 员 崔 胜 民 副 主 任 委 员 ( 按 拼 音 排 序 ) 江 浩 斌 王 丰 元 杨 建 国 赵 桂 范 委 员 ( 按 拼 音 排 序 ) 韩 同 群 姜 立 标 林 波 凌 永 成 刘 瑞 军 刘 涛 刘 占 峰 鲁 统 利 罗 念 宁 肖 生 发 谢 在 玉 于 秋 红 张 京 明 张 黎 骅 赵 立 军 赵 又 群 标 准 分 享 网 免 费 下 载

5 前 言 汽 车 制 造 工 艺 学 是 以 汽 车 制 造 中 的 工 艺 问 题 为 研 究 对 象 的 一 门 应 用 性 技 术 学 科, 也 是 一 门 包 含 多 种 工 艺 的 综 合 性 学 科 本 书 全 面 系 统 地 阐 述 了 汽 车 制 造 工 艺 的 基 本 理 论 内 容 涉 及 汽 车 制 造 的 各 种 工 艺 过 程, 包 括 铸 造 锻 造 冲 压 焊 接 塑 料 加 工 机 械 加 工 热 处 理 电 镀 涂 漆 及 装 配 工 艺 等 为 了 适 应 新 时 代 与 新 形 势, 以 及 现 代 汽 车 工 业 发 展 的 需 要, 在 保 持 传 统 基 本 内 容 的 基 础 上, 本 书 增 加 了 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 使 学 生 通 过 阅 读 学 习 本 书, 在 掌 握 汽 车 制 造 工 艺 基 本 内 容 的 同 时, 能 对 当 前 的 先 进 制 造 工 艺 有 大 致 的 了 解 本 书 在 讲 述 各 种 加 工 工 艺 的 同 时, 力 求 突 出 汽 车 制 造 的 特 点, 即 详 细 介 绍 了 各 种 工 艺 在 汽 车 制 造 中 的 应 用 本 书 除 可 作 为 车 辆 ( 汽 车 ) 工 程 专 业 教 材 外, 也 可 作 为 运 载 工 具 运 用 工 程 热 能 与 动 力 ( 内 燃 机 ) 工 程 农 业 机 械 化 工 程 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 等 专 业 的 教 材 和 教 学 参 考 书, 也 可 供 相 关 专 业 的 学 生 和 从 事 汽 车 运 用 与 维 修 汽 车 生 产 管 理 方 面 的 工 程 技 术 人 员 作 参 考 书 本 书 建 议 授 课 学 时 为 40 学 时 但 考 虑 各 个 学 校 的 课 程 设 置 不 完 全 相 同, 所 以 采 用 本 教 材 进 行 教 学 时, 可 以 根 据 具 体 教 学 的 需 要 灵 活 处 理 各 章 的 参 考 授 课 学 时 数 见 下 表 : 章 次 建 议 学 时 章 次 建 议 学 时 第 1 章 绪 论 1 第 7 章 机 械 加 工 6 第 2 章 铸 造 6 第 8 章 热 处 理 3 第 3 章 锻 造 工 艺 3 第 9 章 电 镀 工 艺 3 第 4 章 冲 压 工 艺 4 第 10 章 涂 漆 3 第 5 章 焊 接 工 艺 2 第 11 章 装 配 工 艺 2 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 4 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 3 本 书 由 哈 尔 滨 工 业 大 学 赵 桂 范 和 杨 娜 主 编 在 编 写 过 程 中, 得 到 了 哈 尔 滨 工 业 大 学 汽 车 工 程 学 院 各 位 领 导 同 事 及 硕 士 研 究 生 朱 明 张 亮 等 同 学 的 大 力 支 持 和 帮 助, 在 此 表 示 衷 心 的 感 谢! 由 于 编 者 水 平 有 限, 书 中 难 免 有 疏 漏 和 不 妥 之 处, 恳 请 读 者 批 评 指 正 编 者 2008 年 2 月

6 目 录 第 1 章 绪 论 制 造 工 艺 概 要 生 产 方 式 与 设 备 生 产 工 艺 与 设 备... 3 习 题... 5 第 2 章 铸 造 概 述 铸 造 工 艺 概 要 铸 件 铸 造 方 式 铸 造 车 间 平 面 布 置 铸 造 材 料 铸 造 原 料 型 砂 芯 砂 铸 造 工 艺 与 设 备 造 型 与 制 芯 熔 化 铸 造 类 型 热 处 理 落 砂 清 理 模 型 模 型 设 计 模 型 制 造 铸 件 质 量 铸 造 条 件 与 质 量 检 查 方 法 曲 轴 凸 轮 轴 的 铸 造 工 艺 球 墨 铸 铁 曲 轴 和 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 的 湿 砂 型 铸 造 壳 型 铸 造 曲 轴 凸 轮 轴 工 艺 及 装 备 的 湿 砂 型 铸 造 金 属 型 盆 砂 铸 造 曲 轴 凸 轮 轴 工 艺 及 工 艺 设 备 曲 轴 的 先 进 制 造 工 艺 习 题 第 3 章 锻 造 工 艺 概 述 锻 造 工 艺 与 设 备 切 断 热 锻 冷 锻 温 锻 特 种 锻 造 锻 模 锻 模 设 计 锻 模 材 料 模 具 制 造 锻 件 质 量 控 制 锻 件 几 何 形 状 与 尺 寸 的 检 验 锻 件 表 面 质 量 的 检 验 应 用 实 例 连 杆 的 结 构 特 点 及 结 构 工 艺 性 分 析 连 杆 的 材 料 和 毛 坯 连 杆 主 要 表 面 的 加 工 方 法 整 体 精 锻 连 杆 盖 连 杆 体 的 撑 断 新 工 艺 大 批 量 生 产 时 连 杆 机 械 加 工 的 工 艺 过 程 习 题 第 4 章 冲 压 工 艺 概 述 冲 压 工 艺 概 要 标 准 分 享 网 免 费 下 载

7 IV 汽 车 制 造 工 艺 冲 压 件 冲 压 生 产 线 的 控 制 冲 压 材 料 冲 压 材 料 的 特 性 要 求 材 料 选 定 冷 轧 钢 板 热 轧 钢 板 表 面 处 理 钢 板 其 他 材 料 冲 模 冲 模 设 计 模 具 制 造 冲 压 工 艺 冲 压 车 间 平 面 布 置 车 身 零 件 的 冲 压 工 艺 车 架 底 盘 母 件 的 冲 压 工 艺 冲 压 设 备 冲 压 自 动 化 附 属 设 备 冲 压 件 质 量 控 制 精 度 检 验 外 观 检 验 汽 车 车 身 覆 盖 件 冲 压 工 艺 汽 车 车 身 覆 盖 件 冲 压 成 型 特 点 覆 盖 件 冲 压 基 本 工 序 及 冲 压 工 艺 方 案 的 确 定 车 身 覆 盖 件 拉 深 件 设 计 覆 盖 件 的 冲 压 工 序 习 题 第 5 章 焊 接 工 艺 概 述 焊 接 方 法 分 类 焊 接 工 艺 概 要 焊 接 零 件 设 计 焊 接 方 法 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 电 阻 焊 气 焊 及 其 他 自 动 化 方 向 焊 接 夹 具 夹 具 设 计 夹 具 制 造 焊 接 设 备 与 平 面 布 置 自 动 焊 接 生 产 线 车 身 装 焊 压 力 机 焊 接 生 产 线 焊 接 质 量 质 量 检 验 尺 寸 与 表 面 精 度 习 题 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 概 述 塑 料 的 特 性 塑 料 加 工 方 法 概 要 塑 料 分 类 与 制 作 塑 料 加 工 工 艺 与 设 备 塑 料 成 型 法 加 工 生 产 线 加 工 设 备 零 件 精 度 起 因 于 成 型 的 变 形 起 因 于 时 效 的 变 形 塑 料 成 型 用 模 型 模 型 设 计 模 型 制 造 在 汽 车 中 的 应 用 及 汽 车 用 塑 料 的 发 展 趋 势 保 险 杠 汽 车 用 塑 料 的 发 展 趋 势 习 题 第 7 章 机 械 加 工 概 述 大 量 生 产 加 工 法 概 要 切 削 工 具 与 切 削 液 IV

8 目 录 V 被 加 工 材 料 质 量 保 证 机 械 加 工 设 备 加 工 生 产 线 设 计 专 用 机 床 自 动 机 ( 线 ) 自 动 化 装 置 检 验 设 备 辅 助 设 备 汽 车 零 件 加 工 举 例 汽 缸 体 曲 轴 连 杆 变 速 器 壳 齿 轮 后 桥 壳 习 题 第 8 章 热 处 理 概 述 热 处 理 概 要 汽 车 制 造 与 热 处 理 毛 坯 件 的 热 处 理 正 火 淬 火 回 火 退 火 渗 碳 淬 火 渗 碳 气 氛 与 渗 碳 机 理 渗 碳 热 处 理 条 件 高 频 淬 火 高 频 淬 火 原 理 高 频 淬 火 的 组 织 热 处 理 新 技 术 简 介 可 控 气 氛 热 处 理 与 真 空 热 处 理 强 韧 化 热 处 理 表 面 镀 覆 超 硬 层 工 艺 激 光 热 处 理 热 处 理 设 备 毛 坯 件 热 处 理 设 备 机 械 加 工 件 的 热 处 理 设 备 热 处 理 质 量 检 验 习 题 第 9 章 电 镀 工 艺 概 述 电 镀 零 件 与 质 量 要 求 电 镀 工 艺 概 要 电 镀 的 种 类 装 饰 镀 铬 防 锈 电 镀 铝 的 氧 化 处 理 塑 料 电 镀 电 镀 工 艺 与 设 备 电 镀 车 间 平 面 布 置 磨 抛 前 处 理 电 镀 后 处 理 废 液 处 理 电 镀 管 理 电 镀 质 量 检 验 外 观 检 验 耐 蚀 性 试 验 硬 度 试 验 习 题 第 10 章 涂 漆 概 述 涂 漆 质 量 与 要 求 涂 漆 工 艺 概 要 涂 料 涂 漆 工 艺 与 设 备 涂 漆 工 艺 设 计 涂 漆 车 间 平 面 布 置 前 处 理 装 置 喷 漆 室 V 标 准 分 享 网 免 费 下 载

9 VI 汽 车 制 造 工 艺 烘 干 炉 研 磨 工 序 涂 料 供 应 涂 漆 车 身 储 存 线 辅 助 设 备 涂 漆 方 法 涂 漆 质 量 保 证 外 貌 不 佳 质 量 管 理 汽 车 车 身 涂 装 的 典 型 工 艺 习 题 第 11 章 装 配 工 艺 装 配 生 产 方 式 装 配 工 艺 与 设 备 装 配 工 序 与 车 间 平 面 布 置 装 配 工 作 法 内 饰 装 配 线 车 辆 检 查 调 整 线 车 辆 修 整 出 厂 线 部 件 搬 运 机 械 车 身 安 装 工 艺 车 身 安 装 的 特 征 车 身 安 装 的 生 产 方 式 车 身 安 装 的 生 产 规 模 车 身 安 装 质 量 保 证 质 量 保 证 体 制 车 身 安 装 质 量 保 证 要 点 习 题 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 精 益 生 产 精 益 生 产 基 本 概 念 精 益 生 产 的 内 涵 精 益 生 产 模 式 精 益 生 产 的 主 要 内 容 敏 捷 制 造 敏 捷 制 造 的 提 出 敏 捷 制 造 的 内 涵 敏 捷 制 造 的 一 般 实 施 方 法 敏 捷 制 造 对 制 造 业 的 影 响 并 行 工 程 快 速 成 型 技 术 快 速 成 型 概 述 快 速 成 型 工 艺 方 法 快 速 成 型 技 术 的 特 点 及 应 用 领 域 快 速 成 型 技 术 的 发 展 趋 势 虚 拟 制 造 技 术 虚 拟 制 造 概 述 虚 拟 制 造 的 研 究 内 容 虚 拟 制 造 的 技 术 体 系 虚 拟 制 造 系 统 的 体 系 结 构 虚 拟 制 造 环 境 与 平 台 习 题 参 考 文 献 VI

10 第 1 章 绪 论 教 学 提 示 : 汽 车 工 业 是 一 个 综 合 性 企 业, 学 习 汽 车 制 造 工 艺 首 先 要 了 解 汽 车 的 基 本 生 产 过 程, 汽 车 生 产 方 式 由 生 产 规 模 与 工 艺 特 性 两 方 面 决 定, 通 过 考 虑 各 种 因 素 可 以 确 定 自 制 与 外 协 的 分 工 生 产 方 案 与 设 备 布 置 方 案 教 学 要 求 : 了 解 汽 车 制 造 工 艺, 了 解 三 种 汽 车 生 产 方 式 以 及 与 之 相 适 应 的 生 产 设 备, 了 解 自 制 与 外 协 的 分 工 生 产 方 案 与 设 备 布 置 方 案 1.1 制 造 工 艺 概 要 汽 车 工 业 是 在 许 多 相 关 联 的 工 业 和 有 关 技 术 的 基 础 上 发 展 起 来 的 综 合 性 企 业 汽 车 上 使 用 着 许 多 部 门 的 产 品, 而 且 从 毛 坯 加 工 到 整 车 装 配, 需 要 采 用 各 类 加 工 技 术 汽 车 零 件 包 括 大 至 地 板, 小 至 螺 钉 等 数 千 个 不 同 的 部 件 实 际 的 汽 车 生 产 过 程 是 由 若 干 不 同 的 专 业 生 产 厂 ( 车 间 ) 合 作 完 成 的 为 了 经 济 地 高 效 率 地 制 造 汽 车, 这 些 专 业 生 产 厂 ( 车 间 ) 按 产 品 的 协 作 原 则 组 织 生 产 分 工 合 作 一 般 来 说, 发 动 机 变 速 器 车 轴 车 身 等 主 要 总 成 由 本 企 业 自 己 制 造, 而 轮 胎 玻 璃 电 器 车 身 内 饰 件 与 其 他 小 型 零 部 件 等, 多 靠 协 作, 由 外 面 专 业 厂 生 产 图 1.1 所 示 的 是 汽 车 的 生 产 过 程 框 图 图 1.1 汽 车 生 产 过 程 框 图 标 准 分 享 网 免 费 下 载

11 2 汽 车 制 造 工 艺 汽 车 的 基 本 生 产 过 程 包 括 下 料 铸 造 锻 造 机 械 加 工 热 处 理 冲 压 冷 挤 压 粉 末 冶 金 焊 接 涂 漆 电 镀 与 装 配 等 多 种 而 外 协 件 的 制 造 工 艺, 通 常 又 包 括 许 多 极 其 特 殊 的 制 造 技 术 汽 车 制 造 工 艺 的 编 制 常 以 装 配 工 艺 为 核 心, 为 了 提 高 生 产 的 效 率, 其 趋 向 是 尽 量 采 用 流 水 线 生 产 方 式 要 点 在 于 同 时 进 行 各 种 零 部 件 的 制 造 加 工, 而 以 最 终 装 出 整 车 为 目 标, 彼 此 之 间 相 互 协 调 1.2 生 产 方 式 与 设 备 通 常, 生 产 方 式 由 生 产 规 模 ( 产 量 ) 与 工 艺 特 性 两 方 面 决 定, 大 致 可 分 为 以 下 三 种 (1) 单 件 生 产 方 式 : 采 用 通 用 机 床, 进 行 单 件 或 极 小 批 量 的 多 品 种 生 产 (2) 批 量 生 产 方 式 : 采 用 通 用 机 床 或 通 用 生 产 线, 通 过 定 期 改 变 生 产 程 序 进 行 多 品 种 中 批 量 或 小 批 量 生 产 (3) 流 水 生 产 方 式 : 采 用 专 用 机 床 或 专 用 生 产 线, 进 行 单 一 品 种 或 少 品 种 的 大 量 流 水 线 生 产 由 于 汽 车 生 产 本 身 的 特 性 及 其 大 量 生 产 规 模, 其 生 产 方 式 就 整 体 而 言 属 于 流 水 作 业, 但 不 同 的 工 艺, 可 能 具 有 程 度 上 的 差 异 例 如 : (1) 由 于 铸 造 锻 造 冲 压 等 工 艺 的 生 产 周 期 短, 采 用 容 易 变 换 程 序 进 行 批 量 生 产 的 通 用 生 产 线 比 采 用 专 用 生 产 线 更 为 有 利 (2) 机 械 加 工 与 焊 接 工 艺, 就 生 产 技 术 而 言 宜 采 用 专 用 生 产 线 进 行 流 水 生 产 (3) 涂 漆 与 装 配 工 艺 可 进 行 混 合 生 产 其 产 量 虽 小, 一 般 仍 可 采 用 流 水 生 产 汽 车 生 产 所 用 的 设 备 应 该 和 生 产 方 式 相 适 应 由 于 汽 车 以 大 量 生 产 为 原 则, 所 选 设 备 必 须 符 合 流 水 生 产 工 艺 的 要 求 装 配 生 产 线 使 用 输 送 机 进 行 流 水 作 业, 机 械 加 工 则 多 采 用 连 续 自 动 机 床 为 了 适 应 生 产 规 模 的 扩 大 合 理 化 与 节 省 人 力 的 要 求, 生 产 设 备 的 高 性 能 化 与 自 动 化 程 度 正 在 不 断 提 高 此 外, 还 采 用 电 子 计 算 机 来 保 证 零 部 件 的 及 时 供 应, 并 控 制 生 产 线 的 运 行 生 产 设 备 的 最 近 发 展 趋 向 见 表 1-1 表 1-1 生 产 设 备 的 最 近 发 展 趋 向 工 艺 原 用 设 备 最 近 设 备 油 砂 型 芯 手 工 夯 实 壳 芯 机 铸 造 挤 压 造 型 高 压 造 型 机 铝 合 金 金 属 型 铸 造 铝 合 金 压 铸 机 锻 锤 压 力 机 锻 造 重 油 加 热 炉 感 应 加 热 装 置 机 械 加 工 单 能 机 连 续 自 动 机 床 自 动 线 自 动 测 量 修 正 选 择 机 自 动 冲 压 线 冲 压 通 用 压 床 连 续 自 动 压 力 机 2

12 第 1 章 绪 论 3 工 艺 原 用 设 备 最 近 设 备 续 表 焊 接 涂 漆 装 配 移 动 式 电 焊 机 手 工 喷 涂 手 工 研 磨 链 式 输 送 机 多 工 位 焊 接 压 力 机 自 动 焊 机 自 动 静 电 喷 涂 电 泳 涂 漆 自 动 喷 涂 自 动 水 研 磨 机 推 式 悬 挂 输 送 机 自 动 装 配 机 1.3 生 产 工 艺 与 设 备 根 据 汽 车 生 产 准 备 阶 段 编 制 的 长 期 生 产 计 划, 考 虑 现 有 的 生 产 体 制 与 内 外 加 工 顺 序, 应 事 先 对 汽 车 生 产 工 序 与 设 备 计 划 进 行 周 密 分 析, 确 定 下 述 自 制 与 外 协 的 分 工 生 产 方 案 与 设 备 布 置 方 案 1. 自 制 外 协 分 工 计 划 与 作 业 计 划 在 制 订 零 部 件 或 某 些 工 序 的 自 制 外 协 分 工 方 案 时, 不 仅 应 考 虑 产 品 成 本, 还 应 考 虑 产 品 质 量 的 稳 定 性, 以 及 保 密 投 资 计 划, 对 协 作 企 业 扶 植 方 针 等 许 多 因 素 表 1-2 为 日 本 汽 车 企 业 自 制 外 协 分 工 的 一 般 情 况, 外 协 率 占 购 入 量 的 90%, 占 购 入 金 额 的 70% 汽 车 工 厂 的 生 产 时 间 一 般 为 两 班 制, 每 天 一 共 生 产 14~16h, 以 降 低 设 备 的 折 旧 费 在 集 体 劳 动 程 度 高 的 装 配 部 门 内, 也 有 采 用 一 班 制 的 至 于 热 处 理 等 预 热 损 失 大 的 部 门, 则 实 行 24h 连 续 作 业 制 度 表 1-2 自 制 外 协 分 工 一 般 情 况 举 例 特 征 主 要 零 部 件 自 制 自 制 外 协 混 合 外 协 生 产 的 连 续 性 缩 短 生 产 周 期 减 轻 设 备 负 荷 充 分 运 用 专 业 工 厂 总 成 装 配 与 主 要 零 部 件 加 工 ( 铸 造 锻 造 机 械 加 工 ) 坐 垫 燃 油 箱 盘 式 车 轮 制 动 盘 等 飞 轮 制 动 鼓 等 简 单 的 机 械 加 工 零 件 护 板 件 装 配 ( 中 型 ) 大 的 电 镀 件 轮 胎 玻 璃 电 器 仪 表 等 弹 簧 轴 承 等 活 塞 离 合 器 散 热 器 等 橡 胶 塑 料 装 饰 品 等 软 质 材 料 铸 铁 铝 合 金 等 原 材 料 与 坯 料 3 标 准 分 享 网 免 费 下 载

13 4 汽 车 制 造 工 艺 2. 加 工 方 法 与 设 备 大 量 生 产 时, 一 般 根 据 生 产 计 划 确 定 生 产 节 拍, 然 后 选 定 各 种 加 工 方 法 与 设 备, 所 应 考 虑 如 下 基 本 问 题 (1) 通 过 对 各 工 序 的 分 解 与 合 并, 或 对 加 工 条 件 的 改 进, 尽 量 使 各 工 序 的 生 产 周 期 与 所 需 要 的 生 产 节 拍 相 吻 合, 以 形 成 一 条 同 步 生 产 的 专 用 线 此 外, 当 工 序 之 间 达 到 同 步, 并 将 生 产 管 理 ( 零 部 件 供 应 方 式 与 库 存 安 排 方 式 ) 和 质 量 管 理 ( 质 量 控 制 方 式 与 设 备 检 测 点 等 ) 的 内 容 充 分 纳 入 后, 就 可 形 成 一 条 具 有 综 合 机 能 的 生 产 线 (2) 应 该 注 意 减 少 总 装 配 量 ( 适 当 分 组 装 配 ), 减 少 调 整 作 业 量, 减 少 工 序 数 目, 并 保 持 工 艺 过 程 的 连 续 性, 以 提 高 大 量 生 产 线 运 行 的 平 稳 性 与 生 产 速 度 (3) 参 照 最 佳 节 拍 时 间, 确 定 生 产 线 数 量 与 流 动 方 式 一 般 对 大 量 生 产 线 而 言, 机 械 加 工 生 产 线 的 最 佳 节 拍 时 间 为 0.7~2.0min 装 配 生 产 线 为 1.0~2.0min 但 若 单 一 品 种 加 工 数 量 不 能 达 到 经 济 数 量 时, 一 条 生 产 线 上 可 流 动 生 产 两 种 产 品, 它 们 的 产 量 应 相 互 配 合 从 而 达 到 经 济 产 量 例 如, 可 形 成 装 配 与 涂 漆 的 混 合 生 产 线, 至 于 机 械 加 工 与 焊 接, 也 可 通 过 工 序 变 换, 形 成 批 量 生 产 线 在 这 种 场 合 下, 应 该 尽 量 做 到 车 辆 与 总 成 的 系 列 化, 零 部 件 的 通 用 化 与 标 准 化 (4) 选 定 加 工 方 法 时, 应 该 根 据 产 量 进 行 经 济 核 算, 选 择 经 济 性 最 好 的 加 工 方 法 为 此, 在 大 量 生 产 线 上, 应 该 尽 量 采 用 符 合 节 拍 要 求 的 大 量 生 产 方 法, 如 无 切 屑 加 工 法, 加 工 装 配 的 高 速 化 同 步 化 多 方 位 同 时 进 行 等 方 法 (5) 不 言 而 喻, 在 可 能 范 围 内 应 该 尽 量 做 到 省 力 化 与 自 动 化 然 而, 为 了 适 应 今 后 难 于 避 免 的 生 产 变 动, 应 选 用 适 应 性 高 的 设 备 例 如, 可 采 用 通 用 性 大 的 专 用 生 产 线, 这 种 生 产 线 的 程 序 变 换 简 便, 且 当 车 辆 改 型 时, 通 过 更 换 加 工 装 备, 也 容 易 进 行 相 应 变 动 与 改 造 (6) 虽 然 要 求 设 备 的 可 靠 性 高, 但 是 希 望 在 带 刚 性 的 机 械 与 单 能 机 的 刀 具 配 置 和 加 工 条 件 方 面, 保 持 适 当 的 变 动 余 地 设 备 的 标 牌 与 型 号 应 保 存 齐 全, 以 利 于 设 备 维 护 并 掌 握 操 作 要 点 (7) 工 夹 具 对 产 品 质 量 和 生 产 情 况 有 很 大 影 响, 必 须 周 密 研 究 设 计 时 必 须 注 意, 为 了 保 持 检 验 量 规 的 精 度 省 力 化 与 时 间 平 衡, 宜 采 用 同 时 加 工 零 件 的 单 手 柄 固 定 和 自 动 夹 紧 等 措 施 3. 操 作 定 额 根 据 工 艺 设 备 与 工 艺 装 备, 确 定 各 工 序 各 类 操 作 的 加 工 定 级 并 制 订 工 时 定 额, 进 而 确 定 工 人 数 量 尤 其 是 装 配 生 产 线, 应 在 平 衡 每 个 工 人 操 作 时 间 的 条 件 下, 提 高 劳 动 生 产 率 4. 设 备 布 置 设 备 布 置 要 保 证 工 件 流 程 的 通 畅 各 种 设 备 应 组 成 一 个 有 机 体, 以 提 高 设 备 的 利 用 率 这 种 情 况 应 表 示 在 设 备 平 面 布 置 图 上 布 置 设 备 时, 为 了 便 于 搬 运 维 护 与 管 理, 一 般 要 求 单 一 化 直 线 化 在 工 序 间 与 生 产 线 间, 应 配 备 调 节 储 存 装 置, 以 适 应 工 具 更 换 设 备 停 顿, 作 业 时 间 波 动, 换 班 贻 误 等 情 况, 这 种 补 充 设 施 与 输 送 机 相 结 合, 以 达 到 自 动 化 生 产 4

14 第 1 章 绪 论 5 在 装 配 线 上, 对 多 品 种 大 量 零 部 件 的 供 应 采 用 输 送 机 线 侧 装 置 与 流 动 台 车, 以 保 证 适 时 供 应 根 据 上 述 计 划 ( 自 制 与 外 协 工 艺 设 备 工 艺 装 备, 工 时 定 额 设 备 布 置 等 ) 制 订 工 艺 流 程 表 操 作 程 序 表 工 具 表 工 时 定 额 表 等 技 术 标 准 文 件, 并 应 随 时 使 之 具 有 最 新 内 容 在 生 产 准 备 阶 段, 应 该 把 它 作 为 正 式 的 新 计 划 部 署 文 件 发 给 有 关 部 门, 据 此 进 行 各 项 生 产 准 备 工 作 习 题 1. 用 框 图 描 述 汽 车 的 生 产 过 程 2. 汽 车 产 品 的 生 产 有 几 种 方 式? 试 进 行 比 较 3. 大 量 生 产 时 要 考 虑 的 基 本 问 题 有 哪 些? 5 标 准 分 享 网 免 费 下 载

15 第 2 章 铸 造 教 学 提 示 : 铸 造 生 产 在 机 器 制 造 工 业 和 其 他 工 业 部 门 应 用 十 分 广 泛, 汽 车 铸 件 生 产 包 括 多 种 具 有 特 色 的 铸 造 方 法, 铸 造 材 料 的 选 取 又 显 得 十 分 的 重 要, 铸 造 工 艺 主 要 包 括 造 型 与 制 芯 熔 化 铸 造 热 处 理 落 砂 处 理 等 技 术 与 工 序, 从 用 途 出 发, 又 必 须 密 切 注 意 汽 车 铸 件 的 质 量 教 学 目 标 : 了 解 汽 车 铸 造 所 需 的 原 料, 了 解 各 种 铸 造 工 艺 及 其 铸 造 方 法, 了 解 模 型 的 设 计 及 其 制 造 方 法, 掌 握 铸 件 质 量 检 查 方 法, 同 时 学 习 曲 轴 凸 轮 轴 的 铸 造 工 艺 2.1 概 述 铸 造 工 艺 概 要 将 熔 化 的 金 属 或 合 金 浇 入 已 制 好 的 铸 型 中, 经 冷 却 凝 固 后 获 得 所 需 形 状 和 尺 寸 的 铸 件, 这 种 方 法 称 为 铸 造 铸 造 生 产 有 如 下 特 点 (1) 不 但 可 以 生 产 与 机 械 零 件 形 状 接 近 的 毛 坯, 而 且 可 以 生 产 半 成 品 甚 至 成 品, 这 样 可 以 大 大 减 少 机 械 加 工 及 金 属 的 消 耗 (2) 一 般 说 来, 可 以 制 造 任 何 尺 寸 质 量 和 复 杂 形 状 的 铸 件 (3) 可 以 用 其 他 方 法 不 能 加 工 或 不 易 加 工 的 材 料 生 产 铸 件, 如 铸 铁 南 锰 钢 等 (4) 生 产 成 本 低 这 是 因 为 铸 造 所 用 原 材 料 来 源 广 泛, 价 格 低 廉, 废 品 回 收 容 易, 一 般 不 需 要 很 多 的 复 杂 设 备, 生 产 准 备 工 作 也 比 较 容 易 铸 造 生 产 在 机 器 制 造 工 业 和 其 他 工 业 部 门 应 用 十 分 广 泛 如 各 种 机 器 设 备 的 机 座 机 体, 坦 克 的 炮 塔, 汽 车 和 飞 机 的 发 动 机 壳 体, 耕 田 用 的 犁 铧 及 日 常 生 活 中 用 的 铁 锅 等 均 是 用 铸 造 方 法 制 造 的 在 化 工 机 器 生 产 中 也 不 例 外, 如 压 缩 机 中 的 铸 件 质 量 占 机 器 全 部 质 量 的 60%~80% 铸 造 生 产 可 以 根 据 金 属 材 料 和 生 产 方 法 来 分 类 根 据 金 属 材 料 的 不 同, 可 分 为 铸 铁 铸 钢 和 有 色 金 属 铸 造 等 ; 根 据 生 产 方 法 的 不 同, 可 分 为 砂 型 铸 造 和 特 种 铸 造 将 熔 融 金 属 浇 入 铸 型 而 得 到 铸 件, 从 方 法 上 说 可 算 十 分 简 单, 但 因 铸 造 条 件 相 当 复 杂, 如 何 定 量 地 掌 握 住 各 主 要 因 素 之 间 的 关 系, 就 相 当 困 难 了 最 近, 在 基 础 理 论 研 究 成 果 不 断 充 实 的 情 况 下, 逐 渐 明 确 了 各 主 要 因 素 之 间 的 量 的 关 系, 对 于 稳 定 产 品 质 量 起 着 重 大 的 作 用 汽 车 上 的 铸 件, 不 仅 在 形 状 和 强 度 方 面 应 符 合 设 计 要 求, 对 于 材 质 稳 定 性 和 铸 件 的 经 济 性 也 有 严 格 规 定 近 年 来, 随 着 新 的 铸 造 技 术 的 不 断 涌 现 铸 件 的 可 靠 性 日 益 增 高 对 于 汽 车 铸 件 特 性 的 主 要 要 求 是 :1 铸 件 形 状 复 杂, 常 需 使 用 砂 芯 ;2 尺 寸 精 度 高 ;3 采 用 薄 壁 铸 件 以 减 轻 质 量 ;4 材 质 稳 定 ;5 具 有 足 够 的 耐 压 性 和 抗 压 性 针 对 上 述 要 求, 所 采

16 第 2 章 铸 造 7 用 新 的 铸 造 技 术 有 :1 自 动 化 的 高 速 高 压 造 型 法 ;2 大 型 低 频 感 应 电 炉 熔 炼 法, 或 冲 天 炉 低 频 电 炉 的 双 联 熔 炼 法 ;3 强 韧 铸 铁 的 薄 壁 轻 型 铸 件 ;4 精 密 铸 造 法 等 此 外, 从 汽 车 废 气 处 理 方 面 考 虑, 要 求 生 产 耐 热 耐 蚀 性 能 优 良 的 铸 件, 预 计 这 类 铸 件 所 占 的 比 例 将 日 益 增 加 今 后 铸 造 方 面 的 课 题 是 : 以 改 善 铸 造 车 间 作 业 环 境 和 防 止 公 害 的 措 施 为 核 心, 进 一 步 提 高 机 械 化 和 自 动 化 程 度 图 2.1 所 示 为 一 般 铸 铁 件 的 铸 造 工 艺 过 程 球 墨 铸 铁 件 与 可 锻 铸 铁 件 的 铸 造 工 艺 过 程 与 此 基 本 相 同 球 墨 铸 铁 铁 水 从 化 铁 炉 中 流 出 后, 应 加 入 镁 合 金 (Fe-Si-Mg) 及 其 他 合 金, 进 行 石 墨 的 球 化 处 理 球 墨 铸 铁 件 既 可 在 铸 态 下 使 用, 也 可 经 热 处 理 后 使 用, 而 可 锻 铸 铁 件 则 需 经 热 处 理 以 提 高 其 强 韧 性 压 铸 件 于 压 铸 型 中 成 型, 其 铸 造 工 艺 过 程 也 与 图 2.1 的 情 况 基 本 相 同 图 2.1 铸 造 工 艺 过 程 铸 件 由 于 铸 件 的 成 本 低 并 具 有 强 韧 性 和 耐 磨 性, 可 用 于 制 造 发 动 机 变 速 器 车 轴 与 车 轮 等 动 力 传 动 系 统 的 大 型 复 杂 零 件 最 近, 为 了 适 应 轻 量 化 散 热 性 与 工 艺 性 的 要 求, 汽 缸 盖 汽 缸 体 与 变 速 器 壳 等 零 件 多 采 用 铝 合 金 制 造 表 2-1 列 出 了 汽 车 的 典 型 铸 件 成 分 表 2-1 汽 车 典 型 铸 件 成 分 举 例 部 件 零 件 名 称 材 料 化 学 成 分 /(%) 汽 缸 盖 普 通 铸 铁 合 金 铸 铁 C:3.20~3.40,Si:1.60~2.00,Mn:0.6~0.8,P<0.25,S<0.1 C:3.30~3.50,Si:1.90~2.10,Mn:0.6~0.8,Cr:0.2~0.4 发 动 机 普 通 铸 铁 C:3.20~3.40,Si:1.60~2.00,Mn:0.6~0.8,P<0.25,S<0.1 汽 缸 体 合 金 铸 铁 C:3.35~3.55,Si:1.90~2.10,Mn:0.6~0.8,Cr:0.1~0.3,Cu:0.6~0.8 曲 轴 球 墨 铸 铁 C:3.55~3.70,Si:2.30~2.45,Mn:0.25~0.35Cu:0.75~0.85,Mg:0.04~0.05 凸 轮 轴 合 金 铸 铁 C:3.45~3.65,Si:1.75~1.95,Mn:0.6~0.8,Cr:0.1~0.2 活 塞 铝 合 金 Si:11.5~12.5,Ni:1.8~2.2,Cu:0.8~1.2,Mg:0.6~1.0,Fe<0.4 7 标 准 分 享 网 免 费 下 载

17 8 汽 车 制 造 工 艺 续 表 部 件 零 件 名 称 材 料 化 学 成 分 /(%) 变 速 器 拨 叉 球 墨 铸 铁 C:3.65~3.80, Si:2.40~2.60, Mn:0.2~0.3, Mg:0.04~0.05 变 速 器 壳 铝 合 金 Si:9.0~10.0, Cu:3.0~4.0, Fe<0.8 离 合 器 离 合 器 盘 合 金 铸 铁 C:3.30~3.50, Si:1.80~2.00, Mn:0.6~0.8, Cr:0.2~0.4 制 动 鼓 普 通 铸 铁 C:3.30~3.60, Si:1.40~1.90, Mn:0.6~0.9, P<0.2, S<0.2 制 动 器 制 动 盘 合 金 铸 铁 C:3.30~3.50, Si:1.80~2.00, Mn:0.6~0.8, Cr:0.1~0.3 制 动 钳 ( 钳 体 ) 球 墨 铸 铁 C:3.65~3.80, Si:2.40~2.60, Mn:0.2~0.3, Mg:0.04~ 铸 造 方 式 汽 车 铸 件 生 产 采 用 多 种 各 具 特 色 的 铸 造 方 法, 本 节 只 选 择 其 中 有 代 表 性 的 几 种, 扼 要 说 明 1. 砂 型 铸 造 砂 型 铸 造 主 要 使 用 合 成 砂, 组 成 铸 造 生 产 线 除 用 于 生 产 汽 缸 体 汽 缸 盖 制 动 鼓 等 零 件 外, 其 适 用 范 围 还 在 不 断 扩 大 最 近, 高 速 高 压 造 型 法 迅 速 普 及, 造 型 速 度 可 达 240~ 300 箱 / 小 时, 生 产 率 极 高 这 种 方 法 的 特 点 见 表 2-2 表 2-2 高 速 高 压 造 型 机 的 特 征 优 点 缺 点 尺 寸 精 度 高, 铸 件 尺 寸 偏 差 小 生 产 率 高, 造 型 工 时 少 减 少 机 械 加 工 工 时 铸 件 致 密, 质 量 稳 定 设 备 价 格 高 易 形 成 气 孔 冲 砂 等 疵 病 对 型 砂 需 进 行 严 格 管 理 需 注 意 设 备 的 维 护 保 养 2. 壳 型 铸 造 本 法 以 热 固 性 树 脂 使 型 砂 结 成 硬 壳, 具 有 生 产 率 高, 铸 件 尺 寸 精 度 高, 砂 型 透 气 性 好 和 含 水 量 低 等 优 点, 正 被 多 方 采 用 由 于 壳 型 的 强 度 高, 可 使 用 严 格 的 工 艺 方 案, 以 提 高 铸 件 材 料 的 利 用 率, 防 止 铸 造 缺 陷 然 而, 所 用 树 脂 的 成 本 高, 是 这 种 方 法 的 缺 点 为 此 可 采 用 金 属 型 覆 砂 铸 造 法, 在 金 属 型 腔 表 面 覆 上 一 层 3~6mm 厚 的 型 砂 壳 层 这 种 方 法 可 减 少 昂 贵 的 树 脂 用 量, 不 仅 在 经 济 上 有 利, 并 可 使 材 质 稳 定 其 应 用 实 例 有 曲 轴 汽 缸 体 等 零 件 3. 压 力 铸 造 此 法 是 向 金 属 型 内 压 入 熔 融 的 金 属, 得 到 尺 寸 精 度 高 表 面 光 洁 的 铸 件 此 外, 由 于 金 属 型 的 冷 却 速 度 大, 铸 件 致 密 而 强 度 高 这 类 铸 件 的 尺 寸 精 度 也 高, 可 以 减 少 机 械 加 工 工 时 汽 车 上 具 有 代 表 性 的 铝 合 金 压 铸 件 有 汽 缸 体 汽 缸 盖 变 速 器 壳 传 动 链 壳 体 转 向 器 壳 体 等 多 种 铸 造 车 间 平 面 布 置 确 定 铸 造 车 间 平 面 布 置 时, 必 须 考 虑 铸 件 种 类 尺 寸 和 产 量 在 铸 造 车 间 内, 为 使 铸 件 能 高 效 率 流 动, 对 于 工 序 间 和 车 间 内 部 各 种 设 备 的 配 置 必 须 进 行 充 分 的 分 析 应 注 意 的 8

18 第 2 章 铸 造 9 有 :1 缩 短 搬 运 距 离, 并 使 产 品 流 通 顺 畅 ;2 设 备 立 体 布 置, 充 分 利 用 空 间 ;3 提 高 车 间 的 机 械 化 自 动 化 程 度, 充 分 进 行 检 测 管 理 ;4 改 善 劳 动 环 境 熔 化 工 序 与 造 型 工 序 是 工 艺 管 理 的 重 点, 要 根 据 熔 化 炉 的 类 型 和 操 作 条 件, 进 行 严 格 地 管 理 与 此 同 时, 为 了 型 砂 的 再 生 利 用, 对 于 砂 的 透 气 性 压 缩 强 度 等 性 能 也 必 须 认 真 管 理, 以 缩 小 它 们 的 变 动 范 围 为 了 防 止 造 型 机 与 脱 箱 机 的 噪 声 与 粉 尘, 改 善 劳 动 环 境, 已 有 设 置 隔 音 室 和 采 取 全 车 间 通 风 除 尘 措 施 之 实 例 为 了 防 止 公 害, 已 开 始 采 用 囊 式 滤 尘 器 清 除 冲 天 炉 排 气 中 的 灰 尘 对 于 壳 型 烧 结 时 发 生 的 恶 臭 气 体, 则 采 用 燃 烧 或 吸 收 的 办 法 来 消 除 2.2 铸 造 材 料 铸 造 原 料 铸 造 的 主 要 原 料 包 括 生 铁 废 钢 回 炉 料 等 熔 化 用 料, 以 及 铸 造 用 砂 等 造 型 材 料 铸 造 生 铁 的 质 量 稳 定 十 分 重 要, 最 好 对 成 批 购 进 的 生 铁 做 化 学 分 析 并 制 表 记 录, 以 供 参 考 本 企 业 内 的 废 钢, 已 知 其 成 分, 可 以 放 心 使 用, 对 于 从 外 面 购 进 的 废 钢, 则 应 预 先 确 定 成 分 后, 才 可 使 用 材 料 分 析 除 采 用 湿 式 的 化 学 分 析 法 外, 最 近 多 采 用 光 谱 分 析 法 粒 度 分 布 对 造 型 用 砂 十 分 重 要, 影 响 造 型 时 的 成 型 性 铸 件 的 表 面 质 量 和 铸 型 的 透 气 性 此 外, 还 希 望 保 持 适 当 的 耐 热 性, 以 承 受 高 温 铁 水 的 作 用 目 前, 铸 造 用 砂 除 最 常 使 用 的 硅 砂 外, 还 有 锆 砂 橄 榄 石 矿 砂 铬 矿 砂 等 由 于 铸 造 原 材 料 对 铸 件 质 量 和 铸 造 缺 陷 有 很 大 影 响, 必 须 严 格 管 理 1. 对 型 砂 和 芯 砂 性 能 的 要 求 型 ( 芯 ) 砂 质 量 对 铸 件 的 质 量 有 很 大 的 影 响, 如 砂 眼 夹 砂 气 孔 裂 纹 等 缺 陷 的 产 生 常 是 由 于 型 ( 芯 ) 砂 质 量 不 合 格 所 引 起 的 同 时, 新 的 造 型 材 料 的 出 现, 也 常 能 促 使 造 型 或 制 芯 工 艺 的 变 革 此 外, 每 生 产 1 吨 合 格 铸 件 需 4~5 吨 型 砂 因 此, 合 理 选 用 型 ( 芯 ) 砂, 可 提 高 铸 件 质 量, 降 低 成 本 型 ( 芯 ) 砂 应 具 备 如 下 的 性 能 (1) 可 塑 性 型 砂 在 外 力 作 用 下 容 易 获 得 清 晰 的 模 型 轮 廓, 外 力 去 除 后 仍 能 保 持 其 形 状 的 性 能 称 之 为 可 塑 性 砂 子 几 乎 是 不 可 塑 的, 而 含 有 一 定 水 分 的 黏 土, 则 有 很 好 的 可 塑 性 所 以 在 型 砂 中 含 黏 土 量 越 多, 并 且 黏 土 的 分 布 越 均 匀, 可 塑 性 越 好 (2) 强 度 型 砂 在 外 力 作 用 下 而 不 破 坏 的 能 力 叫 做 强 度 为 了 在 搬 运 合 箱 和 浇 注 时 不 致 损 坏, 型 砂 应 具 有 足 够 的 强 度 型 砂 的 强 度 随 黏 土 含 量 和 型 砂 的 捣 实 程 度 的 增 加 而 增 加, 细 小 砂 粒 和 大 小 不 均 匀 的 砂 粒 也 能 提 高 型 砂 的 强 度 型 砂 的 强 度 随 黏 土 含 量 和 紧 实 度 的 增 加 而 增 加, 砂 的 粒 度 越 细 强 度 越 高 型 砂 的 含 水 量 对 强 度 也 有 很 大 影 响, 过 多 或 过 少 均 使 强 度 变 低 型 砂 的 强 度 可 用 标 准 试 样 在 专 门 仪 器 上 测 定 (3) 耐 火 性 在 高 温 液 体 金 属 作 用 下, 型 砂 不 软 化 不 黏 结 金 属 的 性 能 称 之 为 耐 火 性 若 耐 火 性 差, 型 砂 将 黏 结 在 铸 件 表 面 上, 使 机 械 加 工 非 常 困 难, 严 重 时, 因 不 能 机 械 加 工 而 报 废 耐 火 性 主 要 与 化 学 成 分 砂 粒 形 状 及 大 小 等 有 关 纯 石 英 砂 的 耐 火 性 最 好 圆 形 粗 大 砂 粒 的 耐 火 性 较 多 角 形 细 小 砂 粒 的 耐 火 性 好 为 弥 补 型 砂 耐 火 性 的 不 足, 还 需 采 用 防 粘 砂 材 料 如 在 型 砂 中 混 入 少 量 煤 粉 或 在 型 腔 9 标 准 分 享 网 免 费 下 载

19 10 汽 车 制 造 工 艺 表 面 刷 覆 一 层 石 墨 涂 料, 这 些 碳 质 物 质 所 产 生 的 还 原 性 气 体 可 有 效 地 防 止 粘 砂 (4) 透 气 性 型 砂 允 许 气 体 透 过 的 能 力 称 之 为 透 气 性 型 腔 中 本 来 就 有 空 气 型 砂 和 芯 砂, 在 液 体 金 属 高 温 作 用 下, 将 有 气 体 产 生 ; 液 体 金 属 本 身 在 冷 却 时 也 会 析 出 气 体 如 果 型 砂 的 透 气 性 不 好, 这 些 气 体 不 能 及 时 排 除, 将 会 使 铸 件 产 生 气 孔 缺 陷 砂 粒 大 而 均 匀, 黏 土 含 量 少, 水 分 适 当, 混 合 均 匀, 捣 实 程 度 越 小, 则 透 气 性 越 好 型 砂 含 水 量 过 少 时, 砂 粒 表 面 黏 土 膜 不 光 滑, 透 气 性 不 高 ; 含 水 量 过 多 时, 空 隙 被 堵 塞, 也 使 透 气 性 降 低 (5) 退 让 性 铸 件 凝 固 和 冷 却 过 程 中 产 生 收 缩 时, 型 砂 能 被 压 缩, 退 让 的 性 能 称 为 退 让 性 金 属 浇 注 后, 型 砂 的 高 温 强 度 越 低, 其 退 让 性 越 好, 铸 件 收 缩 受 到 的 机 械 阻 力 越 小, 铸 件 内 应 力 减 小 反 之, 铸 件 收 缩 受 阻, 内 应 力 加 大, 甚 至 产 生 裂 纹 等 缺 陷 用 黏 土 作 黏 结 剂 时, 由 于 黏 土 在 高 温 时 发 生 烧 结, 强 度 进 一 步 增 加, 所 以 退 让 性 差 为 提 高 型 砂 的 退 让 性, 除 改 用 其 他 黏 结 剂 ( 如 油 树 脂 等 ) 外, 还 可 在 干 型 型 砂 中 混 入 少 量 木 屑 等 附 加 物, 使 砂 粒 的 间 隙 增 加 由 于 砂 芯 是 形 成 铸 件 的 内 腔, 它 被 高 温 液 体 金 属 所 包 围, 因 此, 除 对 上 述 性 能 要 求 较 高 外, 还 须 考 虑 型 ( 芯 ) 砂 的 回 用 性 发 气 性 和 出 砂 性 等 回 用 性 良 好 的 型 砂, 便 于 重 复 使 用, 型 砂 耗 费 量 低 ; 发 气 性 低 的 型 砂, 浇 注 时 自 身 产 生 的 气 体 少, 铸 件 不 易 产 生 气 孔 ; 出 砂 性 好 的 型 砂, 浇 注 冷 却 后 残 留 强 度 低, 铸 件 易 于 清 理 2. 配 制 型 砂 和 芯 砂 用 的 原 材 料 为 了 使 型 砂 和 芯 砂 具 有 合 适 的 性 能, 需 要 进 行 配 制 配 制 型 砂 和 芯 砂 用 的 原 材 料, 种 类 很 多, 现 将 常 用 的 原 材 料 介 绍 如 下 (1) 原 砂 原 砂 是 型 砂 和 芯 砂 的 主 要 组 成 成 分 原 砂 一 般 采 自 山 地 海 滨 和 河 边 原 砂 性 能 的 好 坏, 主 要 决 定 于 它 的 化 学 成 分 砂 粒 形 状 和 均 匀 度 砂 中 SiO 2 含 量 越 高, 它 的 耐 火 性 越 好 砂 粒 以 圆 形 为 佳, 越 均 匀 越 好 (2) 黏 结 剂 黏 结 剂 的 作 用 是 将 砂 粒 黏 结 起 来, 使 型 砂 芯 砂 具 有 一 定 的 强 度 可 塑 性 等 黏 结 剂 有 黏 土 和 特 殊 黏 结 剂 两 大 类 黏 土 是 来 源 广 泛 价 格 便 宜 的 黏 结 剂 型 砂 芯 砂 中 常 用 的 黏 土 有 陶 土 和 白 泥 陶 土 颗 粒 极 细, 吸 水 性 能 和 黏 结 性 能 良 好, 但 烘 干 后 铸 型 容 易 开 裂, 所 以 只 适 用 于 铸 铁 铸 钢 的 潮 型 白 泥 的 耐 火 性 高, 黏 结 性 较 陶 土 为 差, 但 在 烘 干 后 铸 型 不 易 开 裂, 一 般 只 适 用 于 铸 铁 及 铸 钢 的 干 型 黏 土 的 缺 点 是 降 低 型 砂 芯 砂 的 透 气 性 和 退 让 性 等 为 获 得 高 质 量 的 铸 件, 要 采 用 特 殊 黏 结 剂 除 黏 土 以 外 的 黏 结 剂, 都 称 为 特 殊 黏 结 剂, 因 种 类 很 多, 下 面 仅 介 绍 常 用 的 几 种 1 桐 油 在 烘 干 过 程 中, 蒙 在 砂 粒 上 的 桐 油 被 氧 化, 形 成 坚 固 的 薄 膜, 将 砂 粒 与 砂 粒 连 结 起 来, 使 芯 砂 具 有 足 够 的 强 度 在 液 体 金 属 浇 入 铸 型 以 后 桐 油 将 被 烧 掉, 使 型 芯 砂 具 有 良 好 的 退 让 性 和 湿 散 性, 既 不 妨 碍 铸 件 的 收 缩, 又 便 于 铸 件 的 清 理 所 以, 桐 油 是 很 好 的 黏 结 剂 此 外, 亚 麻 仁 油 也 属 此 类 黏 结 剂 这 些 油 类 黏 结 剂 由 于 来 源 少, 价 格 贵, 主 要 用 于 配 制 复 杂 而 重 要 铸 件 的 芯 砂, 一 般 应 尽 量 不 用 2 合 脂 它 是 制 皂 工 厂 利 用 石 蜡 制 取 合 成 脂 肪 酸 后 的 副 产 品 它 比 桐 油 便 宜, 湿 强 度 干 强 度 与 桐 油 差 不 多, 目 前 大 部 以 合 脂 代 替 桐 油 除 上 述 黏 结 剂 外, 还 有 纸 浆 废 液 糖 浆 水 玻 璃 等 10

20 第 2 章 铸 造 11 (3) 特 殊 附 加 物 为 了 提 高 造 型 材 料 的 某 些 性 能 而 附 加 的 物 质 称 之 为 特 殊 附 加 物 例 如, 为 了 提 高 型 砂 和 芯 砂 的 退 让 性 和 透 气 性, 可 加 入 一 些 木 屑 ; 为 了 防 止 粘 砂, 在 铸 铁 的 型 砂 和 芯 砂 中 加 入 适 量 的 煤 粉, 或 在 铸 型 及 型 芯 表 面 扑 撒 或 涂 刷 一 层 石 墨 粉 石 英 粉 等 型 砂 型 砂 可 分 面 砂 填 充 砂 和 单 一 砂 等 面 砂 是 紧 贴 铸 件 的 一 层 型 砂, 质 量 要 求 高 填 充 砂 在 面 砂 层 之 后, 不 和 金 属 液 接 触, 质 量 要 求 不 严 格 单 一 砂 是 不 分 面 砂 与 背 砂 的 型 砂, 主 要 用 于 机 器 造 型 另 外 大 型 铸 件 的 砂 型 常 需 烘 干 后 再 浇 注, 它 所 用 的 型 砂 中 含 有 较 多 的 黏 土, 这 种 型 砂 叫 干 模 砂 ; 中 小 型 铸 件 常 用 潮 型 浇 注, 它 所 用 的 型 砂 中 合 黏 土 量 较 少, 这 种 型 砂 称 为 潮 模 砂 型 砂 是 由 用 过 的 旧 砂 新 砂 黏 土 及 特 殊 附 加 物 加 水 配 制 而 成 的 其 具 体 组 成 应 根 据 铸 件 大 小 合 金 种 类 铸 造 工 艺 特 点 等 确 定 例 如, 铸 铁 件 湿 型 用 的 面 砂, 可 采 用 新 砂 10%~ 25%, 旧 砂 50%~80%, 黏 土 4%~6%, 煤 粉 2%~5%, 另 加 水 分 4%~6% 砂 型 铸 造 用 砂 是 在 硅 砂 内 加 入 膨 润 土 与 其 他 黏 结 剂, 并 加 入 碳 质 与 淀 粉 等 添 加 剂, 以 改 善 造 型 性 和 铸 件 的 表 面 质 量 最 近, 由 于 旧 砂 几 乎 可 全 部 回 用, 新 砂 的 补 充 量 极 少, 其 值 仅 为 百 分 之 几 当 采 用 壳 芯 时, 有 的 例 子 说 可 以 不 加 新 砂 砂 黏 结 剂 添 加 剂 水 等 物 质 的 配 比, 应 根 据 砂 型 的 性 质 来 确 定, 并 用 辗 轮 式 混 砂 机 或 摆 轮 式 高 速 混 砂 机 配 制 型 砂 最 近 各 种 高 效 率 连 续 式 辗 轮 混 砂 机 已 投 入 使 用 型 砂 试 验 有 几 种 :1 砂 的 成 分 试 验 ( 黏 土 量 化 学 成 分 );2 透 气 性 与 粒 度 试 验 ;3 强 度 试 验 ;4 硬 度 试 验 ;5 流 动 性 试 验 ;6 老 化 度 试 验 ;7 高 温 强 度 试 验 等 应 该 根 据 需 要 来 选 用 必 须 尽 量 缩 小 型 砂 性 质 的 变 动 范 围 芯 砂 砂 芯 除 芯 头 外 四 周 都 被 金 属 液 所 包 围, 因 此 要 求 芯 砂 的 耐 火 性 强 度 透 气 性 和 退 让 性 比 型 砂 好, 而 且 也 要 便 于 清 理 因 此 芯 砂 的 组 成 与 型 砂 不 同, 它 一 般 不 用 旧 砂, 对 于 要 求 高 的 芯 砂 要 全 部 采 用 硅 砂, 同 时 采 用 特 殊 黏 结 剂 ( 如 桐 油 合 脂 纸 浆 废 液 或 水 玻 璃 等 ) 例 如, 铸 铁 件 用 的 形 状 复 杂 的 小 型 砂 芯, 其 组 成 全 为 硅 砂, 另 加 1%~1.5% 的 桐 油 或 亚 麻 仁 油, 视 需 要 再 另 加 1%~2% 的 黏 土, 以 保 证 它 有 一 定 的 湿 强 度 芯 砂 采 用 油 砂 CO 2 干 燥 砂 和 壳 芯 砂 最 近, 在 砂 型 中 装 配 壳 芯 的 例 子 极 多, 壳 芯 则 以 含 有 2%~3% 树 脂 的 复 膜 树 脂 砂 制 造, 这 种 砂 的 流 动 性 非 常 好, 并 有 适 当 的 强 度, 容 易 制 成 型 状 复 杂 的 砂 芯 此 外, 当 将 这 种 壳 芯 装 入 砂 型 内, 其 树 脂 在 铁 水 浇 注 时 分 解, 铸 件 容 易 清 理 由 于 芯 砂 将 混 入 型 砂 内, 所 以 壳 芯 砂 的 粒 度 一 般 应 和 型 砂 的 粒 度 相 同 2.3 铸 造 工 艺 与 设 备 造 型 与 制 芯 1. 造 型 造 型 就 是 用 型 砂 和 模 型 制 造 铸 型 的 过 程 造 型 方 法 分 手 工 造 型 和 机 器 造 型 两 大 类 手 11 标 准 分 享 网 免 费 下 载

21 12 汽 车 制 造 工 艺 工 造 型 主 要 用 于 单 件 和 小 批 生 产, 也 用 于 形 状 复 杂 和 大 型 铸 件 的 生 产 在 大 量 生 产 时, 主 要 采 用 机 器 造 型 1) 各 种 手 工 造 型 方 法 的 特 点 和 应 用 手 工 造 型 时 紧 砂 和 起 模 是 用 手 工 来 进 行 的, 其 操 作 灵 活, 适 应 性 强, 模 型 成 本 低 生 产 准 备 时 间 短, 但 铸 件 质 量 较 差, 生 产 率 低, 且 劳 动 强 度 大 因 此, 主 要 用 于 单 件 小 批 生 产 在 实 际 生 产 中, 由 于 铸 件 的 尺 寸 形 状 生 产 批 量 铸 件 的 使 用 要 求, 以 及 生 产 条 件 的 不 同, 手 工 造 型 有 着 各 式 各 样 的 造 型 方 法 合 理 地 选 择 造 型 方 法, 对 于 获 得 合 格 铸 件 减 少 制 模 和 造 型 工 作 员, 降 低 铸 件 成 本 和 缩 短 生 产 周 期 是 非 常 重 要 的 表 2-3 为 常 用 手 工 造 型 方 法 的 特 点 及 其 适 用 范 围 表 2-3 常 用 手 工 造 型 方 法 的 特 点 及 其 适 用 范 围 分 类 造 型 方 法 特 点 模 样 结 构 和 分 型 面 砂 箱 操 作 应 用 范 围 整 模 造 型 整 体 模, 分 型 面 为 平 面 两 箱 简 单 较 广 泛 分 模 造 型 分 开 模, 分 型 面 多 为 平 面 两 或 三 箱 较 简 单 回 旋 类 铸 件 按 模 样 特 征 按 砂 箱 特 征 活 块 造 型 模 样 上 有 妨 碍 起 模 的 部 分, 做 成 活 块 两 或 三 箱 较 简 单 单 件 小 批 量 整 体 模, 铸 件 最 大 截 面 不 在 分 型 面 外, 费 事, 对 操 作 单 件 小 批 量 生 挖 砂 造 型 造 型 时, 须 挖 去 阻 碍 取 模 的 型 砂, 分 型 两 或 三 箱 技 能 要 求 高 产 的 中 小 铸 件 面 一 般 为 曲 面 假 箱 造 型 刮 板 造 型 两 箱 造 型 三 箱 造 型 地 坑 造 型 为 免 去 挖 砂 操 作, 用 假 箱 代 替 挖 砂 操 需 挖 砂 造 型 的 两 或 三 箱 较 简 单 作, 分 型 面 仍 为 曲 面 成 批 铸 件 大 中 型 轮 类, 管 用 与 铸 件 截 面 相 适 应 的 板 状 模 样, 分 型 两 箱 或 地 坑 很 费 事 类 铸 件, 单 件 小 面 为 平 面 批 生 产 各 类 模 样, 分 型 面 为 平 面 或 曲 面, 手 工 两 箱 简 单 较 广 泛 或 机 器 造 型 均 可 铸 件 截 面 为 中 间 小 两 端 大, 用 两 箱 造 型 各 种 大 小 铸 件, 取 不 出 模 样 必 须 用 分 开 模, 分 型 面 一 三 箱 费 事 单 件 小 批 生 产 般 为 平 面, 分 型 面 有 两 个 上 型 用 砂 中 大 型 整 体 模 分 开 模 刮 板 模 均 可, 大 中 件 单 件 箱, 下 型 用 费 事 分 型 面 一 般 为 平 面 生 产 地 坑 2) 机 器 造 型 及 其 工 艺 特 点 机 器 造 型 是 现 代 化 铸 造 车 间 生 产 的 基 本 方 式 它 可 大 大 提 高 劳 动 生 产 率, 铸 件 尺 寸 精 确, 表 面 光 洁, 加 工 余 量 小 同 时, 可 大 大 改 变 铸 造 车 间 的 落 后 面 貌, 改 善 工 人 劳 动 条 件 在 大 批 量 生 产 中, 尽 管 机 器 造 型 所 需 要 的 设 备 专 用 砂 箱 和 模 板 投 资 较 大, 但 铸 件 的 成 本 还 能 显 著 的 降 低 (1) 紧 砂 方 法 机 器 造 型 紧 实 型 砂 的 方 法 见 表

22 第 2 章 铸 造 13 表 2-4 常 用 的 砂 型 铸 造 机 器 造 型 比 较 类 别 紧 砂 原 理 特 点 及 应 用 范 围 借 机 械 振 击 使 型 砂 获 得 动 能, 靠 惯 性 机 构 简 单, 振 击 噪 声 大, 用 于 要 求 不 高 振 击 造 型 紧 砂 成 型 的 中 小 铸 件 成 批 生 产 压 实 造 型 振 压 造 型 气 动 微 振 压 实 造 型 抛 砂 造 型 多 触 头 高 压 造 型 射 砂 造 型 气 流 冲 击 造 型 靠 压 头 压 实 型 砂 先 振 击, 或 用 较 低 比 压 压 实 型 砂 先 预 振, 然 后 同 时 微 震 ( 高 频 率 小 增 幅 ) 压 实 或 者 先 微 震 后 压 实 靠 抛 砂 头 上 高 速 旋 转 的 叶 片 将 砂 团 抛 出, 以 达 到 填 砂 和 紧 实 的 目 的 用 许 多 小 触 头 压 实 砂 型, 同 时 还 进 行 微 震 用 压 缩 空 气 射 砂 紧 实, 再 用 压 头 补 压 成 型 靠 具 有 一 定 压 力 的 气 体 瞬 时 膨 胀 而 产 生 的 冲 击 波 紧 砂 机 构 简 单, 噪 声 小, 用 于 精 度 要 求 不 高 的 简 单 铸 件 中 小 批 生 产 特 点 与 振 击 造 型 基 本 相 同, 但 砂 型 紧 实 比 较 均 匀, 用 于 要 求 较 高 较 复 杂 的 中 小 铸 件 大 批 量 生 产 砂 型 紧 实 度 高, 均 匀 性 较 好 用 于 精 度 要 求 较 高 和 较 复 杂 铸 件 的 成 批 大 量 生 产 砂 型 ( 芯 ) 紧 实 度 均 匀, 适 应 性 较 广 泛 适 用 于 大 中 型 铸 件 的 单 件 或 中 小 批 生 产 砂 型 紧 实, 铸 件 质 量 好, 生 产 率 高, 劳 动 条 件 好, 设 备 复 杂, 适 用 于 大 批 量 生 产 的 铸 件 填 砂 和 紧 实 两 工 序 一 同 完 成 速 度 快, 铸 件 质 量 好 适 用 于 中 小 铸 件 的 大 批 量 生 产 ( 主 要 用 于 型 芯 ) 砂 型 紧 实 度 高 且 均 匀, 生 产 率 高, 铸 件 质 量 好 用 于 要 求 高 的 复 杂 铸 件 的 大 量 生 产 (2) 起 模 方 法 除 抛 砂 机 外, 退 型 机 大 都 装 有 起 模 机 构, 其 动 力 也 多 是 应 用 压 缩 空 气 起 模 机 构 有 顶 箱 漏 模 和 翻 转 三 种 (3) 工 艺 特 点 机 器 造 型 是 采 用 模 板 进 行 两 箱 造 型 的 模 板 是 将 模 型 浇 注 系 统 沿 分 型 面 与 底 板 连 接 成 一 整 体 的 专 用 模 具, 造 型 后 底 板 形 成 分 型 面, 模 型 形 成 铸 型 型 腔 机 器 造 型 多 采 用 单 面 模 板 造 型, 其 特 点 是 上 下 型 以 各 自 的 模 板, 分 别 在 两 台 配 对 的 造 型 机 上 造 型, 造 好 的 上 下 半 型 用 箱 锥 定 位 而 合 箱 对 于 小 铸 件 生 产 有 时 采 用 双 面 模 板 进 行 脱 箱 造 型 双 面 模 板 是 把 上 下 两 个 半 型 及 浇 注 系 统 闭 定 在 同 一 模 板 的 两 侧, 此 时, 上 下 两 型 均 在 同 一 台 造 型 机 上 制 出, 铸 型 合 箱 后 将 砂 箱 脱 除, 并 在 浇 注 前 在 铸 型 上 加 套 箱, 以 防 错 箱 机 器 造 型 是 不 能 进 行 三 箱 造 型 的, 同 时 也 应 避 免 活 块, 因 为 取 出 活 块 费 时, 使 造 型 机 的 生 产 率 显 著 降 低 因 此, 在 设 计 大 批 量 生 产 的 铸 件 及 确 定 其 铸 造 工 艺 时, 须 考 虑 机 器 造 型 这 些 工 艺 要 求, 并 采 取 措 施 予 以 满 足 目 前 造 型 多 采 用 高 速 高 压 造 型 机, 其 比 压 为 10~30kg/cm 2, 以 生 产 密 实 度 高 的 砂 型, 可 显 著 提 高 铸 件 的 尺 寸 精 度 这 种 造 型 机 的 生 产 率 极 高, 造 型 速 度 可 达 300~360 箱 /h 砂 箱 尺 寸 可 至 1200mm 1300mm, 能 对 各 种 铸 件 施 行 一 箱 多 铸 生 产, 并 能 在 几 分 钟 之 内 更 换 模 型 砂 型 硬 度 与 模 型 至 砂 箱 间 距 离 铸 件 形 状 砂 箱 尺 寸 造 型 比 压 等 因 素 有 关, 应 根 据 实 际 情 况 来 确 定 由 于 型 砂 配 比 和 混 拌 情 况 对 铸 件 质 量 有 很 大 影 响, 必 须 认 真 研 究, 严 格 管 理 壳 型 造 型 是 以 复 膜 树 脂 砂 或 粉 末 树 脂 砂 用 翻 斗 法 或 喷 吹 法 成 型 的 喷 吹 法 的 优 点 在 于 可 以 控 制 壳 层 厚 度, 壳 层 的 紧 实 度 好 强 度 高 13 标 准 分 享 网 免 费 下 载

23 14 汽 车 制 造 工 艺 2. 制 芯 和 制 造 砂 型 一 样, 可 用 手 工 造 芯 机 器 造 芯 在 大 量 生 产 中 多 采 用 机 器 造 芯 手 工 造 芯 方 法 也 有 很 多 种, 但 主 要 是 用 芯 盒 造 芯 为 了 提 高 砂 芯 的 强 度, 造 芯 时 在 砂 芯 中 应 放 入 铸 铁 芯 骨 ( 大 型 芯 ) 或 铁 丝 制 成 的 芯 骨 ( 小 型 芯 ) 为 了 提 高 砂 芯 的 透 气 能 力, 在 砂 芯 里 应 做 出 通 气 孔, 做 通 气 孔 的 方 法 有 : 用 通 气 针 扎 孔, 埋 蜡 线 形 成 复 杂 通 气 孔, 在 大 型 芯 内 部 填 放 焦 炭 等 为 了 提 高 砂 芯 的 退 让 性, 大 型 芯 可 做 成 空 心 的, 或 在 芯 骨 上 缠 上 草 绳 制 芯 一 般 使 用 吹 芯 机 或 射 芯 机 吹 芯 机 是 以 5~7 kg/cm 2 的 压 力 将 油 砂 CO 2 干 燥 砂 吹 入 芯 盒, 制 成 砂 芯 壳 芯 制 造 可 使 用 高 效 壳 芯 吹 芯 机 射 芯 机 是 靠 安 装 在 储 气 罐 和 砂 斗 之 间 的 射 芯 阀 的 开 合, 将 砂 射 入 芯 盒 内 制 芯, 流 动 性 差 的 砂 也 能 使 用 熔 化 汽 车 铸 件 壁 薄 而 形 状 复 杂, 容 易 发 生 铸 造 缺 陷 此 外, 对 材 质 强 度 与 抗 压 性 的 要 求 高, 必 须 以 高 超 的 铸 造 技 术 进 行 生 产 所 以, 熔 化 时 除 应 注 意 材 料 管 理 外, 必 须 使 熔 化 炉 经 常 保 持 恰 当 的 熔 化 条 件 熔 化 可 单 独 采 用 冲 天 炉, 近 来 也 多 采 用 冲 天 炉 与 低 频 感 应 电 弧 相 结 合 的 双 联 熔 化 方 式 最 近, 由 于 30~40t 大 型 坩 埚 低 频 感 应 电 炉 制 造 技 术 的 完 成, 可 单 独 使 用 坩 埚 低 频 感 应 电 炉 进 行 熔 化, 或 是 与 槽 型 低 频 感 应 电 炉 结 合 进 行 双 联 熔 化 低 频 电 炉 中 的 铁 水 成 分 与 熔 化 温 度 容 易 控 制, 铸 件 质 量 稳 定 1. 普 通 铸 铁 熔 化 表 2-5 (1) 列 举 了 各 种 熔 化 法 所 用 的 材 料 配 比 不 论 采 用 哪 种 熔 化 方 法, 都 应 尽 量 防 止 高 温 熔 化 时 铁 水 被 氧 化 以 及 铁 水 氧 化 所 引 起 的 铸 造 缺 陷 铁 水 成 分 的 炉 前 分 析 多 采 用 反 射 光 谱 分 析 仪 与 碳 当 量 仪, 必 须 将 分 析 结 果 迅 速 反 映 到 操 作 条 件 的 控 制 上 去 2. 球 墨 铸 铁 熔 化 熔 化 炉 一 般 使 用 碱 性 冲 天 炉 无 衬 冲 天 炉 与 低 频 感 应 电 炉, 其 原 料 配 比 见 表 2-5(2) 由 于 冲 天 炉 与 电 炉 都 能 单 独 熔 化 回 炉 料 与 钢 屑, 所 以 无 需 使 用 高 价 生 铁 球 墨 铸 铁 熔 化 时, 应 尽 量 降 低 铁 水 中 的 含 硫 量 与 含 氧 量, 以 及 石 墨 球 化 所 需 要 的 镁 合 金 加 入 量 因 为 镁 合 金 加 入 量 过 大 时, 容 易 发 生 球 铁 所 特 有 的 缩 孔 夹 渣 等 缺 陷, 对 于 耐 压 铸 件 尤 其 应 注 意 3. 可 锻 铸 铁 熔 化 熔 化 炉 有 冲 天 炉 电 弧 炉 反 射 炉 与 低 频 电 炉 等 数 种, 这 些 熔 化 炉 虽 可 单 独 使 用, 但 多 和 冲 天 炉 结 合 进 行 双 联 熔 化 为 使 铸 件 材 质 稳 足, 必 须 严 格 控 制 铁 水 的 成 分 黑 心 可 锻 铸 铁 (FCMB28) 熔 化 时 的 炉 料 配 比 见 表 2-5 (3) 铸 造 类 型 1. 砂 型 铸 造 铸 件 设 计 对 铸 件 质 量 的 稳 定 起 着 重 要 的 作 用 例 如, 应 尽 量 减 少 铸 件 壁 厚 的 差 别, 以 14

24 第 2 章 铸 造 15 及 为 了 防 止 薄 壁 端 部 白 口 化 而 采 取 工 艺 增 厚 等 措 施 汽 车 铸 件 常 因 减 轻 质 量 或 自 身 冷 却 的 要 求, 需 用 夹 层 砂 芯, 这 些 砂 芯 的 形 状 应 尽 量 设 计 得 简 单 些, 并 便 于 排 气 现 在 多 采 用 高 速 高 压 造 型 造 型 拆 箱 和 其 他 工 序 几 乎 全 部 自 动 化, 以 节 省 人 力, 提 高 生 产 率 一 般 来 说, 铁 水 先 经 孕 育 处 理 再 注 入 砂 型 孕 育 处 理 是 为 了 改 善 石 墨 形 状, 提 高 质 量, 防 止 薄 壁 部 位 微 冷 硬 化, 改 进 切 削 性 使 用 Fe-Si Ca-Si 等 孕 育 剂 表 2-5 各 种 熔 化 方 法 的 炉 料 配 比 回 炉 料 / 废 钢 / 车 屑 / 增 碳 剂 / Fe-Si/ Fe-Mn/ 熔 化 炉 材 料 生 铁 /(%) (%) (%) (%) (%) (kg/t) (kg/t) (1) 普 通 铸 铁 合 金 铸 铁 的 炉 料 配 比 酸 性 冲 天 炉 FC 无 衬 冲 天 炉 FC 低 频 感 应 电 炉 合 金 铸 铁 (2) 球 墨 铸 铁 的 炉 料 配 比 碱 性 冲 天 炉 FCD 无 衬 冲 天 炉 FCD 低 频 感 应 电 炉 FCD (3) 黑 心 可 锻 铸 铁 的 炉 料 配 比 与 冲 天 炉 结 合 的 双 联 生 铁 /(%) 钢 屑 /(%) 白 口 铁 回 炉 料 /(%) Fe-Si/(kg/t) Fe-Mn/(%) 熔 化 法 FCMB 以 往, 浇 注 工 序 是 用 人 工 操 作 铁 水 包 最 近, 为 了 节 省 人 力, 改 善 劳 动 环 境, 已 采 用 自 动 浇 注 装 置 其 形 式 可 分 为 :1 倾 动 式 自 动 浇 注 装 置 ;2 柱 塞 式 自 动 浇 注 装 置 ;3 加 压 式 自 动 浇 注 装 置 ;4 电 磁 泵 式 自 动 浇 注 装 置 这 些 装 置 的 可 靠 性 不 断 提 高, 可 收 到 预 期 良 好 的 经 济 效 果 浇 注 后, 已 经 冷 却 的 铸 件 经 过 捅 型 机 震 动 落 砂 机 除 芯 机 等 拆 箱 落 砂, 再 经 抛 丸 机 和 抛 丸 清 理 滚 筒 充 分 消 理 后, 送 去 热 处 理 或 机 械 加 工 拆 箱 后 的 旧 砂 于 分 解 冷 却 之 后, 经 过 磁 力 分 离 筒 和 筛 砂 机, 最 后 送 至 砂 斗 储 存 2. 压 力 铸 造 压 铸 机 可 分 为 热 压 室 与 冷 压 室 两 类 铝 合 金 与 镁 合 金 一 般 采 用 冷 压 室 压 铸 机 保 温 炉 装 在 压 铸 机 近 旁, 金 属 液 由 自 动 进 给 装 置 从 保 温 炉 中 掏 出, 送 到 压 室 内, 然 后 在 高 速 高 压 下 于 压 铸 型 内 成 型 压 铸 件 表 面 粗 糙 度 尺 寸 精 度 也 比 砂 型 铸 件 高 此 外, 由 于 金 属 液 在 金 属 型 内 的 冷 却 速 度 极 大, 所 以 铸 件 机 械 性 能 显 著 提 高 表 2-6 对 比 了 压 铸 件 和 砂 型 铸 件 的 机 械 性 能 3. 金 属 型 铸 造 将 液 态 金 属 浇 入 金 属 型 内, 靠 金 属 液 自 身 质 量 充 满 型 腔 的 铸 造 方 法 称 为 金 属 型 铸 造 金 属 型 铸 件 的 尺 寸 精 度 高, 机 械 性 能 好, 但 因 金 属 型 的 成 本 高, 故 多 品 种 少 量 生 产 时 的 经 济 性 差 与 压 力 铸 造 相 比, 其 生 产 率 虽 较 低, 但 在 一 人 可 操 作 数 台 自 动 化 铸 造 机 的 情 况 下, 15 标 准 分 享 网 免 费 下 载

25 16 汽 车 制 造 工 艺 能 够 高 效 率 地 生 产 活 塞 表 2-6 各 种 合 金 压 铸 件 与 砂 型 铸 件 的 机 械 性 能 压 铸 件 ( 铸 态 压 铸 试 样 ) 砂 型 铸 件 ( 铸 态 砂 型 铸 件 ) 合 金 种 类 抗 拉 强 度 / 引 伸 率 / 硬 度 / 抗 拉 强 度 引 伸 率 硬 度 / (kg/mm 2 ) (%) (HB10/500/3C) /(kg/mm 2 ) /(%) (HB10/500/3C) 铝 合 金 21~34 2~9 50~80 14~22 0.5~12 40~79 锌 合 金 29~33 7~10 80~95 铜 合 金 31~63 10~25 120~170 25~45 12~25 60~100 镁 合 金 22~26 2~5 60~70 14~22 1~6 50~65 锡 与 铅 合 金 5~12 1~20 10~30 4. 低 压 铸 造 使 密 闭 坩 埚 内 的 金 属 液 在 低 压 (0.05~0.5kg/cm 2 ) 下 注 入 铸 型 内, 称 之 为 低 压 铸 造 法 由 于 直 到 最 后 凝 固 时, 浇 口 中 的 液 态 金 属 始 终 承 受 着 压 力 作 用, 所 以 可 以 得 到 非 常 致 密 的 铸 件 这 种 方 法 常 用 于 制 造 汽 缸 盖 制 动 鼓 之 类 的 铝 合 金 铸 件 热 处 理 1. 普 通 铸 铁 为 了 消 除 铸 造 应 力, 可 将 铸 件 于 500~600 保 温 数 小 时 而 后 冷 却 加 热 温 度 若 高 于 600, 将 使 强 度 下 降, 应 予 注 意 此 外, 为 了 使 合 浇 铸 铁 凸 轮 轴 的 凸 轮 硬 化, 提 高 耐 磨 性, 可 施 以 高 频 淬 火 或 火 焰 淬 火 2. 球 墨 铸 铁 为 了 得 到 预 期 的 机 械 性 能, 可 进 行 退 火 或 正 火 3. 铁 黑 心 可 锻 铸 铁 是 在 920~940 经 10~30h 保 温, 随 后 在 700~740 经 20~45h 保 温 的 可 锻 化 退 火 制 成 的 落 砂 清 理 1. 落 砂 与 抛 丸 铸 铁 汽 缸 体 与 汽 缸 盖 等 是 采 用 复 杂 砂 芯 的 铸 件, 应 在 除 芯 机 上 去 掉 砂 芯, 并 在 悬 链 抛 丸 机 上 清 理 小 型 铸 件 则 在 抛 丸 清 理 滚 筒 内 清 理 以 钢 丸 为 抛 射 体 2. 清 除 披 缝 对 汽 缸 体 汽 缸 盖 等 主 要 铸 件, 应 用 专 用 磨 床 清 除 披 缝 其 他 小 型 铸 件 则 可 使 用 悬 挂 式 砂 轮 机 双 头 砂 轮 机 与 手 提 式 砂 轮 机 清 除 披 缝 铝 合 金 铸 件 披 缝 的 清 理 使 用 的 是 带 锯 或 双 头 砂 轮 机 16

26 第 2 章 铸 造 模 型 模 型 设 计 模 型 设 计 时 应 该 考 虑 铸 件 的 形 状 尺 寸 材 料 组 织 变 化 与 铸 造 缺 陷 等 许 多 因 素 并 应 根 据 造 型 方 法 的 特 点 确 定 模 型 的 结 构 尺 寸 材 料 和 制 造 方 法 1. 模 型 材 料 砂 型 铸 造 用 模 型 常 由 铸 铁 碳 素 钢 铜 合 金 铝 合 金 合 成 树 脂 与 木 材 等 制 成 从 强 度 耐 磨 性 工 作 性 能 等 方 面 考 虑, 以 铸 铁 模 型 使 用 最 多 壳 型 法 所 用 金 属 模 是 在 250~ 300 受 热 状 态 下 使 用, 从 热 膨 胀 热 容 量 强 度, 耐 磨 性 加 工 性 和 脱 壳 性 等 方 面 考 虑, 几 乎 都 使 用 铸 铁 模, 其 材 料 牌 号 为 FC25 FC30 或 合 金 铸 铁 为 了 防 止 铸 铁 模 在 工 作 条 件 下 受 热 变 形, 应 该 预 先 进 行 低 温 退 火 处 理 2. 拔 模 斜 度 为 了 便 于 起 出 模 型, 应 使 模 型 垂 直 面 具 备 一 定 的 拔 模 斜 度, 其 值 视 模 型 表 面 粗 糙 度 型 砂 特 性 造 型 方 法 而 定 拔 模 斜 度 关 系 到 铸 件 的 加 工 余 量, 应 该 尽 量 减 小 特 别 是 加 工 基 准 面 的 拔 模 斜 度, 更 应 从 机 械 加 工 方 面 进 行 充 分 分 析 后 再 作 决 定 一 般 来 说, 砂 型 铸 造 的 拔 模 斜 度 约 为 1/50, 芯 型 铸 造 的 拔 模 斜 度 为 1/50~1/ 收 缩 余 量 液 态 金 属 凝 固 时 收 缩, 使 得 铸 件 尺 寸 小 于 型 腔, 所 以 应 在 模 型 尺 寸 上 放 出 收 缩 裕 量 铸 件 收 缩 率 不 仅 与 其 材 料 有 关, 还 受 铸 件 形 状 壁 厚 等 因 素 的 影 响 一 般 而 言, 铸 铁 件 的 收 缩 余 量 为 8/1000~12/1000, 铸 钢 件 的 收 缩 余 量 为 15/1000~20/ 加 工 余 量 根 据 铸 件 材 料 形 状 尺 寸 加 工 条 件 铸 造 性 等 因 素, 确 定 加 工 余 量 加 工 余 量 虽 应 尽 量 减 少, 但 有 时 还 要 适 当 加 大, 以 作 为 铸 造 缺 陷 ( 激 冷 夹 渣 等 ) 的 预 防 措 施 其 值 一 般 常 取 1~4mm 5. 芯 头 座 确 定 芯 头 座 是 支 持 和 固 定 砂 芯 的 重 要 部 位, 芯 头 座 和 砂 芯 之 间 要 有 适 当 的 装 配 裕 量 此 装 配 裕 量 不 仅 影 响 铸 件 的 铸 造 披 缝 量, 而 且 影 响 铸 件 的 壁 厚 在 砂 型 中 使 用 壳 芯 时, 必 须 考 虑 它 们 之 间 膨 胀 系 数 的 差 异 6. 铸 造 方 案 铸 造 方 案 关 系 到 铸 件 质 量 的 稳 定 和 防 止 铸 造 缺 陷 的 发 生, 必 须 慎 重 确 定 设 计 铸 造 方 案 时, 除 应 掌 握 各 种 铸 造 方 法 的 特 征 外, 还 应 充 分 考 虑 铸 件 形 状 尺 寸 壁 厚 和 材 料 等 因 素 对 于 浇 口 系 统 的 诸 要 素 ( 直 浇 口 横 浇 口 内 浇 口 等 ), 应 进 行 流 体 力 学 理 论 方 面 的 计 算 17 标 准 分 享 网 免 费 下 载

27 18 汽 车 制 造 工 艺 模 型 制 造 模 型 制 造 采 用 数 字 控 制 的 机 械 加 工 方 法, 以 提 高 精 度, 缩 短 加 工 时 间 一 般 常 用 的 金 属 模 型 加 工 设 备 见 表 2-7 由 于 铸 件 形 状 复 杂, 结 构 纤 细, 当 以 机 械 加 工 方 法 不 能 获 得 预 期 形 状 时, 则 需 采 用 下 述 特 殊 加 工 方 法 表 2-7 金 属 模 型 加 工 设 备 设 备 名 称 用 途 种 类 车 床 圆 形 工 件 加 工 普 通 车 床 仿 形 车 床 立 式 车 床 平 面 加 工 机 床 平 面 加 工 立 式 铣 床 卧 式 铣 床 龙 门 铣 床 龙 门 刨 床 牛 头 刨 床 型 面 加 工 机 床 平 面 曲 面 及 沟 槽 加 工 万 能 铣 床 刻 模 机 刻 模 铣 床 仿 形 铣 床 模 型 仿 形 加 工 具 有 液 压 仿 形 装 置 的 铣 床 镗 床 精 密 孔 加 工 坐 标 镗 床 卧 式 镗 床 钻 床 孔 加 工 台 式 钻 床 摇 臂 钻 床 磨 床 磨 削 加 工 平 面 磨 床 外 圆 磨 床 内 圆 磨 床 模 具 对 合 压 力 机 模 具 对 合 修 整 模 具 压 力 机 1. 模 型 仿 形 加 工 用 于 石 膏 合 成 树 脂 木 材 等 材 料 制 造 的 模 具 2. 雕 刻 加 工 使 用 对 小 转 弯 极 细 部 位 进 行 加 工 的 机 械 3. 电 火 花 加 工 用 于 不 能 以 机 械 加 工 方 法 成 型 的 模 具 目 前, 像 数 字 控 制 机 床 那 样, 为 许 多 模 具 制 造 者 所 采 用 4. 数 字 控 制 加 工 加 工 的 精 度 高, 适 于 重 复 加 工 5. 肖 氏 铸 造 法 它 是 一 种 精 密 的 铸 造 方 法, 铸 态 的 尺 寸 精 度 极 高, 可 大 幅 度 降 低 机 械 加 工 量 对 于 已 制 成 的 模 型, 除 应 检 查 形 状 外, 还 应 对 照 设 计 图 样, 严 格 检 查 那 些 对 产 品 质 量 有 密 切 影 响 的 直 浇 道 内 浇 道 和 浇 注 系 统 比 是 否 符 合 要 求 此 外, 在 使 用 过 程 中, 还 应 定 期 检 查 模 型 的 磨 损 情 况 和 损 伤 程 度, 并 对 不 合 要 求 的 部 位 及 时 修 理, 以 防 止 因 造 型 不 当 发 生 铸 造 废 品 2.5 铸 件 质 量 铸 造 条 件 与 质 量 从 汽 车 铸 件 的 用 途 出 发, 必 须 密 切 注 意 其 质 量 其 中 特 别 重 要 的 是 稳 定 铸 件 材 质, 防 止 铸 造 缺 陷 影 响 铸 件 质 量 的 主 要 因 素 如 图 2.2 所 示, 可 见 影 响 因 素 极 多 为 了 得 到 符 合 18

28 第 2 章 铸 造 19 设 计 要 求 的 铸 件, 必 须 随 时 掌 握 住 这 些 因 素 的 变 化 规 律, 进 行 以 稳 定 质 量 为 中 心 的 严 格 的 工 艺 管 理 1. 铸 造 图 2.2 影 响 铸 件 质 量 的 主 要 因 素 铸 造 方 案 是 影 响 铸 件 缺 陷 和 经 济 性 的 重 要 因 素, 必 须 仔 细 分 析 铸 件 形 状 壁 厚 材 料 铸 造 方 法 等 各 种 条 件, 确 定 适 当 的 铸 造 方 案 型 砂 是 由 硅 砂 黏 结 剂 添 加 剂 等 材 料 配 成 的, 其 配 合 比 例 砂 的 粒 度 和 形 状 对 于 型 砂 性 质 ( 强 度 透 气 性 等 ), 铸 件 的 尺 寸 精 度, 铸 造 缺 陷, 铸 件 表 面 粗 糙 度 等 有 很 大 影 响 尤 其 是 砂 型 的 硬 度 与 含 水 量 与 铸 件 中 气 孔 缩 孔 等 缺 陷 的 关 系 极 大, 必 须 严 格 控 制 2. 熔 化 熔 化 与 浇 注 条 件 铁 水 成 分 都 是 影 响 铸 件 材 质 性 能 的 重 要 因 素 铁 水 性 质 决 定 于 化 铁 炉 化 学 成 分 钢 屑 配 比 孕 育 剂 铁 水 中 的 气 体 量 与 冷 却 条 件 尤 其 是 碳 硅 含 量 以 及 由 壁 厚 差 异 所 引 起 时 冷 却 条 件 变 化, 对 于 铸 铁 性 质 的 影 响 更 大 由 于 铸 铁 中 的 石 墨 尺 寸 随 碳 含 量 增 加 而 增 加, 机 械 性 能 则 随 之 下 降 图 2.3 所 示 为 在 低 频 感 应 电 炉 与 冲 天 炉 中 熔 化 的 铸 铁 强 度 的 对 比 图 2.3 在 低 频 感 应 电 炉 与 冲 天 炉 中 熔 化 的 铸 铁 强 度 的 对 比 19 标 准 分 享 网 免 费 下 载

29 20 汽 车 制 造 工 艺 生 产 球 墨 铸 铁 时, 必 须 注 意 石 墨 的 球 化 率, 以 得 到 所 需 要 的 机 械 性 能 此 外, 碳 当 量 1 (CE) = TC% + (Si% + P%) 3 增 高, 容 易 发 生 夹 渣 等 表 面 缺 陷, 应 予 注 意 浇 注 温 度 与 浇 注 时 间 等 条 件 也 影 响 铸 造 浇 注 时 间 决 定 于 铸 造 方 案, 是 发 生 气 体 缺 陷 的 重 要 原 因 一 般 来 说, 浇 注 温 度 低, 虽 可 防 止 发 生 缩 孔, 但 却 使 铁 水 流 动 性 下 降 所 以 应 该 根 据 铸 件 形 状, 选 择 适 当 的 浇 注 温 度 检 查 方 法 铸 件 检 查 方 法 包 括 外 观 检 查 尺 寸 检 查 耐 压 防 漏 检 查 材 质 检 查 与 无 损 探 伤 检 查 等 数 种 1. 外 观 检 查 用 肉 眼 观 察 铸 件 表 面 状 态 以 发 现 表 面 粗 糙 孔 穴 未 铸 满, 形 状 与 尺 寸 超 差, 激 冷 不 良 等 缺 陷 并 可 从 铸 件 外 观 推 断 缺 陷 发 生 的 原 因 但 是, 这 样 检 查 往 往 不 能 发 现 细 微 的 缺 陷, 对 于 那 些 在 严 格 条 件 下 工 作 的 不 允 许 细 微 缺 陷 存 在 的 铸 件, 这 种 检 查 方 法 就 显 得 不 够 完 备 了 2. 尺 寸 检 查 尺 寸 检 查 是 以 图 样 为 依 据, 测 量 铸 件 尺 寸 是 否 在 公 差 范 围 之 内, 以 发 现 形 状 与 尺 寸 的 误 差 此 外, 还 应 仔 细 检 查 加 工 基 准 面 位 置 的 准 确 度 机 械 加 工 余 量 分 布 以 及 壁 厚 偏 差 等 由 于 汽 车 铸 件 一 般 都 是 大 量 生 产, 所 以 在 产 品 试 制 阶 段 就 应 彻 底 检 查 模 型 尺 寸 和 铸 件 尺 寸, 确 保 大 量 生 产 时 得 到 尺 寸 稳 定 的 铸 件 3. 材 料 检 查 汽 车 铸 件 材 料 应 根 据 使 用 目 的 来 选 定 为 了 保 证 材 料 的 性 能, 应 进 行 化 学 分 析 金 相 检 验 与 机 械 性 能 试 验 普 通 铸 铁 ( 片 状 石 墨 ) 与 球 墨 铸 铁 ( 球 状 石 墨 ) 可 从 其 共 振 频 率 求 得 抗 拉 强 度 图 2.4 所 示 即 为 普 通 铸 铁 的 抗 拉 强 度 与 共 振 频 率 的 关 系 图 2.4 普 通 铸 铁 的 抗 拉 强 度 与 共 振 频 率 的 关 系 20

30 第 2 章 铸 造 耐 压 防 漏 检 查 检 查 铸 件 中 从 里 到 外 连 续 存 在 的 细 微 裂 纹 与 缩 孔 气 孔 群, 是 一 种 对 能 承 受 压 力 的 零 件 或 产 品 广 泛 使 用 的 方 法 一 般 采 用 水 压 试 验, 也 可 用 油 压 或 气 压 做 精 密 试 验, 5. 无 损 探 伤 检 查 利 用 仪 器 进 行 声 波 试 验 渗 透 探 伤 磁 粉 探 伤 涡 流 探 伤 超 声 探 伤 和 放 射 性 探 伤, 在 保 证 铸 件 质 量 上 起 着 重 要 的 作 用 2.6 曲 轴 凸 轮 轴 的 铸 造 工 艺 球 墨 铸 铁 曲 轴 和 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 的 湿 砂 型 铸 造 1. 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 曲 轴 是 发 动 机 中 重 要 的 机 件 之 一, 发 动 机 全 部 功 率 都 是 通 过 曲 轴 输 出 曲 轴 的 主 要 载 荷 是 承 受 扭 转 疲 劳 弯 曲 疲 劳 和 连 杆 传 递 来 的 小 能 量 多 次 冲 击 ; 曲 轴 轴 颈 与 轴 瓦 的 配 合, 在 较 高 的 比 压 下 高 速 运 转, 正 常 情 况 下 为 有 机 油 润 滑 的 滑 动 摩 擦 磨 损 依 据 国 内 外 曲 轴 失 效 的 统 计 数 据, 其 主 要 失 效 方 式 是 交 变 应 力 下 的 疲 劳 破 坏 (80% 为 弯 曲 疲 劳 断 裂 ) 和 轴 径 的 早 期 磨 损 烧 伤 根 据 曲 轴 服 役 的 工 况 和 主 要 失 效 方 式, 要 求 曲 轴 材 料 不 但 要 有 较 高 的 强 度 韧 性, 而 且 要 有 一 定 的 硬 度 球 墨 铸 铁 曲 轴 与 传 统 的 锻 钢 曲 轴 比 较, 既 有 制 造 简 便, 成 本 低 廉 的 优 势 又 有 吸 震 耐 磨, 对 表 面 刻 痕 不 敏 感 等 锻 钢 材 料 所 不 具 备 的 优 良 特 性 球 铁 与 巴 氏 合 金 铅 青 铜 钢 背 铝 合 金 的 轴 瓦 均 有 良 好 的 匹 配 性 石 墨 具 有 润 滑 作 用 和 储 存 润 滑 油 作 用, 其 耐 磨 性 比 钢 好 ; 球 墨 铸 铁 在 承 受 小 能 量 多 次 冲 击 载 荷 条 件 下, 其 抗 冲 击 性 能 也 优 于 钢 ; 球 墨 铸 铁 曲 轴 通 过 合 金 化 合 理 球 化 孕 育 处 理 等, 其 在 扭 转 弯 曲 疲 劳 应 力 状 态 下 的 疲 劳 强 度, 可 达 到 甚 至 超 过 锻 钢 曲 轴 从 国 内 外 学 者 的 研 究 和 生 产 实 践 证 明 : 球 墨 铸 铁 是 中 小 型 发 动 机 曲 轴 的 理 想 材 料 现 在, 铸 态 QT600 3 QT700 3 牌 球 墨 铸 铁 已 广 泛 应 用 于 汽 车 曲 轴 ;QT800 2 QT900 5 牌 热 处 理 球 墨 铸 铁 也 成 功 地 用 于 汽 车 曲 轴 的 生 产 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 与 热 处 理 工 艺 比 较, 不 仅 可 节 约 能 源, 降 低 成 本, 缩 短 生 产 周 期, 而 且 省 去 了 因 热 处 理 而 产 生 的 曲 轴 变 形 所 带 来 的 清 理 和 热 校 直 工 序 在 满 足 设 计 要 求 的 前 提 下, 工 厂 首 先 选 择 了 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 这 一 操 作 简 便, 成 本 低 廉 的 生 产 方 式 2. 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 材 质 本 部 分 主 要 介 绍 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 质 量 分 数 及 合 金 元 素 的 选 择, 以 及 对 球 墨 铸 铁 曲 轴 金 相 组 织 力 学 性 能 的 要 求 1) 质 量 分 数 及 合 金 元 素 的 选 择 这 部 分 介 绍 C Si Mn P S 等 五 种 元 素 和 合 金 元 素 及 其 加 入 量 的 选 择 (1) C 和 Si 两 元 素 对 球 墨 铸 铁 的 性 能 影 响 很 大, 它 们 的 影 响 不 仅 与 各 自 的 含 量 有 关, 而 且 与 碳 当 量 [w(c)+1/3(w(si)+w(p)] 有 关 碳 当 量 控 制 在 4.3%~4.5.% 之 间, 可 以 获 得 缩 21 标 准 分 享 网 免 费 下 载

31 22 汽 车 制 造 工 艺 孔 小 缩 松 小 健 全 的 铸 件, 并 且 具 有 较 好 的 铸 造 性 能 碳 当 量 过 低 易 产 生 白 口, 过 高 则 会 产 生 石 墨 飘 浮 图 2.5 所 示 是 4110 型 柴 油 机 球 铁 曲 轴 的 生 产 统 计 结 果 碳 当 量 超 过 4.5%~4.6%, 曲 轴 断 面 会 出 现 石 墨 漂 浮, 并 且 随 着 碳 当 量 的 增 加, 石 墨 漂 浮 层 的 厚 度 几 乎 直 线 加 厚 应 该 指 出, 碳 当 量 不 是 产 生 石 墨 漂 浮 的 唯 一 因 素, 曲 轴 尺 寸 的 大 小 也 是 一 个 重 要 条 件 曲 轴 断 面 尺 寸 越 小, 碳 当 量 可 能 选 的 高 一 些, 也 不 会 出 现 石 墨 漂 浮, 相 反, 厚 大 断 面 曲 轴 的 碳 当 量 应 该 低 一 些 图 2.5 石 墨 漂 浮 层 厚 度 与 碳 当 量 的 关 系 为 了 保 证 球 墨 铸 铁 曲 轴 具 有 良 好 的 力 学 性 能 和 铸 造 性 能, w (C) 应 控 制 在 3.6 %~3.9% 之 间 C 含 量 低, 石 墨 不 易 球 化, 易 出 现 白 口,C 含 量 过 高, 易 产 生 石 墨 漂 浮 Si 的 来 源 有 三 个 : 金 属 炉 料 球 化 剂 和 孕 育 剂 Si 这 种 石 墨 化 元 素, 影 响 球 墨 铸 铁 的 铸 造 性 能 和 力 学 性 能, 通 过 以 下 三 种 途 径 表 现 出 来 : 改 变 石 墨 大 小 分 布 圆 整 度 ; 分 解 渗 碳 体, 促 进 生 成 铁 素 体 ; 溶 解 在 α-fe 中, 强 化 金 属 基 体 一 般 w (Si) 控 制 在 1.8%~2.2% 为 宜 (2) Mn 和 P Mn 和 P 都 是 严 重 偏 析 元 素 Mn 易 导 致 晶 界 碳 化 物 的 形 成, 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 不 宜 采 用 高 锰 来 稳 定 珠 光 体 ;P 易 在 晶 界 处 形 成 磷 共 晶, 会 造 成 球 铁 塑 韧 性 下 降, 同 时 显 著 降 低 疲 劳 强 度 所 以 生 产 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴,Mn 和 P 的 含 量 都 应 控 制 一 般 w (Mn) 0.3%, w (P) 0.06% 为 宜 (3) S S 是 反 球 化 元 素, 属 于 有 害 杂 质 生 产 中 根 据 原 铁 水 含 S 量 的 高 低 决 定 球 化 剂 的 加 入 量, 原 铁 水 S 量 越 高, 加 入 量 越 多 但 是,S 含 量 高, 即 使 球 化, 曲 轴 内 部 易 出 现 夹 渣, 球 化 衰 退 很 快, 不 容 易 浇 注 出 健 全 的 铸 件 所 以, 原 铁 液 的 含 S 量 越 低 越 好, 一 般 w (S) 0.03%, 有 脱 S 条 件 的 w (S) 0.02 % 最 好 (4) 合 金 元 素 添 加 稳 定 珠 光 体 合 金 元 素 生 产 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 是 行 之 有 效 的 方 法 添 加 的 元 素 主 要 有 Cu Sn Ni Sb Cr Mo W V 等 然 而, 后 四 种 元 素 虽 能 增 加 基 体 组 织 的 珠 光 体 含 量, 提 高 球 铁 的 强 度 和 耐 磨 性, 但 它 们 都 是 碳 化 物 形 成 元 素, 容 易 使 材 料 变 脆, 降 低 材 料 的 疲 劳 强 度 Cu Sn Ni Sb 等 合 金 元 素 的 共 同 特 点 是 能 促 进 形 成 珠 光 体, 并 细 化 组 织, 提 高 球 铁 的 强 度 硬 度 和 耐 磨 性 但 它 们 各 自 稳 定 珠 光 体 的 能 力 不 同 它 们 稳 定 珠 光 体 的 能 力 可 以 近 似 地 用 下 式 表 示 : Ni Cu Sn Sh= 稳 定 珠 光 体 的 能 力 Cu 是 Ni 的 3 倍,Sn 是 Cu 的 10 倍,Sb 是 Sn 的 3 倍 Cu 能 够 明 显 地 降 低 球 铁 断 面 敏 感 性, 减 少 Mn 的 偏 析 程 度, 可 使 曲 轴 厚 壁 处 也 能 达 到 高 的 珠 光 体 含 22

32 第 2 章 铸 造 23 量, 并 可 以 提 高 球 墨 铁 的 疲 劳 强 度 Ni 能 强 烈 地 细 化 珠 光 体, 提 高 球 铁 的 塑 韧 性 Mo 能 显 著 的 稳 定 球 铁 奥 氏 体, 促 进 生 成 针 状 组 织, 增 强 球 墨 铸 铁 的 淬 透 性 Sb 对 球 化 有 强 烈 的 干 扰 作 用, 加 入 过 量 时, 不 但 使 石 墨 畸 变, 而 且 与 Mg 反 应 生 成 富 锑 的 脆 性 相, 偏 析 在 晶 界, 使 铸 件 严 重 脆 化, 特 别 是 大 大 降 低 了 冲 击 韧 性 Sn 加 入 量 大 于 0.06% 时, 铸 件 产 生 脆 性 以 上 各 元 素 均 能 不 同 程 度 的 稳 定 珠 光 体, 但 Cu 和 Sn 的 组 合 合 金 化, 不 仅 符 合 高 质 量 低 成 本 要 求, 而 且 还 可 以 加 在 球 化 包 内, 满 足 一 种 原 铁 水 生 产 多 种 牌 号 球 铁 的 需 要 2) 金 相 组 织 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 疲 劳 强 度 与 石 墨 和 基 体 的 形 态 组 成 尺 寸 大 小 分 布 特 征 以 及 非 金 属 夹 杂 物 的 类 别 形 状 大 小 数 量 及 分 布 均 匀 性 有 密 切 关 系 (1) 石 墨 石 墨 的 形 态 不 仅 影 响 球 墨 铸 铁 的 静 载 荷 性 能, 而 且 更 能 显 著 影 响 动 载 荷 性 能 稀 土 镁 球 铁 中, 球 状 和 团 状 石 墨 ( 球 化 级 别 1~3 级 ) 的 动 态 性 能 相 差 较 少, 当 出 现 团 片 状 石 墨 时, 性 能 明 显 下 降, 尤 其 是 组 织 中 有 厚 片 状 石 墨 聚 集 分 布 时 ( 球 化 级 别 6 级 ), 疲 劳 强 度 约 下 降 20%, 而 小 能 量 多 次 冲 击 韧 性 下 降 约 5 倍 镁 球 铁 中, 球 化 率 65% 的 球 铁 比 球 化 率 93% 的 球 铁 抗 拉 强 度 σb 下 降 8.2 %, 而 疲 劳 强 度 σ-1 下 降 26% 当 石 墨 的 体 积 一 定 时, 石 墨 的 平 均 球 径 越 大, 单 位 面 积 视 场 中 球 墨 个 数 越 少, 疲 劳 强 度 越 低 石 墨 成 行 排 列, 会 促 进 疲 劳 断 裂, 降 低 疲 劳 强 度 实 践 证 明 : 石 墨 球 越 细 小 圆 整 均 布, 球 铁 的 疲 劳 强 度 就 越 高 (2) 基 体 组 织 球 墨 铸 铁 基 体 中, 随 着 珠 光 体 含 量 的 增 加, 强 度 硬 度 增 加, 塑 性 韧 性 下 降 如 图 2.6 所 示 是 w ( 珠 光 体 ) 质 量 分 数 与 硬 度 (HB) 抗 拉 强 度 ( σ ) 冲 击 韧 性 (αk) 延 伸 率 (δ ) 的 关 系 示 意 图 如 图 所 示, 当 珠 光 体 质 量 分 数 大 于 80% 时, 抗 拉 强 度 和 布 氏 硬 度 值 上 升 比 率 增 加 ; 当 珠 光 体 质 量 分 数 大 于 50% 时, 延 伸 率 下 降 梯 度 减 缓, 冲 击 韧 性 值 变 化 比 率 变 化 较 小 图 2.7 是 w ( 珠 光 体 ) 与 疲 劳 强 度 (σ-1) 的 关 系 图 如 图 所 示, 当 基 体 组 织 中 珠 光 体 质 量 分 数 由 0% 增 加 到 100%, 疲 劳 强 度 从 230MPa 增 加 到 320MPa; 珠 光 体 质 量 分 数 由 20% 增 加 到 80% 时, 疲 劳 强 度 变 化 不 大 ; 当 珠 光 体 质 量 分 数 超 过 80% 并 进 一 步 增 加 时, 疲 劳 强 度 明 显 增 加 基 体 组 织 中 珠 光 体 的 层 片 间 距 越 小, 疲 劳 强 度 越 高 如 图 2.8(a) 珠 光 体 层 片 间 距 大 的 球 铁 疲 劳 强 度 小 于 图 2.8(b) 珠 光 体 层 片 间 距 小 的 球 铁 疲 劳 强 度 基 体 中 铁 素 体 的 作 用, 当 珠 光 体 质 量 分 数 一 定, 在 抗 拉 强 度 相 近 的 条 件 下, 牛 眼 状 铁 素 体 屈 服 强 度 最 高, 延 伸 率 最 低 综 上 所 述, 球 墨 铸 铁 中 较 高 的 珠 光 体 含 量 是 获 得 高 强 度, 特 别 是 提 高 疲 劳 强 度 的 有 效 途 径 随 着 珠 光 体 含 量 的 提 高, 要 依 赖 基 体 组 织 的 强 化 和 细 化 来 阻 止 疲 劳 裂 纹 的 扩 展 b 图 2.6 w ( 珠 光 体 ) 对 HBS σ b α k δ 的 影 响 23 标 准 分 享 网 免 费 下 载

33 24 汽 车 制 造 工 艺 图 2.7 w ( 珠 光 体 ) 与 疲 劳 强 度 的 关 系 (a) 大 层 片 间 距 3000 (b) 小 层 片 间 距 3000 图 2.8 珠 光 体 基 体 的 二 次 电 子 像 (3) 夹 杂 物 研 究 表 明, 非 金 属 夹 杂 物 的 数 量 尺 寸 大 小 形 状 及 其 分 布 比 石 墨 更 能 显 著 地 影 响 球 铁 的 疲 劳 强 度 夹 杂 物 越 少, 形 状 粒 化, 颗 粒 越 小, 其 疲 劳 强 度 越 高 所 以, 生 产 球 墨 铸 铁 曲 轴, 采 用 金 属 净 化 是 必 不 可 少 的 工 艺 措 施 通 常 采 用 在 浇 注 系 统 中 安 放 过 滤 网, 净 化 铁 液, 图 2.9 所 示 为 球 铁 曲 轴 立 浇 立 冷 的 工 艺 方 案, 在 浇 注 系 统 中 放 置 了 过 滤 网, 起 到 了 良 好 的 净 化 铁 液 作 用 24 图 2.9 球 铁 曲 轴 立 浇 立 冷 工 艺 方 案

34 第 2 章 铸 造 25 3) 力 学 性 能 图 2.10 是 抗 拉 强 度 (σb) 与 疲 劳 强 度 (σ-1) 的 关 系 图 如 图 所 示, 随 着 抗 拉 强 度 的 提 高, 最 初, 试 棒 的 疲 劳 强 度 也 成 正 比 例 的 提 高 ; 当 抗 拉 强 度 上 升 到 750 MPa 时, 疲 劳 强 度 不 复 增 加, 呈 一 水 平 线 所 以, 中 小 球 铁 曲 轴 的 抗 拉 强 度 控 制 在 600~800MPa 为 宜, 没 有 必 要 追 求 过 高 的 抗 拉 强 度 值, 以 提 高 疲 劳 强 度 比 (σ-1/σb), 充 分 发 挥 材 料 的 强 度 潜 力 图 2.10 抗 拉 强 度 与 疲 劳 强 度 的 关 系 图 为 适 应 曲 轴 的 服 役 工 况, 材 料 还 应 有 一 定 的 塑 性 和 韧 性, 通 常 延 伸 率 大 于 3% 为 宜 同 时 曲 轴 材 料 还 应 有 一 定 的 硬 度, 一 般 以 (200~270)HBS 为 宜, 以 适 应 曲 轴 耐 磨 性 的 要 求 3. 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 湿 砂 型 铸 造 1) 球 铁 曲 轴 的 铸 造 工 艺 (1) 顺 序 凝 固 工 艺 一 般 球 铁 曲 轴 采 用 顺 序 凝 固 工 艺, 并 在 曲 轴 大 头 部 位 安 放 冒 口, 再 让 浇 口 通 过 冒 口, 提 高 冒 口 中 的 铁 液 温 度, 使 冒 口 最 后 凝 固 达 到 充 分 补 缩 的 目 的 (2) 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 冒 口 球 墨 铸 铁 凝 固 过 程 中, 体 收 缩 的 大 小, 缩 孔 的 大 小, 缩 松 所 占 的 面 积 与 质 量 分 数, 球 化 剂 的 种 类, 处 理 工 艺 及 铸 型 工 艺 有 密 切 关 系 国 内 目 前 普 遍 采 用 湿 砂 型 铸 造, 缩 孔 及 缩 松 的 体 积 占 铸 件 的 4%~10% 所 以, 砂 型 铸 造 工 艺 必 须 考 虑 设 置 冒 口 设 置 冒 口 的 目 的, 在 于 把 因 铁 液 体 积 收 缩 而 产 生 的 缩 孔 转 移 到 冒 口 中 去, 冒 口 起 着 补 缩 作 用 从 球 铁 的 凝 固 特 点 可 知, 冒 口 可 以 有 效 地 消 除 集 中 缩 孔, 但 不 能 完 全 消 除 缩 松 冒 口 的 形 状 种 类 很 多, 一 般 球 铁 曲 轴 采 用 圆 柱 形 腰 圆 形 和 球 状 冒 口 球 形 冒 口 的 补 缩 能 力 较 强, 因 为 同 样 质 量 的 铁 液, 球 形 冒 口 具 有 最 小 的 表 面 积, 散 热 最 慢, 可 以 较 长 时 间 起 到 保 温 补 缩 作 用 一 般 采 用 暗 冒 口 暗 冒 口 在 铸 件 上 的 位 置 可 分 为 顶 冒 口 和 侧 冒 口 顶 冒 口 放 在 铸 件 壁 最 厚 处 ( 即 热 节 ) 的 上 面, 侧 冒 口 则 设 在 热 节 的 侧 面 冒 口 的 尺 寸 对 补 缩 效 率 和 金 属 消 耗 影 响 较 大, 通 常 应 根 据 热 节 产 生 缩 孔 的 大 小 来 确 定 影 响 热 节 缩 孔 体 积 的 因 素 很 多, 设 计 铸 型 工 艺 把 这 些 因 素 全 部 考 虑 进 去 是 不 可 能 的 很 多 工 厂 凭 多 年 生 产 经 验 来 确 定 冒 口 尺 寸 成 批 大 量 生 产 可 以 通 过 解 剖 铸 件 来 验 证 图 2.11 给 出 了 球 墨 铸 铁 曲 轴 常 用 侧 冒 口 的 尺 寸 比 例 范 围 25 标 准 分 享 网 免 费 下 载

35 26 汽 车 制 造 工 艺 图 2.11 球 墨 铸 铁 曲 轴 侧 冒 口 随 着 科 学 技 术 的 发 展, 用 计 算 机 模 拟 铁 液 凝 固 过 程 已 经 被 国 内 外 学 者 广 泛 应 用, 并 开 始 应 用 于 铸 造 工 艺 设 计 这 对 准 确 地 预 测 曲 轴 铸 件 缩 孔 的 位 置 和 尺 寸, 合 理 地 设 计 铸 造 工 艺, 具 有 重 要 的 意 义 (3) 球 墨 铸 铁 浇 注 系 统 的 特 点 球 墨 铸 铁 的 铸 造 性 能 与 普 通 灰 铸 铁 不 同, 容 易 产 生 皮 下 气 孔 二 次 氧 化 夹 渣 球 化 衰 退 浇 不 足 和 缩 松 等 缺 陷 因 此, 铸 件 浇 注 系 统 必 须 保 证 铁 液 平 稳 畅 通, 比 灰 铸 铁 稍 快 地 充 型 为 做 到 这 点, 许 多 工 厂 采 用 半 封 闭 或 开 放 式 的 浇 注 系 统 其 特 点 是 : 直 浇 道 小, 内 浇 道, 横 浇 道 的 截 面 积 均 要 比 直 浇 道 大 此 时, 铁 液 不 会 充 满 浇 注 系 统, 铁 液 进 入 型 腔 的 速 度 低, 平 稳, 无 冲 击 但 这 种 浇 注 系 统 挡 渣 效 果 差 二 次 氧 化 夹 渣 是 球 铁 曲 轴 疲 劳 失 效 的 主 要 裂 纹 源, 所 以, 球 铁 曲 轴 的 浇 注 系 统 必 须 采 取 挡 渣 措 施, 如 茶 壶 嘴 式 浇 包, 拔 塞 外 浇 道 闸 门 浇 道 过 滤 网 集 渣 包 等 球 铁 曲 轴 浇 注 系 统 各 组 元 断 面 比 例 范 围 : A 直 A 横 A 内 =l (2~4) (1.5~4) 式 中,A 直 为 直 浇 道 截 面 积 (mm 2 );A 横 为 模 浇 道 载 面 积 (mm 2 );A 内 为 内 浇 道 载 面 积 (mm 2 ) 根 据 曲 轴 的 大 小 和 每 型 数 量 来 选 择 浇 注 系 统 的 尺 寸 (4) 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 浇 注 方 案 国 内 外 球 铁 曲 轴 的 浇 注 方 案 大 致 有 四 种, 即 卧 浇 卧 冷 ( 包 括 斜 浇 斜 冷 ) 卧 浇 立 冷 立 浇 立 冷 和 侧 浇 侧 冷 4 种 方 案 1 卧 浇 卧 冷 图 2.12 是 球 铁 曲 轴 卧 浇 卧 冷 浇 注 工 艺 方 案 示 意 图 这 种 卧 浇 卧 冷 的 工 艺, 适 合 于 机 械 化 自 动 化 程 度 较 高 的 水 平 分 型 机 器 造 型, 大 量 流 水 生 产 图 2.12 球 铁 曲 轴 卧 浇 卧 冷 工 艺 方 案 示 意 图 26

36 第 2 章 铸 造 27 2 卧 浇 立 冷 图 2.13 是 球 铁 曲 轴 卧 浇 立 冷 浇 注 工 艺 方 案 示 意 图 这 种 工 艺 造 型 方 便, 浇 注 时, 铸 型 放 平, 铁 液 平 稳 经 过 冒 口, 无 冲 击 地 进 入 型 腔 浇 满 后 用 泥 塞 头 堵 塞 直 浇 道, 然 后 立 即 立 起 铸 型 此 时, 冒 口 位 置 最 高, 温 度 也 最 高, 造 成 曲 轴 自 下 而 上 的 顺 序 凝 固, 充 分 补 缩, 有 利 于 消 除 缩 孔 及 减 少 缩 松 一 些 尺 寸 较 大 的 曲 轴 采 用 卧 浇 立 冷 的 干 砂 型 工 艺 但 这 种 工 艺 劳 动 条 件 差, 还 需 要 专 门 翻 转 机 构 和 地 坑, 不 适 合 大 量 流 水 生 产 3 立 浇 立 冷 球 铁 曲 轴 立 浇 立 冷 浇 注 工 艺 方 案 详 见 图 2.9 这 种 立 浇 立 冷 的 工 艺 方 案, 适 合 于 壳 型 铸 造 工 艺 生 产 曲 轴, 可 以 实 现 一 箱 多 型 机 械 化 流 水 生 产 图 2.13 球 铁 曲 轴 卧 浇 立 冷 工 艺 方 案 示 意 图 4 侧 浇 侧 冷 图 2.14 是 球 铁 曲 轴 侧 浇 侧 冷 浇 注 工 艺 方 案 示 意 图 这 种 侧 浇 侧 冷 工 艺, 适 合 于 垂 直 分 型 无 箱 射 挤 压 DISA 造 型 线 生 产 球 铁 曲 轴 用 DISA2070 造 型 线 生 产 4 缸 球 铁 曲 轴, 其 铸 型 尺 寸 为 700mm 900mm (200~560)mm 其 最 大 特 点 是 造 型 速 度 快, 占 地 面 积 小, 生 产 率 可 达 到 (150~250) 型 /h, 无 噪 声, 劳 动 强 度 低, 辅 机 少, 无 砂 箱, 用 砂 量 少, 能 耗 少, 自 动 化 程 度 高 图 2.14 球 铁 曲 轴 侧 浇 侧 冷 工 艺 方 案 示 意 图 5 缩 尺 球 铁 曲 轴 模 型 缩 尺 一 般 采 用 0.50%~0.85% 2) 曲 轴 湿 砂 型 铸 造 生 产 过 程 一 般 曲 轴 湿 砂 型 铸 造 生 产 是 由 炉 料 准 备 熔 化 造 型 ( 含 砂 处 理 和 制 芯 ) 球 化 孕 育 浇 注 清 理 检 查 等 以 造 型 为 中 心 的 铸 造 生 产 过 程 组 成, 如 图 2.15 所 示 (1) 炉 料 准 备 炉 料 准 备 是 熔 炼 铁 液 的 准 备 部 门, 承 担 着 生 铁 废 钢 回 炉 料 合 金 27 标 准 分 享 网 免 费 下 载

37 28 汽 车 制 造 工 艺 料 焦 炭 石 灰 石 等 炉 料 的 储 存 净 化 筛 分 运 输 装 卸 配 料 称 量 装 卸 等 工 序 图 2.15 曲 轴 湿 砂 型 铸 造 生 产 过 程 (2) 熔 炼 熔 炼 的 任 务 是 熔 炼 出 合 乎 工 艺 要 求 的 铁 液 1 熔 炼 设 备 大 量 流 水 生 产 可 采 用 冲 天 炉 熔 化 工 频 炉 提 温 保 温 的 双 联 熔 炼 工 艺 冲 天 炉 化 铁 便 宜, 感 应 电 炉 提 温 调 整 质 量 分 数 容 易, 冲 天 炉 熔 炼 出 铁 液 经 铁 液 流 槽 或 单 轨 输 送, 经 炉 外 脱 硫, 如 多 孔 塞 底 吹 脱 硫, 进 工 频 炉 中 提 温 保 温, 均 匀 铁 液 质 量 分 数, 储 存 起 来 连 续 供 应 铁 液 这 种 双 联 熔 炼 工 艺 有 利 于 保 证 铁 液 质 量, 对 于 缓 解 造 型 线 铁 液 需 求 量 不 平 稳 问 题, 稳 定 铁 液 质 量 分 数, 连 续 大 量 提 供 优 质 铁 液 起 到 重 要 作 用 如 某 工 厂 采 用 20t/h 热 风 除 尘 冲 天 炉 和 45t 有 芯 工 频 感 应 电 炉 双 联 熔 炼 工 艺, 并 且 采 用 了 先 进 的 集 中 控 制 系 统 监 控 冲 天 炉 熔 炼 过 程 中 各 种 技 术 参 数 的 变 化 双 联 熔 炼 工 艺 适 合 于 大 量 流 水 生 产 很 多 工 厂 采 用 0.5~10t 感 应 电 炉 熔 炼 生 产 球 铁 曲 轴 电 炉 熔 炼 质 量 分 数 铁 温 度 等 技 术 参 数 容 易 控 制 和 调 整, 但 电 能 耗 量 大 电 炉 熔 炼 过 程 中 应 经 常 观 察 坩 埚 的 侵 蚀 情 况 和 炉 子 功 率 表, 若 有 漏 炉 危 险, 应 立 即 停 止 熔 炼, 以 免 把 感 应 线 圈 烧 坏, 引 起 爆 炸 事 故 感 应 电 炉 熔 炼 是 生 产 曲 轴 的 理 想 熔 炼 设 备 2 铁 液 温 度 ( 热 电 偶 测 温 ) 表 2-8 列 出 了 不 同 阶 段 的 铁 液 温 度 为 了 提 高 铁 液 的 纯 净 度, 要 求 铁 液 有 一 定 的 过 热 温 度 ; 球 化 处 理 温 度 冬 季 一 般 取 上 限, 夏 季 可 以 选 择 中 下 限 ; 浇 注 度 应 根 据 曲 轴 的 大 小 和 实 际 情 况 进 行 调 整 表 2-8 铁 液 温 度 单 位 : 过 热 温 度 处 理 温 度 浇 注 温 度 1520~ ~ ~ 铁 液 的 质 量 分 数 表 2-9 中 给 出 了 球 铁 曲 轴 一 般 控 制 的 质 量 分 数 Cu Sn 可 以 组 合 加 入, 也 可 以 只 选 Cu 一 种 元 素 合 金 化, 可 以 出 炉 前 加 到 炉 内, 也 可 以 在 球 化 包 内 加 入 依 据 生 产 中 原 材 料 的 情 况 和 曲 轴 图 样 设 计 的 要 求, 选 择 加 入 量 表 2-9 铁 液 的 质 量 分 数 种 类 w (C) w (Si) w (Mn) w (P) w (S) w (Cu) w (Sn) w (Mg) w (Re) 原 铁 液 3.6~ ~ 铸 件 3.6~ ~ ~ ~ ~ ~0.05 表 2-10 列 出 了 国 内 主 要 汽 车 厂 生 产 球 铁 曲 轴 的 质 量 分 数, 供 生 产 球 墨 铸 铁 曲 轴 选 择 质 量 分 数 参 考 28

38 第 2 章 铸 造 29 表 2-10 主 要 汽 车 厂 球 铁 曲 轴 的 质 量 分 数 厂 名 牌 号 第 一 汽 车 二 铸 厂 QT550 3 第 二 汽 车 铸 造 一 厂 QT700 3 南 京 汽 车 铸 造 厂 QT600 3 第 一 汽 车 特 铸 厂 QT600 3 w (C) 3.60~ ~ ~ ~3.90 w (Si) 1.80~ ~ ~ ~2.20 质 量 分 数 w (Mn) ~ ~ w (P) w (S) w (Cu) 0.60~ ~ ~0.80 w (Sn) 0.02~0.05 w (Mg) 0.035~ ~ ~ ~0.060 w (Re) 0.010~ ~ ~ ~ 金 相 组 织 见 表 2-11 表 2-11 金 相 组 织 合 格 范 围 铁 液 牌 号 炉 前 快 速 金 相 组 织 级 别 石 墨 组 织 基 体 组 织 铸 件 球 石 墨 大 w( 珠 光 体 )/ w ( 磷 共 晶 + 游 化 级 别 小 / 级 (%) 离 渗 碳 体 )/% QT ~2 1~3 5~ QT ~2 1~3 5~ 力 学 性 能 见 表 2-12 表 2-12 力 学 性 能 表 铁 液 牌 号 合 格 范 围 σ b /MPa δ /% HBS QT ~270 QT ~300 力 学 性 能 一 般 采 用 国 家 标 准 规 定 的 球 墨 铸 铁 用 单 铸 Y 型 或 敲 落 试 块 尺 寸 较 大 的 曲 轴 可 以 在 曲 轴 的 小 头 各 放 置 附 体 金 相 试 块 和 机 械 性 能 试 块 但 曲 轴 附 体 试 块 注 入 铁 液 流 程 长, 温 度 低, 且 体 积 小, 冷 却 速 度 快, 基 体 中 珠 光 体 含 量 高 于 单 铸 试 块, 而 且 细 密, 力 学 性 能 中 抗 拉 强 度 和 布 氏 硬 度 也 可 高 于 单 铸 试 块 所 以, 原 大 断 面 曲 轴 附 体 试 块 性 能 不 能 直 接 作 为 铸 件 的 实 际 性 能, 但 可 以 作 为 参 考 (3) 球 化 孕 育 处 理 球 化 孕 育 处 理 是 生 产 优 质 球 铁 曲 轴 的 关 键 工 序 1 球 化 包 一 般 采 用 堤 坝 加 盖 包 冲 入 法 进 行 球 化 处 理 250t 球 化 包 可 用 人 工 手 动 在 一 次 出 铁 水 后 加 包 盖 ; 大 球 化 包, 例 如 1000kg 球 化 包 采 用 旋 转 臂 式 加 盖 机 构 球 化 包 修 筑 的 质 量, 包 括 包 内 腔 尺 寸 形 状 以 及 坝 砖 的 高 度 等 直 接 影 响 球 化 效 果 通 常 球 化 处 理 包 直 径 与 包 高 度 之 比 为 1 (1.5~2.0) 球 化 处 理 包 在 使 用 前, 必 须 用 煤 气 或 其 他 燃 料 预 热 至 600~ 29 标 准 分 享 网 免 费 下 载

39 30 汽 车 制 造 工 艺 800, 呈 暗 红 色, 或 用 高 于 1500 铁 液 烫 包 1~2 次 2 合 金 及 其 称 量 生 产 中 各 种 合 金 必 须 准 确 称 量, 球 化 铁 液 也 应 准 确 称 量, 铁 液 量 的 偏 差 不 得 超 过 处 理 铁 液 的 1%~4% 球 化 剂 的 加 入 量 依 据 原 铁 液 的 S 量 不 同, 可 以 适 当 调 整 含 S 质 量 分 数 越 低, 球 化 剂 加 入 量 越 少 当 含 S 质 量 分 数 在 0.015%~0.03% 时, 稀 土 镁 球 化 剂 加 入 量 质 量 分 数 为 1.2 %~ 1.5% 当 然, 球 化 剂 的 加 入 量 还 与 球 化 剂 含 Mg 量 及 球 化 处 理 方 法 有 关 曲 轴 生 产 应 强 化 孕 育 工 艺, 采 用 延 后 孕 育 处 理 工 艺 措 施, 如 型 内 孕 育 随 流 孕 育 或 倒 包 孕 育 一 次 孕 育 剂 加 入 量 依 据 原 铁 液 含 Si 量 和 球 化 剂 带 入 Si 量 的 不 同 而 适 当 调 整 一 般 为 0.2%~0.7% 倒 包 孕 育 加 入 量 为 0.2%~0.4% 浇 口 杯 随 流 孕 育 采 用 40~70 目 硅 铁 合 金, 加 入 量 为 0.08%~0.15%, 随 流 孕 育 剂 应 随 铁 液 一 同 注 入 浇 口 杯, 并 不 得 断 流, 加 入 量 用 调 整 给 料 速 度 控 制 3 装 包 及 球 化 处 理 球 化 处 理 包 的 凹 坑 内 不 许 有 残 留 铁 液, 不 许 过 早 将 球 化 剂 加 入 赤 热 的 包 内, 尽 可 能 缩 短 加 入 球 化 剂 到 球 化 处 理 之 间 的 时 间 间 隔, 一 般 应 少 于 2min 球 化 剂 应 较 平 坦 地 铺 加 在 包 的 凹 坑 底 部 ; 一 次 孕 育 剂 应 较 均 匀 地 加 盖 在 球 化 剂 上 面 ; 再 将 球 化 盖 板 或 适 量 的 覆 盖 剂 加 在 上 面 若 铜 锡 合 金 包 内 加 入 时, 则 最 后 加 在 最 上 面 球 化 处 理 铁 液 温 度 为 1490~1520 出 铁 液 进 行 球 化 处 理, 第 一 次 快 速 出 铁 液, 出 铁 液 量 应 不 少 于 处 理 铁 液 量 的 2/3 保 证 球 化 反 应 在 铁 液 中 进 行, 以 提 高 球 化 剂 中 镁 的 吸 收 率 一 般 球 化 反 应 时 间 不 少 于 50s 球 化 反 应 结 束, 补 充 处 理 铁 液 量 4 两 次 扒 渣 采 用 两 次 扒 渣 工 艺, 扒 净 球 化 后 铁 液 表 面 的 浮 渣 同 时 在 浇 注 时 应 用 挡 渣 措 施, 一 般 采 用 茶 壶 嘴 浇 包 浇 注, 以 撤 去 铁 液 表 面 产 生 的 二 次 氧 化 渣 5 快 速 金 相 分 析 炉 前 球 化 快 速 鉴 别 方 法 很 多, 可 从 球 化 反 应 的 时 间 反 应 激 烈 程 度 火 苗 的 大 小 判 断 ; 也 可 以 浇 注 φ12mm (100~150)mm 试 棒, 快 速 金 相 分 析, 检 验 铁 液 球 化 情 况 浇 注 试 棒 的 铁 液 应 在 球 化 反 应 后 扒 渣 前 取 自 包 内 距 表 面 100~150mm 深 处, 以 保 证 取 样 铁 液 及 时 纯 净 均 匀 φ12mm 试 棒 断 口 呈 银 白 色 致 密 状, 敲 击 时 尖 锐 有 韵 如 同 钢 声, 激 水 或 砸 开 后 有 电 石 气 味 为 球 化 良 好 炉 前 快 速 金 相 检 验, 这 种 方 法 比 较 准 确 可 靠 一 般 炉 前 快 速 金 相 检 验 从 浇 注 到 报 告 结 果, 大 约 需 2min, 球 化 1~2 级 为 球 化 良 好,3 级 以 上 一 般 不 予 浇 注 (4) 造 型 目 前, 大 中 型 铸 造 厂 的 造 型 工 部 基 本 上 都 实 现 了 机 械 化 造 型 和 自 动 化 造 型 1 造 型 设 备 典 型 的 机 械 化 自 动 造 型 线 有 空 气 冲 击 造 型 线 静 压 造 型 线 DISA 造 型 线 和 国 产 高 压 多 触 头 造 型 线 等, 全 线 配 备 自 动 浇 注 机 自 动 下 芯 机 和 抓 件 机 械 手 全 线 采 用 计 算 机 自 动 控 制 液 压 传 动 或 伺 服 电 机 控 制 可 得 到 紧 实 度 高 且 比 较 均 匀 的 铸 型 曲 轴 砂 型 表 面 硬 度 应 大 于 90, 采 用 B 型 砂 型 硬 度 计 测 量 2 砂 处 理 砂 处 理 工 部 承 担 着 造 型 用 砂 的 配 制 工 作 它 对 落 砂 后 的 旧 砂 进 行 破 碎 磁 造 筛 分 冷 却, 加 入 新 材 料 混 制 而 成 合 格 的 型 砂 其 主 要 工 艺 设 备 依 据 生 产 纲 领 选 用 一 定 规 格 的 混 砂 机 砂 冷 却 器 筛 砂 机 磁 选 机 及 机 械 化 运 输 装 置 造 型 用 原 材 料 应 符 合 工 厂 的 铸 造 原 材 料 技 术 标 准, 原 材 料 的 验 收 入 库 存 放 检 验 使 用 等 应 符 合 工 厂 的 管 理 制 度 严 格 禁 止 混 料 原 材 料 中 原 砂 煤 粉 膨 润 土 或 黏 土 等 主 要 参 数 指 标 应 该 定 期 复 检 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 铸 型 紧 实 度 高, 型 砂 应 具 有 较 高 的 湿 压 强 度 和 透 气 性, 水 分 尽 量 低 30

40 第 2 章 铸 造 31 球 墨 铸 铁 曲 轴 型 砂 配 比 及 型 砂 性 能 详 见 表 2-13 和 表 2-14 处 理 后 的 型 砂 应 定 点 定 时 进 行 型 砂 抽 检 性 能 的, 以 保 证 制 造 出 优 质 的 砂 型 3 造 型 造 型 应 根 据 所 选 用 的 造 型 设 备, 依 据 工 厂 的 工 艺 规 程 进 行 操 作 一 般 砂 型 硬 度 应 上 型 >90 HRB, 下 型 >90 HRB, 侧 边 硬 度 >80 HRB, 用 B 型 砂 型 硬 度 计 测 量 表 2-13 球 墨 铸 铁 曲 轴 型 砂 配 比 型 砂 新 砂 占 旧 砂 旧 砂 煤 粉 占 旧 砂 膨 润 土 占 旧 砂 有 效 煤 粉 有 效 膨 润 土 质 量 分 数 /% 3~ ~ ~1.2 4~6 9~13 表 2-14 型 砂 性 能 表 项 目 紧 实 率 /(%) 透 气 性 湿 压 强 度 抗 拉 强 度 /MPa /MPa 湿 度 /(%) 破 碎 指 数 性 能 指 标 夏 :40~50 冬 :38~46 > ~ ~ ~4.3 60~80 (5) 制 芯 6 缸 曲 轴 生 产 用 芯 砂, 一 般 按 工 艺 要 求 选 用 低 N 树 脂 砂 它 属 于 高 强 度 芯 砂, 抗 拉 强 度 为 2.3~2.8MPa, 有 效 存 放 时 间 为 3h 根 据 生 产 条 件 也 可 以 选 用 其 他 树 脂 砂 可 选 叶 片 式 混 砂 机, 型 号 根 据 生 产 纲 领 选 定 热 芯 盒 树 脂 砂 原 材 料 技 术 条 件 详 见 表 2-15, 热 芯 盒 树 脂 砂 配 比 详 见 表 2-16, 脂 砂 加 料 顺 序 及 混 砂 时 间 详 见 表 2-17 表 2-15 热 芯 盒 树 脂 砂 原 材 料 技 术 条 件 序 号 材 料 技 术 条 件 1 干 硅 砂 ISC50/100 按 国 家 标 准, 砂 温 <35 2 低 氮 树 脂 w (N) 4.5%,w ( 游 离 甲 醛 ) 3%;w ( 固 体 ) 70%;pH(6.8~7.5); 存 放 期 <6 个 月 ; 外 观 棕 色 液 体 ; 黏 度 0.8Pa s; 抗 拉 强 度 2.8MPa 3 固 化 剂 外 观 无 色 透 明 液 体, 不 得 有 析 出 或 有 结 晶 现 象 存 在 4 三 氧 化 二 铁 粉 强 度 >94%,w ( 水 分 )<1%, 粒 度 325 目, 不 得 有 结 块 表 2-16 热 芯 盒 树 脂 砂 配 比 项 目 干 硅 砂 /(%) 低 氮 树 脂 占 砂 质 量 固 化 剂 占 树 脂 质 量 Fe 粉 占 砂 质 量 ISC500/100 /(%) /(%) /(%) 树 脂 砂 配 比 ~ 表 2-17 热 芯 盒 树 脂 砂 加 料 顺 序 及 混 砂 时 间 加 料 顺 序 干 硅 砂 Fe 2 O 3 固 化 剂 树 脂 混 砂 时 间 /s 0 10~20 20~30 30~40 (6) 浇 注 1 浇 注 温 度 一 般 浇 注 温 度 为 1420~1340 浇 注 温 度 过 高, 晶 粒 粗 大, 收 缩 量 大, 缩 松 等 增 加, 若 过 低, 易 产 生 冷 隔 等 铸 造 缺 陷, 浇 注 前, 一 般 采 用 热 电 偶 测 温 2 延 后 孕 育 若 采 用 随 流 孕 育 工 艺, 随 流 孕 育 装 置 的 给 料 应 与 注 入 铁 液 同 步, 严 格 禁 止 断 流 和 漏 加 随 流 孕 育 粒 度 为 40~70 目, 孕 育 剂 加 入 量 为 0.08%~0.15% 31 标 准 分 享 网 免 费 下 载

41 32 汽 车 制 造 工 艺 倒 包 孕 育 剂 的 粒 度 为 2~5mm, 加 入 量 为 孕 育 铁 液 质 量 的 0.2%~0.4% 3 浇 注 开 始 浇 注 时, 铁 液 必 须 迅 速 充 满 浇 口 杯 在 浇 注 过 程 中 铁 液 不 能 断 流, 以 保 证 浇 口 杯 始 终 充 满 铁 液, 先 快 后 慢 收 流 要 稳 4 浇 注 时 间 球 化 后 一 包 铁 液 要 在 12min 内 浇 注 完 毕, 防 止 球 化 衰 退 球 化 衰 退 抽 检 取 样 应 取 自 一 包 铁 液 浇 注 完 模 型 的 剩 余 铁 液 5 不 合 格 铁 液 不 浇 注 6 落 砂 时 间 浇 注 后, 曲 轴 在 砂 型 内 冷 却 50min 以 后, 曲 轴 温 度 约 600 以 下, 方 可 进 行 落 砂 (7) 清 理 和 检 查 球 铁 曲 轴 清 理 检 查 流 程 框 图 详 如 图 2.16 所 示 图 2.16 球 铁 曲 轴 清 理 检 查 流 程 图 1 落 砂 及 一 次 检 查 球 铁 曲 轴 经 造 型 线 落 砂, 倒 运 到 鳞 板 输 送 机 上, 再 将 曲 轴 浇 注 系 统 打 掉 然 后, 对 曲 轴 浇 注 系 统 断 面 及 附 铸 试 块 断 面 进 行 宏 观 检 查, 频 次 100% 检 查 球 化 是 否 良 好, 是 否 石 墨 飘 浮, 有 问 题 的 进 行 金 相 检 验, 并 对 该 批 曲 轴 做 隔 离 处 理 对 于 每 批 次 的 曲 轴 抽 检 附 铸 试 块 进 行 球 化 率 和 基 体 组 织 的 检 查 ; 球 化 不 良 的 铸 件 报 废 :w ( 珠 光 体 ) 不 够 或 渗 碳 体 超 标 可 以 进 行 正 火 热 处 理, 正 火 后 金 相 组 织 合 格 则 认 为 该 批 次 铸 件 为 合 格, 否 则 报 废 一 次 检 查 合 格 的 铸 件 经 抛 丸 室 进 行 抛 丸 清 理 2 清 理 将 带 冒 口 的 曲 轴 挂 在 专 用 吊 钩 上, 经 悬 链 输 送 到 抛 丸 室 进 行 抛 丸 清 理 抛 丸 后 的 曲 轴 打 掉 冒 口 轿 车 用 曲 轴 或 设 计 上 有 特 殊 要 求 的 曲 轴, 可 以 用 圆 盘 锯 床 锯 掉 曲 轴 冒 口, 或 用 专 用 铣 床 铣 掉 冒 口 和 端 面 铲 磨 曲 轴 飞 边 毛 刺 曲 轴 加 工 定 位 面 应 清 理 平 整 浇 冒 口 残 余 小 于 2mm; 轿 车 曲 轴 浇 冒 口 残 余 少 于 1mm 飞 边 毛 刺 一 般 曲 轴 加 工 面 小 于 应 使 3mm, 非 加 工 面 小 于 2mm; 轿 车 曲 轴 的 飞 边 毛 刺 小 于 1mm 3 最 终 检 查 对 清 理 后 的 曲 轴 进 行 最 终 检 查 一 般 对 曲 轴 的 轴 向 和 径 向 尺 寸,30~100 根 抽 检 一 根 然 后, 对 球 铁 曲 轴 必 须 进 行 100% 的 成 品 无 损 检 测 ; 一 般 用 超 声 速 法 或 音 频 法 检 查 曲 轴 的 球 化 率 ; 用 剩 磁 法 检 查 曲 轴 的 基 体 组 织 ; 用 磁 粉 荧 光 法 检 查 曲 轴 的 表 面 裂 纹 ; 用 超 声 波 法 检 查 曲 轴 的 缩 孔 等 缺 陷 ; 在 曲 轴 固 定 的 位 置 打 硬 度, 检 查 曲 轴 的 力 学 性 能 及 耐 磨 损 性 能 以 上 各 项 在 生 产 中 有 针 对 性 地 选 择 采 用 成 品 检 查 流 水 线 最 后 工 序, 是 在 合 格 曲 轴 上 打 上 生 产 日 期 及 批 次 编 号 4 防 锈 处 理 合 格 的 曲 轴 需 经 防 锈 处 理 后 入 成 品 库 一 般 采 用 磷 化 防 锈 处 理 工 艺 磷 化 工 艺 规 范 详 见 表 2-18 磷 化 后 的 铸 件 需 进 行 水 洗 水 洗 分 为 室 温 水 和 热 水 洗 两 阶 段 室 温 水 洗 操 作 技 术 条 件 详 见 表 2-19; 室 温 水 洗 后 的 曲 轴 经 0.6min 的 沥 液, 进 入 热 水 洗 阶 段 热 水 洗 操 作 技 术 条 件 详 见 表

42 第 2 章 铸 造 33 表 2-18 磷 化 工 艺 规 范 项 目 总 酸 点 数 游 离 酸 浓 度 酸 比 磷 化 时 间 /min 工 作 温 度 / 参 数 值 17~19 点 1.0~1.2 点 1 (16.5±0.5) 7~9 65±0.5 注 : 取 10ml 槽 液 于 锥 形 瓶 中, 加 入 几 滴 酚 酞 指 示 剂, 用 0.1n 的 氢 氧 化 钠 滴 定, 直 至 获 得 稳 定 的 粉 红 色 消 耗 的 0.1n 氢 氧 化 钠 毫 升 数 即 为 槽 液 的 总 酸 点 数 表 2-19 室 温 水 洗 操 作 技 术 条 件 项 目 总 酸 点 数 温 度 清 洗 方 法 清 洗 时 间 /min 沥 水 时 间 / min 参 数 值 10 点 室 温 喷 表 2-20 热 水 洗 操 作 技 术 条 件 项 目 总 酸 点 数 温 度 / 清 洗 方 法 清 洗 时 间 /min 沥 水 时 间 / min 参 数 值 0.5 点 60±5 喷 磷 化 曲 轴 经 热 水 洗 后, 经 0.3~0.4MPa 的 洁 净 无 油 压 缩 空 气 吹 净 铸 件 表 面 的 积 水, 或 直 接 进 入 烘 干 室 经 (95 土 5) 热 风 烘 干 10min 磷 化 后 的 铸 件 应 在 短 时 间 内 发 往 加 工 单 位, 特 别 是 在 潮 湿 的 夏 季 要 防 止 在 库 内 表 面 锈 蚀 3) 球 铁 曲 轴 的 铸 造 缺 陷 及 对 策 球 墨 铸 铁 曲 轴 常 见 的 铸 造 缺 陷 有 球 化 不 良, 珠 光 体 含 量 低, 缩 孔 缩 松, 石 墨 漂 浮, 反 白 口, 夹 渣, 皮 下 气 孔 等 (1) 球 化 不 良 球 化 不 良 表 现 在 曲 轴 的 浇 冒 口 断 面 中 有 大 块 黑 斑 或 明 显 可 见 的 小 黑 点, 金 相 显 微 组 织 上 有 较 多 的 厚 片 状 石 墨 或 枝 晶 石 墨 1 产 生 球 化 不 良 的 主 要 原 因 如 下 所 述 (a) 原 铁 水 含 硫 成 分 过 高 球 化 干 扰 元 素 含 量 过 高 (b) 球 化 孕 育 作 用 不 强 或 衰 退 (c) 残 留 镁 量 或 稀 土 元 素 量 不 适 当, 过 多 或 过 少 2 防 止 球 化 不 良 的 措 施 针 对 产 生 球 化 不 良 的 主 要 原 因, 可 以 采 取 以 下 措 施, 防 止 球 化 不 良 (a) 炉 料, 尽 量 选 用 低 硫 磷 优 质 生 铁 及 焦 炭, 块 度 适 当 严 格 禁 止 混 料 冲 天 炉 熔 炼 要 强 化 脱 硫 (b) 不 用 不 合 质 量 要 求 ( 成 分 的 质 量 分 数 块 度 ) 的 球 化 剂 球 化 剂 中 氧 化 镁 的 质 量 分 数 应 小 于 1% 球 化 剂 不 久 放, 不 受 潮, 随 用 随 破 碎 (c) 提 高 铁 水 过 热 温 度, 有 条 件 的 工 厂 最 好 采 用 电 炉 熔 炼 (d) 球 化 处 理 准 确 控 制 球 化 铁 液 量, 防 止 炉 渣 流 入 包 内 强 化 球 化 和 孕 育 处 理 工 艺, 采 用 延 后 孕 育 措 施 如 随 流 孕 育 倒 包 孕 育 (e) 浇 注 时 间 要 短 球 化 处 理 后 要 在 12min 内 浇 注 完 毕, 防 止 球 化 孕 育 衰 退 (2) 珠 光 体 含 量 过 低 1 珠 光 体 含 量 低 于 技 术 条 件 要 求 的 主 要 原 因 (a) 质 量 分 数 及 合 金 元 素 含 量 不 适 当 33 标 准 分 享 网 免 费 下 载

43 34 汽 车 制 造 工 艺 (b) 铸 型 冷 却 条 件 不 好 (c) 浇 注 温 度 过 高 2 改 善 珠 光 体 含 量 低 的 措 施 针 对 珠 光 体 含 量 低 的 主 要 原 因, 采 取 以 下 措 施 (a) 合 适 的 选 择 碳 硅 及 碳 当 量 (b) 调 整 锰 铜 锡 等 元 素 的 含 量 (c) 定 时 打 箱, 一 般 为 45~60min, 铸 件 温 度 低 于 600 (d) 适 当 调 整 浇 注 温 度 到 1410~1350 (e) 适 当 的 选 择 型 砂 的 水 分 含 量 (3) 缩 孔 缩 松 缩 孔 及 缩 松 是 球 墨 铸 铁 曲 轴 最 常 见 的 铸 造 缺 陷, 球 墨 铸 铁 经 过 液 态 收 缩 凝 固 后, 在 曲 轴 的 热 节 或 最 后 凝 固 的 部 位 出 现 一 些 微 观 或 宏 观 孔 洞 生 产 上, 用 肉 眼 可 以 看 出 的, 尺 寸 较 大 而 集 中 的 孔 洞 称 为 缩 孔 ; 另 一 些 肉 眼 不 易 辨 分 的 细 小 的 分 散 的 孔 洞 称 为 缩 松 若 曲 轴 的 冒 口 补 缩 不 足, 将 在 冒 口 下 端 热 节 处 出 现 集 中 缩 孔 ; 曲 柄 臂 和 主 轴 径 交 界 处, 散 热 条 件 差, 容 易 出 现 缩 松 1 球 铁 曲 轴 产 生 缩 孔 缩 松 的 主 要 原 因 如 下 所 述 (a) 质 量 分 数 中, 破 当 量 过 低 (b) 残 留 镁 量 过 高 (c) 铸 型 刚 度 不 够, 退 让 性 过 大 2 措 施 针 对 球 铁 曲 轴 产 生 缩 孔 缩 松 的 主 要 原 因, 采 取 以 下 措 施, 消 除 或 减 少 曲 轴 的 缩 孔 缩 松 (a) 提 高 铸 型 的 刚 度, 湿 砂 型 的 铸 型 表 面 硬 度 大 于 90 为 宜 较 大 的 球 铁 曲 轴 采 用 刚 性 大 的 铸 型, 如 干 砂 型 水 泥 型 金 属 型 复 砂 等 ; 减 少 铸 型 的 退 让 性, 利 用 石 墨 膨 胀 力 反 过 来 作 用 在 金 属 液 上, 使 之 流 动, 起 补 缩 作 用 (b) 适 当 提 高 碳 当 量 为 4.2%~4.6%, 碳 质 量 分 数 为 3.6%~3.9%, 硅 质 量 分 数 为 1.8%~ 2.2% (c) 采 用 稀 土 镁 合 金 球 化 剂, 减 少 Mg 的 残 留 量 至 0.030%~0.055% (d) 合 理 的 选 择 冒 口 冷 铁 及 浇 注 系 统 造 成 顺 序 凝 固, 利 用 冒 口 补 缩 (e) 根 据 曲 轴 的 大 小 造 型 工 艺 及 质 量 分 数, 合 理 的 选 择 浇 注 温 度 一 般 以 1350~1400 为 宜 (4) 夹 渣 夹 渣 又 称 为 黑 渣 夹 渣 缺 陷 多 出 现 在 轴 上 表 面 死 角 处 夹 渣 根 据 形 成 的 时 间 可 以 分 为 一 次 夹 渣 和 二 次 夹 渣 两 大 类 二 次 夹 渣 对 曲 轴 的 疲 劳 强 度 影 响 最 大 1 影 响 形 成 夹 渣 的 主 要 因 素 (a) Mg 含 量 过 高 残 留 Mg 量 越 多, 夹 渣 层 越 厚 (b) 原 铁 液 含 S 量 过 高 原 铁 液 S 量 越 高, 曲 轴 的 夹 渣 缺 陷 越 多 (c) 球 化 剂 和 孕 育 剂 过 多,Si 含 量 越 多, 夹 渣 越 严 重 Si 量 过 高 形 成 氧 化 夹 渣 (d) 浇 注 温 度 过 低, 一 次 渣 二 次 渣 来 不 及 逸 出 铸 件 形 成 夹 渣 2 措 施 针 对 夹 渣 产 生 的 主 要 原 因, 采 取 以 下 措 施, 防 止 曲 轴 夹 渣 (a) 降 低 Mg 的 残 留 量 至 0.030%~0.055% (b) 降 低 原 铁 液 含 S 量 到 0.03% 以 下 34

44 第 2 章 铸 造 35 (c) 降 低 球 化 剂 中 的 Si 含 量, 减 少 孕 育 剂 硅 铁 的 加 入 量 采 用 延 后 孕 育 处 理 方 法, 如 浇 口 杯 随 流 孕 育 型 内 孕 育 倒 包 孕 育 等 (d) 提 高 浇 注 温 度, 大 于 1350 (e) 调 整 浇 注 系 统 各 部 分 截 面 积 比 例, 保 证 平 稳 供 给 铁 液, 力 求 避 免 铁 液 的 飞 溅 和 紊 流 (f) 使 用 除 渣 剂 冰 晶 石 粉 铁 液 表 面 覆 盖 0.10 %~0.15% 的 冰 晶 石 粉, 再 加 草 灰 搅 拌 扒 渣 如 此 二 三 次, 再 覆 盖 0.3% 的 冰 晶 石 粉, 可 有 效 除 渣 用 冰 晶 石 粉 时 应 注 意 防 毒, 加 强 通 风 (g) 浇 注 系 统 中 加 过 滤 网 (5) 皮 下 气 孔 皮 下 气 孔 常 出 现 在 曲 轴 的 上 表 皮 层 内 一 般 位 于 表 面 下 0.5~0.3mm 处, 形 成 分 散 细 小 的 筒 状 或 尖 角 状 的 孔 洞, 直 径 多 在 0.5~3.0mm, 有 些 呈 球 状 其 内 表 面 光 洁, 有 时 带 一 些 夹 渣 和 石 墨 1 影 响 形 成 皮 下 气 孔 的 主 要 原 因 如 下 所 述 (a) Mg 和 稀 土 元 素 残 量 过 高,S 量 过 高 (b) Al 和 Ti 元 素 过 量 并 存, 导 致 产 生 皮 下 气 孔 (c) 铸 型 水 分 过 高, 产 生 过 多 的 气 体 (d) 孕 育 剂 破 碎 后 存 放 时 间 过 长 吸 潮, 使 皮 下 气 孔 增 加 (e) 铁 液 处 理 温 度 和 浇 注 温 度 过 低 2 措 施 针 对 产 生 皮 下 气 孔 的 主 要 原 因, 采 取 以 下 措 施, 防 止 产 生 皮 下 气 孔 (a) 严 格 控 制 型 砂 水 的 质 量 分 数 在 3.5%~4.5 %, 提 高 混 砂 质 量 及 型 砂 透 气 性 (b) 使 用 煤 粉 砂 一 般 有 效 煤 粉 的 质 量 分 数 在 5%~7 %, 即 可 减 少 皮 下 气 孔 (c) 将 Fe 2 O 3 粉 用 煤 油 搅 拌 成 悬 浊 液, 往 铸 型 上 喷 一 薄 层, 可 以 减 少 或 消 除 皮 下 气 孔 (d) 铸 型 表 面 撒 冰 晶 石 粉 ( 氟 硅 酸 钠 ), 也 是 消 除 皮 下 气 孔 的 有 效 方 法 (e) 炉 料 净 化, 使 其 表 面 无 锈 无 油 垢 无 潮 湿 (f) 孕 育 剂 使 用 前 烘 烤, 采 用 200~300 烘 烤 l h 铁 液 包 烘 烤 透, 孕 育 剂 含 Al 质 量 分 数 小 于 0.5 % (g) 提 高 铁 液 过 热 温 度 至 1520~1540 ; 球 化 处 理 温 度 至 1490~1520 ; 浇 注 温 度 至 1350~1410 (h) 在 保 证 球 化 前 提 下, 应 尽 量 降 低 Mg 的 残 留 量 (i) 降 低 原 铁 液 含 S 量, 浇 注 前 静 止 片 刻 各 生 产 厂 的 生 产 条 件 不 同, 应 适 当 选 择 和 变 更 防 止 皮 下 气 孔 的 措 施 (6) 石 墨 漂 浮 石 墨 漂 浮 出 现 在 曲 轴 的 上 表 面 或 热 节 转 角 处, 呈 密 集 的 黑 斑 外 观 与 夹 渣 层 类 似, 但 仔 细 观 察, 可 以 看 到 夹 渣 层 深 浅 不 一, 呈 块 状 连 接 分 布, 而 石 墨 漂 浮 则 是 密 集 的 黑 斑, 与 正 常 的 银 白 色 断 口 组 织 有 清 晰 可 见 的 分 界 线, 黑 白 分 明 1 产 生 石 墨 漂 浮 的 主 要 因 素 有 以 下 几 点 (a) C 和 Si 含 量 过 高 (b) Mg 和 稀 土 残 留 量 不 适 当 镁 量 过 低 或 稀 土 量 过 高, 石 墨 漂 浮 增 加 (c) 浇 注 温 度 越 高, 石 墨 漂 浮 层 越 厚 同 一 包 铁 液, 先 浇 注 的 石 墨 漂 浮 严 重, 后 浇 注 的 温 度 低, 石 墨 漂 浮 越 轻 35 标 准 分 享 网 免 费 下 载

45 36 汽 车 制 造 工 艺 (d) 新 生 铁 C 含 量 越 高, 或 配 料 中 新 生 铁 比 例 越 高, 则 石 墨 漂 浮 越 易 产 生 2 措 施 针 对 石 墨 漂 浮 产 生 的 主 要 原 因, 采 取 以 下 措 施, 防 止 石 墨 漂 浮 (a) 严 格 控 制 C Si 含 量, 一 般 w(c)3.6 %~3.9 %,w(si)1.8 %~2.2% 大 断 面 曲 轴 可 以 取 下 限 (b) 采 用 低 硅 原 铁 液,w(Si)1.1%~1.3% 加 强 延 后 孕 育 处 理 工 艺 (c) 在 保 证 球 化 前 提 下, 严 格 控 制 球 化 剂 的 加 入 量, 特 别 是 稀 土 残 留 量 应 小 于 0.05% (d) 适 当 降 低 浇 注 温 度 (e) 合 理 使 用 冒 口, 使 漂 浮 集 中 至 冒 口 的 上 部 (f) 加 快 冷 却 速 度, 热 节 处 可 以 选 择 放 置 冷 铁 (7) 反 白 口 反 白 口 是 渗 碳 体 量 多 而 集 中 在 热 节 处 或 最 后 凝 固 的 地 方 这 种 缺 陷 附 近 经 常 有 缩 松 存 在 1 反 白 口 产 生 的 主 要 原 因 : 分 析 反 白 口 产 生 的 原 因, 原 铁 液 C 和 Si 含 量 对 反 白 口 的 产 生 没 有 直 接 影 响 产 生 反 白 口 的 主 要 原 因 有 以 下 几 个 方 面 (a) 稀 土 残 留 量 过 高 (b) 孕 育 不 良 或 孕 育 衰 退 2 措 施 针 对 产 生 反 白 口 的 主 要 原 因, 采 取 以 下 措 施, 防 止 反 白 口 (a) 减 少 球 化 剂 稀 土 元 素 含 量, 适 当 降 低 球 化 剂 加 入 量 (b) 强 化 延 后 孕 育 处 理, 采 用 瞬 时 孕 育 或 多 次 孕 育 (c) 提 高 出 炉 温 度, 稳 定 球 化 和 孕 育 处 理 工 艺 操 作, 处 理 后 尽 快 浇 注 4. 球 铁 曲 轴 的 局 部 强 化 表 面 强 化 工 艺 对 于 以 弯 曲 扭 转 疲 劳 破 坏 和 早 期 轴 径 磨 损 烧 伤 为 主 要 失 效 方 式 的 曲 轴 生 产 是 必 不 可 少 的 强 化 工 艺 国 内 外 关 于 铸 态 球 铁 曲 轴 局 部 强 化 的 研 究 与 应 用 的 方 法 有 : 表 面 淬 火 表 面 氮 化 处 理 圆 角 滚 压 强 化 及 强 化 喷 丸 等 表 面 强 化 工 艺 方 法 可 防 止 疲 劳 裂 纹 生 核, 提 高 曲 轴 疲 劳 寿 命, 提 高 耐 磨 性, 局 部 强 化 的 预 压 力 可 阻 止 或 延 缓 裂 纹 的 疲 劳 扩 张 速 率 研 究 表 明 : 中 频 轴 径 淬 火 加 圆 角 滚 压 复 合 表 面 强 化 工 艺, 可 提 高 σ-180%~90%, 同 时 提 高 耐 磨 性 1.5 倍 : 离 子 氮 化 加 圆 角 滚 压 复 合 表 面 强 化 工 艺, 可 提 高 σ-1163%, 同 时 提 高 耐 磨 性 1.5~2.5 倍 可 见, 复 合 表 面 强 化 工 艺 是 保 证 曲 轴 质 量, 提 高 曲 轴 寿 命 的 重 要 途 径 5. 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 凸 轮 轴 是 发 动 机 配 气 机 构 的 主 要 零 件 之 一 凸 轮 轴 的 主 要 失 效 方 式 是 磨 损 ( 磨 料 磨 损 ) 刮 伤 ( 粘 着 磨 损 ) 疲 劳 ( 点 蚀 或 剥 落 ) 根 据 凸 轮 轴 的 服 役 工 况 和 主 要 失 效 方 式, 要 求 凸 轮 轴 材 料 有 较 高 的 强 度 和 硬 度 凸 轮 轴 材 料 有 锻 钢 和 铸 铁 两 种 近 些 年 来, 世 界 上 著 名 的 汽 车 发 动 机 多 数 都 采 用 铸 铁 凸 轮 轴 与 挺 杆 相 匹 配 按 铸 铁 种 类 分 为 球 墨 铸 铁 凸 轮 轴 和 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 球 墨 铸 铁 凸 轮 轴 可 参 照 球 铁 曲 轴 工 艺 过 程 设 计 其 铸 造 工 艺 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 按 工 艺 方 法 又 分 为 激 冷 铸 铁 凸 轮 轴 和 可 淬 硬 铸 铁 凸 轮 轴 激 冷 铸 铁 凸 轮 轴 是 铸 造 时 在 铸 型 的 凸 轮 桃 位 置 加 冷 铁, 使 凸 轮 轴 铸 件 形 成 白 口 耐 磨 层 的 一 种 铸 造 工 艺 方 法 另 一 种 是 可 淬 硬 铸 铁 凸 轮 轴, 铸 造 的 凸 轮 轴 毛 坯, 通 过 后 续 的 淬 火 36

46 第 2 章 铸 造 37 热 处 理 工 艺, 提 高 凸 轮 的 硬 度 耐 磨 性 可 淬 硬 铸 铁 凸 轮 轴, 是 在 普 通 灰 口 铸 铁 基 础 上, 选 择 合 适 的 合 金 元 素 加 入, 铸 态 得 到 合 格 的 金 相 组 织, 淬 火 后 得 到 较 高 的 硬 度 下 面 主 要 介 绍 可 淬 硬 铸 铁 凸 轮 轴 的 材 质 6. 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 的 材 质 1) 质 量 分 数 及 合 金 元 素 的 选 择 (1) C 和 Si C 含 量 不 能 过 高 或 过 低, 一 般 选 w(c) 为 3.1%~3.4 % ;Si 含 量 一 般 以 保 证 金 相 组 织 和 白 口 层 深 度 为 标 准, 其 中 w(si) 为 1.8%~2.2% 同 时 应 保 证 C 和 Si 的 总 量 满 足 共 晶 度 Sc 0.9 的 要 求 共 晶 度 Sc 的 计 算 公 式 如 下 : w(c) Sc = [ w(p) + w(si)] 3 式 中,Sc 为 共 晶 度 ;w (C) 为 含 碳 量 的 质 量 分 数 ;w (P) 为 含 磷 量 的 质 量 分 数 ;w (Si) 为 含 硅 量 的 质 量 分 数 (2) P 和 S 对 合 金 铸 铁 中 的 P 和 S 含 量 不 要 求 像 球 墨 铸 铁 曲 轴 那 样 严 格, 但 也 不 宜 过 高, 一 般 来 说,w (P) 0.2%,w (S) 0.12% (3) Mn Mn 作 为 稳 定 珠 光 体 元 素, 不 仅 来 源 广 泛, 而 且 价 格 便 宜 一 般 w (Mn) 为 0.5%~0.8% (4) 合 金 元 素 可 淬 硬 凸 轮 轴, 采 用 添 加 稳 定 珠 光 体 提 高 淬 透 性 淬 硬 性 元 素 的 方 法, 是 通 常 应 用 方 法 添 加 的 主 要 元 素 有 Cu Mo Ni Cr 等 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 质 量 分 数 详 见 表 2-21 表 2-21 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 质 量 分 数 项 目 质 量 分 数 /% w (C) w (Si) w (Mn) w (P) w (S) w (Cu) w (Mo) w (Ni) w (Cr) 原 铁 液 3.1~ ~ ~ ~ ~ ~ ~0.4 铸 件 3.1~ ~ ~ ~ ~ ~ ~0.4 2) 金 相 组 织 (1) 石 墨 组 织 石 墨 为 片 状 A 型 石 墨 或 D 型 石 墨, 局 部 允 许 存 在 少 量 E 型 石 墨 凸 轮 轴 石 墨 分 布 形 状 及 其 长 度 详 见 表 2-22 表 2-22 凸 轮 轴 石 墨 分 布 形 状 及 长 度 项 目 A 型 ( 级 ) D 型 ( 级 ) 观 察 位 置 /mm 桃 尖 表 面 下 备 注 长 度 等 级 5~8 6~8 1~5 允 许 少 量 A 型 4 级 或 D 型 5 级 (2) 基 体 组 织 铸 态 组 织 为 以 珠 光 体 基 体 为 主 铁 素 体 含 量 不 得 超 过 20%, 一 般 控 制 在 10% 以 下 不 允 许 莱 氏 体 存 在 3) 力 学 性 能 (1) 抗 拉 强 度 ( σ b ) 一 般 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 采 用 HT250 牌 号 铁 液, 经 合 金 化 处 理, 单 铸 试 块 抗 拉 强 度 σ 250 MPa b 37 标 准 分 享 网 免 费 下 载

47 38 汽 车 制 造 工 艺 (2) 布 氏 硬 度 (HBS) 一 般 凸 轮 轴 桃 尖 5mm 以 下, 布 氏 硬 度 在 200~260HBS 7. 合 金 铸 铁 凸 转 轴 的 熔 炼 工 艺 1) 质 量 分 数 一 般 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 用 保 证 质 量 分 数 来 保 证 金 相 组 织 的 合 格 其 质 量 分 数 详 见 表 ) 白 口 及 孕 育 原 铁 液 要 有 一 定 的 白 口 层 深 度, 为 了 确 保 金 相 组 织 中 消 除 莱 氏 体 和 石 墨 组 织 的 细 化, 进 行 孕 育 处 理, 一 般 孕 育 剂 加 入 量 0.2%~0.4% 凸 轮 轴 白 口 层 深 度 详 见 表 ) 铁 液 温 度 原 铁 液 温 度 和 浇 注 温 度 采 用 热 电 偶 测 温 凸 轮 轴 铁 液 温 度 范 围 详 见 表 2-24 表 2-23 凸 轮 轴 白 口 层 深 度 项 目 白 口 层 深 度 /mm 孕 育 前 孕 育 后 13~16 3~6 表 2-24 凸 轮 轴 铁 液 温 度 范 围 铁 液 种 类 原 铁 液 温 度 / 浇 注 温 度 / 温 度 范 围 1460~ ~ 壳 型 铸 造 曲 轴 凸 轮 轴 工 艺 及 装 备 的 湿 砂 型 铸 造 壳 型 工 艺 是 采 用 壳 型 砂 造 型 工 艺 浇 注 多 采 用 立 浇 立 冷 的 工 艺 方 案 用 壳 型 铸 造 多 生 产 四 缸 曲 轴 凸 轮 轴 下 面 主 要 介 绍 壳 型 工 艺 方 面 的 特 点 1. 壳 型 生 产 过 程 图 2.17 所 示 为 壳 型 生 产 流 程 示 意 图 图 2.17 壳 型 生 产 流 程 图 壳 型 造 型 材 料 是 援 膜 砂, 壳 型 砂 的 黏 结 剂 为 热 固 性 树 脂 所 以 壳 型 模 具 需 加 热 后 再 制 壳, 制 出 的 壳 为 片 状, 将 两 片 壳 黏 结 在 一 起, 形 成 中 空 的 铸 型 然 后 将 壳 型 放 在 砂 箱 中, 一 般 1 箱 可 放 5~8 个 壳 型, 型 与 型 之 间 用 铁 丸 填 紧, 壳 型 装 砂 箱 示 意 图 如 图 2.18 所 示 (1) 壳 型 砂 配 制 壳 型 砂 配 制 采 用 壳 型 砂 混 砂 机, 其 型 号 可 依 据 本 工 厂 的 情 况 选 定 1 壳 型 砂 用 原 材 料 配 料 壳 型 砂 所 用 原 材 料 详 见 表

48 第 2 章 铸 造 39 表 2-25 壳 型 砂 原 材 料 序 号 材 料 名 称 技 术 条 件 备 注 1 原 砂 ISC140/70 按 国 家 标 准 或 原 材 料 技 术 标 准 擦 洗 沙 酚 醛 树 脂 按 国 家 标 准, 颗 粒 均 匀, 无 结 块 黏 结 剂 3 乌 洛 托 品 按 国 家 标 准, 外 观 白 色, 无 结 块 固 化 剂 4 硬 脂 酸 钙 按 国 家 标 准, 无 变 质, 无 结 块 润 滑 剂 5 水 工 业 用 净 水 水 温 40~50 乌 洛 托 品 2 壳 型 砂 配 砂 比 例 壳 型 砂 配 砂 质 量 分 数 详 见 表 2-26 表 2-26 壳 型 砂 配 砂 质 量 分 数 材 料 ISC140/70 砂 酚 醛 树 脂 占 砂 乌 洛 托 品 占 树 脂 硬 脂 酸 钙 占 树 脂 水 占 树 脂 比 例 /% 壳 型 砂 混 砂 工 艺 流 程 壳 型 砂 混 砂 工 艺 流 程 详 见 表 2-27 表 2-27 壳 型 砂 混 砂 工 艺 流 程 序 号 加 料 次 数 混 砂 时 间 /s 及 工 序 说 明 夏 季 130~145 冬 季 130~ 覆 膜 时 间 45 3 乌 洛 托 品 水 溶 液 10 4 硬 脂 酸 钙 5 5 混 砂 时 间 破 碎 7 冷 却 ( 将 砂 冷 却 到 40 以 下 ) 图 2.18 壳 型 装 砂 箱 示 意 图 壳 型 砂 混 制 前, 应 按 设 备 操 作 卡 要 求, 检 查 设 备 及 各 启 动 部 分 是 否 正 常 首 先 必 须 用 温 度 计 实 测 热 砂 温 度 直 调 到 符 合 工 艺 温 度 为 止 各 种 材 料 的 加 入 量 要 准 确 称 量, 特 别 是 乌 39 标 准 分 享 网 免 费 下 载

49 40 汽 车 制 造 工 艺 洛 托 品 水 溶 液 要 搅 拌 均 匀, 充 分 溶 解, 混 至 合 格 的 壳 型 砂 流 入 砂 斗 中 4 壳 型 砂 技 术 条 件 壳 型 砂 的 技 术 条 件 详 见 表 表 2-28 壳 型 砂 技 术 条 件 参 数 名 称 干 拉 强 度 /MPa 熔 点 / 参 数 值 ~110 (2) 制 壳 制 壳 根 据 工 厂 的 情 况 可 以 选 择 4 工 位 壳 型 机 壳 型 最 大 尺 寸 为 760mm 600mm 150mm; 模 具 尺 寸 为 860mm 700mm; 模 型 温 度 250~320 连 续 可 调 ; 加 热 方 式 采 用 煤 气 加 热, 并 加 装 红 外 线 发 生 器, 可 以 提 高 热 效 率, 也 可 以 使 加 热 均 匀 ; 生 产 节 拍 可 达 到 50s 型 制 壳 的 工 艺 参 数 详 见 表 2-29 表 2-29 壳 型 制 壳 工 艺 参 数 工 艺 参 数 模 具 温 度 / 成 型 时 间 /s 壳 型 厚 度 /mm 烘 烤 时 间 /s 黏 结 时 间 /s 范 围 260~300 30~50 8~12 60~80 60~120 制 壳 过 程 是 用 煤 气 或 电 加 热 管 将 模 具 加 热 到 260~300, 然 后 将 壳 型 砂 覆 盖 在 模 具 表 面, 砂 子 受 热 后 固 化 成 一 层 硬 壳, 待 壳 厚 达 到 8~12mm 时, 倒 去 未 硬 化 的 浮 砂, 用 煤 气 烘 烤 壳 型 至 全 部 硬 化 接 着 用 模 具 顶 出 机 构 将 壳 顶 出, 放 在 壳 型 黏 结 机 上, 涂 上 黏 结 胶, 将 2 片 壳 型 合 在 一 起, 压 紧 黏 结 机 60~120s, 取 下 黏 结 好 的 壳 型, 放 于 壳 型 架 上 备 用 全 部 制 壳 过 程, 可 以 实 现 机 械 化 自 动 化 (3) 埋 箱 壳 型 铸 造 曲 轴 凸 轮 轴 采 用 立 浇 立 冷 的 工 艺 方 案, 如 图 2.19 所 示, 将 黏 结 好 的 壳 型 竖 直 的 放 于 砂 箱 中, 一 般 每 箱 放 5~8 个 壳 型 壳 型 距 砂 箱 底 部 的 距 离 一 般 为 40~ 80mm, 壳 型 侧 面 距 砂 箱 壁 的 距 离 一 般 为 40~60mm 砂 箱 内 壳 型 之 间 的 空 间 用 钢 丸 充 填 为 了 避 免 钢 丸 进 入 壳 型 型 腔, 用 浇 口 杯 盖 将 壳 型 浇 注 系 统 盖 好, 用 填 钢 丸 机 充 填 钢 丸, 钢 丸 直 径 一 般 采 用 2~3mm, 钢 丸 充 填 满 后 自 动 停 止 砂 箱 在 振 动 台 上 震 实, 防 止 胀 箱 开 胶 铸 型 退 让 产 生 废 品 (4) 落 砂 浇 注 后 一 般 45~60min, 开 始 落 砂 砂 箱 在 落 砂 机 上 翻 转, 将 钢 丸 铸 件 和 砂 型 一 齐 倒 在 落 砂 栅 上, 取 件 机 械 手 将 铸 件 抓 走 (5) 铁 丸 的 筛 分 及 冷 却 1 筛 分 打 箱 后 的 钢 丸 夹 杂 着 大 量 的 砂 块 铁 渣 和 粉 尘 铁 丸 和 砂 块 经 粗 筛 砂 机 筛 除 大 于 φ3mm 的 砂 块 和 铁 渣 等, 再 经 细 筛 砂 机 筛 除 钢 丸 中 小 于 φ2mm 的 废 砂 和 铁 渣 铁 丸 筛 分 机 工 作 示 意 图 如 图 2.20 所 示 2 冷 却 筛 砂 后 的 钢 丸 通 过 输 送 管 道 输 送 到 铁 丸 冷 却 滚 筒 随 着 冷 却 滚 筒 的 旋 转, 铁 丸 在 滚 筒 中 翻 滚 降 温, 同 时 鼓 风 机 吹 去 铁 丸 中 的 粉 尘 一 般 钢 丸 入 口 温 度 高 于 400, 冷 却 后 的 钢 丸 在 出 口 温 度 应 小 于 70 ; 根 据 生 产 纲 领, 钢 丸 冷 却 处 理 能 力 应 大 于 50t/h, 冷 却 介 质 空 气 应 大 于 30000m 3 /h 冷 却 后 的 钢 丸, 经 提 升 输 送 到 埋 箱 工 位 上 方 的 钢 丸 储 存 斗 中, 循 环 使 用 2. 壳 型 工 艺 特 点 1) 立 浇 立 冷 底 注 式 工 艺 方 案 曲 轴 凸 轮 轴 一 般 壳 型 铸 造 采 用 立 浇 立 冷 底 注 式 工 艺 方 案 其 充 型 平 稳, 可 采 用 封 闭

50 第 2 章 铸 造 41 式 浇 注 系 统 或 半 封 闭 浇 注 系 统 一 般 可 采 用 发 热 保 温 冒 口, 确 保 冒 口 补 缩 铸 件, 同 时 减 少 冒 口 质 量, 提 高 铸 件 工 艺 出 品 率 图 2.19 凸 轮 轴 立 浇 立 冷 的 工 艺 方 案 图 2.20 铁 丸 筛 分 机 工 作 示 意 图 2) 壳 型 铸 造 工 艺 特 点 壳 型 铸 造 工 艺 具 有 尺 寸 精 度 高, 表 面 质 量 好, 加 工 余 量 小, 公 差 范 围 小 等 优 点 壳 型 填 钢 丸 工 艺 的 冷 却 速 度 快, 凝 固 质 量 好 可 以 使 铸 造 缺 陷 降 低 到 最 低 限 度 金 属 型 盆 砂 铸 造 曲 轴 凸 轮 轴 工 艺 及 工 艺 设 备 1. 球 墨 铸 铁 曲 轴 金 属 型 复 砂 造 型 1) 金 属 型 复 砂 造 型 金 属 型 具 有 最 大 的 刚 度, 然 而 这 种 铸 型 由 于 冷 却 速 度 过 快, 可 能 在 球 铁 曲 轴 中 形 成 渗 碳 体 或 白 口, 影 响 曲 轴 的 性 能 为 了 有 效 地 利 用 金 属 型 的 刚 度 和 快 速 冷 却, 同 时 避 免 由 于 冷 却 速 度 快 带 来 的 问 题, 采 用 了 金 属 型 内 部 表 面 复 砂 层 与 金 属 型 形 成 一 体 的 铸 型, 这 就 是 金 属 型 复 砂 造 型 工 艺 根 据 球 墨 铸 铁 共 晶 凝 固 膨 胀 大 的 特 性, 近 年 来, 具 有 高 刚 度 及 高 强 度 的 金 属 型 复 砂 造 型 工 艺 已 越 来 越 多 的 用 于 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 生 产 金 属 型 复 砂 是 一 次 性 使 用 酚 醛 树 脂 砂 射 砂 成 型, 砂 型 牢 固 附 着 在 金 属 型 上 因 而 得 到 强 度 和 刚 度 高, 导 热 冷 却 性 能 好, 用 砂 量 很 少, 尺 寸 精 度 高 的 铸 型 从 而 得 到 晶 粒 细 小 组 织 致 密 的 球 铁 曲 轴 凸 轮 轴 2) 金 属 型 的 壁 厚 和 结 构 应 从 刚 度 耐 久 性 和 操 作 方 便 来 考 虑 金 属 型 壁 厚 30~60mm 为 宜 铁 液 浇 注 后, 金 属 型 最 高 温 度 达 到 250~450 时, 以 不 产 生 变 形, 型 壁 移 动 小 为 宜 3) 复 砂 层 的 厚 度 应 考 虑 铸 型 刚 度 操 作 工 艺 及 金 属 型 温 度 等 因 素 复 砂 层 过 厚 则 冷 却 速 度 减 小, 型 壁 移 动 增 大, 影 响 整 个 铸 型 的 刚 度 若 复 砂 层 过 簿, 则 热 传 导 显 著 加 快, 并 且 可 能 由 于 金 属 型 的 温 度 升 得 过 高 而 造 成 金 属 型 的 膨 胀 变 形, 使 铸 型 移 动 增 大 同 时 过 薄 的 复 砂 层 将 使 铸 件 的 冷 却 速 度 过 快, 造 成 碳 化 物 增 多 或 局 部 白 口 41 标 准 分 享 网 免 费 下 载

51 42 汽 车 制 造 工 艺 此 外, 对 复 砂 层 型 砂 的 均 匀 性 和 紧 实 度 也 带 来 不 良 影 响 根 据 曲 轴 的 大 小, 复 砂 层 厚 度 可 以 为 5~10mm 4) 复 砂 层 材 料 一 般 中 小 曲 轴 的 金 属 型 采 用 射 砂 成 型 工 艺, 覆 砂 采 用 壳 型 砂, 其 配 比 及 其 相 关 工 艺 可 参 照 壳 型 砂 工 艺 大 型 曲 轴 的 金 属 型 尺 寸 过 大, 采 用 射 砂 成 型, 显 然 在 设 备 和 工 艺 上 有 很 大 困 难, 所 以 采 用 金 属 型 挂 砂 压 模 成 型 铸 造 工 艺 挂 砂 层 材 料 可 采 用 矾 土 水 泥 流 态 砂 或 水 泥 流 态 砂 挂 砂 层 厚 度 以 10~15mm 为 宜 2. 同 时 凝 固 工 艺 砂 型 铸 造 工 艺 采 用 顺 序 凝 固 工 艺, 金 属 型 复 砂 工 艺 则 多 采 用 同 时 凝 固 工 艺 同 时 凝 固 工 艺 冒 口 甚 小 或 者 无 冒 口 球 墨 铸 铁 凝 固 时 具 有 很 大 的 石 墨 膨 胀 力, 这 是 已 知 的 事 实, 金 属 型 复 砂 造 型 采 用 无 冒 口 工 艺 使 石 墨 膨 胀 力 不 是 挤 开 铸 型 而 是 挤 向 液 体 金 属 内 部, 用 其 补 偿 金 属 液 态 收 缩 及 凝 固 收 缩, 达 到 获 得 无 缩 松 曲 轴 的 目 的 实 现 同 时 凝 固 无 冒 口 工 艺 的 条 件 可 归 纳 如 下 : (1) 提 高 铸 型 的 刚 度 及 强 度 湿 砂 型 硬 度 应 在 95 以 上 ( 该 层 厚 度 大 于 50mm), 干 砂 型 水 玻 璃 砂 型 水 泥 型 金 属 型 复 砂 等 皆 可 抵 抗 住 石 墨 的 膨 胀 力 ; 合 箱 力 在 1 MPa 以 上 (2) 使 用 过 共 晶 铁 液, 严 格 限 制 阻 碍 石 墨 化 的 元 素, 其 Mg 残 留 量 应 在 0.3%~0.55%, 保 证 石 墨 膨 胀 量 等 于 或 超 过 铁 液 液 态 及 凝 固 收 缩 量 (3) 尽 量 降 低 浇 注 温 度, 不 超 过 1360 (4) 充 分 孕 育, 促 进 石 墨 化 (5) 适 当 增 高 浇 注 系 统 压 头, 以 补 偿 铸 件 开 始 阶 段 的 液 态 收 缩 (6) 为 保 证 同 时 凝 固, 铁 液 从 曲 轴 的 小 头 进 入 型 腔 砂 型 造 型 时, 曲 轴 热 节 处 放 置 冷 铁 加 快 局 部 冷 却, 冷 铁 厚 度 为 热 节 圆 的 0.8~1.3 倍 3. 金 属 型 复 砂 造 型 的 工 艺 特 点 (1) 采 用 同 时 凝 固 工 艺, 小 冒 口 或 无 补 缩 冒 口, 提 高 铁 液 利 用 率 约 20% (2) 大 大 减 少 加 工 余 量, 从 砂 型 铸 造 的 4~5mm, 减 至 2 mm, 提 高 了 尺 寸 精 度 (3) 提 高 了 铸 件 的 表 面 粗 糙 度, 可 达 Ra6.3 (4) 大 大 减 少 了 型 砂 用 量, 不 需 庞 大 的 砂 处 理 系 统, 明 显 减 少 了 废 砂 污 染 (5) 不 再 需 要 冷 铁, 并 可 根 据 曲 轴 的 特 异 形 状 的 调 节 复 砂 层 的 厚 度, 便 于 工 艺 设 计 时 考 虑 和 调 节 凝 固 方 式 (6) 消 除 常 见 的 缩 松 等 铸 造 缺 陷, 降 低 废 品 率 (7) 由 于 冷 却 条 件 比 砂 型 好 和 冶 金 质 量 的 改 善, 得 到 致 密 组 织, 显 著 提 高 了 曲 轴 的 韧 性 和 强 度 (8) 金 属 型 复 砂 造 型 的 另 一 特 点 是 可 以 在 一 定 的 高 温 打 箱, 利 用 铸 件 的 余 热 对 铸 件 正 火, 以 保 证 曲 轴 的 珠 光 体 含 量, 从 而 取 消 了 正 火 热 处 理 工 序, 即 节 约 了 能 源, 又 避 免 了 由 于 正 火 产 生 的 铸 件 变 形 和 生 成 氧 化 皮, 使 加 工 余 量 减 少 (9) 比 砂 型 铸 造 冷 却 快, 在 同 样 条 件 下, 凝 固 冷 却 大 约 快 10min 42

52 第 2 章 铸 造 凸 轮 轴 金 属 型 复 砂 铸 造 工 艺 (1) 可 淬 硬 凸 轮 轴 的 复 砂 层 厚 度 采 用 壳 型 砂 作 为 复 砂 层 材 料, 射 砂 成 型 工 艺, 可 淬 硬 凸 轮 轴 的 复 砂 层 厚 度 为 4~8mm (2) 激 冷 凸 轮 轴 激 冷 凸 轮 轴 是 在 凸 轮 桃 尖 和 偏 心 轮 表 面 砂 型 中 放 置 冷 铁, 这 些 部 位 得 到 一 定 深 度 的 白 口 层 的 铸 造 工 艺 1 激 冷 凸 轮 轴 的 质 量 分 数 :w (C) 为 3.2%~3.4%,w (Si) 为 1.8.%~2.2%,w (Mn) 为 0.6%~0.8%,w (Ni) 为 0.3%~0.5%,w (Cr) 为 0.3 %~0.5% Cr 和 Ni 使 铸 件 不 同 截 面 中 的 珠 光 体 保 持 稳 定 而 不 受 覆 砂 层 厚 度 的 影 响 硬 度 2 支 承 轴 颈 和 过 渡 轴 颈 上 的 覆 砂 层 厚 度 为 4~6mm, 得 到 相 应 的 金 相 组 织 和 铸 件 3 形 成 凸 轮 桃 和 偏 心 轮 表 面 不 加 班 砂 层 的 纯 金 属 型 部 分, 保 证 铁 液 具 有 最 高 的 凝 固 硬 化 速 度, 并 且 由 于 对 注 入 铁 液 进 行 了 孕 育 处 理 而 获 得 技 术 条 件 要 求 的 3~5mm 深 的 稳 定 局 部 白 口 4 为 了 稳 定 获 得 表 面 白 口 层, 必 须 保 证 金 属 型 不 加 覆 砂 层 的 部 分 表 面 粗 糙 度, 没 有 氧 化 皮 和 其 他 混 合 物 5 为 了 保 证 热 交 换, 覆 砂 层 和 金 属 型 的 设 计 是 很 重 要 的, 它 们 的 蓄 热 能 力 和 传 热 能 力 直 接 影 响 了 铸 件 的 凝 固 和 质 量 曲 轴 的 先 进 制 造 工 艺 传 统 曲 轴 轴 颈 的 磨 削, 往 往 是 先 磨 削 主 轴 颈 ( 连 杆 颈 ), 再 磨 削 连 杆 颈 ( 主 轴 颈 ), 最 后 磨 削 大 小 头 等 而 德 国 埃 尔 温 勇 克 机 器 制 造 有 限 公 司 机 床 的 理 念 是 一 次 装 夹, 全 部 加 工 其 优 点 是 : 工 艺 可 靠 性 高, 工 件 搬 运 次 数 少, 时 间 节 拍 缩 短, 无 需 多 次 装 夹, 因 此 可 以 获 得 更 高 的 加 工 质 量, 停 机 时 间 短 勇 克 的 高 速 磨 削 中 砂 轮 的 安 装 采 用 的 是 专 利 技 术 三 点 固 定 系 统, 如 图 2.21 所 示 图 2.21 砂 轮 的 安 装 : 三 点 固 定 系 统 43 标 准 分 享 网 免 费 下 载

53 44 汽 车 制 造 工 艺 勇 克 公 司 JUCRANK 系 列 机 型 的 摆 动 跟 踪 磨 床 为 曲 轴 的 整 体 加 工 提 供 了 全 面 的 解 决 方 案 各 种 型 号 的 磨 床 适 用 于 从 单 汽 缸 发 动 机 到 十 二 汽 缸 发 动 机 的 所 有 型 号 的 曲 轴 加 工 根 据 加 工 方 式 和 要 求 的 产 量, 每 一 种 型 号 的 JUCRANK 磨 床 都 设 计 并 安 装 有 各 具 特 色 的 平 台 和 砂 轮 架 JUCRANK 摆 动 跟 踪 磨 床 几 乎 可 以 完 成 曲 轴 加 工 过 程 中 的 所 有 磨 削 工 序, 主 轴 颈 ( 圆 柱 形 凹 面 凸 面 ) 和 连 杆 轴 颈 ( 圆 柱 形 球 面 凹 面 凸 面 ) 只 需 一 次 装 夹 就 可 以 磨 削 完 毕 ( 图 2.22) 对 硬 化 处 理 过 的 圆 角 也 可 以 进 行 磨 削 加 工 此 外, 在 工 艺 上, 勇 克 公 司 的 供 货 范 围 还 包 括 了 与 其 他 磨 削 加 工 方 式 的 任 意 组 合 不 同 的 机 型 与 其 他 勇 克 机 床 组 合, 可 以 加 工 定 位 轴 颈 法 兰 及 齿 轮 轴 颈 44 图 2.22 摆 动 跟 踪 磨 削 原 理 与 可 磨 削 的 轴 径 形 状 勇 克 公 司 很 早 就 采 用 了 用 于 高 速 加 工 的 CBN 砂 轮 和 使 用 油 冷 却 曲 轴 的 组 合 长 期 积 累 的 经 验 和 知 识 适 用 于 加 工 汽 车 发 动 机 曲 轴, 质 量 可 靠 勇 克 公 司 的 曲 轴 磨 床 在 技 术 上 的 优 势 主 要 有 : 在 加 工 过 程 中 检 测 并 修 正 轴 颈 圆 度 和 尺 寸 ; 带 有 学 习 功 能 的 控 制 系 统, 附

54 第 2 章 铸 造 45 加 对 圆 度 偏 差 和 干 扰 量 的 自 动 补 偿, 可 进 行 补 偿 的 干 扰 量 是 : 温 度 机 械 及 动 力 影 响, 磨 削 余 量 的 变 化, 材 料 以 及 金 相 结 构 的 变 化, 砂 轮 的 可 切 削 性, 机 床 的 磨 损 状 况 ; 由 于 磨 削 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 一 次 装 夹, 理 论 上 的 偏 差 为 零 ; 切 入 式 磨 削 及 摆 动 式 磨 削 ; 对 敏 感 工 件 的 支 撑, 在 主 轴 上 采 用 自 动 对 中 心 的 三 点 式 中 心 架 ;CNC 控 制 的 冷 却 剂 供 给 保 障 了 磨 削 区 域 的 持 久 用 量 ; 采 用 静 压 圆 型 导 轨, 无 爬 行 效 应, 确 保 持 久 的 高 精 确 度 (X 轴 导 轨 进 给 丝 杠 止 推 轴 承 ); 减 振 抗 扭 转 床 身, 使 用 矿 物 铸 铁 浇 注 而 成, 具 有 良 好 的 吸 振 抗 弯 功 能 ; 砂 轮 轴 适 用 于 高 达 140m/s 的 磨 削 图 2.23 是 型 号 为 JUCRANK6000/50 50 的 数 控 曲 轴 磨 床 该 磨 床 具 有 4 片 CBN 砂 轮, 每 片 均 可 独 立 磨 削, 一 次 装 夹 可 磨 削 全 部 主 轴 颈 和 连 杆 颈 ( 摆 动 跟 踪 磨 削 ) 图 2.23 JUCRANK6000/50-50 型 CBN 磨 床 的 前 端 和 后 端 形 状 德 国 BOEHRINGER 公 司 介 绍 了 通 过 曲 轴 加 工 线 的 交 钥 匙 工 程 实 现 柔 性 加 工 和 工 艺 替 代 方 法 以 一 四 拐 曲 轴 为 例, 设 计 生 产 纲 领 为 15 万 件 / 年 图 2.24 所 示 是 生 产 线 布 置 图 ( 包 括 设 备 生 产 厂 家 ) 下 面 介 绍 一 下 几 个 典 型 工 序 的 技 术 特 点 : OP10 序 : 柔 性 加 工 车 长 度 并 钻 中 心 孔 该 工 序 预 车 下 道 工 序 的 装 夹 直 径, 具 有 适 应 不 同 工 件 的 柔 性 夹 具, 高 效 率, 机 床 维 护 成 本 低 等 特 点 OP20 序 : 柔 性 加 工 轴 颈 的 车 车 拉 加 工 ( 图 2.25) 该 工 序 一 次 设 定 完 成 所 有 同 心 圆 的 车 削, 具 有 在 同 一 台 机 床 上 完 成 车 车 拉 ( 车 侧 端 面 ) 加 工, 高 效 率, 通 过 使 用 特 殊 卡 盘 和 刀 具 系 统 实 现 柔 性 加 工, 机 床 保 养 简 便 维 护 成 本 低 等 特 点 其 中 拉 削 工 艺 逐 步 可 用 高 效 的 梳 刀 代 替 图 2.24 曲 轴 的 车 车 拉 工 艺 45 标 准 分 享 网 免 费 下 载

55 46 汽 车 制 造 工 艺 OP30 序 : 柔 性 加 工 连 杆 颈 的 高 速 外 铣 ( 图 2.25) 本 工 序 使 用 设 备 是 德 国 BOEHRINGER 公 司 专 为 汽 车 发 动 机 曲 轴 设 计 制 造 的 柔 性 数 控 铣 床 该 设 备 应 用 工 件 回 转 和 铣 刀 进 给 伺 服 连 动 控 制 技 术, 可 以 一 次 装 夹 不 改 变 曲 轴 回 转 中 心 随 动 跟 踪 铣 削 曲 轴 的 连 杆 轴 颈, 铣 削 效 率 相 当 高 (a) (b) 图 2.25 曲 轴 连 杆 颈 的 高 速 外 铣 工 艺 OP50 序 : 柔 性 加 工 1 工 艺 替 代 ( 曲 轴 止 推 面 精 车 滚 压 工 艺 ) 该 工 序 具 有 以 下 技 术 特 点 : 滚 压 抛 光 止 推 面 并 在 线 测 量, 滚 压 抛 光 代 替 磨 削 加 工, 可 同 时 进 行 车 削 加 工, 在 刀 盘 上 装 有 滚 压 抛 光 装 置, 可 获 得 更 高 精 度 该 工 序 使 用 的 设 备 是 德 国 赫 根 塞 特 (HEGENS- CHEID) 的 曲 轴 止 推 面 车 滚 专 机 德 国 申 克 公 司 对 曲 轴 动 平 衡 技 术 和 平 衡 设 备 的 讲 解 阐 述 了 以 下 问 题 (1) 曲 轴 平 衡 的 新 趋 势 : 减 少 曲 轴 的 初 始 不 平 衡 量, 充 分 考 虑 曲 轴 的 内 部 质 量 补 偿 ( 采 取 质 量 定 心 等 ) 采 用 不 平 衡 量 优 化 分 解 方 法, 尽 可 能 减 少 校 正 不 平 衡 量 时 的 材 料 去 除 量 平 衡 机 采 用 模 块 化 设 计, 可 提 高 柔 性 钻 削 采 用 高 速 钻 削 润 滑 采 用 MOL( 微 量 油 润 滑 方 式 ) 技 术 (2) 曲 轴 内 部 质 量 补 偿 对 发 动 机 运 行 的 影 响 曲 轴 不 平 衡 量 与 质 量 定 心 工 艺 及 加 工 程 度 的 关 系 即 曲 轴 的 质 量 中 心 孔 和 几 何 中 心 孔 一 般 存 在 以 下 关 系 : 钻 质 量 中 心 孔 的 曲 轴, 随 着 加 工 程 度 的 深 入, 曲 轴 的 不 平 衡 量 呈 上 升 趋 势, 上 升 程 度 的 大 小 跟 毛 坯 质 量 有 主 要 关 系, 毛 坯 质 量 越 差 ( 弯 曲 ), 上 升 趋 势 越 大, 甚 至 报 废 ; 钻 几 何 中 心 孔 的 曲 轴, 随 着 加 工 程 度 的 深 入, 曲 轴 的 不 平 衡 量 呈 下 降 趋 势, 如 果 毛 坯 质 量 很 差 ( 弯 曲 ), 经 粗 加 工 后 大 部 分 曲 轴 被 淘 汰 曲 轴 质 量 中 心 孔 和 几 何 中 心 孔 的 选 用 : 毛 坯 质 量 好, 加 工 余 量 小 且 加 工 余 量 分 布 均 匀 这 时 曲 轴 的 质 量 中 心 孔 与 几 何 中 心 孔 基 本 重 合, 则 不 必 花 费 较 高 的 经 费 购 置 质 量 定 心 设 备 毛 坯 质 量 较 差, 加 工 余 量 大 且 加 工 余 量 分 布 不 均 匀, 择 优 先 选 用 质 量 中 心 孔 因 初 始 不 平 衡 量 较 大, 如 果 钻 几 何 中 心 孔, 质 量 分 布 不 均 匀, 转 动 惯 量 较 大, 会 损 坏 后 续 加 工 设 备 精 度 再 者, 采 用 几 何 中 心 孔, 在 进 行 动 平 衡 时, 初 始 不 平 衡 量 可 能 超 出 平 衡 机 的 要 求 而 无 法 平 衡 在 这 种 情 况 下 应 优 先 选 用 质 量 定 心 机 毛 坯 质 量 如 果 再 差, 则 无 论 是 钻 质 量 中 心 孔 还 是 钻 几 何 中 心 孔 都 不 会 起 到 多 大 的 作 用, 通 过 铣 曲 臂 等 措 施 达 到 整 体 平 衡 实 际 是 不 合 格 的 ( 单 拐 不 平 衡 ), 是 一 种 假 象 这 种 曲 轴 装 机 后 会 重 新 产 生 扭 曲 变 形, 引 起 振 动 和 噪 声, 也 影 响 整 机 的 寿 命 由 此 可 知, 提 高 产 品 质 量 关 键 是 提 高 毛 坯 的 质 量 全 自 动 曲 轴 质 量 定 心 机 的 工 作 原 理 曲 轴 放 置 在 两 端 滑 动 单 元 法 兰 盘 的 支 承 上 并 被 夹 紧, 法 兰 盘 回 转 中 心 形 成 测 量 中 心 线 回 转 过 程 中, 支 承 的 位 置 即 曲 轴 的 位 置 不 断 调 整, 使 质 量 中 心 线 靠 近 回 转 中 心 线 当 曲 轴 毛 坯 不 平 衡 量 很 小, 接 近 设 定 值 时, 钻 削 单 元 钻 中 心 孔 此 中 心 孔 作 为 后 续 加 工 步 骤 的 定 位 基 准 46

56 第 2 章 铸 造 47 装 配 式 凸 轮 轴 制 造 越 来 越 广 泛 地 应 用 到 凸 轮 轴 加 工 中, 它 的 显 著 特 点 是 : 凸 轮 轴 总 质 量 较 轻, 高 强 度, 工 艺 流 程 短, 较 低 的 工 件 报 废 率, 柔 性 化 生 产 装 配 式 凸 轮 轴 制 造 加 工 有 以 下 工 艺 特 点 (1) 省 略 了 毛 坯 件 的 粗 加 工, 工 艺 流 程 简 单 装 配 式 凸 轮 轴 的 各 个 装 配 部 件 余 量 小, 精 度 高, 不 必 像 传 统 凸 轮 轴 那 样 要 从 毛 坯 件 ( 铸 件 火 锻 件 ) 开 始 进 行 大 量 的 毛 坯 粗 加 工, 只 要 在 装 配 后 进 行 半 精 加 工 和 精 加 工, 从 而 缩 短 了 整 个 工 艺 流 程 (2) 加 工 余 量 小, 便 于 高 效 率 生 产 各 精 铸 部 件 使 得 加 工 余 量 小, 设 备 加 工 单 件 时 间 短, 产 能 大, 有 利 于 规 模 化 生 产 比 如 凸 轮 块 按 最 终 形 状 精 铸, 减 少 了 磨 削 余 量, 从 而 缩 短 了 磨 削 时 间 (3) 不 同 的 部 件 可 以 使 用 不 同 的 材 料 以 提 高 产 品 性 能 和 加 工 性 能 产 品 对 于 不 同 部 件 ( 轴 颈 凸 轮 块 齿 轮 ) 有 着 不 同 的 性 能 要 求, 装 配 式 凸 轮 轴 可 以 在 不 同 部 件 上 采 用 不 同 材 料, 比 如 凸 轮 使 用 粉 末 冶 金, 齿 坯 使 用 铸 铁, 这 将 有 利 于 优 化 产 品 性 能, 也 可 以 根 据 情 况 改 善 凸 轮 轴 加 工 性 能 和 优 化 成 本 (4) 适 应 产 品 多 品 种 柔 性 化 的 要 求 通 过 更 换 不 同 的 主 轴 颈 和 磨 削 不 同 的 凸 轮 型 线, 即 可 生 产 出 多 品 种 的 曲 轴 习 题 1. 试 用 方 框 图 描 述 铸 造 工 艺 过 程 2. 为 什 么 铸 造 是 毛 坯 生 产 中 的 重 要 方 法? 试 从 铸 造 的 特 点 并 结 合 实 例 分 析 之 3. 为 什 么 手 工 造 型 仍 是 目 前 的 主 要 造 型 方 法? 机 器 造 型 有 哪 些 优 越 性? 适 用 条 件 是 什 么? 4. 对 型 ( 芯 ) 砂 有 哪 些 性 能 要 求? 5. 模 型 制 造 方 法 除 了 一 般 的 机 械 加 工 外, 常 用 的 特 殊 加 工 方 法 有 哪 些? 6. 铸 件 检 查 方 法 有 哪 些? 7. 某 定 型 生 产 的 薄 铸 铁 件, 投 产 以 来 质 量 基 本 稳 定, 但 最 近 一 时 期 浇 不 足 和 冷 隔 缺 陷 突 然 增 多, 试 分 析 其 原 因 8. 下 列 铸 件 宜 选 用 哪 类 铸 造 合 金? 请 阐 述 理 由 车 床 床 身 摩 托 车 汽 缸 体 火 车 轮 压 气 机 曲 轴 汽 缸 套 自 来 水 管 道 弯 头 减 速 器 蜗 轮 9. 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 铸 造 工 艺 容 易 产 生 哪 些 缺 陷? 应 采 取 何 种 措 施 来 避 免? 10. 用 框 图 描 述 凸 轮 轴 的 壳 型 生 产 流 程 47 标 准 分 享 网 免 费 下 载

57 第 3 章 锻 造 工 艺 教 学 提 示 : 锻 造 按 照 不 同 的 情 况 可 分 为 不 同 的 类 型, 由 于 各 种 模 锻 设 备 的 工 作 特 点 有 所 不 同, 并 且 锻 模 的 结 构 有 较 大 差 别, 所 以 设 计 锻 模 时 应 当 进 行 综 合 分 析 对 于 大 多 数 保 证 汽 车 行 驶 安 全 的 零 件, 其 锻 造 加 工 阶 段 的 锻 件 质 量 控 制 体 制 十 分 重 要 最 后 通 过 一 实 例, 来 讲 述 锻 造 工 艺 在 汽 车 零 件 制 造 中 的 应 用 教 学 目 标 : 了 解 各 种 不 同 类 型 的 锻 造 工 艺 与 锻 造 设 备, 通 过 实 例 学 习 锻 模 设 计 方 法, 了 解 锻 件 表 面 质 量 检 验 方 法 学 习 连 杆 的 结 构 特 点 及 结 构 工 艺 性 分 析 方 法, 掌 握 连 杆 主 要 表 面 的 加 工 方 法, 掌 握 大 批 量 生 产 时 连 杆 机 械 加 工 的 过 程 3.1 概 述 锻 造 是 利 用 金 属 材 料 的 可 塑 性, 借 助 外 力 ( 加 压 设 备 ) 和 工 模 具 的 作 用, 使 坯 料 或 铸 锭 产 生 局 部 或 全 部 变 形 而 形 成 所 需 要 的 形 状 尺 寸 和 一 定 组 织 性 能 锻 件 的 加 工 方 法 传 统 的 锻 造 工 艺 可 分 为 热 锻 和 冷 锻 两 大 类, 热 锻 工 艺 早 在 两 千 多 年 前 就 已 经 以 自 由 锻 的 形 式 在 我 国 出 现, 用 来 制 造 兵 器 铜 铁 器 皿 等 物 品 在 近 代, 随 着 世 界 范 围 内 工 业 技 术 的 进 步, 锻 压 机 械 模 具 技 术 及 原 材 料 等 得 到 了 迅 猛 发 展, 锻 造 业 已 经 越 来 越 成 为 国 民 经 济 不 可 缺 少 的 基 础, 在 汽 车 船 舶 铁 路 交 通 航 空 航 天 电 力 矿 山 化 工 等 领 域 发 挥 着 极 其 重 要 的 作 用 锻 件 富 于 强 韧 性, 可 靠 性 高 发 动 机 与 齿 轮 等 主 要 机 械 零 件 以 及 车 轮 部 分 等 要 保 证 安 全 的 零 件 都 是 锻 件 锻 造 按 所 用 工 具 与 模 具 的 安 置 情 况 的 不 同 可 分 为 自 由 锻 胎 模 锻 模 锻 等 类 型 ; 按 加 工 温 度 可 分 为 热 锻 温 锻 冷 锻 等 温 锻 等 类 型 它 们 各 具 特 点, 应 根 据 对 零 件 特 性 的 要 求, 妥 善 选 用 热 锻 是 指 终 锻 温 度 高 于 再 结 晶 温 度, 工 作 温 度 高 于 模 具 温 度 的 锻 造 在 受 热 状 态 下 材 料 具 有 良 好 的 加 工 性, 很 少 受 零 件 形 状 和 尺 寸 的 约 束 汽 车 后 半 轴 与 转 向 节 等 需 保 证 安 全 的 重 要 零 件, 连 杆 曲 轴 等 发 动 机 零 件, 以 及 齿 轮 等 的 毛 坯, 都 采 用 热 锻 成 型 冷 锻 是 指 在 室 温 下 进 行 的 或 低 于 再 结 晶 温 度 的 锻 造 由 于 冷 锻 具 有 生 产 率 高 并 能 提 高 零 件 强 度 等 优 点, 在 汽 车 制 造 中, 近 来 已 从 加 工 发 动 机 气 门 等 小 零 件, 发 展 到 加 工 球 头 销 差 速 器 小 齿 轮 和 后 半 轴 等 大 中 型 零 件 温 锻 是 指 介 于 热 锻 和 冷 锻 温 度 之 间 的 加 热 锻 造 等 温 锻 是 指 模 具 带 加 热 和 保 温 装 置, 成 型 时 模 具 与 坯 料 等 温 的 锻 造 图 3.1 与 图 3.2 所 示 分 别 为 热 锻 工 艺 过 程 与 冷 锻 工 艺 过 程 一 般 来 说, 整 个 工 艺 过 程 包 括 落 料 成 型 锻 件 检 验, 以 及 原 材 料 与 毛 坯 热 处 理 等 各 工 序 这 些 工 序 从 采 用 送 料 器 开 始, 逐 渐 采 用 自 动 锻 造 机, 提 高 了 自 动 化 程 度, 具 备 了 高 效 率 生 产 的 可 能 性

58 第 3 章 锻 造 工 艺 49 图 3.1 热 锻 工 艺 过 程 (a) 采 用 多 工 位 连 续 压 力 机 (b) 采 用 单 点 压 力 机 图 3.2 冷 锻 工 艺 过 程 3.2 锻 造 工 艺 与 设 备 切 断 材 料 切 断 一 般 使 用 锯 床 或 剪 床 锯 床 切 断 的 断 口 平 整, 但 效 率 低, 又 产 生 锯 屑, 不 适 于 大 量 生 产 剪 床 下 料 一 般 用 于 直 径 小 于 150mm 的 钢 料, 效 率 极 高, 又 无 切 屑, 其 断 面 精 度 较 低 为 此, 或 将 钢 料 先 经 250~300 预 热, 或 调 整 剪 刀 间 隙, 或 改 善 钢 料 硬 度, 这 些 措 施 虽 能 在 不 同 程 度 上 改 进 断 口 的 精 度, 但 是 不 能 根 本 解 决 问 题 坯 料 断 口 精 度 低, 是 个 阻 碍 加 热 炉 自 动 化 和 降 低 锻 件 质 量 的 重 要 因 素 剪 床 分 为 刀 刃 上 下 运 动 的 冲 压 型 和 刀 刃 回 转 运 动 的 颚 型 两 类 图 3.3 所 示 为 冲 压 型 剪 床 图 3.3 冲 压 型 剪 床 49 标 准 分 享 网 免 费 下 载

59 50 汽 车 制 造 工 艺 热 锻 热 锻 趋 向 于 大 型 化 高 速 化 省 力 化 与 自 动 化 与 此 同 时, 为 了 提 高 锻 压 设 备 锻 制 小 型 零 件 的 生 产 率, 以 及 不 限 于 熟 练 工 才 能 操 作, 其 主 流 是 逐 渐 用 压 力 机 和 镦 锻 机 代 替 锻 锤 热 锻 模 模 膛 润 滑 对 提 高 锻 模 寿 命 和 锻 件 质 量, 改 进 工 艺 性 能 有 重 要 作 用 1. 加 热 热 锻 加 热 工 艺 的 完 善 程 度, 即 表 面 脱 碳 情 况, 过 热 程 度 与 坯 料 尺 寸 精 度, 对 锻 件 质 量 与 模 锻 成 型 工 艺 性 有 很 大 影 响 钢 的 锻 造 加 热 温 度 可 达 到 (1200±50) 1) 重 油 加 热 炉 与 煤 气 加 热 炉 目 前, 使 用 最 多 的 加 热 炉 是 以 油 或 煤 气 ( 液 化 石 油 气 城 市 煤 气 天 然 气 ) 为 燃 料 的 周 期 作 业 式 炉 和 连 续 作 业 式 炉 ( 推 杆 式 炉 炉 底 回 转 式 炉 全 回 转 式 炉 步 进 式 炉 等 ) 周 期 作 业 式 炉 的 价 格 低, 坯 料 形 状 与 尺 寸 的 通 用 性 高, 用 途 最 广 这 种 炉 型 的 问 题 在 于 : 装 出 炉 靠 手 动, 炉 温 变 动 大, 炉 内 温 度 也 不 容 易 保 持 均 匀 连 续 作 业 式 炉 一 般 容 易 自 动 化, 加 热 温 度 也 比 较 容 易 控 制, 但 是 对 炉 料 批 量 变 动 的 适 应 性 差, 且 各 运 动 部 位 的 耐 高 温 与 氧 化 生 锈 问 题 也 应 注 意 2) 感 应 加 热 装 置 感 应 加 热 装 置 具 有 下 列 优 点 : 容 易 自 动 化, 适 于 和 自 动 锻 造 机 配 套 使 用, 可 明 显 改 善 操 作 环 境 ; 加 热 速 度 快 ( 直 径 40mm 钢 料 用 1min 即 可 加 热 至 锻 造 温 度, 直 径 70mm 的 钢 料 用 3min), 氧 化 皮 量 少 ; 加 热 装 置 小 型 化 等 故 尽 管 感 应 加 热 装 置 比 其 他 加 热 设 备 的 价 格 高, 但 仍 被 广 泛 采 用 图 3.4 所 示 为 感 应 加 热 装 置, 图 3.5 所 示 为 坯 料 直 径 与 加 热 时 间 的 关 系 2. 辊 锻 机 辊 锻 机 广 泛 用 于 锻 坯 预 成 型 后 半 轴 类 零 件 采 用 双 支 承 式 辊 锻 机 加 工 辊 锻 使 材 料 延 展 均 匀 迅 速 大 量 生 产 时, 与 锻 锤 或 压 力 机 配 套, 高 效 率 生 产 锻 件, 如 图 3.6 所 示 图 3.4 感 应 加 热 装 置 50

60 第 3 章 锻 造 工 艺 51 图 3.5 材 料 直 径 与 加 热 时 间 的 关 系 s 时 间 c 温 度 图 3.6 辊 锻 机 3. 锻 锤 锤 是 锻 造 最 常 用 的 机 械, 适 用 范 围 广, 可 分 为 夹 板 锤 空 气 单 动 锤 空 气 锤 无 砧 座 锤 等 数 种 过 去, 夹 板 锤 占 主 流, 现 在, 几 乎 都 用 空 气 锤 大 型 锻 件 有 些 使 用 25~35t 级 无 砧 座 锤 由 于 锤 的 振 动 噪 声 等 问 题, 改 用 压 力 机 已 是 大 势 所 趋 然 因 锤 的 构 造 简 单, 大 型 锻 锤 又 容 易 制 造, 所 以 也 很 难 完 全 废 弃 不 用 4. 压 力 机 由 于 压 力 机 具 有 能 提 高 材 料 利 用 率, 保 持 尺 寸 精 度, 容 易 操 作, 改 善 劳 动 环 境 等 许 多 优 点, 其 使 用 范 围 不 断 扩 大 最 初 以 1000t 级 以 下 加 工 小 型 锻 件 的 压 力 机 为 主, 逐 渐 出 现 大 型 锻 件 大 量 生 产 用 压 力 机, 近 来 已 制 成 超 过 10000t 级 的 压 力 机 图 3.7 所 示 为 模 锻 压 力 机 表 3-1 为 模 锻 压 力 机 规 格 范 例, 图 3.8 所 示 为 压 力 机 吨 位 的 选 定 标 准 最 近, 为 了 生 产 高 精 度 锻 件, 使 用 机 架 和 滑 块 变 形 小 的 楔 式 压 力 机, 每 分 钟 生 产 70 件 齿 轮 毛 坯 对 于 在 薄 壁 锻 件 生 产 中 发 挥 作 用 的 螺 杆 压 力 机 应 该 重 新 评 价 51 标 准 分 享 网 免 费 下 载

61 52 汽 车 制 造 工 艺 表 3-1 模 锻 压 力 机 规 格 级 别 技 术 指 标 吨 位 /t 冲 程 /mm 冲 程 数 /spm 闭 合 高 度 /mm 工 作 台 面 积 /mm 滑 块 面 积 /mm 电 动 机 功 率 /kw 图 3.7 模 锻 压 力 机 图 3.8 压 力 机 吨 位 的 选 定 标 准 ( 使 用 曲 线 为 零 件 的 复 杂 程 度 ) 5. 切 边 模 锻 件 毛 边 可 在 冷 态 成 热 态 下 切 除 在 切 除 锤 上 或 压 力 机 上 成 型 锻 件 的 毛 边 时, 所 采 用 的 切 边 工 艺 应 该 不 使 锻 件 发 生 变 形 为 此 必 须 控 制 切 边 上 模 与 下 模 之 间 的 间 隙 和 形 状 切 边 工 序 常 在 另 设 的 机 械 式 压 力 机 上 进 行, 但 当 使 用 自 动 压 力 机 和 镦 锻 机 加 工 时, 锻 件 切 边 往 往 可 以 和 模 锻 成 型 工 序 相 结 合 6. 镦 锻 机 镦 锻 机 是 卧 式 曲 柄 压 力 机 中 的 一 类, 是 由 连 杆 机 构 开 闭 的 夹 紧 模 和 安 装 在 曲 柄 驱 动 导 向 滑 块 上 的 冲 头 进 行 锻 造 的 后 半 轴 的 镦 锻 工 艺 可 视 为 这 类 设 备 操 作 的 范 例 镦 锻 机 规 格 见 表 3-2, 图 3.9 所 示 为 镦 锻 机 压 力 吨 位 选 定 标 准 52

62 第 3 章 锻 造 工 艺 53 表 3-2 镦 锻 机 规 格 级 别 技 术 指 标 吨 位 /t 冲 程 数 /spm 电 动 机 功 率 /kw 图 3.9 镦 锻 吨 位 选 定 标 准 冷 锻 冷 锻 工 艺 是 一 种 精 密 塑 性 成 型 技 术, 具 有 切 削 加 工 无 可 比 拟 的 优 点, 如 制 品 的 机 械 性 能 好 生 产 率 高 和 材 料 利 用 率 高, 特 别 适 合 于 大 批 量 生 产, 而 且 可 以 作 为 最 终 产 品 的 制 造 方 法 (Net-shape Forming), 在 交 通 运 输 工 具 航 空 航 天 和 机 床 工 业 等 行 业 具 有 广 泛 的 应 用 当 前 汽 车 工 业 摩 托 车 工 业 和 机 床 工 业 的 飞 速 发 展, 为 冷 锻 这 一 传 统 技 术 的 发 展 提 供 了 原 动 力 例 如, 我 国 1999 年 摩 托 车 的 全 国 总 产 量 为 1126 万 多 辆, 而 根 据 2000 年 的 初 步 估 计, 我 国 汽 车 的 总 需 求 量 到 2005 年 将 达 到 330 万 辆, 其 中 轿 车 130~140 万 辆, 仅 汽 车 行 业 的 锻 件 需 求 在 50~60 万 t 以 上 冷 锻 技 术 在 我 国 的 起 步 虽 然 不 算 太 晚, 但 发 展 速 度 却 与 发 达 国 家 有 很 大 的 差 距, 到 目 前 为 止, 我 国 生 产 的 轿 车 上 的 冷 锻 件 质 量 不 足 20kg, 相 当 于 发 达 国 家 的 一 半, 开 发 潜 力 很 大, 加 强 冷 锻 技 术 开 发 与 推 广 应 用 是 我 国 目 前 的 一 项 紧 迫 任 务 冷 锻 零 件 的 形 状 越 来 越 趋 于 复 杂, 由 最 初 的 阶 梯 轴 螺 柱 / 螺 母 和 导 管 等, 发 展 到 形 状 复 杂 的 零 件 冷 锻 工 艺 的 特 点 是 :1 生 产 率 高 ;2 材 料 利 用 率 高 ;3 表 面 粗 糙 度 高 ( 有 时 可 不 再 经 研 磨 加 工 );4 冷 锻 模 寿 命 比 热 锻 模 长 ;5 容 易 自 动 化 ;6 改 善 劳 动 环 境 ;7 冷 加 工 硬 化 可 提 高 零 件 强 度 冷 锻 工 艺 的 不 足 之 处 是 :1 形 状 复 杂 的 零 件 不 能 冷 锻 成 型 ;2 冷 锻 工 艺 容 易 使 零 件 内 部 发 生 缺 陷 ;3 有 些 材 料 不 宜 冷 锻 成 型 ;4 冷 锻 成 型 压 力 比 其 他 锻 造 方 法 的 要 高 1. 冷 锻 工 艺 与 冷 锻 件 冷 锻 可 按 工 艺 方 法 分 为 正 挤 压 反 挤 压 镦 锻 三 种 正 挤 压 广 泛 用 于 后 半 轴 等 轴 类 零 53 标 准 分 享 网 免 费 下 载

63 54 汽 车 制 造 工 艺 件 加 工, 镦 锻 则 用 于 球 头 销 螺 栓 加 工 表 3-3 列 举 出 了 可 用 冷 锻 成 型 的 汽 车 零 件 表 3-3 可 用 冷 锻 成 型 的 汽 车 零 件 S10C S15C S20C S25C 钢 种 用 途 SCr21 SCr22 SCr23 火 花 塞 罩 压 力 开 关 壳 轴 环 球 节 罩 壳 扭 力 杆 固 定 器 气 门 挺 杆 气 门 挺 杆 柱 塞 活 塞 销 气 门 弹 簧 座 门 锁 齿 轮 摇 臂 支 持 衬 套 各 种 螺 钉 各 种 衬 套 销 钉 类 零 件 活 塞 销 轴 类 件 轴 承 环 球 头 销 齿 轮 各 种 衬 套 销 钉 类 件 花 键 轴 S30C S35C S40C S45C SCr4 SCr5 SCM4 半 轴 球 头 销 发 电 机 轴 减 振 器 轴 传 动 轴 端 花 键 各 类 螺 钉 销 钉 等 球 头 销 各 类 螺 钉 销 钉 2. 冷 锻 压 力 关 于 冷 锻 压 力, 许 多 研 究 者 虽 已 得 出 计 算 公 式, 但 对 形 状 相 同 的 工 件, 其 计 算 值 之 间 存 在 着 很 大 差 异, 所 以 只 能 作 为 粗 略 估 算 之 用 表 3-4 列 举 了 在 大 量 生 产 条 件 下, 以 现 在 一 般 使 用 的 各 种 加 工 方 法 标 准 变 形 率 成 型 的 典 型 钢 材 的 冷 锻 压 力 表 3-4 典 型 钢 材 各 种 成 型 法 的 冷 锻 压 力 碳 素 钢 (C0.1%) 碳 素 钢 与 渗 碳 钢 (C0.3%) 碳 素 钢 与 合 金 钢 (C0.5%) 成 型 方 法 压 力 断 面 收 缩 率 /% 断 面 收 缩 率 /% 压 力 /(kgf/mm 2 断 面 收 缩 率 压 力 / ) /(kgf/mm 2 ) /% (kgf/mm 2 ) 正 挤 压 50~80 140~200 50~70 160~250 40~60 200~250 缩 径 25~30 90~110 24~28 100~130 23~28 115~150 反 挤 压 40~70 160~220 40~70 180~250 30~60 200~250 自 由 镦 锻 50~60 50~70 50~60 80~100 50~60 100~150 模 型 镦 锻 30~50 100~160 30~50 160~200 30~50 180~250 压 印 200~ ~ ~ 材 料 的 预 处 理 冷 锻 与 热 锻 不 同, 材 料 的 预 处 理 对 于 冷 锻 件 质 量 和 加 工 的 难 易 程 度 有 很 大 影 响 在 预 处 理 方 面, 属 于 热 处 理 的 有 软 化 退 火 和 球 化 退 火 ; 此 外, 还 有 磷 酸 锌 膜 处 理, 这 是 目 前 最 有 效 的 润 滑 处 理 方 法 4. 冷 锻 机 冷 锻 用 机 械 有 机 械 式 压 力 机 和 油 压 机, 其 特 征 与 用 途 见 表 3-5 图 3.10 所 示 为 自 动 冷 锻 压 力 机 的 举 例 表 3-5 冷 锻 用 压 力 机 型 式 特 征 用 途 机 械 式 压 力 机 曲 柄 压 力 机 杠 杆 式 压 力 机 生 产 周 期 短 正 挤 压 比 较 浅 的 反 挤 压 镦 锻 压 印 比 较 浅 的 反 挤 压 油 压 机 生 产 周 期 长 长 轴 件 的 正 挤 压 54

64 第 3 章 锻 造 工 艺 55 图 3.10 自 动 冷 锻 压 力 机 温 锻 和 热 锻 相 比, 温 锻 成 型 件 表 面 不 会 发 生 强 烈 的 氧 化 作 用, 表 面 质 量 好, 尺 寸 公 差 小, 甚 至 可 直 接 成 型 零 件 的 工 作 表 面, 完 全 省 去 后 续 机 加 工, 且 没 有 飞 边, 节 省 原 材 料 冷 锻 成 型 虽 然 可 以 获 得 更 高 的 表 面 质 量 和 尺 寸 精 度, 但 冷 锻 成 型 对 变 形 材 料 及 零 件 形 状 的 要 求 比 较 苛 刻 对 于 常 用 的 合 金 结 构 钢, 只 有 在 其 含 碳 量 低 于 0.45% 时 才 能 采 用 冷 锻 成 型, 且 只 限 于 成 型 形 状 简 单 的 零 件 在 多 工 步 冷 锻 成 型 中, 各 工 步 之 间 通 常 要 加 入 热 处 理 工 步, 以 消 除 冷 作 硬 化, 此 外 合 金 结 构 钢 在 冷 成 型 时 变 形 抗 力 大, 对 压 力 机 吨 位 及 模 具 材 料 要 求 高, 这 样 势 必 降 低 生 产 效 率, 增 加 生 产 成 本 温 锻 成 型 的 温 度 范 围 介 于 冷 锻 和 热 锻 之 间, 对 于 常 用 的 合 金 结 构 钢, 其 温 锻 时 的 屈 服 应 力 约 为 冷 锻 时 的 1/3, 材 料 的 变 形 能 力 和 室 温 下 相 比 可 提 高 2~3 倍, 这 样 可 以 减 少 成 型 工 步, 节 约 设 备 投 资 ; 而 所 成 型 零 件 的 尺 寸 精 度 和 表 面 质 量 与 冷 锻 成 型 相 当, 若 最 后 增 加 一 个 冷 整 形 工 步, 则 可 获 得 冷 锻 成 型 相 同 的 尺 寸 精 度 和 表 面 质 量 因 此 温 锻 成 型 既 突 破 了 冷 锻 成 型 中 变 形 材 料 零 件 形 状, 需 增 加 中 间 热 处 理 工 步 及 变 形 抗 力 的 局 限 性, 又 克 服 了 热 锻 中 因 强 烈 氧 化 作 用 而 引 起 的 表 面 质 量 及 尺 寸 精 度 问 题, 具 有 显 著 的 优 越 性 如 前 所 述, 温 锻 精 密 成 型 技 术 具 有 显 著 的 优 越 性, 但 该 工 艺 需 要 高 精 度 的 专 门 设 备, 且 对 模 具 结 构 模 具 材 料 的 要 求 较 高, 所 以 只 适 宜 于 大 批 量 生 产 汽 车 工 业 中 存 在 大 量 形 状 较 复 杂 的 轴 对 称 或 旋 转 对 称 零 件, 包 括 轴 径 内 星 轮 外 套 齿 轮 棘 爪 联 轴 器 等 这 些 锻 件 受 零 件 材 料 或 零 件 形 状 的 限 制, 用 单 纯 的 冷 锻 工 艺 难 以 成 型 ; 若 采 用 热 锻 工 艺, 则 原 材 料 及 能 源 的 消 耗 量 大, 后 续 机 加 工 量 大, 由 于 型 面 形 状 复 杂, 机 加 工 难 度 高, 势 必 增 加 生 产 成 本, 且 切 削 加 工 会 破 坏 零 件 的 金 属 流 线 结 构, 降 低 零 件 的 机 械 性 能 这 些 锻 件 的 生 产 批 量 大, 如 采 用 温 锻 工 艺 或 温 锻 + 冷 锻 综 合 工 艺 来 生 产, 则 可 以 充 分 发 挥 温 锻 精 密 成 型 的 优 越 性, 降 低 成 本, 提 高 质 量 因 此, 温 锻 精 密 成 型 技 术 近 年 来 在 美 国 日 本 德 国 等 发 达 国 家 得 到 越 来 越 广 泛 的 应 用, 并 有 逐 步 取 代 热 锻 工 艺 的 趋 势 中 国 汽 车 工 业 经 过 40 多 年 的 创 业 和 发 展, 已 经 逐 步 成 为 中 国 国 民 经 济 带 动 整 个 经 济 增 长 和 结 构 升 级 的 支 柱 产 业 之 一 和 发 达 国 家 相 比, 我 国 汽 车 工 业 中 的 温 锻 精 密 成 型 技 术 还 比 较 落 后, 对 于 发 达 国 家 一 些 比 较 成 熟 的 温 锻 工 艺, 也 还 没 能 完 全 消 化 吸 收 为 了 提 高 我 国 汽 车 工 业 的 温 锻 技 术 水 平, 缩 小 和 发 达 国 家 之 间 的 差 距, 我 国 金 属 塑 性 加 工 领 域 的 研 究 人 员 必 须 顺 应 该 领 域 的 发 展 潮 流, 温 锻 成 型 理 论 和 工 艺 两 个 方 面 都 亟 待 展 开 深 入 研 究 根 据 有 关 的 研 究, 温 锻 目 的 可 归 纳 为 两 点 :1 从 冷 锻 出 发, 为 了 缩 短 工 艺 过 程, 或 在 55 标 准 分 享 网 免 费 下 载

65 56 汽 车 制 造 工 艺 已 有 设 备 上 进 行 大 件 加 工, 或 使 在 室 温 下 难 于 变 形 的 材 质 加 工 成 型, 从 而 适 当 升 高 温 度, 以 扩 大 冷 锻 工 艺 范 围 ;2 从 提 高 热 锻 件 的 精 度 出 发, 降 低 锻 造 温 度, 也 称 为 半 热 锻 若 能 充 分 考 虑 材 料 热 膨 胀 的 变 化 和 模 具 的 弹 性 变 形, 并 能 准 确 控 制 加 热 温 度, 温 锻 制 品 精 度 可 达 到 冷 锻 的 程 度 已 经 查 明,500 以 下 温 锻 零 件 的 表 面 精 度 与 冷 锻 的 大 致 相 同 此 外, 也 可 与 热 锻 相 结 合, 即 先 以 热 锻 粗 成 型, 而 后 以 温 锻 最 后 成 型, 以 提 高 尺 寸 精 度 目 前 温 锻 的 最 大 问 题 是, 还 没 有 找 到 一 种 非 常 合 用 的 润 滑 剂 试 用 过 二 硫 化 钼 与 石 墨, 各 有 短 长 特 种 锻 造 1. 回 转 锻 造 回 转 锻 造 有 多 种 方 式, 其 中 横 向 轧 制 是 近 年 由 欧 洲 提 出 的, 适 于 加 工 轴 类 零 件 横 向 轧 制 也 有 2~3 个 类 型, 本 节 仅 以 横 向 楔 形 轧 制 为 例, 加 以 说 明 图 3.11 为 其 加 工 原 理 图 在 两 个 轧 辊 的 圆 周 面 上, 刻 出 具 有 楔 形 成 型 斜 面 尺 寸 相 等 位 置 相 差 180 的 轧 制 模 膛, 在 上 下 模 膛 间 插 入 与 轧 辊 轴 平 行 的 已 加 热 的 棒 料, 上 下 轧 辊 每 同 方 向 回 转 一 周, 棒 料 随 同 回 转 并 被 轧 制 成 型 这 种 成 型 方 法 的 优 点 在 于 生 产 率 高, 并 可 提 高 材 料 利 用 率 目 前 日 本 已 有 工 厂 达 到 实 用 阶 段 图 3.11 加 工 原 理 图 1 切 削 刃 2 模 膛 外 缘 面 3 加 工 坯 料 4 模 膛 成 形 面 5 工 作 轧 辊 6 轧 辊 轴 2. 烧 结 锻 造 烧 结 锻 造 是 种 将 粉 末 冶 金 技 术 中 的 烧 结 法 和 锻 造 加 工 法 的 优 点 相 互 结 合 的 方 法 其 要 点 是, 以 金 属 粉 末 为 原 材 料, 用 粉 末 冶 金 方 法 作 成 预 成 型 件, 然 后 进 行 热 锻, 以 接 近 理 论 密 度, 得 到 普 通 烧 结 法 所 不 能 比 拟 的, 质 量 不 低 于 一 般 锻 件 的 产 品 由 于 预 成 型 件 的 形 状 和 质 量 接 近 零 件 的 最 终 要 求, 可 得 到 几 乎 没 有 毛 边 的 精 度 极 高 的 成 品 目 前 已 有 用 这 种 方 法 生 产 齿 轮 的 报 道, 也 开 始 有 人 发 表 论 文, 探 讨 用 于 生 产 连 杆 类 零 件 的 途 径 3. 液 态 模 锻 液 态 模 锻 又 称 高 压 铸 造 法 或 半 熔 融 锻 造 法, 可 以 认 为 是 一 种 将 铸 造 锻 造 相 结 合 的 成 型 方 法 其 方 法 是 将 熔 融 或 半 熔 融 状 态 的 金 属 注 入 金 属 型 内, 施 加 高 压 并 保 持 之, 直 至 凝 固 终 了, 以 阻 止 金 属 晶 粒 增 长, 提 高 零 件 强 度, 并 能 高 效 率 生 产 形 状 复 杂 的 零 件 目 前 虽 然 已 有 使 用 这 种 方 法 生 产 有 色 金 属 零 件 的 大 量 实 例, 但 对 钢 材 来 说, 尚 未 超 出 试 验 阶 段 56

66 第 3 章 锻 造 工 艺 锻 模 锻 模 是 金 属 在 热 态 或 冷 态 下 进 行 体 积 成 型 时 所 用 模 具 的 统 称 由 于 各 种 模 锻 设 备 的 工 作 特 点 有 所 不 同, 其 锻 模 的 结 构 也 有 较 大 差 别, 而 在 模 膛 设 计 上 也 稍 有 差 异 一 个 完 善 的 锻 模 设 计 过 程, 首 先 应 当 考 虑 的 是 : 能 够 获 得 满 足 尺 寸 精 度 要 求 和 组 织 性 能 良 好 的 锻 件, 同 时 要 满 足 生 产 率 的 要 求 ; 其 次 还 应 考 虑 锻 模 要 具 有 足 够 的 强 度 和 较 高 的 寿 命, 并 且 制 造 简 单, 安 装 调 整 维 修 方 便 等 要 求 因 此, 设 计 锻 模 时 应 当 进 行 综 合 分 析 锻 模 设 计 1. 热 锻 模 确 定 锻 件 形 状 时 必 须 考 虑 的 因 素 有 :1 容 易 锻 造 成 型 ;2 具 备 适 当 的 加 工 余 量 ;3 应 考 虑 机 械 加 工 基 准 并 便 于 加 工 ;4 避 免 截 面 形 状 的 突 然 变 化 ;5 尽 量 消 除 锐 角 尖 棱 锻 模 设 计 时 应 该 考 虑 的 因 素 有 :1 尽 量 采 用 左 右 对 称 形 状, 防 止 锻 造 时 发 生 横 向 力 ; 2 尽 量 增 加 壁 厚, 尽 量 避 免 薄 壁 宽 面 结 构 ;3 模 膛 形 状 应 避 免 在 热 处 理 时 出 现 裂 纹 ;4 尽 量 使 分 模 面 位 于 同 一 平 面 内 ;5 应 将 在 高 温 下 要 求 尺 寸 精 度 的 部 位 置 于 同 模 块 的 模 膛 内 ; 6 切 边 时 锻 件 尺 寸 应 无 变 化, 且 不 形 成 毛 刺 在 综 合 分 析 上 述 各 种 因 素 之 后, 确 定 锻 件 与 锻 模 尺 寸 锻 件 形 状 标 准 是 根 据 经 验 确 定 的, 其 情 况 见 表 3-6 表 3-7 及 表 3-8 锻 件 形 状 锻 模 冷 却 条 件 润 滑 剂 特 性 对 锻 模 寿 命 有 很 大 的 影 响 模 膛 温 度 最 好 保 持 在 100~150 范 围 内, 润 滑 剂 则 应 根 据 模 膛 形 状 与 锻 造 方 法 而 选 定 表 3-9 列 举 出 了 锻 模 寿 命 数 据 表 3-6 标 准 拔 模 斜 度 单 位 :( ) L/BH/B 1 1~3 3~ ~ ~ 表 3-7 最 小 壁 厚 投 影 面 积 /cm 最 小 壁 厚 /mm 表 3-8 标 准 加 工 余 量 单 位 :mm 最 大 厚 度 最 大 宽 度 50 50~ ~ ~ ~ ~ ~ 标 准 分 享 网 免 费 下 载

67 58 汽 车 制 造 工 艺 最 大 厚 度 最 大 宽 度 续 表 50 50~ ~ ~ ~ ~ ~ 表 3-9 热 锻 模 寿 命 举 例 锻 模 寿 命 ( 加 工 件 数 ) 零 件 名 称 单 件 质 量 /kg 高 韧 性 钢 ( 氮 化 ) 5%Cr 钢 类 沉 淀 硬 化 钢 类 油 润 滑 石 墨 水 悬 浮 液 未 氮 化 氮 化 石 墨 水 悬 浮 液 曲 轴 活 塞 销 连 杆 凸 缘 叉 齿 轮 冷 锻 模 冷 锻 模 锻 件 设 计 的 基 本 情 况 与 热 锻 相 同 当 然, 冷 锻 与 热 锻 不 同, 其 主 要 差 别 在 于 冷 锻 模 承 受 的 负 荷 高, 更 应 注 意 锻 模 强 度 1) 强 化 模 具 把 承 受 内 压 的 模 具 做 成 嵌 入 式, 以 过 盈 配 合 预 先 在 其 圆 周 方 向 施 加 压 缩 应 力, 用 来 抵 消 内 压 在 圆 周 方 向 上 引 起 的 拉 伸 应 力 当 用 抗 拉 强 度 低 的 硬 质 合 金 为 模 具 材 料 时, 此 点 尤 为 重 要 过 盈 装 配 可 采 用 压 配 或 热 配, 也 可 采 用 冷 配 方 式 2) 拼 块 式 模 具 当 受 零 件 形 状 限 制, 不 能 避 免 应 力 集 中 或 冷 锻 压 力 过 大 时, 需 要 做 成 拼 块 式 模 具, 防 止 应 力 集 中 锻 模 材 料 1. 热 锻 模 具 材 料 锻 模 是 用 来 使 热 金 属 坯 料 进 行 塑 性 变 形 而 得 到 锻 件 的 工 具 工 作 时, 其 单 位 面 积 上 承 受 很 大 的 压 力, 锤 锻 模 还 要 承 受 很 大 的 冲 击 力 ( 高 达 2000MPa); 由 于 变 形 金 属 的 剧 烈 流 动, 模 膛 极 易 磨 损, 模 具 工 作 温 度 高 达 400~500 ( 有 时 甚 至 高 达 600 ); 而 且 需 在 连 续 反 复 地 加 热 冷 却 的 条 件 下 工 作, 使 模 膛 表 面 容 易 产 生 热 疲 劳 破 坏 因 此, 热 锻 模 具 材 料 应 具 备 下 列 性 能 (1) 在 高 温 下 具 有 较 高 的 强 度 硬 度 和 冲 击 韧 性 (2) 较 好 的 耐 热 疲 劳 性 (3) 良 好 的 回 火 稳 定 性 (4) 淬 透 性 能 好 (5) 良 好 的 导 热 性 和 抗 氧 化 性 58

68 第 3 章 锻 造 工 艺 59 (6) 良 好 的 加 工 工 艺 性 能 选 定 锻 模 材 料 时 必 须 考 虑 锻 造 机 械 锻 件 形 状 模 膛 深 度 等 因 素 一 般 来 说, 锤 锻 模 具 材 料 多 为 SKT4 系 统, 锻 造 压 力 机 模 具 材 料 多 为 SKD61 系 统 或 3%Ni-3%Mo 与 3%Cr-3%Mo 沉 淀 硬 化 类 钢 最 近, 由 于 模 具 加 工 方 法 的 改 进, 放 宽 了 对 模 具 硬 度 的 限 制, 大 型 锤 锻 模 具 硬 度 一 般 为 35~40HRC, 中 小 型 模 具 一 般 取 38~40HRC, 压 力 机 模 具 为 43~48HRC( 参 阅 表 3-10) 此 外, 铸 钢 模 具 也 已 进 入 实 用 阶 段, 所 用 铸 钢 成 分 与 原 用 锻 钢 相 同 对 于 镀 铬 氮 化 等 提 高 模 具 寿 命 的 表 面 强 化 方 法 也 正 在 研 究, 并 已 将 其 结 果 用 于 生 产 实 践 表 3-10 典 型 的 热 锻 模 具 钢 代 号 C Si Mn Ni Cr Mo W V Co 高 韧 性 A 0.50~ ~ ~ ~ ~ ~0.20 钢 系 B 0.50~ ~ ~ ~ ~ ~0.20 C 0.32~ ~ ~ ~ ~ ~0.50 钢 系 D 0.32~ ~ ~ ~ ~1.20 沉 淀 硬 E 0.15~ ~ ~ ~ ~0.60 化 钢 系 F 0.15~ ~ ~ 冷 锻 模 具 材 料 冷 锻 模 具 材 料 通 常 采 用 高 合 金 模 具 钢 (SKD11 SKD12 SKD1) 与 高 速 钢 (SKH9) 随 着 生 产 批 量 的 增 大, 出 现 了 模 具 寿 命 的 问 题, 以 及 如 何 保 持 模 具 精 度 的 向 题, 从 而 向 采 用 硬 质 合 金 为 冷 锻 模 具 材 料 的 方 向 发 展 硬 质 合 金 的 硬 度 随 着 钴 含 量 降 低 和 WC 晶 粒 细 化 而 升 高 模 具 制 造 在 模 具 加 工 方 面, 电 火 花 加 工 机 床 与 电 解 加 工 机 床 逐 渐 代 替 习 用 的 仿 形 铣 床, 而 居 于 主 导 地 位 由 于 对 电 火 花 加 工 机 床 用 石 墨 电 极 的 开 发 和 各 种 自 动 机 械 的 进 步, 使 得 锻 造 模 具 制 造 方 法 有 很 大 变 革 电 解 加 工 机 床 应 用 法 拉 第 原 理, 具 有 加 工 速 度 快, 没 有 电 极 消 耗 等 特 点 最 近 以 来, 采 用 了 数 字 程 序 控 制 机 床, 为 了 以 数 字 控 制 复 杂 锻 件 的 形 状, 各 种 数 据 的 积 累 尤 为 重 要 3.4 锻 件 质 量 控 制 对 于 大 多 数 保 证 汽 车 行 驶 安 全 的 零 件, 在 其 制 造 过 程 的 锻 造 加 工 阶 段, 锻 件 质 量 控 制 体 制 十 分 重 要 其 主 要 内 容 有 : 在 下 料 工 序 中, 对 落 料 长 度 断 面 形 状 与 材 料 质 量 的 控 制, 并 防 止 混 料 ; 在 锻 造 工 序 中, 对 锻 件 尺 寸 的 控 制, 以 及 对 锻 件 缺 陷 的 检 验 与 防 止 在 冷 锻 过 程 中, 除 应 消 除 尺 寸 超 差 裂 纹 等 外 观 缺 陷 外, 并 应 检 验 和 防 止 因 润 滑 不 当 或 加 工 方 法 不 妥 所 引 起 的 内 部 缺 陷 企 业 制 度 规 定 : 除 工 人 自 己 检 查 和 检 验 员 巡 回 检 查 外, 还 要 对 选 定 工 序 的 全 部 产 品 进 行 最 终 检 查 对 于 保 证 汽 车 行 驶 安 全 的 重 要 零 件 和 容 易 发 生 表 面 缺 陷 59 标 准 分 享 网 免 费 下 载

69 60 汽 车 制 造 工 艺 的 锻 件, 多 以 磁 力 探 伤 检 验 ; 而 冷 锻 件 则 多 进 行 超 声 检 验 为 了 保 证 锻 件 质 量, 提 高 产 品 的 使 用 性 能 和 使 用 寿 命, 除 了 在 生 产 过 程 中 要 随 时 检 查 锻 件 质 量 外, 入 库 前 锻 件 还 必 须 经 过 专 职 人 员 的 质 量 检 查 锻 件 检 验 的 内 容 包 括 : 锻 件 几 何 形 状 与 尺 寸 表 面 质 量 内 部 质 量 力 学 性 能 和 化 学 成 分 等 几 个 方 面, 而 每 一 方 面 又 包 含 了 若 干 内 容 锻 件 所 需 进 行 的 具 体 检 验 项 目 与 要 求, 须 根 据 锻 件 重 要 性 等 级 来 定 锻 件 的 等 级 是 按 零 件 的 受 力 情 况 工 作 条 件 重 要 程 度 材 料 种 类 和 冶 金 工 艺 不 同 进 行 划 分 各 工 业 部 门 对 锻 件 等 级 的 分 类 不 尽 相 同, 有 的 将 锻 件 分 为 三 个 等 级, 有 的 分 为 四 个 或 五 个 等 级 表 3-11 为 批 生 产 锻 件 等 级 及 检 验 项 目 对 于 有 特 殊 要 求 的 锻 件, 须 按 专 门 技 术 条 件 规 定 进 行 检 验 表 3-11 批 生 产 锻 件 等 级 及 检 验 项 目 类 别 每 批 数 Ⅰ Ⅱ Ⅲ 备 注 据 检 查 材 料 牌 号 100% 100% 100% 表 面 状 态 100% 100% 100% 垂 直 尺 寸 和 偏 移 量 为 100% 几 何 尺 寸 100% 100% 100% 检 查, 其 他 尺 寸 按 情 况 抽 查 硬 钢 件 10% 10% 10% 度 有 色 件 100% 100% 100% 钢 合 金 LF21 不 检 查 (1) 每 批 抽 1 件 铝 镁 件 每 热 处 铜 铝 镁 件 不 做 冲 击 韧 性 力 学 性 能 每 批 抽 1~2 件 (2) 余 料 100% 理 炉 带 试 棒 试 验 低 倍 组 织 每 批 抽 1 件 每 批 抽 1 件 不 经 热 处 理 ( 淬 火 ) 的 有 色 高 倍 组 织 有 色 件 余 料 100% 有 色 件 抽 1 件 件 不 检 查 (1) 钢 件 余 料 100% 无 专 门 规 定 时 从 低 倍 断 口 (2) 有 色 件 抽 1 件 试 片 上 取 断 口 锻 件 几 何 形 状 与 尺 寸 的 检 验 测 量 锻 件 几 何 形 状 与 尺 寸 的 工 具 主 要 有 钢 直 尺 卡 钳 游 标 卡 尺 深 度 尺 角 尺 等, 对 形 状 特 殊 或 较 复 杂 的 锻 件 可 用 样 板 或 专 用 仪 器 来 检 测 一 般 锻 件 检 查 包 括 以 下 内 容 (1) 锻 件 长 宽 高 尺 寸 和 直 径 的 检 查 主 要 用 卡 钳 卡 尺 (2) 锻 件 内 孔 的 检 查 无 斜 度 用 卡 尺 卡 钳, 有 斜 度 用 塞 规 (3) 锻 件 特 殊 面 的 检 查 如 叶 片 型 面 尺 寸 可 用 型 面 样 板 电 感 量 仪 ( 电 感 量 仪 一 次 可 以 准 备 地 检 测 20~34 个 测 量 点 的 尺 寸 公 差 ) 光 学 投 影 仪 检 查 (4) 锻 件 错 移 量 的 检 查 对 形 状 复 杂 的 锻 件, 可 用 划 线 方 法 分 别 划 出 锻 件 上 下 模 的 中 心 线, 若 两 个 中 心 线 重 合 说 明 锻 件 无 错 移 ; 若 不 重 合, 两 中 心 线 错 开 的 间 距 就 是 锻 件 的 错 移 量 形 状 简 单 的 锻 件 可 以 凭 经 验 用 眼 或 借 助 于 简 单 的 工 具 观 察 其 带 移 且 否 在 允 许 范 围 内, 也 可 用 样 板 检 查 60

70 第 3 章 锻 造 工 艺 61 (5) 锻 件 弯 曲 度 的 检 查 通 常 把 锻 件 放 在 平 台 上 滚 动 或 用 两 个 支 点 把 锻 件 支 起 而 旋 转 锻 件 用 千 分 表 或 划 线 盘 测 量 其 弯 曲 的 数 值 (6) 锻 件 翘 曲 度 的 检 查, 就 是 检 查 锻 件 两 平 面 是 否 在 同 一 平 面 上 或 保 持 平 行 通 常 将 锻 件 放 在 平 台 上, 用 手 按 住 锻 件 某 部 分, 当 锻 件 另 一 平 面 部 分 与 平 台 平 面 产 生 间 隙 时, 用 塞 尺 测 量 因 翘 曲 所 引 起 的 间 隙 大 小, 或 把 百 分 表 放 在 锻 件 上 检 查 翘 曲 的 摆 动 量 锻 件 表 面 质 量 的 检 验 锻 件 表 面 上 的 型 纹 折 叠 压 伤 等 缺 陷, 通 常 可 用 目 视 法 直 接 发 现, 当 裂 纹 很 细 或 隐 蔽 在 表 皮 下 时, 则 须 通 过 磁 粉 检 验 荧 光 检 验 着 色 检 验 等 才 能 发 现 1. 目 视 检 查 目 视 检 查 是 锻 件 表 面 质 量 最 普 遍 最 常 用 的 方 法 观 察 锻 件 表 面 有 无 裂 纹 折 叠 压 伤 斑 点 表 面 过 烧 等 缺 陷 2. 磁 粉 检 验 ( 磁 力 探 伤 ) 磁 粉 检 查 通 称 磁 粉 探 伤 或 磁 力 探 伤 它 可 以 发 现 肉 眼 不 能 检 查 出 的 细 小 裂 纹, 隐 蔽 在 表 皮 下 的 裂 纹 等 表 面 缺 陷, 但 只 能 用 于 碳 钢 工 具 钢 合 金 结 构 钢 等 有 磁 性 的 材 料, 而 且 锻 件 表 面 要 平 整 光 滑, 粗 糙 的 表 面 有 可 能 导 致 不 正 确 的 检 验 结 果 干 粉 法 : 将 干 粉 通 过 喷 枪 喷 射 到 零 件 表 面 上, 观 察 零 件 缺 陷 处 磁 粉 聚 集 情 况, 即 可 判 断 缺 陷 部 位 形 状 大 小 湿 粉 法 : 将 磁 粉 末 悬 浮 在 煤 油 或 水 溶 液 中, 然 后 将 悬 浮 的 磁 粉 油 液 喷 射 或 浇 注 在 磁 化 的 零 件 表 面 上, 油 液 中 的 磁 粉, 遇 到 固 缺 陷 产 生 的 局 部 漏 磁 磁 极 后, 被 吸 附 聚 集 成 缺 陷 大 小 和 形 状 的 磁 粉 堆 为 了 显 示 横 向 裂 纹, 须 对 工 件 进 行 纵 向 磁 化 如 要 显 示 纵 向 缺 陷, 可 直 接 沿 工 件 通 电, 以 便 实 现 周 向 磁 化 磁 粉 探 伤 法 可 以 迅 速 可 靠 地 发 现 工 件 表 面 或 近 表 面 的 细 裂 纹 发 裂 等 缺 陷 磁 粉 探 伤 灵 敏 度 高, 速 度 快, 设 备 简 单, 操 作 简 便, 而 且 成 本 比 较 低 但 是, 这 种 方 法 只 能 检 验 磁 性 磁 力 的 表 面 或 近 表 面 处 的 缺 陷 3. 荧 光 检 验 对 于 非 铁 磁 性 材 料, 如 有 色 合 金 高 温 合 金 不 锈 钢 等 锻 件 的 表 面 缺 陷, 可 采 用 荧 光 检 验, 也 称 荧 光 探 伤 4. 着 色 渗 透 探 伤 用 带 有 彩 色 的 高 渗 透 性 油 液, 使 之 渗 入 锻 件 表 面 缺 陷 中, 然 后 用 肉 眼 即 可 看 到 彩 像, 从 而 发 现 表 面 缺 陷 荧 光 着 色 两 种 检 验 方 法 的 工 艺 过 程 和 灵 敏 度 都 差 不 多 着 色 法 明 显 的 好 处 是 用 肉 眼 在 普 通 光 线 下 即 可 观 察, 不 必 像 荧 光 法 那 样 要 在 暗 室 内 用 紫 外 线 照 射 在 对 特 别 大 的 锻 件 进 行 局 部 检 验 时, 着 色 法 具 有 优 越 性 荧 光 和 着 色 法 的 使 用, 都 不 受 材 料 是 磁 性 还 是 非 磁 性 的 限 制 但 因 磁 粉 探 伤 法 比 这 两 种 方 法 的 优 点 多, 所 以, 这 两 种 方 法 主 要 用 于 非 磁 性 锻 件 表 面 的 检 验 61 标 准 分 享 网 免 费 下 载

71 62 汽 车 制 造 工 艺 3.5 应 用 实 例 本 章 以 汽 车 发 动 机 连 杆 的 制 造 工 艺 为 例, 讲 述 锻 造 工 艺 在 汽 车 零 件 制 造 中 的 应 用 连 杆 是 汽 车 发 动 机 中 的 重 要 零 件 在 发 动 机 内 曲 柄 连 杆 机 构 中, 连 杆 的 大 头 孔 与 曲 轴 连 接, 小 头 孔 通 过 活 塞 销 与 活 塞 连 接, 其 作 用 是 将 活 塞 的 直 线 往 复 运 动 变 为 曲 轴 的 旋 转 运 动 并 输 出 动 力 连 杆 承 受 冲 击 动 态 载 荷, 因 此 要 求 连 杆 质 量 小, 强 度 高, 刚 度 好 连 杆 的 结 构 特 点 及 结 构 工 艺 性 分 析 1. 连 杆 的 结 构 特 点 如 图 3.12 所 示, 连 杆 由 大 头 小 头 和 杆 身 等 部 分 组 成 大 头 为 分 开 式 结 构, 连 杆 体 与 连 杆 盖 用 螺 栓 连 接 大 头 孔 和 小 头 孔 内 分 别 安 装 轴 瓦 和 衬 套 为 了 减 轻 质 量 并 保 证 连 杆 体 具 有 足 够 的 强 度 和 刚 度, 连 杆 的 杆 身 截 面 多 为 工 字 形, 其 外 表 面 不 需 要 机 械 加 工 连 杆 的 大 头 和 小 头 端 面, 通 常 都 与 杆 身 对 称 有 些 连 杆 在 结 构 上 设 计 有 工 艺 凸 台 中 心 孔 等, 作 为 机 械 加 工 时 的 辅 助 基 准 图 3.12 汽 车 发 动 机 连 杆 简 图 62

72 第 3 章 锻 造 工 艺 连 杆 的 结 构 工 艺 性 连 杆 的 结 构 形 式, 直 接 影 响 到 机 械 加 工 工 艺 的 可 靠 性 和 经 济 性 影 响 连 杆 结 构 工 艺 性 的 因 素 除 应 考 虑 一 般 的 结 构 工 艺 性 外, 主 要 还 要 考 虑 以 下 几 点 (1) 连 杆 盖 和 连 杆 体 的 连 接 方 式 连 杆 盖 和 连 杆 体 的 定 位 方 式 ( 图 3.13), 有 连 杆 螺 栓 套 筒 齿 形 定 位 和 凸 肩 定 位 四 种 (a) (b) (c) (d) 图 3.13 连 杆 盖 和 连 杆 体 连 接 的 定 位 方 式 (2) 连 杆 的 大 小 头 的 厚 度 考 虑 到 加 工 时 的 定 位 和 加 工 中 的 传 输 等, 连 杆 大 小 头 的 厚 度 应 相 等 (3) 连 杆 杆 身 油 孔 的 大 小 和 深 度 由 于 活 塞 销 与 连 杆 小 头 衬 套 孔 之 间 需 要 进 行 润 滑, 为 此 连 杆 杆 身 钻 有 油 孔 但 为 了 使 润 滑 油 从 连 杆 大 头 沿 油 孔 通 向 小 头 衬 套, 油 孔 一 般 为 φ4 ~φ 8 的 深 孔, 加 工 困 难 为 了 避 免 深 孔 加 工, 汽 车 发 动 机 连 杆 可 改 为 重 力 润 滑, 则 只 在 连 杆 小 头 铣 槽 或 钻 孔 即 可 连 杆 的 材 料 和 毛 坯 汽 车 发 动 机 连 杆 的 材 料, 一 般 采 用 45 钢 ( 精 选 碳 的 质 量 分 数 为 0.42%~0.47%) 或 40Cr 35CrMo, 并 经 调 质 处 理, 以 提 高 其 强 度 及 抗 冲 击 能 力 我 国 有 些 工 厂 也 有 用 球 墨 铸 铁 制 造 连 杆 的 钢 制 连 杆 一 般 采 用 锻 造 在 单 件 小 批 生 产 时, 采 用 自 由 锻 造 或 用 简 单 的 胎 模 锻 ; 在 大 批 量 生 产 中 采 用 模 锻 模 锻 时, 一 般 分 两 个 工 序 进 行, 即 初 锻 和 终 锻, 通 常 在 切 边 后 进 行 热 校 正 中 小 型 的 连 杆, 其 大 小 头 的 端 面 常 进 行 精 压, 以 提 高 毛 坯 精 度 模 锻 生 产 率 高, 但 需 要 较 大 的 锻 造 设 备 因 此, 我 国 有 些 生 产 连 杆 的 工 厂, 采 用 了 连 杆 辊 锻 工 艺 采 用 辊 锻 毛 坯, 在 连 杆 结 构 设 计 时, 锻 造 圆 角 和 拔 模 角 不 能 过 小, 要 尽 量 避 免 截 面 突 然 变 化, 否 则 在 锻 造 时 不 易 充 满 成 型 锻 坯 形 式 有 两 种 : 连 杆 体 与 连 杆 盖 合 在 一 起 的 整 体 锻 件 和 连 杆 体 连 杆 盖 分 开 的 分 开 锻 件 整 体 锻 件 较 分 开 锻 件 减 少 了 毛 坯 制 造 的 劳 动 量, 并 节 约 了 金 属 材 料 整 体 锻 造 的 毛 坯 需 要 在 以 后 的 机 械 加 工 过 程 中 将 其 分 开 为 保 证 切 开 后 粗 镗 孔 余 量 的 均 匀, 通 常 将 大 头 孔 锻 成 椭 圆 形 分 开 锻 造 的 连 杆 盖, 金 属 纤 维 是 连 续 的, 在 强 度 方 面 优 于 整 体 锻 造 的 连 杆 盖 整 体 锻 造 的 连 杆, 增 加 了 切 开 连 杆 盖 的 工 序, 减 少 了 毛 坯 制 造 的 劳 动 量, 但 整 体 锻 造 降 低 了 材 料 的 损 耗, 又 可 使 与 连 杆 体 的 端 面 同 时 加 工, 减 少 了 工 序 数 目, 所 以 采 用 整 体 锻 造 的 毛 坯 较 多 连 杆 主 要 表 面 的 加 工 方 法 连 杆 的 两 端 面 是 连 杆 加 工 过 程 中 主 要 的 定 位 基 准 面, 而 且 在 许 多 工 序 中 反 复 使 用, 所 63 标 准 分 享 网 免 费 下 载

73 64 汽 车 制 造 工 艺 以 应 先 加 工 它, 并 随 着 工 艺 过 程 的 进 行 要 逐 渐 精 化, 以 提 高 其 定 位 精 度 大 批 量 生 产 中, 连 杆 两 端 面 多 采 用 磨 削 和 拉 削 加 工, 成 批 生 产 多 采 用 铣 削 加 工 连 杆 大 头 孔 小 头 孔 的 加 工 是 连 杆 加 工 中 的 关 键 工 序, 尤 其 大 头 孔 的 加 工 是 连 杆 各 部 位 加 工 中 要 求 最 高 的 部 位, 直 接 影 响 连 杆 成 品 的 质 量 一 般 先 加 工 小 头 孔, 后 加 工 大 头 孔, 合 装 后, 再 同 时 精 加 工 大 头 孔 小 头 孔, 最 后 光 整 加 工 大 头 孔 小 头 孔 小 头 孔 直 径 小, 锻 坯 上 有 时 不 预 锻 出 孔, 所 以 小 头 孔 首 道 工 序 为 铣 削 加 工 加 工 方 案 多 为 : 钻 扩 镗 无 论 采 用 整 体 锻 造 还 是 分 开 锻 造, 大 头 孔 都 会 预 锻 出 孔, 因 此 大 头 孔 首 道 工 序 都 是 粗 镗 ( 或 扩 ) 大 头 孔 的 加 工 方 案 多 为 ( 扩 ) 粗 镗 半 精 镗 精 镗 在 大 头 孔 小 头 孔 的 加 工 中, 镗 孔 是 保 证 精 度 的 主 要 方 法 因 为 镗 孔 能 够 修 正 毛 坯 和 上 道 工 序 造 成 的 孔 的 歪 斜, 易 于 保 证 孔 与 其 他 孔 或 平 面 的 位 置 精 度 虽 然 镗 杆 尺 寸 受 孔 径 大 小 的 限 制, 但 连 杆 的 孔 径 一 般 不 会 太 小, 且 孔 深 与 孔 径 比 皆 在 1 左 右, 这 个 范 围 的 镗 孔 工 艺 性 最 好, 镗 杆 悬 臂 短, 刚 性 也 好 大 头 孔 小 头 孔 的 精 镗 一 般 都 在 专 用 的 双 轴 镗 床 同 时 进 行, 多 采 用 双 面 双 轴 金 刚 镗 床, 有 利 于 提 高 加 工 精 度 和 生 产 率 大 头 孔 小 头 孔 的 光 整 加 工 是 保 证 孔 的 形 状 精 度 和 表 面 粗 糙 度 不 可 缺 少 的 加 工 工 序 一 般 有 以 下 三 种 方 案 : 珩 磨 金 刚 镗 以 及 脉 冲 式 滚 压 连 杆 加 工 多 属 大 批 量 生 产 连 杆 形 状 复 杂, 刚 性 差, 因 此 工 艺 路 线 多 为 工 序 分 散, 大 部 分 工 序 采 用 高 生 产 率 的 组 合 机 床 和 专 用 机 床, 并 且 广 泛 使 用 气 动 液 动 夹 具, 以 提 高 生 产 率, 满 足 大 批 量 生 产 的 需 要 整 体 精 锻 连 杆 盖 连 杆 体 的 撑 断 新 工 艺 连 杆 盖 连 杆 体 整 体 精 锻, 待 半 精 加 工 后, 采 用 连 杆 盖 与 连 杆 体 撑 断 的 方 法, 已 在 汽 车 发 动 机 连 杆 生 产 中 广 泛 采 用, 这 样 产 生 的 接 合 断 面 凸 凹 不 平, 连 杆 盖 与 连 杆 体 再 组 装 时 的 装 配 位 置 具 有 唯 一 性 因 此, 连 杆 盖 与 连 杆 体 之 间 只 需 用 螺 栓 连 接, 即 可 保 证 相 互 之 间 的 位 置 精 度 这 样 既 简 化 了 连 杆 的 加 工 工 艺, 保 证 了 连 杆 盖 与 连 杆 体 的 装 配 精 度, 又 由 于 连 杆 盖 与 连 杆 体 之 间 没 有 去 掉 金 属, 金 属 纤 维 是 连 续 的, 从 而 保 证 了 连 杆 的 强 度 为 了 保 证 将 撑 断 面 控 制 在 一 定 范 围 内, 撑 断 时 连 杆 盖 与 连 杆 体 不 发 生 塑 性 变 形, 连 杆 设 计 时 应 注 意 适 当 减 小 接 合 面 面 积, 并 在 撑 断 前 在 连 杆 盖 与 连 杆 体 接 合 处 拉 出 引 断 槽, 形 成 应 力 集 中, 如 图 3.14 所 示 此 加 工 方 法 已 在 轿 车 发 动 机 连 杆 生 产 中 采 用, 是 连 杆 加 工 的 新 工 艺 大 批 量 生 产 时 连 杆 机 械 加 工 的 工 艺 过 程 在 汽 车 发 动 机 的 制 造 中, 连 杆 的 加 工 多 属 于 大 批 量 图 3.14 采 用 撑 断 工 艺 的 连 杆 结 构 图 生 产, 广 泛 采 用 先 进 工 艺 和 高 生 产 率 专 用 机 床, 实 现 机 械 加 工 连 杆 盖 和 连 杆 体 装 配 称 重 检 验 清 洗 和 包 装 等 工 序 自 动 化 成 批 生 产 整 体 锻 造 的 连 杆 机 械 加 工 工 艺 过 程 ( 主 要 工 序 ) 见 表

74 第 3 章 锻 造 工 艺 65 表 3-12 成 批 生 产 整 体 锻 造 的 连 杆 机 械 加 工 工 艺 过 程 ( 主 要 工 序 ) 工 序 号 工 序 内 容 设 备 工 序 号 工 序 内 容 设 备 J 14 粗 精 铣 大 小 头 端 面 钻 扩 小 头 孔 半 精 镗 小 头 孔 铣 定 位 凸 台 自 连 杆 上 切 下 连 杆 盖 锪 连 杆 盖 螺 栓 头 贴 合 面 精 铣 结 合 面 粗 镗 大 头 孔 磨 结 合 面 钻 扩 铰 螺 栓 孔 锪 连 杆 体 螺 栓 头 贴 合 面 钻 阶 梯 油 孔 去 毛 刺 清 洗 中 间 检 验 装 配 连 杆 盖 和 连 杆 体 打 字 头 立 式 铣 床 立 式 铣 床 专 用 镗 床 立 式 铣 床 卧 式 镗 床 立 式 铣 床 立 式 铣 床 专 用 镗 床 平 面 磨 床 立 式 铣 床 立 式 铣 床 立 式 铣 床 钳 工 台 钳 工 台 J 磨 连 杆 大 头 两 端 面 半 精 镗 大 头 孔 车 连 杆 大 头 侧 面 拆 开 和 装 配 连 杆 盖 精 镗 大 头 孔 精 镗 小 头 孔 小 头 孔 压 入 衬 套 精 镗 小 头 衬 套 孔 拆 开 连 杆 套 铣 锁 口 槽 清 洗 去 毛 刺 装 配 连 杆 盖 和 连 杆 体 称 重 去 重 最 终 检 验 平 面 磨 床 专 用 镗 床 卧 式 车 床 钳 工 台 专 用 镗 床 专 用 镗 床 油 压 机 专 用 镗 床 钳 工 台 卧 式 铣 床 钳 工 台 钳 工 台 钳 工 台 习 题 1. 锻 造 工 艺 如 何 分 类? 2. 冷 锻 工 艺 的 特 点 是 什 么? 可 用 冷 锻 成 型 的 汽 车 零 件 有 哪 些? 3. 什 么 是 温 锻 工 艺? 有 何 优 点? 4. 试 说 出 几 种 特 种 锻 造 方 法 5. 锻 件 表 面 质 量 的 检 查 方 法 有 哪 些? 6. 试 写 出 成 批 生 产 整 体 锻 造 的 连 杆 机 械 加 工 工 艺 过 程 ( 主 要 工 序 ) 65 标 准 分 享 网 免 费 下 载

75 第 4 章 冲 压 工 艺 教 学 提 示 : 冲 压 通 常 又 叫 冷 冲 压, 冲 压 是 汽 车 制 造 最 重 要 的 工 种 之 一 冲 压 工 艺 是 一 种 适 合 大 量 生 产 的, 具 有 其 他 方 法 所 不 能 比 拟 的 加 工 方 法 冲 压 件 具 有 质 量 轻, 强 度 高, 形 状 美 观 等 特 点, 汽 车 冲 压 件 可 分 为 车 身 冲 压 件 与 车 架 车 轮 冲 压 件 两 大 类 教 学 目 标 : 了 解 冲 压 材 料 的 特 性 要 求, 了 解 各 种 钢 板 的 种 类 特 征 与 用 法, 了 解 冲 压 车 间 平 面 布 置 的 方 法, 掌 握 汽 车 各 部 位 零 件 的 冲 压 工 艺, 了 解 冲 压 质 量 控 制 的 方 法, 掌 握 汽 车 车 身 覆 盖 冲 压 成 型 的 特 点, 重 点 掌 握 车 身 覆 盖 件 拉 伸 件 的 设 计 方 法 4.1 概 述 冲 压 是 利 用 冲 模 使 板 料 产 生 分 离 或 变 形 的 加 工 方 法 这 种 加 工 方 法 通 常 是 在 冷 态 下 进 行 的, 所 以 又 称 冷 冲 压 只 有 当 板 料 厚 度 超 过 8~10mm 时, 才 采 用 热 冲 压 几 乎 在 一 切 有 关 制 造 金 属 成 品 的 工 业 部 门 中, 都 广 泛 地 应 用 着 板 料 冲 压 特 别 是 在 汽 车 拖 拉 机 航 空 电 器 仪 器 以 及 国 防 等 工 业 中 占 有 极 其 重 要 的 地 位 板 料 冲 压 之 所 以 能 被 广 泛 地 应 用 并 占 有 重 要 地 位, 是 由 于 它 具 有 下 列 特 点 (1) 可 冲 压 形 状 复 杂 的 零 件, 废 料 较 少 (2) 产 品 具 有 足 够 高 的 精 度 和 粗 糙 度, 互 换 性 能 好 (3) 能 获 得 质 量 轻, 材 料 消 耗 少, 强 度 和 刚 度 较 高 的 零 件 (4) 冲 压 操 作 简 单, 工 艺 过 程 便 于 机 械 化 和 自 动 化, 生 产 率 很 高, 故 零 件 成 本 低 但 冲 模 制 造 复 杂, 所 以 只 在 大 批 量 生 产 的 条 件 下, 这 种 加 工 方 法 的 优 越 性 才 显 得 更 为 突 出 板 料 冲 压 所 用 的 原 材 料, 特 别 是 制 造 中 空 杯 状 和 钩 环 状 等 成 品 时, 必 须 具 有 足 够 的 塑 性 常 用 的 金 属 材 料 有 低 碳 钢, 高 塑 性 的 合 金 钢 铜 铝 及 镁 合 金 等 在 汽 车 制 造 过 程 中, 冲 压 工 艺 将 制 造 汽 车 骨 架 和 护 板 的 钢 板 从 原 料 加 工 成 零 件 冲 压 材 料 ( 薄 板 等 ) 的 质 量 占 全 部 汽 车 材 料 的 40%~45%, 冲 压 是 汽 车 制 造 最 重 要 的 工 种 之 一 冲 压 件 具 有 质 量 轻, 强 度 高, 形 状 美 观 等 特 点 冲 压 工 艺 具 有 劳 动 量 小, 加 工 时 间 短, 无 切 屑, 工 具 消 耗 量 低 等 优 点, 是 一 种 适 合 大 量 生 产 的, 具 有 其 他 方 法 所 不 能 比 拟 的 加 工 方 法, 应 当 指 出 : 由 于 每 种 零 件 加 工 都 需 自 己 专 用 的 工 具 ( 冲 模 ), 如 果 产 量 较 低 则 冲 模 负 担 费 用 过 大, 所 以 冲 压 工 艺 特 别 适 用 于 大 量 生 产 冲 压 工 艺 概 要 冲 压 件 一 般 是 通 过 冲 裁 拉 延 切 边 冲 孔 复 合 冲 裁 弯 曲 复 合 屈 曲 等 工 序 中 的 若 干 种, 冲 压 成 指 定 形 状 压 力 机 的 生 产 周 期 极 短, 仅 为 0.1min 左 右 一 般 通 过 更 换 压 力 机 上 的 冲 模 进 行 批 量 生 产 大 量 生 产 时, 通 常 将 3~6 台 压 力 机 按 工 艺 顺 序 排 列 至 于 护 板 大 型 板 件 等 冲 压 件, 一 般 则 在 包 括 装 料 机 和 卸 料 机 组 成 的 冲 压 自 动 线 上 加 工 小 型 冲 压 件

76 第 4 章 冲 压 工 艺 67 与 车 轮 部 分 零 件 多 用 一 台 压 力 机 进 行 连 续 自 动 生 产, 力 求 达 到 省 力 如 图 4.l 所 示 为 冲 压 工 艺 概 要 图 4.1 冲 压 工 艺 概 要 冲 压 件 汽 车 冲 压 件 可 分 为 车 身 冲 压 件 与 车 架 车 轮 冲 压 件 两 大 类 1. 车 身 冲 压 件 一 般 由 0.6~1.2mm 薄 钢 板 制 成, 厚 度 大 于 1.6mm 的 钢 板 只 用 在 需 要 增 强 的 零 件 上, 数 量 不 多 拉 延 是 车 身 件 成 型 方 法 的 特 点 为 了 使 车 身 外 护 板 表 面 美 观, 应 该 重 视 冲 模 精 加 工 技 术, 以 保 证 冲 压 件 的 质 量 2. 车 架 车 轮 冲 压 件 一 般 由 1.2~3.6mm 厚 的 钢 板 制 成, 有 时 也 使 用 10mm 左 右 的 钢 板 厚 板 成 型 以 弯 曲 为 主, 在 很 多 情 况 下 不 包 括 拉 延 成 型 由 于 钢 板 厚, 单 位 面 积 所 需 的 成 型 压 力 大, 所 选 压 力 机 应 该 比 车 身 件 成 型 用 的 刚 度 大 表 4-1 列 举 了 轿 车 车 身 冲 压 件 件 数 工 序 数 和 成 型 压 力 机 的 规 格 C 级 以 下 零 件 的 冲 压 加 工 有 连 续 自 动 化 和 多 工 序 连 续 化 的 倾 向, 表 中 所 示 的 串 联 式 拉 延 (tandem press) 方 式 已 不 大 使 用 表 4-1 轿 车 车 身 冲 压 件 与 所 用 压 力 机 规 格 类 别 零 件 名 称 件 / 辆 工 序 数 机 床 吨 位 /t 模 座 面 积 /mm 2 顶 篷 挡 泥 板 外 护 板 地 板 保 A 8~12 3~6 600~ ~ 险 杠 发 动 机 罩 车 门 护 板 车 身 内 护 板 行 李 箱 盖 B 20~26 5~ ~ 板 仪 表 板 车 轮 罩 盖 挡 板 行 李 箱 侧 板 中 间 柱 前 柱 前 C ~50 3~6 300~ ~ 侧 支 架 件 D 门 铰 链 板 前 围 侧 护 板 20~30 2~ 冲 压 生 产 线 的 控 制 冲 压 生 产 线 的 控 制 方 法 因 各 公 司 的 历 史 技 术 条 件 与 生 产 规 模 而 异 当 进 行 批 量 生 产 时, 应 根 据 调 整 时 间 生 产 速 度 负 荷 时 间 等 因 素, 确 定 适 当 的 批 量 批 量 过 大, 将 发 生 原 材 料 费 用 保 管 场 地 保 管 设 施 防 锈 等 各 种 问 题 因 此, 缩 短 调 整 时 间 以 尽 量 减 少 批 67 标 准 分 享 网 免 费 下 载

77 68 汽 车 制 造 工 艺 量 是 十 分 重 要 的 一 般 趋 向 是 将 调 整 时 间 降 至 10min 以 下, 批 量 则 保 持 三 日 份 额 分 析 冲 压 生 产 线 的 运 转 情 况, 按 月 收 集 并 整 理 冲 压 生 产 线 停 工 原 因 的 各 种 数 据, 以 期 降 低 冲 模 故 障 与 机 床 故 障 发 生 率, 提 高 生 产 效 率, 降 低 冲 压 加 工 成 本 标 准 的 线 生 产 速 度 为 :1 连 续 自 动 压 力 机 700~1200 件 /h; 2 顺 序 加 工 冲 压 线 1200~1300 件 /h;3 推 杆 式 送 料 冲 压 线 (AB 级 ) 450~700 件 /h; 4 梭 式 送 料 冲 压 线 (AB 级 ) 600~900 件 /h 一 般 来 说, 冲 压 生 产 线 是 针 对 产 品 零 件 而 设 计 的, 生 产 量 确 定 后 即 可 算 出 冲 压 设 备 负 荷 率 当 设 备 负 荷 不 平 衡 时, 可 更 改 设 计 或 调 整 生 产 计 划 以 求 平 衡 通 常, 冲 压 生 产 时, 根 据 后 面 工 序 的 要 求, 核 定 冲 压 件 库 存 量 与 最 佳 生 产 批 量, 并 加 以 实 施 4.2 冲 压 材 料 汽 车 冲 压 件 大 部 分 由 低 碳 钢 板 制 成 中 国 机 械 工 业 标 准 中 规 定 了 冷 轧 钢 板 热 轧 软 钢 板 和 汽 车 构 造 用 热 轧 钢 板 的 规 格 此 外, 电 器 件 内 饰 件 与 其 他 附 件, 也 以 不 锈 钢 板 有 色 金 属 板 制 造 冲 压 材 料 的 特 性 要 求 冲 压 用 材 料 必 须 具 备 良 好 的 拉 延 性 延 展 性 弯 曲 性 凸 缘 拉 伸 性, 以 及 上 述 的 复 合 成 型 性 一 般 来 说, 选 定 冲 压 材 料 时, 应 根 据 零 件 成 型 的 难 易 程 度, 选 择 具 有 相 应 成 型 能 力 的 材 料 但 在 选 用 具 备 必 要 强 度 的 汽 车 用 热 轧 钢 板 时, 成 型 能 力 随 强 度 升 高 而 降 低, 成 为 零 件 设 计 的 制 约 条 件 如 果 当 所 选 的 材 料 与 零 件 形 状 冲 模 设 计 和 加 工 条 件 不 相 适 应 时, 将 产 生 断 裂 折 皱 成 型 不 完 整 ( 气 眼 凸 包 回 弹 ) 等 缺 陷 如 图 4.2 表 示 冲 压 成 型 工 艺 体 系 与 成 型 缺 陷 之 间 的 关 系 最 近, 冲 压 加 工 在 成 型 方 面 的 问 题, 有 从 断 裂 转 向 精 度 气 眼 凸 包 等 缺 陷 的 趋 势, 对 于 材 料 则 提 出 了 形 状 性 这 个 新 的 特 性 要 求, 过 去, 一 贯 以 拉 伸 试 验 所 测 定 的 延 伸 率 埃 里 克 森 值 圆 锥 杯 形 拉 伸 值 作 为 判 断 材 料 拉 伸 特 性 的 依 据 近 来, 被 认 为 与 成 型 特 性 密 切 相 关 的 还 有 加 工 硬 化 系 数 (n) 和 塑 性 导 向 性 系 数 (r) 通 过 试 验 对 上 述 性 能 指 标 已 进 行 了 详 细 的 研 究, 然 而 它 们 和 形 状 性 的 关 系 还 有 待 于 今 后 进 一 步 查 明 材 料 选 定 主 要 应 从 生 产 技 术 方 面 分 析 材 料 的 成 型 性, 所 以 就 材 料 选 定 的 作 用 来 说, 生 产 技 术 部 门 比 设 计 部 门 更 为 重 要 目 前, 设 计 新 零 件 时, 还 没 有 一 种 方 法 能 够 预 先 选 定 具 备 必 要 成 型 能 力 的 材 料, 这 项 工 作 只 能 根 据 对 过 去 数 据 的 归 纳 和 经 验 来 进 行 冲 压 用 钢 板 的 选 定 大 致 可 遵 循 下 列 顺 序 1) 新 设 计 的 冲 压 件 与 过 去 类 似 的 冲 压 件 做 对 比 将 已 经 分 析 过 并 掌 握 了 制 造 工 艺 的 冲 压 件 和 新 设 计 的 冲 压 件 进 行 对 比, 推 算 其 变 形 状 态 线 增 长 率 和 面 积 增 长 率, 以 确 定 材 料 的 级 别 2) 试 冲 压 制 成 按 比 例 缩 小 或 1 1 尺 寸 的 试 验 冲 模 ( 以 锌 合 金 制 造 ) 进 行 试 冲 压, 以 获 得 材 料 成 型 性 资 料 这 类 冲 模 也 常 用 作 试 制 样 车 的 简 易 冲 模 68

78 第 4 章 冲 压 工 艺 69 图 4.2 冲 压 成 型 缺 陷 分 类 与 冲 压 工 艺 基 础 3) 在 生 产 准 备 阶 段 掌 握 材 料 成 型 的 难 易 程 度 在 大 量 生 产 试 运 转 过 程 中, 核 对 所 用 材 料 的 适 用 性 生 产 稳 定 性 和 加 工 条 件, 最 后 确 定 大 量 生 产 用 材 料 一 般 问 题 可 通 过 修 整 冲 模 改 变 零 件 形 状 等 措 施 来 解 决, 有 时 还 应 对 发 生 问 题 的 零 件 进 行 网 格 塑 性 试 验 (scribed circle test), 掌 握 破 断 危 险 部 位 附 近 的 变 形 分 布 状 态, 从 变 形 状 态 图 上 的 变 形 临 界 线 判 断 选 材 是 否 恰 当 4) 对 大 量 生 产 状 况 的 监 视 与 价 值 分 析 (VA) 大 量 生 产 时 应 经 常 监 视 生 产 情 况, 并 将 废 品 率 控 制 在 允 许 限 度 之 内, 对 于 发 生 的 问 题 应 该 立 即 采 取 适 当 的 方 法 解 决 此 外, 还 应 在 稳 定 生 产 状 态 的 前 提 下 力 求 缩 小 原 材 料 尺 寸, 降 低 材 料 的 级 别 冷 轧 钢 板 冷 轧 钢 板 的 厚 度 在 0.15~3.2mm 之 间, 这 种 薄 板 的 尺 寸 精 度 极 高, 具 有 美 观 平 滑 的 表 面, 以 及 良 好 的 机 械 性 能 和 加 工 性, 能 够 完 美 的 用 作 车 身 护 板 这 类 钢 板 的 屈 服 点 低, 成 型 性 和 形 状 性 好, 也 便 于 使 用 冷 轧 钢 板 的 种 类 特 征 与 用 途 见 表 热 轧 钢 板 热 轧 软 钢 板 与 冷 轧 钢 板 在 成 分 上 几 乎 无 差 异, 但 因 制 造 工 艺 不 同, 其 机 械 性 能 表 面 状 况 尺 寸 精 度 平 整 度 等 都 低 厚 度 为 1.2~1.6mm 的 热 轧 软 钢 板 主 要 用 在 下 车 身 零 件 与 69 标 准 分 享 网 免 费 下 载

79 70 汽 车 制 造 工 艺 内 护 板, 而 要 求 强 度 的 车 梁 底 盘 零 件 与 车 轮 等 则 以 汽 车 构 造 用 的 热 轧 钢 板 制 造 热 轧 钢 板 JIS 摘 要 见 表 4-3 表 4-2 冷 轧 钢 板 的 种 类 特 征 与 用 途 种 类 牌 号 特 征 用 途 JIS 冷 轧 钢 板 与 钢 带 (JIS GB3141) SPCC SPCCT SPCD SPCE SPCEN ( 一 般 用 ) 为 表 面 美 观 用 量 最 大 的 品 种, 是 一 种 适 合 弯 曲 和 简 单 拉 延 加 工 的 钢 板, 主 要 用 于 加 工 平 板 ( 拉 延 用 ) 次 于 SPCE, 具 有 优 良 拉 延 性 能 的 钢 板 ( 深 度 拉 延 用 ) 次 于 SPCEN, 具 有 优 良 的 深 度 拉 延 性 因 从 冶 金 方 面 控 制 了 晶 粒 度, 使 得 经 深 度 拉 延 的 零 件 具 有 美 观 的 表 面 ( 非 时 效 性 深 度 拉 延 用 ) 具 有 优 良 的 深 度 拉 延 性 是 一 种 非 时 效 性 钢 板, 保 证 不 发 生 拉 伸 应 变 冷 藏 库 门 浅 度 拉 延 汽 车 零 件 钢 制 家 具 其 他 小 零 件 配 电 盘 等 汽 车 车 门 内 护 板 车 架 纵 架 等 汽 车 后 挡 泥 板 前 护 板 汽 车 前 挡 泥 板 灯 壳 体 轮 罩 浅 度 冲 压 外 护 板 等 要 求 非 时 效 性 零 件 JIS 未 规 定, 但 使 用 情 况 与 JIS 规 定 相 同 的 冷 轧 钢 板 低 屈 服 点 钢 板 超 深 度 拉 延 性 钢 板 具 有 低 屈 服 点 和 低 屈 服 比, 冲 压 时 的 形 状 性 ( 获 得 指 定 尺 寸 的 容 易 程 度 ) 与 拉 延 刚 度 ( 不 易 塌 陷 ) 好 具 有 与 JIS 钢 板 相 同 或 更 优 良 的 深 度 拉 延 汽 车 车 门 车 顶 发 动 机 罩 后 行 李 箱 盖 等 要 求 低 时 效 性 与 形 状 性 的 零 件 汽 车 挡 泥 板 油 箱 底 壳 等 性, 各 钢 铁 公 司 生 产 自 己 独 特 的 产 品 低 合 金 耐 蚀 耐 候 性 钢 板 涂 漆 钢 板 在 合 金 元 素 作 用 下 形 成 致 密 而 牢 固 的 氧 化 膜, 能 够 有 效 防 止 腐 蚀 以 防 锈 与 装 饰 为 目 的, 在 钢 板 或 涂 漆 钢 板 火 车 车 轮 汽 车 建 筑 材 料 等 建 筑 物 内 外 饰 件 容 器 上 涂 上 各 种 涂 料, 形 成 塑 料 膜 玩 具 润 滑 钢 板 涂 抹 金 属 皂 等 特 殊 润 滑 剂, 低 温 干 燥 附 着, 汽 车 零 件 电 器 零 件 特 殊 冷 轧 钢 板 冲 压 时 不 用 途 油, 可 改 善 劳 动 环 境 表 面 压 压 花 钢 板 高 强 度 冷 轧 钢 板 花, 美 观 在 保 持 良 好 加 工 性 的 前 提 下, 提 高 抗 拉 强 度 汽 车 内 饰 件 家 用 电 器 件 钢 制 家 具 建 筑 器 材 车 辆 内 饰 件 桌 上 装 饰 品 安 全 汽 车 的 各 种 内 外 装 饰 件 表 4-3 热 轧 钢 板 的 JIS 标 准 ( 摘 要 ) 规 格 种 类 数 / 种 牌 号 适 用 厚 度 /mm 化 学 成 分 /% 屈 服 点 /(kg/mm 2 ) C Si Mn P S 1~1.6 mm >1.6~ 3 mm >3~6 mm 抗 拉 强 度 / (kg/mm 2 ) JISG 热 轧 软 钢 板 与 钢 带 1 SPHC 1.0~ >28 2 SPHD 1.2~ >28 3 SPHE 1.2~ >28 70

80 第 4 章 冲 压 工 艺 71 单 位 :mm 种 类 规 格 牌 号 数 / 种 JISG 种 SPHC 1967 热 轧 软 2 种 SPHD 钢 板 与 钢 带 3 种 SPHE 180 弯 曲 延 伸 率 (%)(5 号 ) 内 侧 半 径 1~1.2 >1.2~1.6 >1.6~2 >2~2.5 >2.5~3.2 >3.2~4 >4 <3.2 >3.2 >25 >27 >29 >29 >30 >32 >33 >31 >33 >35 >29 >31 >31 密 着 0.51 >35 >37 >39 密 着 密 着 >37 >39 >41 密 着 密 着 规 格 种 类 牌 号 适 用 厚 度 / 化 学 成 分 /% 屈 服 点 /(kg/mm 2 ) 抗 拉 强 度 / mm C Si Mn P S <6 6~8 >8~14 (kg/mm 2 ) JISG 汽 车 构 造 用 热 轧 钢 板 与 钢 带 1 种 SAPH32 1.6~6 的 钢 板 与 钢 带 2 种 SAPH38 1.6~6 的 钢 板 与 钢 带 3 种 SAPH41 1.6~6 钢 带 1.6~14 钢 板 4 种 SAPH45 1.6~14 钢 板 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 <0.04 (>19) >23 >26 >31 (>19) >23 >24 >30 >24 >28 >32 >38 >41 >45 延 伸 率 /%(5 号 ) 规 格 种 类 牌 号 1.6~2 >2~2.5 >2.5~3.15 >3.15~4 >4~6.3 mm mm mm mm mm >6.3mm (1A 号 ) 180 弯 曲 内 侧 半 径 <2.0mm >2.0mm JISG 种 1970 汽 车 构 2 种 造 用 热 轧 钢 3 种 板 与 钢 带 4 种 SAPH32 SAPH38 SAPH41 SAPH45 >33 >32 >31 >29 >34 >33 >32 >30 >36 >35 >34 >32 >38 >36 >35 >33 >40 >37 >36 >34 >24 >22 密 着 t 1.0t 1.0t 1.5t 表 面 处 理 钢 板 目 前, 实 际 采 用 的 表 面 处 理 钢 板 有 : 金 属 电 镀 钢 板 化 学 被 膜 生 成 处 理 钢 板 非 金 属 复 层 钢 板 等 1. 金 属 电 镀 钢 板 电 镀 包 括 镀 锌 镀 铝 镀 铅 锡 合 金 等 数 种 广 泛 使 用 镀 锌 钢 板 制 造 下 部 车 身 件 汽 油 箱 消 声 器 等 汽 车 零 件 钢 板 镀 锌 后 即 可 使 用, 也 可 涂 油 使 用 有 时 为 了 提 高 镀 锌 钢 板 抵 抗 白 斑 ( 氧 化 锌 层 ) 的 能 力, 可 再 进 行 铬 酸 处 理 为 了 提 高 镀 锌 钢 板 的 涂 漆 性 能, 也 可 施 以 磷 化 处 理 这 些 钢 板 也 用 在 客 车 货 车 车 身 的 制 造 方 面 2. 非 金 属 复 层 钢 板 除 正 用 在 汽 车 内 饰 件 上 的 聚 氯 乙 烯 复 层 的 钢 板 和 印 有 花 纹 图 案 的 装 饰 钢 板 外, 那 些 以 提 高 冲 压 加 工 润 滑 性 为 目 的 的 润 滑 处 理 钢 板, 以 及 提 高 抗 蚀 性 的 复 层 钢 板 也 正 在 实 用 化 或 71 标 准 分 享 网 免 费 下 载

81 72 汽 车 制 造 工 艺 研 制 之 中 然 而, 由 于 这 类 钢 板 冲 压 的 疵 病, 导 致 焊 接 性 降 低, 以 及 对 涂 漆 的 影 响, 选 用 时 必 须 慎 重 其 他 材 料 由 于 美 国 安 全 标 准 的 提 高, 以 及 要 求 生 产 出 轻 的 减 震 性 好 的 车 身, 现 在 已 经 开 始 采 用 加 工 性 得 到 改 善 的 低 合 金 高 强 度 钢 板 此 外, 随 着 对 汽 车 排 气 规 定 的 严 格 化, 提 高 了 使 用 耐 热 材 料 的 必 要 性, 在 排 气 净 化 装 置 中 使 用 了 不 锈 钢 板 预 计 复 合 成 型 材 料 的 研 制 工 作 必 将 进 一 步 得 到 发 展, 以 作 为 节 省 资 源 的 一 种 措 施 4.3 冲 模 冲 模 设 计 在 模 具 设 计 之 前, 首 先 应 进 行 冲 压 工 艺 设 计, 制 订 冲 压 工 艺 规 程, 而 后 进 行 冲 模 设 计 1. 冲 压 工 艺 规 程 在 冲 压 工 艺 规 程 中 应 标 明 冲 压 车 间 冲 压 生 产 线 生 产 速 度 ( 单 位 时 间 的 产 量 ) 钢 板 级 别 与 厚 度 坯 料 尺 寸 工 序 名 称 等 在 标 有 上 述 内 容 的 冲 压 工 作 图 上, 还 应 详 细 指 出 各 工 序 中 的 加 工 部 位 加 工 方 法 冲 压 成 型 方 向 零 件 定 位 零 件 送 进 与 取 出 方 法 等 2. 模 具 种 类 设 计 者 根 据 工 艺 规 程 提 出 的 要 求, 进 行 各 道 工 序 的 模 具 设 计 在 成 型 方 法 方 面, 模 具 可 分 为 拉 深 模 弯 曲 模 冲 裁 模 三 类, 而 在 模 具 构 造 工 序 类 别 和 压 力 机 型 式 等 方 面, 上 述 三 类 模 具 还 可 以 细 分 其 典 型 实 例 如 : 拉 深 模 可 细 分 为 首 次 拉 深 模 二 次 拉 深 模 三 次 拉 深 模 ; 冲 裁 模 可 细 分 为 坯 料 落 料 模 外 形 落 料 模 落 料 冲 孔 模 冲 孔 模 复 合 冲 模 ; 弯 曲 模 可 细 分 为 弯 曲 模 二 次 弯 曲 模 复 合 弯 曲 模, 以 及 连 续 冲 模 等 3. 模 具 构 造 模 具 构 造 随 零 件 形 状 工 艺 模 具 种 类 自 动 化 程 度 等 因 素 而 异, 图 4.3 是 以 车 门 外 护 板 为 例, 说 明 按 工 艺 顺 序 排 列 的 模 具 断 面 结 构 和 零 件 简 图 图 4.3(a) 的 设 计 要 点 有 : 1 加 工 压 力,2 冲 压 方 向,3 防 皱 压 边 面,4 拉 深 剖 面,5 下 道 工 序 的 加 工 法,6 模 具 刚 度 等 图 4.3(b) 的 设 计 要 点 有 :1 加 工 压 力,2 切 断 刃 的 选 择,3 切 断 角 度,4 废 料 切 断 刃 的 配 置,5 废 料 落 下 的 方 便 程 度,6 模 具 刚 度 等 图 4.3(c) 的 设 计 要 点 有 :1 加 工 压 力, 2 弯 曲 加 工 部 位 的 压 料 板 压 力,3 弯 曲 模 块 的 同 步,4 回 弹,5 弯 曲 模 块 材 料,6 模 块 刚 度 等 图 4.3(d) 的 设 计 要 点 有 :1 加 工 压 力,2 凸 轮 结 构 及 其 同 步,3 凸 轮 滑 动 部 分 的 结 构 与 材 料,4 凸 轮 复 位 方 法 等 图 4.3(e) 中 的 设 计 要 点 则 以 图 4.3(d) 为 准 4. 模 具 材 料 材 料 选 择 是 根 据 成 型 特 点 和 加 工 部 位 确 定 的, 对 于 模 具 的 耐 久 性 与 寿 命 有 很 大 影 响 表 4-4 列 出 了 冲 模 材 料 及 其 用 途 72

82 第 4 章 冲 压 工 艺 73 图 4.3 车 门 外 护 板 模 具 断 面 结 构 与 零 件 简 图 (a) 第 一 道 工 序 : 双 动 式 压 力 机 拉 深 模 (b) 第 二 道 工 序 : 落 料 冲 孔 模 (c) 第 三 道 工 序 : 弯 曲 模 (d) 第 四 道 工 序 : 冲 弯 曲 复 合 模 (e) 第 五 道 工 序 : 弯 曲 复 合 模 表 4-4 冲 模 材 料 及 其 用 途 冲 模 材 料 合 金 工 具 钢 SKD1 SKD11 SKX4 SKX44 SKS3 SKS4 机 器 制 造 用 碳 素 钢 S55CS45C 一 般 构 造 用 轧 制 钢 SS41 灰 口 铸 铁 FC20 FC25 FC30 球 墨 铸 铁 FCD55 使 用 部 位 用 在 严 重 磨 损 部 位 ( 拉 深 防 皱 压 边 面, 弯 曲 模 块 刀 刃 ), 需 经 热 处 理 ( 根 据 使 用 要 求 进 行 镀 硬 铬 软 氮 化 处 理 碳 化 物 气 相 沉 积 处 理 等 ) 用 在 成 品 装 置 等 辅 助 部 分 用 于 卸 料 器 缓 冲 器 衬 板 模 架 等 用 于 一 般 零 件 模 架 底 座 冲 头 上 下 模 本 体 其 他 零 件 ( 用 在 无 强 度 刚 度 与 耐 磨 性 要 求 的 部 位 ) ( 用 于 对 强 度 刚 度 提 出 要 求 的 部 位 ) 用 于 拉 深 弯 曲 工 序 中 需 要 强 度 刚 度 耐 磨 性 的 部 位 ( 底 座 冲 头 底 座 环 冲 模 固 定 板 ) 5. 自 动 化 与 模 具 由 于 引 进 了 自 动 冲 压 生 产 线, 近 年 来 搬 运 自 动 化 与 无 人 管 理 化 都 有 了 进 一 步 的 发 展, 对 于 模 具 综 合 质 量 的 要 求 也 就 越 严 格 和 更 加 复 杂 化 了 例 如, 需 装 设 保 证 安 全 的 各 种 连 锁 机 构, 零 件 送 进 与 取 出 的 检 测 装 置, 确 定 零 件 在 模 内 位 置 的 传 感 器 等, 从 而 除 了 在 成 型 性 之 外, 还 在 操 作 性 方 面 对 模 具 结 构 提 出 要 求 73 标 准 分 享 网 免 费 下 载

83 74 汽 车 制 造 工 艺 模 具 制 造 模 具 制 造 包 括 主 模 型 的 制 造 由 于 采 用 了 仿 形 加 工 电 火 花 加 工 和 最 近 引 进 的 数 控 机 床, 模 具 制 造 工 时 大 幅 度 降 低 特 别 是 数 控 机 床 的 显 著 进 展, 可 在 数 字 控 制 下 进 行 曲 面 切 削 1. 模 具 制 造 工 艺 图 4.4 所 示 为 模 具 制 造 工 艺 过 程 的 概 略 情 况, 列 举 出 加 工 的 顺 序 与 内 容 一 般 来 说, 从 粗 加 工 精 加 工 直 到 装 配 的 所 有 工 序 可 按 下 列 顺 序 进 行 :(1) 基 准 面 切 削 加 工,(2) 划 线, (3) 机 械 加 工 (1 通 用 机 床 切 削 加 工,2 仿 形 加 工,3 特 殊 加 工 ( 电 火 花 加 工 )),(4) 精 加 工 (1 曲 面 粗 精 加 工,2 模 具 研 配 修 正 ),(5) 合 模,(6) 模 具 装 配 图 4.4 模 具 制 造 的 一 般 工 艺 过 程 2. 模 型 图 4.5 列 举 出 了 模 型 样 板 的 典 型 实 例 按 主 模 型 进 行 曲 面 加 工 需 用 种 种 复 制 模 型 此 外, 在 模 具 制 造 过 程 中 还 要 使 用 外 形 样 板 和 划 线 样 板 图 4.5 模 型 样 板 的 典 型 实 例 1 工 艺 用 凹 模 型 2 工 艺 用 凸 模 型 3 研 配 用 模 型 零 件 表 面 精 加 工 用 4 零 件 表 面 检 验 用 样 板 5 检 验 划 线 用 塑 料 样 板 6 检 验 孔 位 划 线 用 塑 料 样 板 7 外 形 凹 样 板 8 外 形 凸 样 板 74

84 第 4 章 冲 压 工 艺 标 准 件 ( 外 购 件 ) 模 具 中 使 用 次 数 多 的 零 件 已 标 准 化, 采 用 由 专 门 制 造 厂 编 制 的 制 造 系 列 典 型 的 标 准 件 有 : 球 形 冲 头 模 架 导 柱 导 套 各 类 滑 板 汽 缸 上 料 装 置 ( 汽 缸 直 角 杠 杆 提 升 器 ) 螺 旋 弹 簧 各 类 轴 承 空 气 管 道 零 件 螺 柱 螺 母 等 4.4 冲 压 工 艺 冲 压 车 间 平 面 布 置 冲 压 车 间 内 部 可 按 功 能 区 分 为 四 个 部 分, 必 须 使 之 具 备 相 互 协 调 的 生 产 能 力 面 积 和 高 效 率 的 产 品 流 动 方 向 1. 备 料 工 段 将 原 材 料 剪 切 成 所 需 要 的 尺 寸 备 料 工 段 由 卷 料 库 落 料 生 产 线 剪 切 生 产 线 龙 门 剪 床 钢 板 矫 平 机 等 组 成 2. 伸 压 工 段 通 常, 并 排 安 装 着 几 台 压 力 机, 其 间 以 轴 送 机 连 成 一 条 生 产 线, 可 在 极 短 时 间 内 完 成 冲 压 加 工 小 型 冲 压 件 可 用 连 续 自 动 压 力 机 或 辊 道 送 料 压 力 机 进 行 加 工 3. 模 具 堆 放 处 由 于 冲 压 生 产 线 具 有 通 用 性, 可 在 一 条 线 上 进 行 多 品 种 生 产, 所 以 每 条 冲 压 线 都 应 具 备 足 够 面 积 来 堆 放 模 具 模 具 堆 放 应 尽 量 靠 近 生 产 线, 便 于 模 具 的 频 繁 更 换 4. 模 修 工 段 对 于 冲 压 模 具 工 艺 性 能 要 求 极 为 严 格, 需 要 经 常 进 行 修 理, 为 此 必 须 配 备 必 要 的 模 修 设 备 此 外, 冲 压 车 间 的 辅 助 设 备 还 有 :1 废 料 处 理 设 备 冲 压 生 产 线 的 废 料 全 部 落 入 地 下 输 送 带 上, 集 中 起 来 处 理 2 运 输 设 备 使 用 桥 式 起 重 机 铲 车 平 板 车 进 行 各 区 间 材 料 和 模 具 搬 运 3 成 品 库 冲 压 加 工 属 于 批 量 生 产, 为 了 存 放 冲 压 成 品, 需 设 成 品 库 车 身 零 件 的 冲 压 工 艺 汽 车 车 身 零 件 大 多 数 是 0.7~1.2mm 厚 的 钢 板 经 3~6 道 工 序 加 工 而 成, 以 下 列 举 2~3 实 例 加 以 说 明 (1) 顶 篷 在 汽 车 冲 压 件 中 属 于 最 大 件 一 类, 因 其 形 状 比 较 简 单, 可 用 三 道 工 序 成 型 (2) 车 门 护 板 外 形 平 直, 容 易 变 形, 必 须 注 意 拉 深 形 状 与 零 件 装 卸 (3) 发 动 机 罩 内 板 是 经 四 道 工 序 成 型, 因 为 零 件 上 有 大 型 孔, 确 定 冲 压 方 式 时, 必 须 考 虑 到 余 料 利 用, 其 加 工 工 序 如 图 4.6 所 示 75 标 准 分 享 网 免 费 下 载

85 76 汽 车 制 造 工 艺 (a) 拉 深 (c) 冲 孔 (b) 切 边 (d) 弯 曲 冲 孔 车 架 底 盘 母 件 的 冲 压 工 艺 图 4.6 发 动 机 罩 内 板 的 加 工 工 序 车 架 底 盘 零 件 所 用 钢 板 比 车 身 零 件 厚, 且 从 零 件 的 功 能 出 发, 一 般 有 精 度 要 求 (1) 后 桥 壳 经 一 次 拉 深 成 型 还 达 不 到 精 度 要 求 时, 需 经 整 形 切 边 时, 零 件 应 横 放, 必 须 注 意 切 刃 强 度 与 废 料 处 理 (2) 悬 架 零 件 不 希 望 在 工 序 之 间 翻 转, 但 考 虑 到 切 刃 的 强 度, 在 第 五 道 工 序 中 又 不 得 不 翻 转 此 外, 为 了 提 高 材 料 利 用 率 而 采 用 连 续 模 如 图 4.7 所 示 为 其 加 工 过 程 (a) 切 口 落 料 (b) 拉 深 (c) 整 形 76 (d) 切 边 (e) 冲 孔 (f) 孔 翻 边 图 4.7 悬 架 零 件 的 加 工 过 程

86 第 4 章 冲 压 工 艺 冲 压 设 备 生 产 规 模 不 同, 所 用 的 冲 压 设 备 也 不 一 样 一 般 来 说, 由 于 冲 压 车 间 的 规 模 越 大 则 效 率 越 高, 所 以 形 成 了 规 模 相 当 大 的 车 间 表 4-5 列 举 了 月 产 4~5 万 辆 轿 车 的 冲 压 车 间 所 用 设 备 的 情 况 表 4-5 轿 车 冲 压 车 间 设 备 用 途 分 类 台 数 备 注 坯 料 剪 切 冲 压 前 处 理 落 料 生 产 线 剪 切 生 产 线 龙 门 剪 切 机 多 圆 剪 切 机 包 括 梯 形 落 料 生 产 线 钢 板 平 整 机 钢 板 清 洗 机 钢 板 翻 转 机 冲 压 加 工 ( 拉 深 冲 孔 弯 曲 等 ) 大 型 压 力 机 ( 吨 位 :400~1500t) 中 型 压 力 机 ( 吨 位 :300~500t) 小 型 压 力 机 ( 吨 位 :50~250t) 连 续 自 动 压 力 机 80(13) 62(9) 一 般 由 3~6 台 压 力 机 组 成 生 产 线 2.( ) 为 双 动 压 力 机 高 速 自 动 压 力 机 2 模 具 修 理 用 模 具 修 理 用 压 力 机 2 油 压 驱 动 皮 料 处 理 打 包 机 6 油 压 驱 动 1. 落 料 剪 切 生 产 线 汽 车 车 身 冲 压 件 所 用 钢 板 大 部 分 都 是 以 卷 料 进 厂, 在 冲 压 成 型 前 应 在 剪 切 线 上 剪 成 所 需 要 的 尺 寸 与 形 状 卷 料 剪 切 线 可 按 剪 切 机 类 型 和 卷 料 输 送 方 式 区 分, 其 情 况 见 表 4-6 图 4.8 所 示 为 汽 车 外 板 落 料 生 产 线 实 例 生 产 线 由 卷 料 台 车 储 存 装 置 开 卷 机 缓 冲 架 洗 涤 弯 转 装 置 平 整 机 高 速 送 料 器 落 料 压 力 机 堆 料 机 控 制 装 置 组 成 平 整 机 用 于 卷 料 矫 平, 可 消 除 加 工 硬 化 钢 板 屈 服 点 延 伸 现 象, 其 效 果 与 弯 曲 装 置 相 同 高 速 输 送 机 由 电 力 控 制, 最 大 速 度 为 180m/min, 送 料 精 度 为 ±0.4mm, 压 力 机 转 速 为 15~60r/min 落 料 压 力 机 生 产 线 除 可 进 行 卷 料 剪 切 外, 还 可 用 于 大 件 连 续 加 工 此 外, 也 可 在 落 料 压 力 机 上 安 装 梯 形 剪 切 模, 模 具 在 压 力 机 的 每 一 冲 程 中 摇 动, 因 而 可 具 备 移 动 式 梯 形 落 料 生 产 线 的 功 能 在 落 料 生 产 线 或 剪 切 生 产 线 上 已 剪 成 的 大 型 板 料, 可 再 用 圆 盘 剪 床 或 龙 门 剪 床 剪 成 板 条 料, 如 图 4.9 所 示 表 4-6 卷 料 剪 切 线 分 类 按 剪 床 分 类 高 速 剪 床 生 产 线 剪 床 生 产 线 落 料 压 力 机 生 产 线 移 动 式 梯 形 落 料 生 产 线 圆 盘 剪 床 生 产 线 按 卷 料 输 送 方 式 分 类 定 量 滚 动 送 料 长 度 定 程 送 料 夹 持 送 料 辊 道 送 料 凸 轮 送 料 77 标 准 分 享 网 免 费 下 载

87 78 汽 车 制 造 工 艺 图 4.8 压 力 机 生 产 线 图 4.9 剪 切 机 床 2. 压 力 机 拉 深 冲 弧 弯 曲 等 板 料 冲 压 加 工 是 将 冲 模 装 在 压 力 机 上, 高 速 大 量 生 产 出 高 质 量 的 零 件 压 力 机 分 类 载 于 JISB0111, 可 按 动 力 种 类 传 动 机 构 床 身 结 构 滑 块 运 动 方 式 区 分 为 表 4-7 中 的 几 类 仅 以 冲 压 车 间 常 用 压 力 机 为 例, 加 以 说 明 表 4-7 压 力 机 分 类 动 力 种 类 传 动 机 构 床 身 结 构 滑 块 运 动 方 式 曲 柄 压 力 机 C 型 ( 开 式 ) 机 械 压 力 机 无 曲 柄 压 力 机 单 柱 式 单 动 式 弯 板 机 双 柱 式 双 动 式 特 种 压 力 机 拱 式 三 动 式 油 压 机 油 压 机 四 柱 式 78 1) C 型 可 倾 式 单 动 压 力 机 图 4.10 所 示 为 后 面 出 料 的 C 型 可 倾 式 单 动 压 力 机 在 这 类 压 力 机 上 便 于 安 装 模 具, 加

88 第 4 章 冲 压 工 艺 79 工 后 的 冲 压 件 可 从 后 面 输 出, 容 易 组 成 连 续 生 产 线 压 力 机 吨 位 可 从 几 吨 ( 小 型 ) 到 150t 左 右 ( 中 型 ), 可 用 作 大 件 主 要 冲 压 线 的 辅 助 设 备 由 于 床 身 采 用 C 型 结 构, 施 载 时 容 易 变 形, 造 成 开 口 现 象, 不 利 于 生 产 有 精 度 要 求 的 零 件 图 4.10 C 型 可 倾 式 单 动 压 力 机 2) 双 柱 式 压 力 机 这 种 结 构 的 床 面 和 滑 块 行 程 大, 宜 用 于 100t 以 上 弧 度 刚 度 高 的 大 型 中 型 压 力 机, 适 于 加 工 有 精 度 要 求 的 冲 压 件 双 柱 型 床 身 四 拉 杆 连 接 结 构 乃 是 在 板 料 冲 压 加 工 中 广 泛 采 用 的 压 力 机 式 样, 该 机 由 上 部 横 梁 下 部 床 面 两 侧 立 柱 四 部 分 组 成, 其 间 以 四 根 拉 杆 连 接, 并 施 以 装 配 预 载 荷 采 用 这 种 将 横 梁 床 面 分 成 两 部 分 并 施 加 预 载 荷 的 装 配 方 法, 就 可 不 受 设 备 运 输 方 面 的 严 格 限 制, 最 近 终 于 制 成 了 大 型 压 力 机 图 4.11 所 示 为 四 块 拼 装 双 柱 式 压 力 机 生 产 线 的 实 例 图 4.11 冲 压 生 产 线 ( 四 块 拼 装 双 柱 式 压 力 机 ) 3) 无 曲 柄 压 力 机 由 于 结 构 上 的 原 因, 如 果 要 求 曲 柄 压 力 机 同 时 具 有 大 的 冲 程 和 高 的 压 力, 则 曲 柄 的 尺 寸 过 大, 不 适 合 汽 车 板 料 冲 压, 因 此 多 使 用 不 用 曲 轴 的 无 曲 柄 压 力 机 这 种 压 力 机 的 主 要 驱 动 部 件 装 在 横 梁 内, 是 由 和 偏 心 杆 连 在 一 起 的 主 齿 轮 将 动 力 传 至 滑 块 偏 心 杆 数 称 为 点 数, 有 点 等 几 类 表 4-8 列 举 了 轿 车 车 门 护 板 主 生 产 线 的 压 力 机 参 数 79 标 准 分 享 网 免 费 下 载

89 80 汽 车 制 造 工 艺 表 4-8 车 门 外 护 板 成 型 用 压 力 机 的 工 艺 参 数 弯 曲 复 合 弯 曲 冲 孔 工 序 名 称 拉 深 切 边 参 数 二 次 弯 曲 压 力 机 台 数 型 式 双 动 无 曲 柄 压 力 机 单 动 4 点 无 曲 柄 压 力 机 单 动 4 点 无 曲 柄 压 力 机 压 力 机 吨 位 模 具 缓 冲 器 吨 位 模 具 高 度 行 程 长 度 模 具 缓 冲 器 行 程 长 度 滑 块 调 整 尺 寸 单 位 t t mm mm mm mm 内 滑 块 压 料 圈 模 座 尺 寸 行 程 数 mm r/min ~ ,13.5 主 要 附 属 装 置 1. 按 需 要 选 取 2. 车 门 外 护 板 专 用 压 力 机 不 模 具 缓 冲 器 模 具 缓 冲 器 联 锁 装 置 可 动 模 座 装 置 模 具 紧 固 装 置 微 动 装 置 过 载 保 护 装 置 液 动 压 料 装 置 ( 只 用 于 双 动 压 力 机 ) 需 要 模 具 缓 冲 装 置 滑 度 刚 度 JIS 1 级 (JIS B6402) 滑 块 床 面 挠 度 <0.125mm/m 4) 双 动 压 力 机 浅 拉 深 件 或 几 乎 无 精 度 要 求 的 拉 深 件, 大 都 采 用 缓 冲 装 置 来 压 边 ; 而 深 拉 深 件 或 高 精 度 的 拉 深 件, 则 在 双 动 压 力 机 上 成 型 当 压 料 圈 压 住 板 料 后, 装 在 内 滑 块 上 的 冲 模 开 始 拉 深 压 料 圈 的 负 荷 虽 按 滑 块 的 负 荷 而 变 化, 但 可 从 液 压 压 料 装 置 中 得 到 补 偿, 以 使 压 边 力 在 冲 压 成 型 过 程 中 保 持 均 一 5) 四 柱 式 油 压 机 四 柱 式 床 身 结 构 主 要 用 在 油 压 机 上, 是 由 上 横 梁 工 作 台 和 四 根 立 柱 装 配 而 成, 主 柱 也 是 滑 块 的 导 轨, 如 图 4.12 所 示 80 图 4.12 四 柱 式 油 压 机

90 第 4 章 冲 压 工 艺 冲 压 自 动 化 随 着 冲 压 工 艺 的 进 展, 自 动 化 程 度 不 断 提 高, 自 动 化 方 式 和 自 动 化 装 置 的 品 种 不 断 增 加, 其 用 途 也 日 益 错 综 复 杂 因 此 在 选 择 包 括 自 动 化 的 生 产 方 式 时, 大 都 考 虑 生 产 量 生 产 周 期 加 工 内 容 ( 工 艺 能 力 产 品 精 度 ) 设 备 费 用 等 因 素, 并 根 据 将 来 的 加 工 费 用 对 比 而 决 定 表 4-9 列 举 了 自 动 化 种 类 概 要 与 所 使 用 的 装 置 冲 压 生 产 线 自 动 化 时, 必 须 尽 量 提 高 生 产 率, 保 持 零 件 冲 压 的 通 用 性, 并 应 注 意 设 备 的 经 济 性 和 可 靠 性 图 4.13 所 示 为 车 门 护 板 生 产 速 度 的 变 化 情 况 表 4-9 自 动 化 种 类 与 自 动 化 装 置 自 动 化 装 置 自 动 化 种 类 用 途 装 料 器 卸 料 器 压 力 机 间 搬 运 装 置 成 品 处 理 装 置 举 例 通 用 压 力 机 上 的 自 动 化 装 置 轨 道 进 料 ( 单 独 综 合 ) 自 动 压 力 机 上 的 自 动 化 装 置 全 自 动 化 生 产 线 的 缘 合 自 动 化 装 置 夹 持 进 料 用 刻 度 盘 进 料 连 续 自 动 进 料 滑 动 进 料 断 续 进 料 料 斗 进 料 板 料 送 料 器 叠 板 分 离 进 料 器 摆 臂 直 臂 盘 式 卸 料 器 自 动 机 连 续 自 动 进 料 梭 式 进 料 输 送 带 推 料 装 置 翻 转 装 置 板 件 堆 垛 机 集 装 装 置 连 续 自 动 压 力 机 高 速 自 动 压 力 机 高 速 自 动 冲 床 局 部 冲 裁 压 力 机 各 种 专 用 压 力 机 全 自 动 压 力 机 生 产 线, 连 续 自 动 压 力 机 生 产 线 生 产 调 整 作 业 全 部 自 动 化 的 无 人 管 自 动 冲 压 车 间 理 体 系 图 4.13 车 门 护 板 生 产 速 度 的 变 化 情 况 1. 半 自 动 冲 压 生 产 线 这 种 生 产 线 上 装 有 各 种 自 动 化 装 置 ( 装 料 器 卸 料 器 ), 除 二 次 加 工 件 需 人 工 搬 运 外, 81 标 准 分 享 网 免 费 下 载

91 82 汽 车 制 造 工 艺 已 全 部 自 动 化, 其 情 况 如 图 4.14 所 示 向 头 道 工 序 进 给 板 料 的 板 料 送 料 器 如 图 4.15 所 示 图 4.14 半 自 动 冲 压 生 产 线 1 板 料 送 料 器 2 摆 臂 3 翻 转 器 4 压 力 机 的 送 料 与 操 作 5 移 动 式 带 运 输 机 6 滑 板 7 带 运 输 机 8 平 直 卸 料 器 9 将 冲 制 零 件 送 至 下 道 工 序 图 4.15 板 料 送 料 器 1 板 料 2 支 座 3 真 空 吸 盘 4 后 推 进 器 5 电 磁 拖 架 6 D B 检 测 器 7 驱 动 装 置 8 涂 油 辊 9 前 推 进 器 10 料 架 2. 连 续 自 动 压 力 机 压 力 机 上 装 有 连 续 自 动 送 料 机 械 手, 将 工 件 依 次 送 至 下 一 工 位, 因 而 可 在 一 台 连 续 自 动 压 力 机 上 进 行 多 工 序 高 速 生 产, 乃 是 一 种 生 产 率 高 自 动 化 程 度 高 生 产 费 用 低 的 自 动 机 由 于 落 料 工 位 和 各 成 型 工 位 都 排 列 在 同 一 台 压 力 机 上, 无 法 避 免 偏 心 载 荷, 所 以 必 须 充 分 分 析 工 艺 设 计 要 求, 慎 重 确 定 压 力 机 的 规 格 汽 车 制 造 用 压 力 机 的 吨 位 可 从 160t 直 到 3500t, 不 论 薄 板 或 厚 板, 都 可 以 700~1500 件 /h 的 速 度 进 行 连 续 自 动 加 工 主 要 冲 压 件 有 : 机 油 盘 油 箱 轮 盘 轮 罩 坐 垫 悬 挂 臂 后 桥 壳 操 纵 杆 保 护 板 地 板 零 件 保 险 杠 零 件 车 门 零 件 等, 加 工 零 件 正 向 大 型 化 发 展 产 量 越 高, 加 工 工 位 越 多, 就 越 能 显 示 出 连 续 自 动 加 工 在 节 省 劳 动 力 方 面 的 优 点, 较 之 连 续 生 产 线 具 有 更 大 的 优 越 性 已 开 始 出 现 的 连 续 自 动 送 料 最 大 速 度 可 达 2.3m/min, 最 大 加 速 度 可 达 1.8g( 重 力 加 速 度 ) 的 连 续 自 动 压 力 机 此 外, 在 送 料 机 构 方 面, 除 去 已 有 平 面 上 的 两 轴 送 料 外, 又 出 现 了 能 够 上 下 动 82

92 第 4 章 冲 压 工 艺 83 作 的 三 轴 立 体 送 料 压 力 机, 从 而 大 大 增 加 了 冲 压 零 件 的 自 由 度 3. 全 自 动 冲 压 生 产 线 全 自 动 冲 压 生 产 线 是 由 4~6 台 压 力 机 和 介 于 其 间 以 电 力 或 机 械 的 工 件 搬 运 装 置 相 互 连 接 而 成, 其 运 转 宛 如 一 台 连 续 自 动 压 力 机, 可 生 产 地 板 顶 盖 发 动 机 罩 保 险 杠 车 门 等 大 型 板 件, 生 产 速 度 为 450~800 件 /h 附 属 设 备 1. 可 动 式 模 座 一 般 来 说, 由 于 压 力 机 的 生 产 效 率 高, 其 运 行 时 间 的 15%~30% 消 耗 在 模 具 更 换 上 为 此 采 用 了 既 能 缩 短 模 具 更 换 时 间, 又 能 促 进 安 全 生 产 的 快 速 换 模 方 式 每 台 压 力 机 备 有 两 个 可 动 式 模 座, 在 未 使 用 的 空 的 模 座 上 装 好 下 次 生 产 用 的 模 具 生 产 一 结 束, 就 把 下 阶 段 使 用 的 带 有 模 具 的 模 座 换 装 好 这 样, 一 条 生 产 线 只 需 停 顿 2~5min 就 又 能 开 始 大 量 生 产 2. 废 料 处 理 装 置 冲 压 车 间 的 材 料 利 用 率 为 60%~65%, 其 余 为 废 料, 应 预 处 理 运 入 车 间 的 卷 料 或 板 料 进 行 冲 压 加 工 时, 由 模 具 冲 出 的 废 料 经 废 料 槽 落 入 设 在 冲 压 生 产 线 地 下 室 的 分 支 废 料 输 送 带 上, 再 集 中 到 主 输 送 带 上 去 最 后 汇 集 到 车 间 的 某 一 部 位, 在 废 料 压 力 机 上 把 废 料 压 成 每 边 长 200mm 或 400mm 的 立 方 体, 送 至 铸 工 熔 化 护, 作 为 铸 造 原 料 3. 安 全 装 置 压 力 机 安 全 装 置 的 作 用 在 于 保 证 操 作 工 人 的 安 全 和 防 止 机 床 模 具 损 坏 冲 压 车 间 容 易 发 生 人 身 事 故, 钢 板 或 冲 压 件 造 成 的 创 伤 到 处 可 见 压 力 机 造 成 的 人 身 事 故 也 比 较 多, 且 常 导 致 终 生 残 废 当 然, 采 用 自 动 化 装 置, 将 操 作 者 置 于 安 全 范 围 内, 乃 是 最 好 的 安 全 措 施 表 4-10 中 列 举 了 几 种 压 力 机 上 常 用 的 安 全 装 置 作 为 安 全 措 施, 除 提 高 机 床 的 可 靠 性 外, 还 装 有 防 止 滑 块 连 冲 的 装 置 ( 即 使 按 住 滑 块 起 动 电 钮 不 放, 压 力 机 也 只 能 动 作 一 个 冲 程 ), 防 止 误 按 启 动 电 钮 的 踏 板 护 罩 和 电 钮 护 罩, 各 种 联 锁 机 构 和 警 报 装 置, 防 止 非 操 作 者 发 生 人 身 事 故 的 安 全 栅 栏 等 此 外, 也 可 将 安 全 栅 栏 与 安 全 部 件 相 结 合, 当 出 现 不 安 全 情 况 时, 切 断 主 电 动 机 电 源 或 操 作 回 路, 确 保 安 全, 还 可 设 置 滑 块 紧 急 停 车 装 置 在 这 些 安 全 措 施 中, 可 以 是 两 种 或 三 种 同 时 并 用, 以 提 高 操 作 的 安 全 性 但 在 噪 声 和 振 动 极 为 严 重 的 环 境 中, 还 不 能 消 除 操 作 者 注 意 力 分 散 的 弊 病 表 4-10 压 力 机 的 安 全 装 置 分 类 举 例 操 作 防 护 罩 固 定 防 护 罩 门 形 防 护 罩 光 线 安 全 当 手 处 于 危 险 区 域 时, 使 压 力 机 不 能 开 动 的 装 置 装 置 当 手 处 在 危 险 区 域 时, 将 手 从 危 险 区 域 推 开 的 机 推 出 装 置 拉 出 装 置 械 装 置 开 动 机 床 时 必 须 用 双 手, 从 而 确 保 人 手 安 全 的 机 械 式 及 电 动 式 双 手 操 纵 装 置 装 置 83 标 准 分 享 网 免 费 下 载

93 84 汽 车 制 造 工 艺 4.5 冲 压 件 质 量 控 制 一 般 来 说, 保 证 质 量 的 方 法 有 精 度 检 验 与 外 观 检 验 两 种 根 据 检 查 结 果 迅 速 采 取 下 列 措 施 : 冲 压 零 件 的 手 工 修 整, 模 具 的 修 补, 甚 至 改 变 模 具 的 设 计 与 制 造 方 法 精 度 检 验 精 度 检 验 一 般 在 检 验 夹 具 上 进 行, 测 定 的 主 要 项 目 有 : 外 形 尺 寸 表 面 位 置 孔 的 位 置 压 肩 位 置 拉 深 线 位 置 各 主 要 断 面 等 还 应 检 查 零 件 的 尺 寸 重 复 精 度 图 4.16 所 示 为 检 验 夹 具 示 例 图 4.16 检 验 夹 具 外 观 检 验 外 观 检 验 是 一 种 靠 手 摸 目 视 的 感 觉 检 验, 用 以 发 现 : 歪 扭 拉 长 冲 撞 线 粘 着 折 皱 裂 纹 滑 移 线 错 动 压 痕 与 麻 点 弯 曲 错 边 毛 刺 等 缺 陷, 其 情 况 如 图 4.17 所 示 近 年 来 随 着 测 量 技 术 的 进 步, 已 研 制 出 自 动 测 量 装 置, 可 先 将 零 件 各 部 位 设 计 尺 寸 的 数 据 记 忆 储 存, 然 后 以 传 感 器 读 出 零 件 各 部 位 的 实 际 尺 寸, 并 计 算 出 其 间 的 差 异 此 外 对 于 车 身 外 护 板 ( 发 动 机 罩 挡 泥 板 车 门 顶 盖 行 李 箱 等 ) 表 面 歪 斜 凹 凸 不 平 等 缺 陷, 从 来 是 用 手 摸 目 测, 全 靠 检 验 人 员 的 熟 练 程 度 和 灵 敏 感 觉 来 确 定, 目 前 正 逐 渐 采 用 光 学 技 术 数 值 显 示 的 判 断 方 法 84

94 第 4 章 冲 压 工 艺 85 (a) 车 门 护 板 (b) 保 险 杠 图 4.17 车 门 护 板 与 保 险 杠 的 外 观 疵 病 示 例 1 棱 线 错 动 2 歪 扭 3 回 弹 4 麻 点 5 冲 撞 线 6 拉 深 缺 陷 7 拉 长 8 折 皱 9 弯 曲 错 边 4.6 汽 车 车 身 覆 盖 件 冲 压 工 艺 汽 车 车 身 覆 盖 件 冲 压 成 型 特 点 1. 车 身 覆 盖 件 的 特 点 车 身 覆 盖 件 是 指 汽 车 车 身 内 外 表 面 的 薄 壳 板 件 不 同 于 一 般 冲 压 件, 覆 盖 件 在 结 构 上 和 质 量 要 求 上 有 其 独 特 之 处, 在 冲 压 工 艺 冲 模 设 计 和 冲 模 制 造 工 艺 上 也 有 其 独 有 的 特 点 因 此, 一 般 将 覆 盖 件 作 为 一 类 特 殊 的 冲 压 件 来 研 究 覆 盖 件 主 要 具 有 以 下 特 点 1) 形 状 复 杂 大 多 数 覆 盖 件 都 是 由 复 杂 的 三 维 空 间 曲 面 组 成, 为 了 获 得 空 气 动 力 特 性 好 的 车 身 外 形, 覆 盖 件 应 当 具 有 连 续 的 空 间 曲 面 形 状 且 冲 压 深 度 不 均 为 体 现 车 身 造 型 的 风 格, 常 在 一 些 曲 面 上 设 有 棱 线 和 装 饰 性 结 构 ( 在 拉 深 时 相 当 于 同 时 进 行 了 反 拉 深 ), 使 覆 盖 件 的 形 状 变 得 更 加 复 杂, 是 最 为 复 杂 的 冲 压 件 2) 外 形 尺 寸 大 为 了 简 化 装 配 工 艺, 减 少 零 件 数, 保 证 车 身 外 表 曲 面 的 连 续 性 和 完 整 性, 大 多 数 覆 盖 件 的 外 形 尺 寸 都 比 较 大, 有 些 覆 盖 件 如 侧 围 外 轮 廓 尺 寸 可 达 2~3m 3) 表 面 质 量 要 求 高 覆 盖 件 的 可 见 表 面 不 允 许 有 波 纹 皱 纹 凹 痕 边 缘 拉 痕 擦 伤 以 及 其 他 破 坏 表 面 完 美 的 缺 陷 覆 盖 件 上 的 装 饰 棱 线 筋 条 都 应 清 晰 平 滑, 曲 线 应 圆 滑 相 邻 覆 盖 件 上 的 装 饰 棱 线 在 衔 接 处 必 须 一 致, 不 允 许 对 不 齐 特 别 是 对 于 乘 用 车, 覆 盖 件 表 面 上 一 些 微 小 的 缺 陷 会 在 涂 装 后 引 起 光 的 杂 乱 不 规 则 反 射 而 影 响 外 观 4) 要 求 足 够 的 刚 度 覆 盖 件 是 薄 壳 零 件, 在 汽 车 行 驶 时 会 产 生 振 动, 引 起 覆 盖 件 的 激 振 必 须 通 过 充 分 的 塑 性 变 形 来 提 高 覆 盖 件 的 刚 度, 从 而 避 免 共 振, 减 少 噪 声 和 延 长 车 身 寿 命 85 标 准 分 享 网 免 费 下 载

95 86 汽 车 制 造 工 艺 5) 要 有 良 好 的 成 型 工 艺 性 这 是 针 对 产 品 设 计 结 构 而 言, 即 要 求 在 一 定 的 生 产 规 模 条 件 下, 能 够 较 容 易 地 安 排 冲 压 工 艺 和 设 计 冲 压 模 具, 有 合 理 的 装 配 硬 点, 能 够 最 经 济 最 安 全 最 稳 定 的 获 得 高 质 量 的 产 品 2. 车 身 覆 盖 件 冲 压 成 型 特 点 车 身 覆 盖 件 的 质 量 要 求 和 结 构 特 点 决 定 了 其 冲 压 成 型 特 点, 主 要 有 以 下 几 个 方 面 1) 一 次 拉 深 成 型 对 于 汽 车 车 身 覆 盖 件 而 言, 由 于 其 结 构 形 状 复 杂, 变 形 也 复 杂, 故 其 冲 压 变 形 规 律 难 以 定 量 把 握 目 前 的 理 论 分 析 和 技 术 水 平, 尚 不 能 像 对 圆 筒 形 轴 对 称 零 件 那 样 对 其 进 行 多 道 拉 深 工 艺 参 数 的 分 析 计 算, 求 出 每 次 拉 深 的 拉 深 系 数 及 确 定 中 间 工 序 件 的 尺 寸 等 因 此, 要 求 覆 盖 件 产 品 设 计 与 冲 压 成 型 工 艺 相 结 合, 以 求 在 小 变 形 浅 拉 深 的 基 础 上 保 证 一 次 拉 深 成 型 由 于 多 道 拉 深 一 方 面 难 以 定 位 和 保 证 精 度, 另 一 方 面 易 形 成 冲 击 线 弯 曲 痕 迹 线, 从 而 会 影 响 覆 盖 件 油 漆 后 的 表 面 质 量, 这 对 覆 盖 件 来 说 是 不 允 许 的 因 此, 要 求 以 最 小 的 拉 深 深 度, 最 少 的 冲 压 工 序 和 尽 可 能 简 单 的 模 具 结 构 来 实 现 覆 盖 件 的 冲 压 成 型 2) 拉 胀 复 合 成 型 由 于 覆 盖 件 形 状 复 杂, 故 其 成 型 过 程 中 坯 料 的 变 形 并 不 是 简 单 的 拉 深 变 形, 而 是 拉 深 和 胀 形 变 形 同 时 存 在 的 复 合 成 型 通 常, 除 了 内 凹 形 轮 廓 ( 如 L 形 轮 廓 ) 对 应 的 压 料 面 外, 压 料 面 上 坯 料 的 变 形 为 拉 深 变 形 ( 径 向 为 拉 应 力, 切 向 为 压 应 力 ), 而 坯 料 轮 廓 内 部 ( 尤 其 是 中 心 区 域 ) 的 变 形 为 胀 形 变 形 ( 径 向 和 切 向 均 为 拉 应 力 ), 如 图 4.18 所 示 86 图 4.18 车 身 覆 盖 件 不 同 部 位 的 变 形 性 质 3) 局 部 成 型 当 轮 廓 内 部 有 局 部 形 状 ( 突 起 或 凹 进 ) 的 零 件 冲 压 成 型 时, 压 料 面 上 的 坯 料 由 于 受 到 压 边 圈 的 压 力, 随 着 拉 深 凸 模 的 下 行, 首 先 产 生 变 形 并 向 凹 模 内 流 动, 在 凸 模 下 行 到 一 定 深 度 时, 局 部 形 状 便 开 始 成 型, 并 在 成 型 终 了 时 全 部 贴 模 所 以 该 局 部 形 状 处 外 部 的 材 料 难 以 向 该 部 位 流 动, 其 局 部 成 型 主 要 靠 坯 料 在 双 向 拉 应 力 下 的 变 薄 来 达 到 面 积 的 增 大, 以 实 现 局 部 成 型, 故 这 种 内 部 局 部 成 型 为 胀 形 成 型 4) 变 形 路 径 变 化 覆 盖 件 冲 压 成 型 时, 内 部 的 坯 料 并 不 是 同 时 贴 模, 而 是 随 着 拉 深 过 程 的 进 行 而 逐 步 贴 模 这 种 逐 步 贴 模 过 程, 使 坯 料 保 持 塑 性 变 形 所 需 的 成 型 力 不 断 变 化, 同 时 坯 料 各 部 位 板 面 内 的 主 应 力 方 向 与 大 小 板 面 内 两 个 主 应 力 之 比 σ 1 / σ 2 等 受 力 情 况 不 断 变 化, 坯 料 ( 特 别 是 内 部 坯 料 ) 产 生 变 形 的 主 应 变 方 向 与 大 小 板 平 面 内 两 主 应 变 之 比 (ε 1/ε 2) 等 变 形 情 况 也 随 之 不 断 地 变 化 即 坯 料 在 整 个 冲 压 成 型 中 的 变 形 路 径 (ε 2/ε 1) 不 是 一 成 不 变 的, 而 是 变 路 径 的

96 第 4 章 冲 压 工 艺 87 5) 变 形 趋 向 性 的 控 制 覆 盖 件 在 冲 压 成 型 过 程 中 的 变 形 极 其 复 杂, 各 部 位 的 变 形 形 式 与 趋 向 不 同 目 前, 定 量 控 制 其 变 形 十 分 困 难, 只 能 以 板 材 塑 性 变 形 分 析 为 手 段, 通 过 正 确 地 设 计 冲 压 成 型 工 艺 和 模 具 参 数 来 保 证 预 期 的 变 形, 并 排 除 那 些 不 必 要 的 和 有 害 的 变 形, 以 获 得 合 格 的 高 质 量 的 覆 盖 件 零 件 控 制 覆 盖 件 冲 压 成 型 变 形 趋 向 的 主 要 措 施 是 确 定 合 理 的 冲 压 方 向 压 料 面, 合 理 设 计 并 敷 设 拉 深 筋 确 定 拉 深 冲 压 方 向 是 制 定 覆 盖 件 冲 压 工 艺 方 案 时 的 首 要 问 题 它 不 但 决 定 能 否 拉 深 出 满 意 的 覆 盖 件 来, 而 且 影 响 到 工 艺 补 充 部 分 的 大 小, 以 及 拉 深 之 后 各 工 序 的 方 案 压 料 面 是 工 艺 补 充 的 重 要 组 成 部 分, 覆 盖 件 拉 深 时, 压 料 面 的 形 状 对 拉 深 变 形 起 着 举 足 轻 重 的 作 用 压 料 面 的 形 状 不 但 要 保 证 压 料 面 上 的 材 料 不 起 皱, 而 且 应 尽 量 造 成 凸 模 下 的 材 料 能 下 凹 以 降 低 拉 深 深 度, 更 重 要 的 是 要 保 证 拉 入 凹 模 内 的 材 料 不 起 皱 不 破 裂 拉 深 方 向 工 艺 补 充 和 压 料 面 形 状 是 决 定 能 否 拉 深 成 覆 盖 件 的 先 决 条 件, 而 控 制 整 个 拉 深 坯 料 流 动 的 拉 深 筋 的 合 理 敷 设 则 是 保 证 拉 深 出 合 格 覆 盖 件 的 必 要 条 件 拉 深 筋 在 压 料 面 上 的 合 理 布 置 能 控 制 和 调 节 整 个 拉 深 件 向 凹 模 内 的 流 动 覆 盖 件 冲 压 基 本 工 序 及 冲 压 工 艺 方 案 的 确 定 1. 覆 盖 件 冲 压 工 艺 的 基 本 工 序 及 其 安 排 由 于 覆 盖 件 形 状 复 杂, 轮 廓 尺 寸 大, 故 不 可 能 在 一 两 道 冲 压 工 序 中 制 成, 需 要 多 道 工 序 才 能 完 成 覆 盖 件 冲 压 工 艺 的 基 本 工 序 有 : 落 料 拉 深 整 形 修 边 翻 边 和 冲 孔 等 根 据 实 际 生 产 需 要 和 可 能 性 可 将 一 些 工 序 合 并, 如 落 料 拉 深 修 边 冲 孔 修 边 翻 边 翻 边 冲 孔 等 上 述 基 本 工 序 中, 拉 深 工 序 是 覆 盖 件 冲 压 成 型 的 关 键 工 序, 覆 盖 件 的 形 状 大 部 分 主 要 是 在 拉 深 工 序 中 形 成 的 故 在 覆 盖 件 的 生 产 技 术 准 备 中, 应 首 先 考 虑 拉 深 工 艺 的 设 计 与 拉 深 模 具 的 设 计 制 造 与 调 试 落 料 工 序 主 要 是 获 得 拉 深 工 序 所 需 要 的 坯 料 形 状 和 尺 寸 由 于 覆 盖 件 冲 压 成 型 的 复 杂 性, 不 可 能 计 算 出 其 准 确 的 落 料 尺 寸, 故 应 在 拉 深 工 艺 试 冲 成 功 后, 方 可 确 定 坯 料 的 形 状 和 尺 寸 在 生 产 技 术 准 备 时, 落 料 工 序 及 落 料 模 的 设 计 应 安 排 在 拉 深 翻 边 调 试 成 功 后 再 进 行 整 形 工 序 的 主 要 内 容 是 将 拉 深 工 序 中 尚 未 成 型 出 的 覆 盖 件 形 状 成 型 出 来 整 形 工 序 的 变 形 的 性 质 一 般 是 胀 形 变 形, 经 常 复 合 在 修 边 或 翻 边 工 序 中 修 边 工 序 的 主 要 内 容 是 切 除 拉 深 件 上 的 工 艺 补 充 部 分 这 些 工 艺 补 充 部 分 仅 在 拉 深 工 序 需 要, 拉 深 完 成 后 要 将 其 切 掉 翻 边 工 序 位 于 修 边 工 序 之 后, 其 主 要 任 务 是 将 覆 盖 件 的 边 缘 进 行 翻 边 成 型 冲 孔 工 序 用 以 加 工 覆 盖 件 上 的 各 种 孔 洞 冲 孔 工 序 一 般 要 安 排 在 拉 深 工 序 之 后, 还 有 的 要 安 排 在 翻 边 工 序 之 后 进 行 若 先 冲 孔, 则 会 造 成 在 拉 深 或 翻 边 时 孔 的 位 置 和 孔 的 尺 寸 形 状 发 生 变 化, 影 响 以 后 的 安 装 与 连 接 2. 冲 压 工 艺 方 案 设 计 不 同 的 冲 压 工 艺 方 案, 就 会 有 不 同 的 产 品 质 量 生 产 效 率 和 生 产 成 本 故 应 根 据 企 业 及 生 产 的 具 体 情 况 来 选 择 与 制 定 冲 压 工 艺 方 案 1) 准 备 工 作 在 选 择 与 制 定 覆 盖 件 的 冲 压 工 艺 方 案 之 前 需 进 行 如 下 准 备 工 作 (1) 查 阅 相 关 资 料 如 零 件 图 或 实 物 图, 必 要 时 应 参 考 主 模 型 或 数 字 模 型 ; 冲 压 件 的 87 标 准 分 享 网 免 费 下 载

97 88 汽 车 制 造 工 艺 公 差 所 用 板 材 的 性 能 参 数 及 表 面 质 量 等 ; 压 力 机 的 参 数 各 种 模 具 的 设 计 标 准 等 ; 产 量 生 产 率 及 生 产 准 备 的 时 间 等 (2) 对 零 件 图 和 拉 深 件 图 进 行 分 析 通 过 分 析, 了 解 该 零 件 所 应 有 的 功 能 所 要 求 的 零 件 强 度 表 面 质 量 以 及 其 他 相 关 零 件 间 的 配 合 连 接 要 求 等 并 明 确 如 下 几 点 1 零 件 轮 廓 法 兰 侧 壁 及 底 部 是 否 有 形 状 急 剧 变 化 之 处, 有 无 其 他 难 成 型 的 形 状 2 该 零 件 和 相 关 零 件 焊 接 装 配 面 有 何 要 求, 装 配 焊 接 的 基 准 面 和 孔 在 何 处 3 各 孔 的 精 度, 间 距 的 要 求, 以 及 这 些 孔 位 于 何 处 ( 平 面 部 分 倾 斜 部 分 侧 壁 部 分 ) 4 各 个 凸 缘 的 允 许 精 度 ( 如 长 度 凸 缘 面 的 位 置 回 弹 等 ) 5 材 料 利 用 率 2) 应 考 虑 的 主 要 因 素 (1) 生 产 纲 领 生 产 纲 领 是 设 计 冲 压 工 艺 时 采 用 多 大 的 工 装 系 数 设 备 安 排 布 线 原 材 料 半 成 品 及 成 品 件 等 的 物 流 安 排 生 产 过 程 自 动 化 程 度 的 主 要 依 据 (2) 零 件 的 形 状 复 杂 程 度, 轮 廓 尺 寸 大 小, 板 料 的 厚 度 和 性 质, 以 及 对 零 件 质 量 精 度 和 使 用 性 能 的 要 求 等 在 设 计 冲 压 工 艺 时 应 首 先 考 虑 保 证 产 品 的 这 些 质 量 与 性 能 要 求 当 工 艺 难 度 与 产 品 性 能 质 量 要 求 相 矛 盾 时, 应 与 产 品 设 计 部 门 协 商, 在 不 影 响 产 品 主 要 功 能 的 前 提 下, 改 变 产 品 结 构 设 计, 以 增 加 冲 压 生 产 的 稳 定 性 (3) 现 有 的 设 备 条 件 和 生 产 技 术 水 平, 模 具 设 计 与 制 造 的 技 术 水 平 与 能 力, 以 及 生 产 技 术 准 备 周 期 等 车 身 覆 盖 件 拉 深 件 设 计 车 身 覆 盖 件 图 是 按 覆 盖 件 在 汽 上 的 装 配 位 置 设 计 和 绘 制 的, 是 照 其 在 主 图 板 上 的 坐 标 位 置 单 个 取 出 来, 按 原 坐 标 位 置 所 绘 制 的 三 面 投 影 图 由 于 覆 盖 件 形 状 复 杂, 成 型 过 程 中 的 坯 料 变 形 也 很 复 杂, 而 且 拉 深 成 型 又 是 其 冲 压 工 艺 的 关 键 核 心 工 艺 但 是 若 简 单 地 按 覆 盖 件 图 或 直 接 将 图 样 进 行 展 开 来 确 定 坯 料 的 形 状 和 尺 寸, 则 不 能 保 证 覆 盖 件 冲 压 时 顺 利 成 型 因 此, 在 进 行 覆 盖 件 冲 压 工 艺 设 计 时, 首 先 要 进 行 拉 深 件 的 设 计, 即 根 据 覆 盖 件 图 并 按 拉 深 位 置 设 计 出 拉 深 件 图, 然 后 根 据 拉 深 件 图 展 开 来 确 定 坯 料 的 形 状 和 各 部 位 尺 寸, 制 定 冲 压 工 艺 和 模 具 设 计 方 案 拉 深 件 图 的 设 计 内 容 主 要 有 拉 深 方 向 的 选 择 压 料 面 与 工 艺 补 充 的 设 计 等 工 作 1. 拉 深 件 形 状 构 成 及 各 部 分 的 变 形 特 点 为 了 便 于 拉 深 工 艺 的 设 计, 首 先 应 研 究 拉 深 件 形 状 构 成 各 部 分 的 变 形 特 点 1) 拉 深 件 的 形 状 构 成 拉 深 件 的 形 状 构 成 如 图 4.19 所 示, 由 压 料 凸 缘 AB(IJ) 凹 圆 角 BC(HI) 侧 壁 CD(GH) 凸 圆 角 DE(FG) 底 部 EF (FE)5 部 分 构 成 88 图 4.19 覆 盖 件 拉 深 件 形 状 的 构 成

98 第 4 章 冲 压 工 艺 89 2) 各 组 成 部 分 的 变 形 特 点 (1) 在 压 料 凸 缘 上, 径 向 是 拉 应 力 状 态 ; 切 向 则 视 拉 深 凹 模 洞 口 的 形 状 而 定, 当 为 直 线 时 无 切 向 力, 凸 曲 线 时 呈 压 应 力, 凹 曲 线 时 为 拉 应 力, 变 形 特 点 取 决 于 其 应 力 状 态 (2) 在 凹 圆 角 处 其 变 形 基 本 上 与 压 料 凸 缘 处 相 似 (3) 在 侧 壁 上, 材 料 在 经 压 料 凸 缘 和 凹 圆 角 的 变 形 以 后, 根 据 侧 壁 形 状 的 不 同 会 出 现 不 同 的 应 力 状 态 若 不 考 虑 邻 界 影 响, 一 般 直 壁 形 状 时 只 呈 单 向 拉 深 状 态, 属 于 传 力 区 当 侧 壁 为 凸 曲 面 时 会 出 现 双 向 拉 应 力, 使 拉 深 件 继 续 产 生 类 似 胀 形 的 变 形 ; 若 是 凹 曲 面, 则 出 现 切 向 拉 应 力, 径 向 压 应 力, 拉 深 件 的 变 形 类 似 缩 径 (4) 在 凸 圆 角 上 变 形 和 侧 壁 相 仿 (5) 底 部 若 是 平 面 则 基 本 上 不 变 形 ; 底 部 若 是 曲 面 或 带 有 形 状 复 杂 的 反 拉 深 部 分, 则 应 对 其 变 形 情 况 做 具 体 分 析 从 上 述 各 组 成 部 分 的 应 力 应 变 情 况 来 看, 覆 盖 件 拉 深 变 形 情 况 是 相 当 复 杂 的, 其 成 型 一 般 均 是 以 拉 深 变 形 性 质 和 胀 形 变 形 性 质 的 复 合 变 形 来 实 现 的, 但 在 多 数 情 况 下 拉 深 性 质 的 变 形 是 主 要 的 变 形 形 式 2. 拉 深 方 向 的 选 择 确 定 拉 深 方 向 是 确 定 拉 深 工 艺 方 案 首 先 遇 到 的 问 题 它 不 仅 决 定 能 否 成 功 地 拉 深 出 满 意 的 覆 盖 件 来, 还 会 影 响 到 工 艺 补 充 部 分 的 多 少, 以 及 拉 深 后 诸 工 序 ( 如 整 形 修 边 翻 边 ) 的 方 案 确 定 拉 深 方 向 时 必 须 考 虑 以 下 几 点 (1) 首 先 保 证 拉 深 凸 模 能 够 进 入 凹 模 此 类 问 题 主 要 出 现 在 有 些 覆 盖 件 的 某 一 部 位 或 局 部 ( 侧 壁 ) 形 状 成 凹 形 或 有 反 拉 深 处 为 了 使 凹 形 或 反 拉 深 的 凸 模 能 够 进 入 到 凹 模, 只 能 使 拉 深 方 向 满 足 上 述 要 求, 故 覆 盖 件 本 身 形 状 具 有 的 局 部 凹 形 或 反 拉 深 处 的 要 求 决 定 了 其 拉 深 方 向 如 图 4.20 所 示 为 覆 盖 件 上 的 侧 凹 形 决 定 拉 深 方 向 示 意 图 图 4.20 (a) 所 示 的 拉 深 方 向 不 合 理, 凸 模 不 能 够 全 部 进 入 凹 模 拉 深, 会 形 成 死 区, 无 法 成 型 出 所 要 求 的 形 状 如 图 4.20 (b) 所 示, 若 将 同 一 覆 盖 件 经 旋 转 一 定 角 度 后, 就 能 使 凸 模 全 部 进 入 凹 模, 成 型 出 零 件 的 全 部 形 状 图 4.21 所 示 按 覆 盖 件 底 部 的 反 拉 深 处 最 有 利 于 成 型 所 决 定 的 拉 深 方 向, 若 不 按 此 拉 深 方 向 则 不 能 保 证 窗 口 呈 水 平 方 向 和 90 角 (2) 保 证 凸 模 与 坯 料 有 良 好 的 拉 深 初 始 接 触 状 态, 这 样 能 减 少 坯 料 与 凸 模 的 相 对 滑 动, 有 利 于 毛 坯 的 变 形, 并 能 显 著 提 高 冲 压 件 的 表 面 质 量 图 4.22 所 示 为 凸 模 开 始 拉 深 时 与 拉 深 坯 料 的 接 触 状 态 示 意 图 (a) 凸 模 不 能 进 入 凹 模 拉 深 (b) 旋 转 图 4.20 覆 盖 件 上 的 侧 凹 形 决 定 拉 深 方 向 示 意 图 89 标 准 分 享 网 免 费 下 载

99 90 汽 车 制 造 工 艺 图 4.21 覆 盖 件 的 反 拉 深 决 定 拉 深 方 向 图 4.22(a) 表 示 凸 模 与 坯 料 的 接 触 面 积 应 尽 量 大, 以 保 证 有 较 大 的 接 触 面 积, 避 免 因 点 接 触 或 线 接 触 造 成 材 料 局 部 变 形 太 大 而 发 生 破 裂 图 4.22(b) 表 示 凸 模 与 坯 料 开 始 接 触 的 地 方 应 处 于 冲 模 的 中 间, 而 不 要 偏 离 一 侧 这 样, 凸 模 在 拉 深 过 程 中 能 使 材 料 的 均 匀 地 拉 入 凹 模 内 图 4.22(c) 所 示 的 凸 模 开 始 拉 深 时 其 表 面 与 坯 料 的 接 触 点 要 多 而 分 散, 且 尽 可 能 均 匀 分 布 和 同 时 接 触 以 防 止 局 部 变 形 过 大 或 拉 深 过 程 中 坯 料 与 凸 模 表 面 发 生 相 对 滑 动 而 影 响 表 面 质 量 图 4.22(d) 表 示 在 拉 深 方 向 没 有 选 择 余 地, 而 凸 模 与 坯 料 的 接 触 状 态 又 很 不 理 想 时, 此 时 应 在 工 艺 补 充 部 分 想 办 法, 通 过 改 变 压 料 面 形 状 来 改 善 凸 模 与 坯 料 的 接 触 状 态 (a) (b) (c) (d) 图 4.22 凸 模 开 始 拉 深 时 与 坯 料 的 接 触 状 态 示 意 图 3. 压 料 面 与 工 艺 补 充 的 设 计 工 艺 补 充 是 指 为 了 顺 利 拉 深 成 型 出 合 格 的 制 件, 而 在 冲 压 件 的 基 础 上 所 添 加 的 那 部 分 材 料, 用 以 满 足 拉 深 压 料 面 和 修 边 等 工 序 的 要 求 这 部 分 材 料 仅 仅 是 冲 压 成 型 需 要 而 不 是 零 件 所 需 要 的, 故 在 拉 深 成 型 后 的 修 边 工 序 中 需 将 工 艺 补 充 切 除 掉 90

100 第 4 章 冲 压 工 艺 91 1) 工 艺 补 充 的 作 用 及 对 覆 盖 件 拉 深 成 型 的 影 响 大 多 数 覆 盖 件 都 需 要 添 加 工 艺 补 充 后 才 能 设 计 成 能 拉 深 成 型 的 冲 压 件, 这 是 覆 盖 件 冲 压 工 艺 设 计 的 重 要 内 容, 也 是 与 普 通 简 单 件 拉 深 工 艺 设 计 的 主 要 不 同 点 工 艺 补 充 部 分 有 两 大 类 : (1) 内 工 艺 补 充, 即 在 零 件 内 部 的 工 艺 补 充, 即 通 过 填 补 内 部 孔 洞 来 创 造 适 合 于 拉 深 的 良 好 条 件 ( 即 使 是 开 工 艺 切 口 或 冲 工 艺 孔 也 是 设 在 内 部 的 工 艺 补 充 部 分 ) 这 部 分 工 艺 补 充 不 增 加 材 料 消 耗, 而 且 在 冲 内 孔 后, 该 部 分 材 料 仍 能 适 当 利 用 ( 图 4.23 中 工 艺 补 充 部 分 l) 图 4.23 工 艺 补 充 示 意 图 (2) 外 工 艺 补 充, 即 在 零 件 沿 外 轮 廓 边 缘 展 开 ( 含 翻 边 展 开 部 分 ) 的 基 础 上 添 加 的 工 艺 补 充 部 分 它 包 括 拉 深 部 分 的 补 充 和 压 面 料 两 部 分 它 是 为 了 选 择 合 理 拉 深 方 向, 并 创 造 良 好 的 拉 深 条 件 而 增 加 的, 它 能 增 加 零 件 的 材 料 消 耗 ( 图 4.23 中 的 工 艺 补 充 部 分 2) 工 艺 补 充 部 分 设 计 得 合 理 与 否, 是 衡 量 覆 盖 件 冲 压 工 艺 设 计 先 进 与 否 的 重 要 标 志, 它 直 接 影 响 到 拉 深 成 型 时 工 艺 参 数 坯 料 的 变 形 条 件 变 形 量 大 小 变 形 的 分 布 表 面 质 量 破 裂 与 起 皱 等 缺 陷 的 产 生 等 2) 工 艺 补 充 的 设 计 原 则 (1) 内 孔 封 闭 补 充 原 则 即 对 零 件 内 部 的 孔 首 先 进 行 封 闭 补 充, 先 使 零 件 变 成 无 内 孔 的 冲 压 件, 但 是 若 内 部 带 有 反 拉 深 的 局 部 成 型 部 分, 则 要 对 其 进 行 变 形 分 析, 这 部 分 的 成 型 一 般 属 于 胀 形 变 形 量 如 图 4.24(a) 所 示, 若 内 部 工 艺 补 充 部 分 不 开 工 艺 孔, 则 因 胀 形 变 形 量 大, 会 产 生 破 裂 经 试 验 研 究 后, 确 定 预 先 冲 制 的 工 艺 孔 的 形 状 尺 寸, 这 样 便 改 变 了 拉 深 成 型 时 的 变 形 分 布 和 变 形 量, 使 得 拉 深 能 够 顺 利 进 行 图 4.24(b) 所 示 为 开 工 艺 切 口 的 例 子 (a) 内 部 不 开 工 艺 孔 (b) 开 工 艺 孔 的 实 例 图 4.24 工 艺 补 充 上 预 冲 孔 或 工 艺 切 口 示 例 (2) 简 化 拉 深 件 结 构 形 状 原 则 因 覆 盖 件 的 结 构 形 状 越 复 杂, 拉 深 成 型 中 的 材 料 流 动 和 塑 性 变 形 就 越 难 控 制 故 零 件 外 部 的 工 艺 补 充 应 有 利 于 拉 深 件 的 结 构 形 状 简 单 化 具 91 标 准 分 享 网 免 费 下 载

101 92 汽 车 制 造 工 艺 体 实 例 如 图 4.25 所 示 图 4.25(a) 中, 工 艺 补 充 ( 即 图 中 余 料 部 分 ) 简 化 了 零 件 轮 廓 形 状, 也 使 压 料 面 的 轮 廓 形 状 简 单, 毛 坯 变 形 在 压 料 面 上 的 分 布 比 较 均 匀 化, 从 而 有 利 于 控 制 坯 料 的 变 形 和 塑 性 流 动 图 4.25(b) 中 的 工 艺 补 充 增 加 了 局 部 侧 壁 高 度, 使 拉 深 件 深 度 变 化 比 较 小, 大 大 地 减 小 了 塑 性 流 动 的 不 均 匀 性 图 4.25(c) 中 工 艺 补 充 ( 余 料 ) 简 化 了 压 料 面 形 状, 有 利 于 坯 料 的 均 匀 变 形 和 均 匀 流 动 (a) 简 化 零 件 轮 廓 形 状 (b) 增 加 局 部 侧 壁 高 度 (c) 简 化 压 料 面 形 状 图 4.25 工 艺 补 充 简 化 拉 深 件 形 状 和 压 料 面 形 状 (3) 保 证 良 好 的 塑 性 变 形 条 件, 有 些 覆 盖 件 深 度 较 浅 曲 率 较 小, 但 轮 廓 尺 寸 较 大 ( 如 发 动 机 盖 板 ), 必 须 保 证 坯 料 在 拉 深 成 型 过 程 中 有 足 够 的 塑 性 变 形 量, 方 能 保 证 其 有 较 好 的 形 状 精 度 和 刚 度 如 图 4.26 所 示 的 侧 壁 斜 面 较 大 的 拉 深 件 成 型 时, 若 选 择 图 4.26(a) 的 工 艺 补 充, 因 为 拉 深 件 没 有 直 壁, 凸 模 上 的 A 点 一 直 到 下 极 点 才 和 拉 深 坯 料 相 接 触 如 果 由 于 压 料 面 上 的 进 料 阻 力 小, 在 拉 深 过 程 中 会 在 斜 壁 部 分 形 成 波 纹, 虽 然 成 型 结 束 时 凸 模 l 与 凹 模 2 最 后 是 镦 死 的, 但 也 不 可 能 将 波 纹 压 平 此 时 若 选 择 图 4.26(b) 的 工 艺 补 充, 使 拉 深 件 增 加 一 段 直 壁 AB, 这 样 凸 模 l 上 的 A 点 进 入 凹 模 2 后 就 将 拉 深 坯 料 开 始 拉 入 凸 模 与 凹 模 之 间 所 形 成 的 垂 直 间 隙 中 一 直 到 B 点 在 拉 深 直 壁 AB 的 过 程 中, 由 于 凸 模 l 对 坯 料 的 拉 深 能 使 所 形 成 的 波 纹 被 清 除 掉, 而 且 还 能 增 加 拉 深 件 的 刚 度 直 壁 AB 段 一 般 取 10~20mm (a) 实 例 一 (b) 实 例 二 图 4.26 工 艺 补 充 对 变 形 的 影 响 1 凸 模 2 凹 模 (4) 外 工 艺 补 充 部 分 尽 量 小 因 为 外 工 艺 补 充 不 是 零 件 本 体, 拉 深 后 被 切 掉 变 成 废 料 故 应 在 保 证 拉 深 件 具 有 良 好 的 拉 深 条 件 的 前 提 下, 尽 量 减 小 这 部 分 工 艺 补 充, 以 减 少 材 料 浪 费, 提 高 材 料 利 用 率 (5) 对 后 序 工 序 有 利 原 则 计 划 工 艺 补 充 时 要 考 虑 对 后 序 工 序 的 影 响, 要 有 利 于 后 序 工 序 定 位 的 稳 定 性, 尽 量 能 够 实 现 垂 直 修 边 等 拉 深 件 在 修 边 时 和 修 边 之 后 的 工 序 的 定 位 必 须 在 确 定 拉 深 件 工 艺 补 充 部 分 时 进 行 考 虑, 一 定 要 保 证 定 位 可 靠, 否 则 会 影 响 修 边 和 翻 边 的 质 量 92

102 第 4 章 冲 压 工 艺 93 (6) 成 双 拉 深 工 艺 补 充 有 些 零 件 进 行 拉 深 工 艺 补 充 时, 需 要 增 加 很 多 的 材 料 或 者 单 个 拉 深 冲 压 方 向 不 好 选 择 而 且 变 形 条 件 不 易 控 制 等 此 时, 若 零 件 不 是 太 大 的 话, 可 以 将 两 件 通 过 工 艺 补 充 设 计 成 一 个 拉 深 件 这 种 方 法 即 称 为 成 双 拉 深 法 在 设 计 成 双 拉 深 的 工 艺 补 充 时, 首 先 要 考 虑 两 件 中 间 连 接 部 分 的 工 艺 补 充, 即 先 使 两 件 合 成 一 件, 然 后 再 接 上 述 原 则 进 行 周 围 部 分 的 工 艺 补 充 设 计 图 4.27 所 示 是 成 双 拉 深 工 艺 补 充 的 一 个 例 子 (a) 产 品 件 示 意 图 (b) 拉 深 件 示 意 图 图 4.27 成 双 拉 深 的 工 艺 补 充 3) 常 见 工 艺 补 充 的 类 型 图 4.28 (a) 所 示 的 修 边 线 在 拉 深 件 的 压 料 面 上, 垂 直 修 边 压 料 面 本 身 就 是 覆 盖 件 的 凸 缘 面 考 虑 到 拉 深 模 在 使 用 中, 压 料 面 要 经 常 调 整, 并 且 由 于 拉 深 筋 的 磨 损 而 需 要 打 磨 拉 深 筋 槽 为 了 不 导 致 因 上 述 两 点 而 影 响 到 修 边 线, 故 修 边 线 距 压 料 筋 的 距 离 A 应 为 25mm 如 图 4.28(b) 所 示 的 修 边 线 位 于 拉 深 件 的 底 面 上, 垂 直 修 边 修 边 线 距 凸 模 圆 角 半 径 R 凸 的 距 离 B 应 保 证 不 致 因 凸 模 圆 角 的 磨 损 而 影 响 到 修 边 线 B 值 一 般 取 3~5mm 而 凸 模 圆 角 半 径 R 凸 应 根 据 拉 深 深 度 和 斜 线 形 状 来 确 定, 一 般 取 3~10mm 对 于 拉 深 深 度 浅 的 和 直 线 部 分 取 下 限 ; 对 于 拉 深 深 度 深 的 和 形 状 部 分 取 上 限 凹 模 圆 角 半 径 R 凹 对 拉 深 坯 料 的 进 料 阻 力 影 响 极 大, 故 其 半 径 应 适 当 确 定 当 凹 模 圆 角 半 径 也 是 工 艺 补 充 的 组 成 部 分 时,R 凹 取 8~10mm 当 凹 模 圆 角 部 分 本 身 就 是 覆 盖 件 的 组 成 部 分 时, 则 首 先 要 保 证 拉 深 成 型 工 艺 的 要 求, 由 此 而 导 致 加 大 的 圆 角, 利 用 以 后 的 整 形 工 序 整 压 圆 角 同 时 考 虑 到 修 边 模 的 强 度, 一 般 取 c=10~20mm; 取 D=40~50mm 如 图 4.28 (c) 所 示 为 修 边 线 在 拉 深 件 翻 边 展 开 斜 面 上, 垂 直 修 边 修 边 方 向 和 修 边 表 面 的 夹 角 α 应 不 小 于 50 α 角 过 小 会 使 修 边 刃 口 变 钝, 使 修 边 处 易 产 生 毛 刺 图 4.28 中 其 他 参 数 为 :β=6 ~12 ;E=3~5mm;R 凹 =(4~10)t;C=10~20mm;D=40~50mm 如 图 4.28 (d) 所 示 为 修 边 线 在 拉 深 件 的 斜 面 上, 垂 直 修 边 修 边 线 是 按 覆 盖 件 翻 边 轮 廓 展 开 的, 而 且 翻 边 轮 廓 外 形 复 杂, 若 使 拉 深 件 轮 廓 平 行 于 修 边 线, 则 不 利 于 拉 深 成 型 此 种 情 况 下, 应 尽 量 使 拉 深 件 外 轮 廓 形 状 补 充 成 规 则 形 状, 因 此 修 边 线 距 凸 模 圆 角 半 径 R 凹 的 距 离 F 是 变 化 的, 一 般 只 控 制 几 个 最 小 尺 寸 :F=5~8mm;β=6 ~12 ;R 凹 =3~10mm;C=10~20mm 如 图 4.28 (e) 所 示 为 修 边 线 在 侧 壁 上, 水 平 或 倾 斜 修 边 修 边 线 距 凹 模 圆 角 半 径 R 凹 的 距 离 G( 侧 壁 深 度 ) 应 根 据 压 料 面 形 状 的 需 要 来 确 定, 不 可 能 和 修 边 线 完 全 平 行 一 般 也 只 控 制 几 个 最 小 尺 寸 :G>12mm;R 凹 =(4~10)t;D=40~50mm 4) 压 料 面 形 状 的 确 定 压 料 面 是 工 艺 补 充 的 一 个 重 要 组 成 部 分, 对 覆 盖 件 的 拉 深 成 型 起 着 重 要 作 用 在 凸 模 对 坯 料 开 始 拉 深 前, 压 边 圈 将 坯 料 压 紧 在 凹 模 压 料 面 上 拉 深 开 始 后, 凸 模 的 作 用 力 与 压 料 面 上 的 阻 力 共 同 形 成 坯 料 的 变 形 力, 使 坯 料 产 生 塑 性 变 形, 实 现 覆 盖 件 的 拉 深 成 型 过 程 93 标 准 分 享 网 免 费 下 载

103 94 汽 车 制 造 工 艺 对 压 料 面 形 状 的 要 求 是 压 边 圈 将 拉 深 坯 料 压 紧 在 凹 模 压 料 面 上, 所 形 成 的 压 料 面 形 状 应 不 形 成 皱 纹 和 折 痕, 以 保 证 凸 模 对 拉 深 坯 料 有 良 好 的 拉 深 条 件 否 则 在 拉 深 过 程 中 会 使 拉 深 件 形 成 波 纹 和 皱 纹, 产 生 破 裂 因 此, 要 求 压 料 面 形 状 应 由 平 面 圆 柱 面 圆 锥 面 等 组 成 图 4.29 所 示 为 常 用 的 一 些 压 料 面 形 状 确 定 压 料 面 形 状 必 须 考 虑 以 下 几 点 图 4.28 工 艺 补 充 部 分 可 能 采 用 的 几 种 类 型 (a) (b) (c) (e) (d) (f) (g) 图 4.29 常 用 的 一 些 压 料 面 形 状 1 平 面 2 圆 柱 面 3 圆 锥 面 4 直 曲 面 94

104 第 4 章 冲 压 工 艺 95 (1) 降 低 拉 深 深 度 若 压 料 面 就 是 覆 盖 件 本 身 的 凸 缘 面, 则 压 料 面 形 状 是 既 定 的, 也 就 不 存 在 降 低 拉 深 深 度 的 问 题 了 而 压 料 面 成 一 定 的 弯 曲 形 状, 即 拉 深 坯 料 在 压 边 圈 和 凹 模 压 料 面 压 紧 下 成 一 定 的 弯 曲 形 状 是 降 低 拉 深 深 度 的 主 要 方 法 图 4.30 所 示 的 左 右 外 门 板 压 料 面 形 状 就 是 考 虑 降 低 拉 深 深 度 这 一 要 求, 而 使 压 料 面 形 状 沿 覆 盖 件 外 形 成 凹 形 弯 曲 并 使 拉 深 深 度 均 匀 的 为 了 降 低 拉 深 深 度, 并 使 拉 深 坯 料 服 帖 地 压 紧 在 料 面 上, 致 使 压 料 面 的 某 些 局 部 形 成 了 倾 斜 角, 如 图 4.31 所 示 虽 然 平 的 压 料 面 ( 图 4.31(a)) 的 压 料 效 果 最 佳, 但 全 部 压 料 面 均 是 平 的 在 覆 盖 件 上 不 多 见, 一 般 都 是 如 图 4.31(b) 所 示 的 压 料 面 形 状, 即 成 锥 形 或 碗 口 形 的 压 料 面 如 图 4.31 所 示 的 向 内 倾 斜 的 压 料 面, 其 对 材 料 的 流 动 阻 力 较 小, 可 在 塑 性 变 形 较 大 的 深 拉 深 件 拉 深 时 采 用 但 为 了 保 证 压 边 圈 的 强 度, 倾 斜 角 ϕ 应 小 于 60 在 特 殊 情 况 下 压 料 面 向 外 向 下 倾 斜, 如 图 4.31(c) 所 示, 这 是 由 覆 盖 件 本 身 的 凸 缘 面 所 决 定 的 其 压 料 效 果 最 差, 不 但 凹 模 表 面 磨 损 严 重, 而 且 易 产 生 破 裂, 尽 量 少 采 用 图 4.30 左 右 门 外 板 拉 深 件 95 标 准 分 享 网 免 费 下 载

105 96 汽 车 制 造 工 艺 (a) 平 的 压 料 面 (b) 向 内 倾 斜 的 压 料 面 (c) 向 外 向 下 倾 斜 的 压 料 面 图 4.31 压 料 面 的 倾 斜 角 1 凸 模 2 凹 模 3 压 料 圈 (2) 凸 模 对 拉 深 坯 料 一 定 要 有 拉 深 作 用, 这 是 确 定 压 料 面 形 状 必 须 充 分 考 虑 的 一 个 重 要 因 素 有 时 为 了 降 低 拉 深 深 度 而 确 定 的 压 料 面 形 状, 虽 然 满 足 了 拉 深 坯 料 的 弯 曲 形 状, 但 是 凸 模 却 对 拉 深 坯 料 起 不 到 拉 深 作 用, 故 这 样 的 压 料 面 是 不 能 采 用 的 应 该 使 压 料 面 任 一 断 面 的 曲 线 长 度 小 于 拉 深 件 内 部 ( 凸 模 表 面 ) 相 应 断 面 的 曲 线 长 度 通 常 认 为, 覆 盖 件 冲 压 成 型 时 各 断 面 上 的 伸 长 变 形 量 在 3%~5% 的 范 围 内, 才 能 有 较 好 的 形 状 冻 结 性, 并 且 最 小 伸 长 变 形 量 不 应 小 于 2% 如 果 压 料 面 的 断 面 线 的 长 度 l 1, 不 小 于 拉 深 件 内 部 断 面 ( 凸 模 表 面 展 开 ) 曲 线 长 度 l 0, 拉 深 件 上 就 会 出 现 余 料 松 弛 及 皱 折 等 如 图 4.32 所 示, 应 保 证 l 0 <0.97 l 1 图 4.32 压 料 面 展 开 长 度 应 比 凸 模 展 开 长 短 的 示 意 图 另 外, 如 图 4.33 所 示 的 虽 然 其 压 料 面 的 展 开 长 度 比 凸 模 表 面 形 状 的 展 开 长 度 短, 可 是 压 料 面 夹 角 β 比 凸 模 表 面 夹 角 α 小 这 样, 从 凸 模 开 始 拉 深 到 最 后 的 拉 深 的 过 程 中, 便 会 有 几 个 瞬 间 位 置 的 压 料 面 展 开 长 度 比 凸 模 表 面 形 状 展 开 长 度 长, 从 而 形 成 较 大 的 皱 纹, 并 且 继 续 拉 深 也 无 法 消 除, 最 后 就 留 在 拉 深 件 上, 如 图 4.34 所 示 因 此, 这 样 的 压 料 面 是 不 能 采 用 的 解 决 的 办 法 是 使 压 料 面 的 夹 角 β 必 须 大 于 凸 模 表 面 夹 角 α, 才 能 避 免 产 生 波 纹 和 皱 纹 图 4.33 汽 车 前 围 外 板 压 料 面 形 状 的 一 个 方 案 96

106 第 4 章 冲 压 工 艺 97 图 4.34 凸 模 拉 深 过 程 中 四 个 瞬 间 形 成 皱 纹 的 情 况 覆 盖 件 的 冲 压 工 序 汽 车 覆 盖 件 的 形 状 复 杂, 尺 寸 大, 深 度 不 均 匀, 因 此 一 般 不 可 能 在 一 道 冲 压 工 序 中 直 接 获 得, 有 的 需 要 十 几 道 工 序 才 能 获 得, 最 少 的 也 要 三 道 基 本 工 序 : 落 料 拉 深 修 边 其 他 还 有 翻 边 和 冲 孔 等 工 序 也 可 根 据 需 要 将 修 边 和 冲 孔 合 并, 修 边 和 翻 边 合 并 落 料 工 序 是 为 拉 深 工 序 准 备 板 料 拉 深 工 序 是 覆 盖 件 冲 压 的 关 键 工 序, 覆 盖 件 的 绝 大 部 分 形 状 由 拉 深 工 序 形 成 冲 孔 工 序 是 加 工 覆 盖 件 上 的 工 艺 孔 和 装 配 孔 冲 孔 工 序 一 般 安 排 在 拉 深 工 序 之 后, 避 免 孔 洞 在 拉 深 后 变 形 修 边 工 序 是 切 除 拉 深 件 的 工 艺 补 充 部 分 翻 边 工 序 位 于 修 边 工 序 之 后, 它 使 覆 盖 件 边 缘 的 竖 边 成 型, 可 作 为 装 配 焊 接 面 覆 盖 件 按 具 体 工 序 的 内 容, 称 为 拉 深 件 修 边 件 和 翻 边 件 等 工 序 件 习 题 1. 板 料 冲 压 生 产 有 何 特 点? 应 用 范 围 如 何? 2. 汽 车 冲 压 件 可 分 为 哪 几 类? 3. 冲 压 材 料 有 哪 些 特 性 要 求? 4. 试 述 冲 压 模 具 制 造 工 艺 的 一 般 过 程 5. 试 述 冲 压 件 质 量 保 证 方 法 有 哪 些 6. 试 述 车 身 覆 盖 件 冲 压 成 型 特 点 97 标 准 分 享 网 免 费 下 载

107 第 5 章 焊 接 工 艺 教 学 提 示 : 焊 接 是 汽 车 装 配 过 程 中 很 重 要 的 一 步 焊 接 的 分 类 方 法 很 多, 按 不 同 情 况 可 把 焊 接 方 法 分 成 不 同 种 类, 每 一 类 又 包 括 许 多 焊 接 方 法 当 今, 焊 接 工 艺 是 自 动 化 与 高 速 化 的, 并 发 挥 出 大 量 生 产 的 优 越 性, 其 内 容 随 大 量 生 产 的 规 模 与 零 部 件 的 种 类 而 变 化 教 学 目 标 : 了 解 各 种 焊 接 方 法, 了 解 夹 具 设 计 及 制 造 过 程, 了 解 多 点 焊 机 的 标 准 化 问 题 掌 握 车 身 装 焊 工 艺, 学 习 压 力 机 焊 接 生 产 线 代 表 实 例, 学 会 焊 接 质 量 检 验 方 法 5.1 概 述 焊 接 方 法 分 类 焊 接 是 现 代 工 业 生 产 中 不 可 缺 少 的 先 进 制 造 技 术, 随 着 科 学 技 术 的 发 展, 焊 接 技 术 越 来 越 受 到 各 行 各 业 的 密 切 关 注, 广 泛 应 用 于 机 械 冶 金 电 力 锅 炉 和 压 力 容 器 建 筑 桥 梁 船 舶 汽 车 电 子 航 空 航 天 军 工 和 军 事 装 备 等 生 产 部 门 焊 接 是 用 加 热 或 加 压, 或 加 热 又 加 压 的 方 法, 在 使 用 或 不 使 用 填 充 金 属 的 情 况 下, 使 两 块 金 属 连 接 在 一 起 的 一 种 加 工 工 艺 方 法 焊 接 的 分 类 方 法 很 多, 若 按 焊 接 过 程 中 金 属 所 处 的 状 态 不 同, 可 把 焊 接 方 法 分 为 熔 焊 压 焊 和 钎 焊 三 大 类, 每 一 类 又 包 括 许 多 焊 接 方 法 熔 焊 是 在 焊 接 过 程 中, 将 焊 件 接 头 加 热 至 融 化 状 态 而 不 加 压 力 完 成 的 焊 接 方 法 如 气 焊 焊 条 电 弧 焊 等 压 焊 是 在 焊 接 过 程 中, 对 焊 件 施 加 压 力 ( 加 热 或 不 加 热 ) 以 完 成 焊 接 的 方 法 如 电 阻 焊 摩 擦 焊 等 钎 焊 是 在 焊 接 过 程 中, 采 用 比 母 材 熔 点 低 的 金 属 材 料 作 钎 料, 将 焊 件 和 钎 料 加 热 到 高 于 钎 料 但 低 于 母 材 熔 点 的 温 度, 利 用 液 态 钎 料 润 湿 母 材, 充 填 接 头 间 隙 并 与 母 材 相 互 扩 散 实 现 连 接 焊 件 的 方 法 如 软 钎 焊 ( 加 热 温 度 在 450 以 下 的 锡 焊 ) 和 硬 钎 焊 ( 加 热 温 度 在 450 以 上 的 铜 焊 ) 其 中 焊 条 电 弧 焊 是 目 前 应 用 最 普 遍 的, 也 是 其 他 种 类 焊 接 方 法 的 基 础 焊 条 电 弧 焊 的 最 大 优 点 是 设 备 简 单, 应 用 灵 活 方 便, 适 用 面 广, 可 焊 接 各 种 焊 接 位 置 和 直 缝 环 缝 及 各 种 曲 线 焊 缝 尤 其 适 用 于 操 作 不 变 的 场 合 和 短 小 焊 缝 的 焊 接 ; 埋 弧 自 动 焊 具 有 生 产 率 高, 焊 缝 质 量 好, 劳 动 条 件 好 等 特 点 ; 气 体 保 护 焊 具 有 保 护 效 果 好, 电 弧 稳 定, 热 量 集 中 等 特 点 表 5-1 列 举 出 了 汽 车 制 造 所 使 用 的 焊 接 方 法 在 汽 车 装 配 过 程 中, 焊 接 所 占 的 比 例 极 大 虽 然 也 应 用 电 弧 焊 和 气 焊, 但 以 电 阻 焊 为 主 对 于 焊 接 工 艺 有 如 下 几 点 严 格 要 求 (1) 从 汽 车 的 安 全 性 与 耐 久 性 出 发, 必 须 提 高 焊 缝 强 度 耐 蚀 性 密 封 性 与 外 观 质 量 (2) 尽 量 采 用 经 济 的 焊 接 工 艺, 以 适 应 大 量 生 产 和 节 省 劳 动 力 的 要 求 为 此 必 须 选 用 适 当 的 焊 接 方 法 以 及 自 动 化 的 生 产 方 式 从 这 个 意 义 上 来 说, 不 仅 应 该 注 意 焊 接 的 技 术 方 法 与 装 置 等 问 题, 并 应 考 虑 与 其 他 工 种 的 联 系, 制 订 从 工 艺 计 划 直 至 将 设 备 施 工 管 理 安 全 等 方 面 包 括 在 内 的 广 义 的 焊 接 工 艺 综 合 计 划 其 内 容 如 下 所 述

108 第 5 章 焊 接 工 艺 99 表 5-1 汽 车 制 造 焊 接 方 法 的 分 类 汽 车 焊 接 法 电 弧 焊 电 阻 焊 气 焊 其 他 包 剂 焊 丝 电 弧 焊 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 金 属 焊 丝 惰 性 气 体 保 护 焊 钨 极 惰 性 气 体 保 护 焊 埋 弧 焊 点 焊 凸 焊 滚 焊 缝 焊 闪 光 焊 氧 - 乙 炔 焊 硬 钎 焊 软 钎 焊 T 型 螺 栓 焊 摩 擦 焊 电 子 束 焊 1 设 计 方 面 综 合 冲 压 技 术 焊 接 技 术 精 加 工 与 表 面 处 理 技 术, 以 确 定 经 济 而 合 理 的 焊 接 结 构 2 工 艺 方 面 进 行 专 门 的 教 育 训 练, 以 及 简 单 明 确 的 工 艺 管 理 与 质 量 管 理 汽 车 工 业 对 产 品 质 量 与 成 本 极 为 重 视, 必 须 详 细 分 析 在 焊 接 工 艺 方 面 降 低 成 本 的 可 能 性 汽 车 车 身 装 配 几 乎 都 用 电 阻 焊 只 对 一 些 较 厚 的 零 件 ( 板 厚 大 于 2mm), 或 根 据 结 构 上 的 要 求 不 能 采 用 电 阻 焊 时, 才 采 用 其 他 焊 接 方 法 在 这 方 面, 目 前 正 以 半 自 动 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 代 替 焊 条 电 弧 焊 此 外, 汽 车 精 密 部 件 普 遍 采 用 电 子 束 焊, 转 向 管 柱 接 头 则 采 用 摩 擦 焊 在 大 量 生 产 过 程 中, 气 焊 仅 用 于 修 补 焊 接 缺 陷, 且 可 用 气 焊 焊 枪 进 行 车 身 外 护 板 表 面 精 整 加 工 的 硬 钎 焊 与 软 钎 焊 焊 接 工 艺 概 要 除 一 部 分 特 种 车 辆 外, 汽 车 制 造 基 本 上 属 于 大 量 生 产 因 此, 焊 接 工 艺 已 从 最 初 的 手 工 操 作, 发 展 成 为 今 天 的 自 动 化 与 高 速 化, 并 能 尽 量 发 挥 大 量 生 产 优 越 性 的 焊 接 工 艺 其 内 容 则 随 大 量 生 产 的 规 模 与 零 部 件 的 种 类 而 变 化, 以 下 就 几 种 零 部 件 的 焊 接 实 例, 扼 要 说 明 1. 前 悬 架 零 部 件 ( 厚 板 箱 形 截 面 采 用 点 焊 或 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 ) 前 悬 挂 零 部 件 一 般 为 箱 形 截 面 的 焊 接 结 构, 采 用 点 焊 与 电 弧 焊 工 艺 在 电 弧 焊 方 面, 多 采 用 经 济 性 好 的 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊, 并 在 具 有 曲 线 仿 形 机 构 的 自 动 电 弧 焊 装 置 中 进 行 由 于 钢 板 较 厚, 点 焊 自 动 化 多 采 用 对 钳 式 均 压 焊 枪 (equalizing gun), 以 直 接 通 电 方 式, 在 多 点 焊 接 设 备 中 进 行 99 标 准 分 享 网 免 费 下 载

109 100 汽 车 制 造 工 艺 2. 转 向 轴 ( 机 械 加 工 零 件 的 连 接 采 用 闪 光 对 焊 摩 擦 焊 ) 将 渗 碳 淬 火 后 的 蜗 杆 与 轴 相 结 合, 一 般 采 用 闪 光 对 焊 对 于 转 向 轴 这 样 重 要 的 安 全 零 件, 在 质 量 上 必 须 有 确 实 的 保 证 为 此 应 进 行 退 火 处 理, 以 获 得 符 合 要 求 的 抗 弯 强 度 与 冲 击 韧 性 最 近, 以 摩 擦 焊 代 替 了 闪 光 对 焊, 可 得 到 较 高 的 疲 劳 强 度, 并 可 免 去 闪 光 对 焊 时 火 花 与 金 属 氧 化 物 微 粒 飞 溅 四 射 的 缺 陷 此 外, 因 其 操 作 方 法 与 机 床 相 类 似, 可 以 看 成 是 机 械 加 工 的 一 个 工 序, 有 利 于 过 程 的 自 动 化 3. 盘 形 车 轮 ( 大 量 生 产 厚 板 重 型 焊 接 采 用 点 焊 闪 光 焊 ) 盘 形 车 轮 由 中 间 盘 形 辐 板 和 外 侧 轮 辋 组 成 的, 以 点 焊 固 定 轮 辋 加 工 是 先 将 短 钢 带 卷 成 圆 形, 并 以 闪 光 对 焊 连 接, 随 后 清 理 焊 接 毛 刺, 并 在 轮 辋 轧 辊 内 成 型 辐 板 与 轮 辋 焊 接, 一 般 采 用 四 头 或 八 头 多 点 焊 机, 是 汽 车 制 造 点 焊 机 的 最 重 型, 几 乎 皆 用 三 相 低 频 脉 冲 方 式 供 电 4. 制 动 蹄 ( 大 量 生 产 的 重 要 安 全 部 件 采 用 凸 焊 ) 每 台 汽 车 有 八 个 制 动 蹄, 是 一 种 适 合 大 量 生 产 的 部 件 其 凸 焊 工 艺 是 将 打 有 凸 起 的 制 动 蹄 板 与 制 动 蹄 作 T 形 八 点 焊 接, 即 一 边 将 平 的 制 动 蹄 板 进 行 弯 曲, 一 边 用 回 转 式 电 极 从 一 端 的 凸 起 开 始 依 次 焊 接, 使 用 凸 焊 机 5. 后 桥 壳 ( 厚 板 纵 向 焊 接 采 用 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 ) 后 桥 壳 是 以 较 厚 钢 板 制 成, 焊 缝 长, 电 弧 持 续 时 间 长, 容 易 显 示 自 动 焊 接 的 效 果 焊 缝 为 直 线 或 圆 形 曲 线, 过 去 常 用 埋 弧 自 动 焊, 现 在 多 使 用 经 济 性 好 又 无 熔 渣 的 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 焊 接 可 采 用 多 焊 枪 同 时 并 进 的 方 式 为 了 防 止 脱 焊 也 多 采 用 横 向 姿 势 6. 汽 油 箱 ( 皂 盒 结 构 气 密 焊 接 采 用 滚 焊 ) 以 镀 锌 钢 板 为 材 料, 一 般 取 皂 盒 结 构, 采 用 滚 焊 工 艺 来 保 证 气 密 性 按 其 形 状, 可 采 用 仿 形 装 置 将 四 周 滚 焊 从 设 计 方 面 考 虑, 也 可 将 相 对 两 边 同 时 滚 焊, 然 后 将 框 架 回 转 90, 再 将 其 余 两 边 焊 好, 即 所 谓 井 形 焊 接 法 7. 车 身 零 部 件 ( 薄 板 冲 压 件 采 用 点 焊 ) 汽 车 车 身 上 的 各 种 板 件 几 乎 都 是 由 1mm 左 右 的 钢 板 冲 压 成 型, 宜 采 用 效 率 高, 焊 接 变 形 小, 对 工 人 操 作 技 术 依 赖 程 度 低 的 电 阻 焊 接 工 艺, 特 别 是 点 焊, 其 焊 接 量 占 车 身 焊 接 部 位 的 90% 以 上 由 于 焊 接 零 件 的 形 状 不 同, 点 焊 机 可 分 为 可 移 动 通 用 式 与 固 定 式 两 类, 并 与 焊 接 夹 具 一 同 使 用 然 而, 在 大 量 生 产 情 况 下, 为 了 达 到 省 力 化 合 理 化 与 质 量 稳 定 化 等 要 求, 多 采 用 多 头 点 焊 机, 并 与 搬 运 装 置 一 起 组 成 一 条 焊 接 自 动 生 产 线 分 装 总 成 件 地 板 车 门 发 动 机 罩 后 行 李 箱 盖 车 身 侧 板 车 身 本 体 等 装 配 焊 接 已 大 部 自 动 化, 自 动 化 程 度 已 超 过 全 加 工 量 的 80% 目 前 存 在 的 问 题 是 如 何 提 高 设 备 利 用 率, 以 解 决 这 类 设 备 价 格 昂 贵 的 问 题 数 年 前 开 始 研 究 工 业 用 机 械 手 装 置, 目 前 已 出 现 机 械 手 自 动 线 此 外, 前 后 窗 玻 璃 采 用 粘 接 剂 粘 接 方 式 为 此 使 用 半 自 动 T 形 螺 栓 焊, 将 嵌 条 装 在 玻 璃 周 围 100

110 第 5 章 焊 接 工 艺 焊 接 零 件 设 计 焊 接 设 计 的 基 本 要 求 是 : 尽 量 减 少 焊 接 点 数 和 焊 缝 长 度 ; 不 使 焊 缝 过 分 接 近, 过 于 集 中, 零 件 的 形 状 与 尺 寸 应 便 于 焊 接, 零 件 结 构 应 尽 量 避 免 使 用 复 杂 的 焊 接 装 置, 相 互 重 叠 的 焊 合 钢 板 数 量 应 尽 量 限 制 在 两 层 1. 薄 板 点 焊 件 汽 车 车 身 钢 板 厚 度 为 0.7~1.6mm, 车 身 构 件 多 是 三 维 空 间 的 复 杂 形 状 因 此, 除 应 分 析 冲 压 成 型 的 难 易 程 度 外, 有 时 还 需 把 它 进 行 分 割, 使 之 具 备 便 于 焊 接 的 形 状 特 别 最 近 随 着 自 动 化 程 度 的 提 高, 为 使 一 个 零 件 能 在 另 一 个 零 件 上 移 到 正 确 的 位 置, 冲 压 加 工 时 就 应 使 之 具 备 这 样 的 工 艺 条 件, 例 如 可 以 通 过 凸 缘 保 持 重 合 精 度 为 此 应 进 行 相 应 的 焊 接 设 计, 确 定 焊 缝 形 式 与 凸 缘 长 度 的 标 准 2. 厚 板 电 弧 焊 零 件 在 电 弧 焊 情 况 下, 存 在 着 焊 接 部 位 的 间 隙 问 题 由 于 进 行 自 动 焊 接 时 必 须 控 制 焊 合 线, 为 此 对 有 关 冲 压 件 的 质 量 要 求 极 严 零 件 设 计 时 应 避 免 出 现 形 状 急 骤 变 化 的 曲 线, 尽 量 设 计 成 简 单 的 二 次 圆 锥 曲 线 5.2 焊 接 方 法 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 自 从 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 研 究 成 功 以 来, 在 汽 车 制 造 工 业 中, 逐 渐 代 替 了 金 属 焊 丝 惰 性 气 体 保 护 焊 钨 极 惰 性 气 体 保 护 焊 和 埋 弧 焊, 成 为 一 种 极 为 普 及 的 工 艺 之 所 以 如 此, 是 因 为 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 以 下 简 称 CO 2 气 体 保 护 焊 具 有 如 下 一 些 特 点 (1) 焊 接 成 本 低 CO 2 气 体 容 易 制 取, 价 格 低, 焊 接 耗 电 量 小 CO 2 气 体 保 护 焊 的 成 本 只 有 埋 弧 焊 和 焊 条 电 弧 焊 的 40%~50% (2) 生 产 率 高 CO 2 气 体 保 护 焊 电 弧 的 穿 透 力 强, 熔 深 大, 而 且 焊 丝 的 熔 化 系 数 高, 所 以 熔 敷 速 度 快 焊 丝 可 连 续 自 动 送 进, 不 用 像 焊 条 电 弧 焊 那 样 频 繁 更 换 焊 条, 生 产 率 可 比 焊 条 电 弧 焊 高 1~4 倍 (3) 适 用 范 围 广 不 论 何 种 位 置 都 可 进 行 焊 接 焊 接 薄 板 时, 比 气 焊 速 度 快, 尤 其 是 变 形 小 ; 薄 板 可 焊 到 1mm 左 右, 间 隙 可 小 于 0.5mm 焊 接 厚 件 可 采 用 多 层 焊 (4) 抗 锈 能 力 较 其 他 焊 接 方 法 强, 焊 缝 含 氢 量 低, 抗 裂 性 好 (5) 因 为 是 明 弧, 便 于 观 察 和 控 制 焊 接 过 程, 有 利 于 实 现 焊 接 过 程 的 机 械 化 和 自 动 化, 焊 后 不 需 清 渣 因 为 CO 2 气 体 密 度 比 空 气 大, 受 电 弧 加 热 后 体 积 膨 胀, 所 以 CO 2 气 体 保 护 焊 在 隔 绝 空 气 保 护 焊 接 熔 池 和 电 弧 方 面 的 效 果 相 当 好 进 行 CO 2 气 体 保 护 焊 时, 必 须 采 用 含 有 脱 氧 剂 的 专 用 焊 丝 ( 如 H10MnSiMO H04Mn2SiAlTiA) 及 专 用 的 平 外 特 性 焊 接 电 源 CO 2 气 体 的 纯 度 不 得 低 于 99.5% 当 CO 2 气 瓶 内 的 压 力 低 于 1MPa 时, 就 应 停 止 使 用, 以 免 溶 于 液 态 CO 2 中 的 水 分 气 化 量 增 大 而 产 生 气 孔 101 标 准 分 享 网 免 费 下 载

111 102 汽 车 制 造 工 艺 CO 2 气 体 保 护 焊 设 备 由 焊 接 电 源 焊 枪 送 丝 机 构 供 气 系 统 和 控 制 电 路 组 成, 如 图 5.1 所 示 焊 接 程 序 为 : 提 前 送 气 通 电 送 丝 焊 接 断 电 停 丝 停 止 焊 接 滞 后 停 气 图 5.1 CO 2 气 体 保 护 焊 的 焊 接 设 备 示 意 图 CO 2 气 体 保 护 焊 有 下 列 几 种 类 型 (1) 管 状 焊 丝 焊 接 法 使 用 交 流 电 源, 可 用 CO 2 气 体 保 护, 也 可 不 用 保 护 由 于 这 种 焊 接 方 法 的 速 度 比 较 慢, 而 且 不 够 稳 定, 不 能 用 于 薄 板 件 (2) 实 心 焊 丝 普 通 CO 2 气 体 保 护 焊 单 独 使 用 CO 2 气 体 或 使 用 CO 2 -O 2 混 合 气 体 的 普 通 CO 2 气 体 保 护 焊, 厚 度 在 2mm 以 下 的 薄 板 件 仍 可 使 用 (3) 短 路 移 动 CO 2 气 体 保 护 焊 是 一 种 在 焊 接 机 的 二 次 回 路 中 加 进 一 个 150~300μΩ 电 感 线 圈 利 用 熔 池 振 动 使 焊 丝 上 的 液 滴 移 到 焊 缝 上 去 的 方 法 因 为 金 属 熔 滴 靠 短 路 而 移 动, 电 弧 电 压 低, 适 于 薄 板 焊 接 厚 度 1mm 左 右 的 钢 板 焊 接 以 CO 2 为 保 护 气, 更 薄 的 钢 板 则 以 Ar+O 2 为 保 护 气 (4) 脉 冲 电 弧 焊 是 一 种 使 用 频 率 为 60~120 次 /min 的 脉 冲 电 流, 在 每 一 电 流 脉 冲 作 用 下 使 金 属 熔 滴 流 向 焊 缝 之 内 的 方 法, 适 用 于 薄 板 焊 接 这 种 方 法 开 始 用 于 铝 合 金 焊 接, 随 后 被 推 广 到 各 种 合 金 钢 的 焊 接 方 面 去 汽 车 工 业 所 用 的 焊 接 方 法 属 于 上 述 (3) 和 (4) 两 类 电 阻 焊 在 各 种 焊 接 方 法 中, 电 阻 焊 的 效 率 最 高, 最 适 用 于 大 量 生 产, 在 薄 板 焊 接 方 面 使 用 最 广 电 阻 焊 是 利 用 电 流 通 过 工 件 及 焊 接 接 触 面 间 所 产 生 的 电 阻 热, 将 焊 件 加 热 至 塑 性 或 局 部 熔 化 状 态, 再 施 加 压 力 形 成 焊 接 接 头 的 焊 接 方 法 1. 点 焊 点 焊 是 一 种 具 有 代 表 性 的 电 阻 焊, 广 泛 使 用 固 定 摇 臂 式 或 压 力 机 式 点 焊 机, 以 及 移 动 式 点 焊 机 在 大 量 生 产 条 件 下, 采 用 多 头 点 焊 方 式 广 泛 使 用 点 焊 工 艺 的 主 要 理 由 有 以 下 几 点 (1) 与 熔 焊 方 法 相 比, 点 焊 是 在 压 力 作 用 下 通 过 内 部 电 阻 热 加 热 金 属 而 形 成 焊 点, 其 冶 金 过 程 简 单, 且 加 热 集 中, 热 影 响 区 域 小, 易 于 获 得 品 质 优 良 的 焊 接 接 头 (2) 与 铆 接 相 比, 不 需 其 他 金 属, 结 构 质 量 轻, 这 对 有 着 较 高 行 驶 速 度 的 乘 用 车 十 分 重 要, 可 以 达 到 轻 量 化 节 省 能 源 的 要 求 102

112 第 5 章 焊 接 工 艺 103 (3) 焊 接 过 程 中 不 产 生 弧 光 有 害 气 体 及 噪 声, 工 人 劳 动 条 件 好 (4) 点 焊 过 程 因 机 械 化 自 动 化 程 度 高, 通 用 点 焊 机 焊 接 速 度 达 60 点 /min, 快 速 点 焊 机 可 达 600 点 /min, 可 提 高 生 产 效 率, 减 轻 操 作 者 的 劳 动 强 度 适 合 于 自 动 生 产 线 的 要 求 其 缺 点 在 于 焊 接 设 备 费 用 高, 为 此 应 该 分 析 点 焊 焊 接 方 式 工 艺 计 划 与 生 产 线 的 自 动 化 等 问 题, 以 做 到 均 衡 生 产 图 5.2 所 示 为 点 焊 原 理 示 意 图, 图 5.3 所 示 为 点 焊 过 程 示 意 图 图 5.2 点 焊 原 理 示 意 图 1 变 压 器 2 电 极 3 板 件 4 熔 化 核 心 ( 熔 核 ) (a) 预 压 (b) 焊 接 (c) 锻 压 (d) 停 止 图 5.3 点 焊 过 程 示 意 图 2. 凸 焊 凸 焊 是 一 种 能 够 同 时 进 行 多 点 焊 接 的 高 效 率 焊 接 法, 可 用 于 代 替 电 弧 焊 钎 焊 与 咬 接 这 种 方 法 的 加 工 速 度 快, 且 除 电 力 外 无 其 他 消 耗, 是 个 很 大 的 特 点 凸 焊 与 点 焊 相 比, 其 不 同 点 是 预 先 在 板 件 上 加 工 出 凸 点, 或 利 用 焊 件 上 能 使 电 流 集 中 的 型 面 倒 角 等 作 为 焊 接 时 的 相 互 接 触 部 位 焊 接 时 靠 凸 点 接 触, 提 高 了 单 位 面 积 上 的 压 力 与 电 流 密 度, 有 利 于 将 板 件 表 面 氧 化 膜 压 破, 使 热 量 集 中, 减 小 分 流, 减 小 了 点 焊 中 心 距, 一 次 可 进 行 多 点 凸 焊, 提 高 了 生 产 率, 并 减 小 了 接 头 的 翘 曲 变 形 在 车 身 上, 一 般 是 将 凸 焊 螺 母 ( 有 凸 点 的 螺 母 ) 焊 在 薄 板 上, 这 样 在 装 配 时 只 需 要 拧 紧 螺 栓 即 可, 提 高 了 装 配 工 效 3. 缝 焊 缝 焊 是 一 种 连 续 进 行 的 点 焊 方 法, 可 获 得 密 封 性 优 良 的 焊 缝, 适 用 于 汽 油 箱 后 桥 壳 等 部 件 点 焊 机 的 利 用 率 为 3%~7%, 与 此 对 比, 由 于 缝 焊 机 以 连 续 电 流 断 续 工 作, 其 利 用 率 可 达 50% 为 此, 一 般 在 焊 接 过 程 中, 应 将 电 极 与 焊 接 部 位 用 水 冷 却 现 在 普 遍 是 先 103 标 准 分 享 网 免 费 下 载

113 104 汽 车 制 造 工 艺 将 焊 接 零 件 装 在 夹 具 内 自 动 定 位 夹 紧, 而 后 回 转 焊 接 此 外, 缝 焊 是 一 种 经 过 一 段 时 间 通 电 后 略 作 停 顿 又 复 通 电 的 方 法, 可 看 成 是 一 连 串 点 焊 过 程, 也 可 称 为 滚 压 点 焊, 适 用 于 汽 车 顶 盖 周 边 焊 接 4. 闪 光 焊 闪 光 焊 热 影 响 区 的 范 围 极 小, 宜 用 于 薄 板 或 薄 壁 管 件 焊 接 由 于 表 面 氧 化 物 与 其 他 杂 质 成 为 四 溅 的 火 花 被 清 除, 不 致 混 入 焊 缝 内, 焊 缝 的 可 靠 性 高 汽 车 车 轮 轮 辋 总 成 是 一 种 典 型 的 闪 光 焊 部 件 由 于 在 直 角 焊 缝 上 不 能 施 加 充 分 的 抵 紧 压 力, 焊 缝 强 度 较 差, 但 对 窗 框 之 类 零 部 件, 仍 然 是 一 种 广 泛 使 用 的 有 效 焊 接 方 法 气 焊 及 其 他 1. 气 焊 气 焊 是 利 用 可 燃 气 体 与 氧 气 混 合 燃 烧 的 火 焰 所 产 生 的 高 热 熔 化 焊 件 和 焊 丝 而 进 行 金 属 连 接 的 一 种 焊 接 方 法 汽 车 装 配 过 程 中 几 乎 不 用 气 焊, 但 是 没 有 任 何 一 个 汽 车 车 身 制 造 车 间 不 具 有 气 焊 设 备 其 原 因 在 于 : 气 焊 是 一 种 非 常 有 效 的 修 补 方 法, 气 焊 设 备 不 直 接 用 于 硬 钎 焊 与 软 钎 焊 气 焊 一 般 使 用 C 2 H 2 -O 2 或 C 2 H 4 -O 2 气 体, 这 些 气 体 是 由 集 中 发 生 站 以 管 道 输 送 至 使 用 车 间, 输 气 管 悬 挂 在 厂 房 墙 壁 上 方 气 焊 用 于 修 补 点 焊 缺 陷 与 板 件 上 的 裂 纹, 也 用 于 将 车 门 与 发 动 机 罩 等 零 件 卷 边 接 缝 熔 焊 2. 硬 钎 焊 硬 钎 焊 方 法 同 于 气 焊, 而 用 黄 铜 或 海 军 黄 铜 等 焊 丝 作 硬 钎 料, 以 所 填 充 的 金 属 将 板 件 焊 合 3. 软 钎 焊 软 钎 焊 用 于 填 补 点 焊 焊 缝, 使 之 丰 满 美 观, 增 加 板 件 的 整 体 感, 也 可 用 于 板 面 整 形 如 同 硬 钎 焊 一 样, 也 使 用 气 焊 焊 枪 自 动 化 方 向 过 去, 焊 接 自 动 化 是 指 单 台 焊 机 的 自 动 化, 其 目 的 在 于 提 高 设 备 效 率 和 焊 接 质 量 的 稳 定 性, 并 便 于 掌 握 操 作 技 术 实 际 上, 在 整 个 焊 接 过 程 中 真 正 用 于 焊 接 的 时 间 只 有 几 秒 到 几 十 秒 钟, 大 量 时 间 花 费 在 人 手 移 动 焊 接 零 件 的 动 作 上 因 而 当 前 的 焊 接 自 动 化 应 包 括 进 料 出 料 以 及 向 下 道 工 序 运 送 的 全 过 程, 即 以 一 系 列 程 序 回 路 使 自 动 焊 机 与 自 动 搬 运 装 置 相 结 合, 向 着 形 成 一 条 无 人 管 理 的 焊 接 自 动 生 产 线 的 方 向 发 展 关 于 焊 接 自 动 化 今 后 的 进 展 问 题, 应 考 虑 以 下 几 点 (1) 产 量 的 保 证 与 质 量 的 稳 定 产 量 是 制 订 设 备 计 划 的 基 本 出 发 点, 决 定 设 备 的 自 动 化 程 度 在 此 基 础 上, 确 定 保 证 质 量 稳 定 的 自 动 化 方 案 (2) 设 备 利 用 率 与 设 备 维 修 考 虑 到 设 备 折 旧, 必 须 按 预 定 计 划 生 产 能 力 确 保 生 产 全 年 设 备 维 修 费 用 占 设 备 费 的 3%~5%, 是 一 个 不 容 忽 视 的 成 本 要 素 为 此, 在 进 行 焊 接 自 动 化 时 必 须 尽 量 降 低 设 备 维 修 费, 并 保 证 达 到 预 定 的 设 备 利 用 率 104

114 第 5 章 焊 接 工 艺 105 (3) 通 用 性 与 标 准 化 在 一 些 汽 车 生 产 企 业, 每 三 四 年 就 要 更 新 车 型 为 此, 在 进 行 生 产 自 动 化 时 必 须 采 取 相 应 的 措 施 不 仅 机 械 主 体 要 标 准 化, 其 他 构 成 要 素 的 基 本 部 件 要 标 准 化, 夹 具 也 要 其 有 互 换 性, 否 则 就 不 能 做 到 合 理 的 自 动 化 (4) 减 少 工 人 数 量 从 自 动 化 的 字 义 上 就 可 看 出, 其 目 的 是 使 本 来 由 人 完 成 的 工 作 让 机 械 承 担 为 此, 除 应 注 意 减 少 直 接 生 产 工 人 的 可 能 性 外, 也 应 注 意 维 修 劳 动 力 的 节 省, 否 则 就 不 能 收 到 应 得 的 利 益 (5) 以 人 为 中 心 的 自 动 化 设 备 自 动 化 布 置 时, 应 以 置 身 其 间 的 操 作 工 人 为 中 心 来 考 虑, 使 他 在 精 神 上 没 有 受 四 周 机 器 压 迫 的 感 觉, 并 应 注 意 采 取 安 全 措 施 (6) 技 术 综 合 化 对 适 合 大 量 生 产 的 生 产 管 理 制 造 技 术 检 测 技 术 安 全 技 术 应 进 行 综 合 分 析, 强 化 薄 弱 环 节, 以 提 高 整 体 水 平 (7) 软 件 与 硬 件 的 平 衡 尽 管 采 取 了 许 多 管 理 方 法 与 管 理 体 系, 如 果 作 为 基 本 部 分 的 硬 件 技 术 不 完 善, 自 动 化 也 不 能 成 功 为 此 必 须 抓 紧 硬 件 范 围 内 的 技 术 研 究 工 作 (8) 有 效 使 用 工 业 机 械 手 随 着 焊 接 自 动 化 设 备 的 专 用 化 巨 型 化 与 复 杂 化, 生 产 线 往 往 会 失 去 灵 活 性, 为 了 弥 补 这 种 缺 陷, 焊 接 过 程 中 开 始 积 极 采 用 工 业 机 械 手 尽 管 这 种 设 备 存 在 着 承 受 负 荷 的 能 力 操 作 速 度, 运 动 自 由 度, 与 焊 接 零 件 相 互 位 置 的 安 排, 在 平 面 布 置 上 占 用 的 面 积, 手 腕 灵 活 性 等 各 种 问 题, 仍 然 还 是 希 望 将 之 用 在 恶 劣 的 劳 动 条 件 和 单 纯 重 复 的 操 作 上, 以 代 替 人 的 劳 动 5.3 焊 接 夹 具 夹 具 设 计 汽 车 车 身 是 由 厚 度 为 1mm 左 右 薄 钢 板 冲 压 件 组 合 而 成 的, 先 将 它 们 安 装 在 必 要 的 装 配 夹 具 内, 而 后 用 各 种 焊 接 方 法 焊 成 整 体 由 于 车 身 形 状 复 杂, 将 许 多 冲 压 件 装 配 成 一 个 部 件 ( 总 成 分 装 件 ) 的 工 作, 远 较 机 械 加 工 零 件 的 装 配 工 作 困 难 为 此, 应 进 一 步 细 分 为 若 干 工 序, 在 保 证 每 个 工 序 精 度 的 前 提 下, 按 图 样 和 模 型 制 出 成 品, 这 是 制 造 技 术 的 基 本 方 针 由 此 可 见, 焊 装 夹 具 设 计 是 决 定 汽 车 质 量 的 重 要 因 素 之 一 一 般 来 说, 在 二 维 平 面 图 上 表 示 车 身 零 件 复 杂 的 三 维 立 体 形 状 是 非 常 困 难 的, 且 在 读 图 时 也 容 易 发 生 差 误 为 此, 当 汽 车 原 型 确 定 后, 需 要 制 造 一 个 与 原 型 尺 寸 完 全 一 致 的 1 1 的 主 模 型, 作 为 车 身 制 造 的 基 准 根 据 需 要, 复 制 出 各 种 单 体 模 型, 用 于 制 造 冲 压 模 具 检 验 量 具 焊 装 夹 具 等 这 样 制 成 的 夹 具 与 车 身 形 状 吻 合, 是 一 种 非 常 有 效 的 夹 具 制 造 方 法, 并 使 设 计 技 术 得 到 提 高 通 常, 夹 具 设 计 属 于 机 械 制 图 的 范 围, 采 用 GB 标 准 除 此 之 外, 还 制 订 了 设 计 标 准 在 很 多 方 面 其 图 样 描 绘 方 法 与 汽 车 工 业 所 用 图 样 是 统 一 的 车 身 装 配 用 焊 装 夹 具 设 计 基 本 构 想 形 成 的 步 骤 大 致 是 : 确 定 车 身 装 配 顺 序 与 装 配 单 位 ( 生 产 过 程 图 ); 确 定 装 配 方 式 ( 自 动 化 手 工 方 式 等 ); 确 定 工 序 数 工 时 人 员 节 拍 时 间 平 面 布 置 等 基 本 构 思 确 定 后, 进 而 确 定 夹 具 的 结 构, 其 顺 序 如 图 5.4 所 示 根 据 车 身 本 体 焊 装 夹 具 的 构 想, 按 箭 头 方 向 规 定 零 件 的 接 收 和 安 放 位 置 与 此 同 时, 为 使 各 部 件 分 装 尽 可 能 做 到 焊 接 自 动 化, 应 将 自 动 化 中 的 特 有 问 题, 按 箭 头 相 反 方 向 的 顺 序, 向 上 面 反 映 105 标 准 分 享 网 免 费 下 载

115 106 汽 车 制 造 工 艺 图 5.4 确 定 车 身 装 配 夹 具 结 构 的 典 型 顺 序 由 于 车 门 发 动 机 罩 后 行 李 箱 盖 前 挡 泥 板 等 部 件 装 配 目 前 几 乎 都 采 用 多 点 焊 接 方 式, 且 对 装 配 精 度 的 要 求 较 高, 其 所 用 焊 接 夹 具 的 设 计 过 程 与 车 身 本 体 的 不 同, 基 本 上 根 据 对 每 种 部 件 的 构 想, 设 计 出 合 理 的 高 效 率 的 省 力 的 多 点 焊 装 夹 具 夹 具 制 造 在 进 行 夹 具 制 造 前, 所 用 材 料 必 须 确 有 保 障 很 多 焊 装 夹 具 是 由 钢 材 焊 接 成 型 多 点 焊 接 用 夹 具 除 钢 材 外, 还 使 用 铜 板 与 铜 块 夹 具 的 制 造 过 程 如 下 所 述 (1) 底 座 加 工 表 面 加 工, 划 基 准 线 小 零 件 的 机 械 加 工 与 焊 接 装 配 孔 与 定 位 孔 的 加 工 (2) 零 件 检 验 尺 寸 精 度 与 规 格 的 检 验, 淬 火 等 热 处 理 结 果 的 检 验, 数 量 检 验 (3) 装 配 根 据 基 准 面 与 基 准 线 进 行 装 配 装 配 质 量 决 定 于 测 量 工 具 的 精 度 与 装 配 技 术 的 优 劣 测 量 工 具 有 测 绘 缩 放 仪 划 针 盘 准 直 仪 与 直 尺 等 (4) 按 模 型 修 正 对 照 模 型, 将 卡 板 与 定 位 销 等 零 件 一 边 滑 配, 一 边 刮 削, 并 用 顶 杆 将 定 位 销 推 至 正 确 而 又 能 重 复 出 现 的 位 置 (5) 压 板 的 滑 配 修 正 与 机 能 核 对 (6) 取 出 模 型 (7) 管 道 安 装 (8) 板 件 配 合 使 用 实 际 零 件 多 点 焊 接 夹 具 的 制 造, 还 应 增 加 下 列 过 程 : 安 装 焊 接 变 压 器 与 焊 枪 驱 动 气 缸 ; 敷 线 与 敷 管 ( 油 压 气 压 冷 却 水 用 ); 回 路 电 极 的 滑 配 ; 电 极 头 触 点 的 配 合 ; 动 作 的 核 对 与 程 序 的 确 定 ; 节 拍 时 间 的 测 定 ; 生 产 线 上 搬 运 装 置 的 校 验 与 调 整 焊 装 夹 具 是 一 种 重 要 的 生 产 工 具, 一 经 制 成 至 少 使 用 数 年, 用 于 生 产 数 万 乃 至 数 十 万 件 产 品 所 以 在 设 计 与 制 造 过 程 中, 必 须 密 切 注 意, 以 保 证 其 精 度 与 耐 用 性 5.4 焊 接 设 备 与 平 面 布 置 自 动 焊 接 生 产 线 随 着 汽 车 产 量 的 增 加, 在 汽 车 车 身 装 配 方 面, 点 焊 已 进 行 了 明 显 的 自 动 化 其 自 动 化 的 条 件 是 : 专 用 化 与 高 效 率, 设 备 费 低, 经 济 性 高, 占 地 面 积 小, 工 人 数 量 少, 容 易 检 查 修 理, 对 汽 车 改 型 的 适 应 性 等 为 此, 将 焊 机 的 各 组 成 部 分 进 行 细 分, 并 加 以 彻 底 的 标 准 化 这 样 一 来, 不 仅 降 低 了 焊 机 成 本, 提 高 了 可 靠 性, 并 能 在 专 用 焊 机 上 实 现 适 应 汽 车 改 型 所 需 要 的 自 动 化 关 于 多 106

116 第 5 章 焊 接 工 艺 107 点 焊 机 的 标 准 化 问 题 如 下 所 述 (1) 机 械 本 体 框 架 焊 接 用 四 柱 压 力 机 双 柱 压 力 机 C 形 床 身 压 力 机 与 台 式 框 架 结 构 的 标 准 化 (2) 固 定 装 置 与 夹 具 和 焊 机 结 合 成 一 体 的 装 置, 及 其 所 用 部 件 的 标 准 化 (3) 控 制 部 分 焊 机 控 制, 机 械 本 体 与 搬 运 装 置 的 控 制 气 压 油 压 水 冷 与 电 气 控 制 方 式 的 标 准 化 (4) 搬 运 装 置 在 自 动 焊 接 生 产 线 上 搬 运 焊 接 零 件 的 装 置, 其 主 要 部 分 的 标 准 化 图 5.5 所 示 为 上 述 装 置 的 组 成 系 统 图 图 5.5 中 各 种 装 置 几 乎 都 已 标 准 化 当 车 身 部 件 更 改 设 计 时, 只 需 改 变 固 定 装 置 即 可 形 成 基 本 生 产 线, 而 固 定 装 置 中 的 各 种 部 件 照 样 还 可 用 在 更 改 后 的 固 定 装 置 中 此 外, 在 程 序 回 路 方 面, 也 对 多 点 焊 机 的 动 作 做 了 综 合 整 理, 组 成 一 个 标 准 回 路 以 插 线 板 方 式 和 印 制 电 路 方 式, 选 定 了 必 要 的 回 路 后, 焊 机 即 可 动 作 这 种 能 保 证 自 动 化 利 益 的 标 准 化 方 式, 到 处 可 见 图 5.5 自 动 焊 接 生 产 线 的 设 备 系 统 图 车 身 装 焊 车 身 壳 体 是 一 个 复 杂 的 薄 板 结 构 件 一 辆 轿 车 由 数 百 个 薄 板 冲 压 件, 经 点 焊 凸 焊 CO 2 (MIG) 气 体 保 护 焊 钎 焊 铆 接 ( 铝 制 车 身 的 主 要 连 接 方 式 ) 机 械 连 接 及 黏 结 等 工 艺 连 接 成 一 个 完 整 的 车 体 设 计 和 冲 压 的 车 身 壳 体 结 构 都 是 按 照 装 焊 的 要 求 进 行 的 汽 车 车 身 装 焊 技 术 是 汽 车 生 产 制 造 技 术 的 重 要 组 成 部 分, 车 身 的 装 焊 面 几 乎 都 是 沿 空 间 分 布 的, 施 焊 难 度 相 当 大, 这 就 要 求 使 用 的 装 焊 夹 具 定 位 要 迅 速 而 准 确, 质 量 控 制 手 段 要 完 善, 要 107 标 准 分 享 网 免 费 下 载

117 108 汽 车 制 造 工 艺 应 用 先 进 的 自 动 化 生 产 线 和 大 量 焊 接 机 器 人 才 能 满 足 大 批 量 生 产 的 要 求 装 焊 工 艺 的 操 作 对 象 是 车 身 本 体 ( 也 称 为 白 车 身 (body in white), 图 5.6), 一 般 是 由 底 板 ( 图 5.7) 前 围 后 围 左 右 侧 围 顶 盖 和 车 门 等 分 总 成 组 成, 而 各 分 总 成 又 由 很 多 合 件 组 件 及 零 件 ( 大 多 为 冲 压 件 ) 组 成 图 5.6 轿 车 白 车 身 1 发 动 机 罩 前 支 撑 板 2 散 热 器 固 定 框 架 3 前 裙 板 4 前 框 架 5 前 翼 子 板 6 地 板 总 成 7 门 槛 8 前 门 9 后 门 10 门 窗 框 11 车 轮 挡 泥 板 12 后 翼 子 板 13 后 围 板 14 行 李 箱 盖 15 后 立 柱 (A 柱 ) 16 后 围 上 盖 板 17 后 窗 台 板 18 上 边 梁 19 顶 盖 20 中 立 柱 (B 柱 ) 21 前 立 柱 (A 柱 ) 22 前 围 侧 板 23 前 围 板 24 前 围 上 盖 板 25 前 挡 泥 板 26 发 动 机 罩 108 图 5.7 车 身 底 板 分 总 成

118 第 5 章 焊 接 工 艺 109 汽 车 车 身 在 装 焊 过 程 中 最 重 要 的 特 点 是 具 有 明 显 的 程 序 性, 即 车 身 覆 盖 件 装 焊 存 在 先 后 顺 序 车 身 按 照 位 置 的 不 同 通 常 分 为 上 下 左 右 和 前 后 六 大 部 分, 车 身 壳 体 为 唯 一 的 总 成 按 照 装 焊 的 需 要, 总 成 由 若 干 个 分 总 成 组 成, 各 分 总 成 又 划 分 为 若 干 个 合 件, 各 合 件 又 由 若 干 个 零 件 组 件 组 成 装 焊 的 一 般 程 序 是 : 零 件 组 件 合 件 分 总 成 总 成 轿 车 车 身 的 装 焊 程 序 如 图 5.8 所 示 图 5.8 轿 车 车 身 的 装 焊 程 序 实 施 装 焊 工 艺 时, 先 将 底 板 分 总 成 在 装 焊 夹 具 上 定 位 焊 接, 作 为 焊 接 其 他 总 成 的 基 准, 然 后 焊 接 车 前 钣 金 件 侧 围 车 身 后 部, 最 后 焊 接 顶 盖 为 减 少 焊 接 工 作 量 及 模 夹 具 和 检 具 的 使 用 量, 要 求 对 车 身 进 行 工 艺 分 块 时 要 尽 量 大, 如 现 代 轿 车 侧 围 都 是 经 整 体 冲 压 而 成 的 除 了 在 冲 压 中 要 保 证 车 身 的 刚 性 外, 合 理 的 焊 接 工 艺 也 是 保 证 车 身 整 体 刚 度 的 重 要 手 109 标 准 分 享 网 免 费 下 载

119 110 汽 车 制 造 工 艺 段 先 进 的 焊 接 工 艺 同 时 也 能 保 证 车 身 的 安 全 性 1. 车 身 装 焊 工 艺 构 成 车 身 的 主 要 零 件 有 200~300 种 按 总 成 分 类, 其 装 配 工 艺 过 程 如 图 5.9 所 示 图 5.10(a) (b) (c) 则 为 车 身 三 种 总 成 的 大 致 构 成 情 况, 乃 是 整 体 构 造 车 身 的 典 型 实 例 各 工 序 的 内 容 说 明 如 下 所 述 (1) 地 板 总 成 点 焊 部 位 有 400~600 处, 乃 是 车 身 的 基 础 件 焊 接 是 在 专 用 的 多 点 焊 机 上 进 行 的 图 5.9 车 身 装 配 工 艺 过 程 图 110

120 第 5 章 焊 接 工 艺 111 (a) 地 板 总 成 1 前 地 板 2 前 地 板 护 板 3 发 动 机 舱 4 前 墙 下 护 板 5 发 动 机 舱 墙 板 6 前 骨 架 7 散 热 器 支 架 8 地 板 侧 护 板 9 后 地 板 护 板 10 后 地 板 11 后 侧 骨 架 构 件 (b) 车 身 本 体 总 成 1 顶 盖 护 板 2 顶 盖 前 额 板 3 仪 表 嵌 板 4 前 墙 上 护 板 5 仪 表 板 上 部 6 发 动 机 罩 加 强 板 7 车 身 侧 护 板 8 顶 盖 侧 板 9 前 门 柱 10 中 间 门 柱 11 门 槛 12 后 翼 板 13 后 围 下 板 14 后 护 板 15 行 李 箱 隔 板 16 顶 盖 后 板 111 标 准 分 享 网 免 费 下 载

121 112 汽 车 制 造 工 艺 112 (c) 车 身 焊 接 总 成 图 5.10 车 身 结 构 图 1 发 动 机 罩 外 板 2 发 动 机 罩 加 强 板 3 发 动 机 罩 总 成 4 前 挡 板 5 前 翼 板 6 前 车 门 7 后 车 门 8 窗 框 9 车 门 内 护 板 10 车 门 内 护 板 11 后 行 李 箱 盖 加 强 板 12 后 行 李 箱 盖 外 板 13 后 行 李 箱 盖 总 成 (2) 车 身 本 体 总 成 在 地 板 总 成 上 安 装 车 身 侧 框 架 与 顶 盖, 形 成 整 体 车 身 保 证 其 装 配 精 度 是 个 极 为 复 杂 的 问 题 有 关 车 身 总 成 装 配 的 各 种 方 法 将 在 后 面 述 及 (3) 增 补 焊 接 将 已 完 成 上 述 装 配 工 序 但 尚 未 完 全 焊 好 的 车 身 总 成, 继 续 用 点 焊 全 部 焊 好 在 此 过 程 中 几 乎 不 使 用 夹 具, 正 在 逐 渐 采 用 机 械 手 操 作 (4) 软 钎 焊 与 焊 缝 平 整 为 了 覆 盖 汽 车 外 护 板 上 面 的 焊 缝, 采 用 软 钎 焊 填 补, 并 将 填 满 后 的 焊 缝 熨 压 平 整 常 用 此 法 修 饰 顶 盖 与 支 柱 顶 盖 与 后 翼 板 之 间 的 焊 缝 (5) 钣 金 装 配 乃 是 安 装 车 门 发 动 机 罩 后 行 李 箱 盖 的 最 后 工 序, 集 中 表 现 出 各 种 装 配 部 件 与 各 种 分 总 成 件 在 车 身 本 体 上 的 相 对 精 度, 必 须 进 行 调 整 此 处 可 显 示 出 车 身 制 造 技 术 的 水 平 2. 车 身 装 焊 中 的 加 工 方 法 车 身 装 配 所 采 用 的 加 工 方 法 主 要 有 下 列 几 种 (1) 焊 接 电 阻 焊, 特 别 是 点 焊, 乃 是 钢 板 焊 接 最 有 效 的 加 工 方 法 此 外 还 有 气 焊 电 弧 焊 与 螺 栓 焊 等 数 种 (2) 黏 结 用 于 将 防 止 振 动 的 加 强 板 黏 结 到 大 型 外 护 板 部 件 ( 顶 盖 发 动 机 罩 后 行 李 箱 盖 等 ) 上, 以 增 加 其 刚 度 此 外, 也 可 以 结 构 用 粘 接 剂 代 替 焊 接 (3) 卷 边 在 外 护 板 与 加 强 板 装 配 或 外 护 板 与 内 护 板 装 配 过 程 中, 将 板 端 有 卷 以 增 加 美 观 并 消 除 板 件 锐 边 的 工 艺, 用 于 加 工 车 门 发 动 机 罩 后 行 李 箱 盖 尾 孔 盖 等 部 件

122 的 方 法 工 方 法 第 5 章 焊 接 工 艺 113 (4) 密 封 从 地 板 开 始 用 密 封 胶 涂 填 板 件 焊 缝 的 方 法, 以 防 漏 水 (5) 打 磨 对 车 身 凹 凸 不 平 的 外 表 面, 使 用 手 锤 锉 刀 砂 纸 回 盘 磨 光 机 打 磨 平 整 (6) 软 钎 焊 填 补 为 了 遮 盖 外 护 板 上 的 焊 缝, 以 软 钎 焊 填 补 平 整 获 得 整 体 感 的 美 化 加 3. 装 焊 方 式 (1) 车 身 本 体 的 装 配 工 序 包 括 许 多 零 件, 乃 是 形 成 车 身 骨 架 的 重 要 工 序, 点 焊 点 数 可 达 600~700 处 之 多 随 行 夹 具 式 : 备 有 几 台 相 同 的 夹 具 台 车, 它 们 以 环 形 或 地 下 返 回 方 式 运 转, 完 成 焊 接 装 配 加 工 框 架 式 : 在 划 分 为 3~6 个 装 配 工 序 的 位 置 上 分 别 设 置 固 定 夹 具, 车 身 本 体 依 次 通 过 每 个 夹 具 进 行 装 配 焊 接 生 产 线 做 间 歇 运 动 固 定 式 : 把 装 有 车 身 侧 板 总 成 和 装 有 地 板 总 成 的 夹 具 结 合, 进 行 车 身 本 体 总 装 自 动 线 式 在 一 条 车 身 总 成 多 点 焊 接 生 产 自 动 线 上, 有 一 到 两 个 工 序 采 用 自 动 焊 接 工 艺, 车 身 本 体 在 各 工 序 间 移 动 (2) 部 件 分 装 配 方 式 装 配 夹 具 法 : 使 用 夹 具 和 移 动 式 点 焊 机 进 行 装 配 夹 具 与 焊 机 完 全 独 立, 焊 机 由 工 人 操 作, 将 零 件 焊 装 在 夹 具 所 规 定 的 位 置 上 专 用 机 法 : 将 使 夹 具 和 焊 机 一 体 化 的 固 定 装 置 装 在 焊 接 压 力 机 或 架 上, 只 需 将 待 装 零 件 放 好, 即 可 自 动 进 行 装 配 焊 接 通 用 机 法 : 只 需 更 换 专 用 的 固 定 装 置, 即 可 在 多 点 焊 机 中 焊 装 各 种 部 件 4. 车 身 装 焊 的 趋 向 上 述 装 配 方 法 各 有 长 处 和 短 处 从 投 资 效 果 看, 究 竟 采 用 哪 种 方 法, 必 须 综 合 考 虑 生 产 计 划 质 量 要 求 汽 车 等 级 车 辆 改 型 适 应 性 等 各 种 因 素 今 后 的 发 展 趋 向 是 将 工 业 用 机 械 手 与 多 点 焊 机 并 用 在 生 产 线 上 装 备 10~20 台 集 中 管 理 的 机 械 手 以 代 替 需 要 大 量 人 工 管 理 的 专 用 机, 这 种 生 产 线 的 数 量 正 逐 渐 增 多 压 力 机 焊 接 生 产 线 通 常 使 用 的 移 动 式 点 焊 机 的 生 产 率 低, 不 能 适 应 大 量 生 产 的 需 要, 而 为 单 一 目 的 设 计 的 专 用 自 动 多 点 焊 机, 在 汽 车 改 型 时 往 往 需 要 大 量 的 投 资, 为 此 采 用 了 焊 接 用 压 力 机 目 前 大 部 分 多 点 焊 机 是 在 以 这 种 焊 接 压 力 机 组 成 的 通 用 生 产 线 上 工 作 的 一 般 来 说, 压 力 机 生 产 线 上 除 装 有 焊 接 用 四 柱 压 力 机 双 柱 压 力 机 和 C 型 床 身 压 力 机 外, 还 包 括 台 式 焊 接 固 定 装 置 和 台 车 移 动 式 焊 接 固 定 装 置, 如 果 再 增 添 卷 边 加 工 装 置 黏 结 剂 和 防 声 防 震 胶 的 涂 敷 装 置, 并 设 置 梭 式 输 送 器, 即 可 形 成 焊 接 搬 运 自 动 化 的 生 产 线 其 代 表 实 例 如 下 1. 车 门 生 产 线 发 动 机 罩 与 后 行 李 箱 盖 生 产 线 车 门 发 动 机 罩 与 后 行 李 箱 盖 称 为 焊 接 装 配 件, 形 成 汽 车 外 护 板 由 于 这 些 部 件 需 具 备 开 闭 的 机 能, 其 装 配 技 术 是 车 身 装 配 技 术 中 难 度 最 大 的 在 装 配 质 量 方 面, 要 求 具 有 水 密 性 防 尘 性 和 开 闭 灵 活 性, 对 于 车 门, 还 要 求 窗 玻 璃 能 灵 活 拉 动, 这 些 都 关 系 到 各 部 件 113 标 准 分 享 网 免 费 下 载

123 114 汽 车 制 造 工 艺 的 间 隙 尺 寸 和 平 行 度, 应 该 保 持 稳 定 的 装 配 精 度 上 述 三 种 部 件 的 装 配 工 时 约 占 车 身 本 体 焊 接 总 成 的 30%, 是 自 动 化 重 要 的 有 关 部 件 车 门 在 每 台 汽 车 上 需 要 二 个 至 四 个, 是 一 种 大 量 生 产 的 部 件, 很 早 就 形 成 了 自 动 焊 接 生 产 线 这 条 生 产 线 是 以 C 型 床 身 压 力 机 和 四 柱 压 力 机 为 中 心, 包 括 卷 边 压 力 机 和 防 声 防 震 胶 涂 敷 装 置 这 种 生 产 线 具 有 通 用 性, 通 过 变 换 夹 具 与 固 定 装 置, 即 可 装 配 数 种 类 型 的 车 门, 一 般 称 为 车 门 生 产 线, 其 实 例 如 图 5.11 所 示 图 5.11 车 门 装 配 生 产 线 1 油 压 系 统 与 程 序 控 制 台 架 2 内 外 护 板 自 动 配 合 工 序 3 卷 边 压 力 机 4 焊 接 固 定 装 置 预 装 台 5 焊 接 用 四 点 压 力 机 6 防 震 胶 涂 敷 装 置 发 动 机 罩 和 后 行 李 箱 盖 的 装 配 工 序 与 车 门 几 乎 完 全 一 样, 也 已 形 成 生 产 线 通 过 更 换 夹 具 与 固 定 装 置, 即 可 进 行 装 配 2. 地 板 总 成 生 产 线 地 板 总 成 生 产 线 是 由 发 动 机 舱 前 地 板 后 地 板 等 三 条 大 件 部 装 线 和 一 条 地 板 本 体 总 装 线 组 成 的, 总 焊 接 点 数 超 过 1000 处, 是 一 条 包 括 大 量 搬 运 和 自 动 多 点 焊 接 加 工 的 生 产 线 3. 由 双 柱 压 力 机 组 成 的 生 产 线 基 本 属 于 在 焊 接 工 艺 中 采 用 冲 压 压 力 机 的 加 工 方 式, 并 使 用 标 准 化 了 的 固 定 装 置 只 需 改 变 固 定 装 置, 在 生 产 线 上 即 可 进 行 各 种 部 件 的 装 配 加 工 每 条 生 产 线 由 4~5 台 压 力 机 组 成, 采 用 人 工 装 料 与 自 动 装 置 卸 料, 装 配 件 则 由 输 送 机 运 至 下 道 工 序 可 用 于 生 产 车 门 构 件 支 柱 与 仪 表 板 等 多 种 部 件, 根 据 需 要 可 进 行 两 道 或 三 道 装 配 工 序 此 外, 还 可 将 3~ 4 台 双 柱 压 力 机 与 自 动 搬 运 装 置 结 合, 形 成 完 全 自 动 化 的 发 动 机 舱 墙 板 焊 装 生 产 线 4.C 型 床 身 压 力 机 生 产 线 多 用 于 部 装 件 的 自 动 焊 接 将 4~5 台 压 力 机 并 列 组 成 生 产 线, 以 装 配 比 较 细 长 的 部 件 由 于 压 力 机 结 构 上 的 原 因, 装 卸 料 都 在 同 一 方 向, 总 会 引 起 时 间 上 的 损 失, 且 在 安 装 自 动 化 搬 运 装 置 时, 又 会 受 到 压 力 机 冲 程 限 制 而 遇 到 困 难, 因 此 常 被 双 柱 压 力 机 所 代 替 5.5 焊 接 质 量 质 量 检 验 在 汽 车 生 产 过 程 中, 焊 接 工 艺 的 应 用 范 围 极 广, 所 以 焊 接 质 量 管 理 是 个 大 问 题 114

124 第 5 章 焊 接 工 艺 电 弧 焊 的 质 量 管 理 点 焊 也 会 发 生 焊 接 变 形, 而 电 弧 焊 的 变 形 更 大 为 了 减 少 焊 接 变 形, 稳 定 焊 接 质 量, 所 采 取 的 措 施 有 : 消 除 焊 接 部 位 之 间 的 间 隙, 增 加 焊 装 夹 具 的 刚 度 和 紧 固 力 并 采 用 预 变 形 法, 冲 压 件 的 预 变 形 修 正, 焊 接 顺 序 的 合 理 安 排, 尽 量 避 免 焊 缝 过 长 等 在 使 用 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 时, 为 了 防 止 因 电 弧 吹 偏 所 发 生 的 气 孔 和 焊 道 散 乱 的 现 象, 应 考 虑 各 部 位 绝 缘 与 地 线 敷 设 问 题, 确 保 接 地 电 路 畅 通 通 过 试 验, 确 定 不 发 生 电 弧 吹 偏 的 接 地 电 路, 以 进 行 质 量 管 理 2. 点 焊 的 质 量 管 理 轮 辋 与 辐 板 是 有 关 汽 车 安 全 的 重 要 部 件, 其 点 焊 管 理 非 常 严 格 精 确 修 正 电 极 尖 端 形 状, 自 动 校 给 每 个 焊 点 的 焊 接 二 次 电 流 值 与 通 电 时 间, 并 备 有 超 值 警 报 器 全 部 产 品 都 进 行 锤 击 响 音 检 查, 定 期 抽 取 部 件 进 行 破 坏 试 验 与 载 荷 疲 劳 试 验, 经 常 控 制 产 品 的 质 量 状 况 汽 车 车 身 的 点 焊 点 数 有 3000~40000 个, 对 于 这 样 众 多 的 焊 点 质 量 应 从 两 个 方 面 进 行 管 理 : 一 方 面 细 心 稳 妥 地 制 订 全 部 焊 点 的 焊 接 条 件, 并 做 周 期 性 检 查, 一 方 面 以 统 计 方 法 确 定 出 重 点 焊 接 部 位, 对 之 做 频 繁 检 查 1) 影 响 点 焊 质 量 的 主 要 因 素 不 言 而 喻, 质 量 来 自 工 艺 并 由 工 艺 来 保 证 也 可 以 说, 质 量 始 于 设 计 阶 段, 决 定 于 生 产 准 备 阶 段 综 合 上 述 两 种 观 点, 点 焊 质 量 特 性 要 素 如 图 5.12 所 示 图 5.12 影 响 点 焊 质 量 的 主 要 因 素 决 定 焊 接 质 量 的 主 要 因 素 有 : 设 计 质 量 的 确 定 与 试 验 鉴 定, 板 厚 的 配 合 焊 点 间 距 与 焊 接 点 数, 焊 接 方 法 ( 关 系 到 生 产 计 划 与 投 资 效 果 ), 工 艺 方 案 工 夹 具 与 设 备 计 划, 电 流 密 度, 焊 接 条 件, 以 任 务 书 形 式 向 制 造 工 序 下 达 的 指 示, 以 检 验 卡 片 形 式 向 管 理 与 维 修 部 门 下 达 的 指 示, 超 声 非 破 坏 性 检 验, 錾 凿 破 坏 性 检 验, 拉 深 疲 劳 等 项 试 验, 修 补 工 序 等 据 之 制 订 焊 接 质 量 管 理 程 序, 以 达 到 质 量 的 稳 定 化 2) 点 焊 质 量 检 验 点 焊 质 量 检 验 可 分 为 超 声 非 破 坏 检 验 与 錾 凿 剥 离 检 验 等 两 类, 后 者 以 其 操 作 简 便 和 可 靠 性 大, 是 加 工 现 场 所 采 用 的 主 要 方 法 检 验 部 位 可 区 分 为 全 数 检 验 定 期 检 验 与 抽 查 检 验 三 种, 记 录 在 管 理 图 表 或 检 验 卡 片 上, 作 为 技 术 措 施 的 基 本 资 料 115 标 准 分 享 网 免 费 下 载

125 116 汽 车 制 造 工 艺 3) 点 焊 缺 陷 的 内 容 点 焊 缺 陷 的 内 容 有 : 未 通 电 ; 虽 通 电 但 未 形 成 熔 核 ; 熔 核 虽 形 成, 但 向 四 周 脱 落 随 着 设 备 的 高 速 化 与 自 动 化, 点 焊 缺 陷 形 成 原 因 亦 趋 于 复 杂 在 上 述 三 大 条 件 得 到 满 足 后, 还 可 举 出 下 列 一 些 导 致 缺 陷 的 因 素 : 电 极 端 头 磨, 二 次 线 圈 阻 抗 增 大, 回 路 电 极 接 触 不 良, 因 分 流 使 得 电 流 密 度 极 度 衰 减, 加 压 力 与 通 电 时 间 不 当, 板 件 接 合 不 良, 板 件 浅 面 状 况 不 良 等 应 该 指 出 缺 陷 的 确 切 原 因 与 焊 接 的 基 本 事 项 4) 点 焊 质 量 检 测 器 为 了 保 证 焊 接 质 量, 有 些 部 分 可 采 用 检 测 器, 被 检 测 的 对 象 有 : 一 次 电 流 通 电 周 期 二 次 电 流 加 压 力 二 次 电 流 与 通 电 时 间 熔 核 热 膨 胀 与 熔 核 温 度 等 目 前 正 在 进 行 这 方 面 的 研 究, 但 尚 无 一 种 能 够 百 分 之 百 地 保 证 点 焊 质 量 的 方 法 点 焊 熔 核 的 生 成 与 电 流 密 度 直 接 相 关, 目 前 重 点 在 于 掌 握 实 现 最 佳 工 艺 条 件 的 手 段 与 管 理 方 法 尺 寸 与 表 面 精 度 汽 车 车 身 的 产 品 质 量 主 要 从 功 能 上 和 外 观 上 来 鉴 定 在 车 身 功 能 质 量 方 面, 除 去 车 门 的 开 关 功 能 外, 其 内 容 随 涂 漆 和 内 饰 工 序 的 进 展 而 增 多, 为 此 在 车 身 本 体 焊 接 总 成 阶 段 就 应 以 尺 寸 检 验 为 中 心, 进 行 外 观 检 查 各 工 序 间, 根 据 各 工 序 和 每 种 部 件 的 检 验 标 准, 使 用 组 合 量 具 和 检 验 夹 具 进 行 尺 寸 检 验 与 质 量 管 理 至 于 构 成 车 身 外 护 板 的 铰 接 装 配 件, 只 有 当 每 种 总 成 单 个 检 验 合 格 后, 才 能 安 装 到 车 身 本 体 上 去 在 车 身 本 体 焊 接 总 成 阶 段 就 要 严 格 检 查 装 配 质 量 ( 平 面 错 差 缝 隙 尺 寸 缝 隙 平 行 度 等 ) 和 表 面 凹 凸 不 平 度 工 序 间 与 工 序 中 检 验 使 用 刻 度 尺 游 标 卡 尺 厚 度 规 等 工 具 表 面 凹 凸 不 平 度 检 查, 可 采 用 观 察 透 光 程 度 的 方 法, 以 及 用 手 抚 摸 感 觉 的 方 法 习 题 1. 汽 车 制 造 的 焊 接 方 法 有 哪 些? 2. 焊 接 零 件 设 计 的 要 求 有 哪 些? 3. 电 阻 焊 中 的 各 种 焊 接 方 法 各 有 什 么 特 点? 4. 钎 焊 和 熔 焊 实 质 差 别 是 什 么? 5. 试 写 出 焊 接 夹 具 的 制 造 过 程 6. 汽 车 制 造 中 焊 接 件 的 质 量 如 何 控 制? 116

126 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 教 学 提 示 : 塑 料 在 汽 车 上 的 应 用 对 汽 车 的 制 造 运 行 维 修 保 养 工 作 起 着 很 大 的 作 用, 原 因 在 于 塑 料 具 有 一 些 优 良 的 特 性 塑 料 加 工 通 常 有 配 料 ( 配 比 着 色 ) 一 次 加 工 ( 成 型 ) 二 次 加 工 ( 表 面 处 理 装 配 ) 三 道 工 序 塑 料 的 种 类 很 多, 分 类 方 法 也 较 多 教 学 目 标 : 了 解 塑 料 成 行 的 几 种 方 法 以 及 塑 料 加 工 的 成 型 过 程 学 习 注 塑 成 型 与 压 塑 成 型 所 用 的 加 工 设 备, 掌 握 模 型 设 计 方 法 及 模 膛 的 加 工 过 程 了 解 塑 料 在 汽 车 中 的 应 用 及 汽 车 用 塑 料 的 发 展 趋 势 塑 料 是 一 种 高 分 子 材 料, 近 年 来 在 汽 车 上 的 应 用 越 来 越 多, 已 由 内 外 装 饰 件 向 车 身 覆 盖 结 构 件 的 方 面 发 展 例 如 前 照 面 保 险 杠 发 动 机 罩 行 李 箱 盖 顶 盖 翼 子 板 车 门 内 护 板 和 某 些 车 身 骨 架 构 件 等 甚 至 有 些 大 汽 车 公 司 正 在 用 复 合 材 料 做 承 载 力 最 大 的 底 盘 车 架, 例 如, 福 特 汽 车 公 司 在 2001 年 将 复 合 材 料 底 盘 应 用 在 一 辆 叫 探 索 者 的 小 皮 卡 样 车 上 每 辆 汽 车 塑 料 的 用 量 是 衡 量 汽 车 生 产 技 术 水 平 的 标 志 之 一 日 本 美 国 和 德 国 等 发 达 国 家 的 每 辆 轿 车 平 均 使 用 塑 料 已 超 过 100kg, 平 均 占 汽 车 总 质 量 的 8% 目 前, 中 国 每 辆 汽 车 平 均 塑 料 用 量 为 70kg, 平 均 占 汽 车 总 质 量 的 6% 左 右 塑 料 在 汽 车 上 的 应 用 有 以 下 六 大 优 点 (1) 轻 量 化 是 汽 车 业 追 求 的 目 标, 塑 料 在 此 方 面 可 以 大 显 其 威 一 般 塑 料 的 密 度 在 0.9~ 1.5 之 间, 纤 维 增 强 复 合 材 料 密 度 也 不 会 超 过 2.0, 而 金 属 材 料 的 比 重 A3 钢 为 7.6, 黄 铜 为 8.4, 铝 为 2.7 因 此, 应 用 塑 料 是 减 轻 车 体 质 量 的 有 效 途 径 (2) 塑 料 成 型 容 易, 可 使 形 状 复 杂 的 部 件 加 工 简 单 化 例 如, 仪 表 台 用 钢 板 加 工, 往 往 需 要 先 加 工 成 型 各 个 零 件, 再 分 别 用 连 接 件 装 配 或 焊 接 而 成, 工 序 较 多 而 用 塑 料 可 以 一 次 加 工 成 型, 加 工 时 间 短, 精 度 有 保 证 (3) 塑 料 制 品 的 弹 性 变 形 特 性 能 吸 收 大 量 的 碰 撞 能 量, 对 强 烈 撞 击 有 较 大 的 缓 冲 作 用, 对 车 辆 和 乘 员 起 到 保 护 作 用 因 此, 现 代 汽 车 上 都 采 用 塑 化 仪 表 板 和 方 向 盘, 以 增 强 缓 冲 作 用 前 后 保 险 杠 车 身 装 饰 条 都 采 用 塑 料 材 料, 以 减 轻 外 物 体 对 车 身 的 冲 击 力 另 外, 塑 料 还 具 有 吸 收 和 衰 减 振 动 和 噪 声 的 能 力, 可 以 提 高 乘 坐 的 舒 适 性 (4) 通 过 不 同 组 分 搭 配 的 复 合 材 料 有 含 硬 质 金 属 的 颗 粒 复 合 材 料, 有 以 夹 层 板 材 和 树 脂 胶 合 纤 维 为 主 的 层 板 复 合 材 料 和 以 玻 璃 纤 维 碳 纤 维 为 主 的 纤 维 复 合 材 料, 这 些 复 合 材 料 具 有 很 高 的 机 械 强 度, 可 以 代 替 钢 板 制 作 车 身 覆 盖 件 或 结 构 件, 减 轻 汽 车 的 质 量 (5) 塑 料 耐 腐 蚀 性 强, 局 部 受 损 不 会 腐 蚀, 而 钢 材 制 件 一 旦 漆 面 受 损 或 者 先 期 防 腐 做 得 不 好 就 容 易 生 锈 腐 蚀 塑 料 对 酸 碱 盐 等 抗 腐 蚀 能 力 大 于 钢 板, 如 果 用 塑 料 做 车 身 覆 盖 件, 十 分 适 宜 在 污 染 较 大 的 区 域 中 使 用 (6) 根 据 塑 料 的 组 织 成 分, 可 以 通 过 添 加 不 同 的 填 料 增 塑 剂 和 硬 化 剂 来 制 出 所 需 性 能 的 塑 料, 改 变 材 料 的 机 械 强 度 及 加 工 成 型 性 能, 以 适 应 车 上 不 同 部 件 的 用 途 要 求 例 如, 标 准 分 享 网 免 费 下 载

127 118 汽 车 制 造 工 艺 保 险 杠 要 有 相 当 的 机 械 强 度, 而 坐 垫 和 靠 背 就 要 采 用 柔 软 的 聚 胺 酯 泡 沫 塑 料 更 方 便 的 是 塑 料 颜 色 可 以 通 过 添 加 剂 调 色 产 生 不 同 的 颜 色, 可 以 省 去 喷 漆 有 些 塑 料 件 还 可 以 电 镀, 例 如,ABS 塑 料 具 有 很 好 的 电 镀 性 能, 可 用 于 制 作 装 饰 条 标 牌 开 关 旋 钮 车 轮 装 饰 罩 等 6.1 概 述 如 何 减 轻 汽 车 的 质 量, 提 高 载 重 量, 降 低 耗 油 量, 减 少 汽 车 中 有 色 金 属 及 一 些 贵 重 合 金 的 用 量, 延 长 零 件 的 使 用 寿 命, 增 加 汽 车 的 舒 适 性 以 及 如 何 采 用 一 些 快 速 有 效 的 修 理 方 法 等, 都 是 目 前 汽 车 制 造 使 用 和 保 修 部 门 经 常 研 究 的 问 题 这 些 问 题 的 解 决 对 汽 车 的 制 造 运 行 维 修 保 养 工 作 起 着 很 大 的 作 用, 而 扩 大 塑 料 在 汽 车 上 的 应 用, 是 解 决 这 些 问 题 的 一 个 重 要 方 面 塑 料 加 工 是 随 着 合 成 树 脂 的 发 展 而 发 展 起 来 的, 它 和 塑 料 机 械 的 发 展 互 相 促 进 不 少 塑 料 加 工 技 术, 是 借 鉴 于 橡 胶 金 属 和 陶 瓷 加 工 塑 料 加 工 历 史 可 追 溯 到 19 世 纪 90 年 代, 赛 璐 珞 诞 生 之 后, 因 其 易 燃, 只 能 用 模 压 法 制 成 块 状 物, 再 经 机 械 加 工 成 片 材, 片 材 可 用 热 成 型 法 加 工 这 是 最 早 的 塑 料 加 工 浇 铸 成 型 是 随 着 酚 醛 树 脂 问 世 而 研 究 成 功 的 ; 注 射 成 型 始 于 20 世 纪 20 年 代, 用 于 加 工 醋 酸 纤 维 素 和 聚 苯 乙 烯 ;20 世 纪 30 年 代 中 期, 软 聚 氯 乙 烯 挤 出 成 型 研 制 成 功, 塑 料 专 用 的 单 螺 杆 挤 出 机 相 应 问 世 ;1938 年 双 螺 杆 挤 出 机 也 投 入 生 产 20 世 纪 40 年 代 初, 制 出 了 聚 氨 酯 泡 沫 塑 料, 吹 塑 技 术 用 于 生 产 聚 乙 烯 中 空 制 品 1952 年 往 复 螺 杆 式 注 射 机 问 世, 使 注 射 成 型 技 术 进 入 到 一 个 新 的 阶 段 20 世 纪 60~70 年 代, 新 发 展 起 来 的 塑 料 加 工 技 术 有 : 各 种 增 强 塑 料 新 成 型 方 法, 如 缠 绕 拉 挤 片 材 模 塑 成 型, 反 应 注 射 成 型, 结 构 泡 沫 成 型, 异 型 材 挤 出 成 型, 片 材 固 相 成 型 以 及 共 挤 出 共 注 塑 等 进 入 20 世 纪 80 年 代, 塑 料 加 工 向 着 高 效 高 速 高 精 度 节 能 大 型 化 或 超 小 超 薄 等 方 向 发 展, 计 算 机 技 术 进 入 这 一 领 域, 把 整 个 塑 料 加 工 技 术 提 高 到 一 个 新 水 平 20 世 纪 90 年 代, 塑 料 件 达 到 了 汽 车 自 重 的 7%~10% 表 6-1 所 列 为 德 国 汽 车 塑 料 件 的 应 用 状 况 表 6-2 为 汽 车 用 塑 料 品 种 及 其 所 占 比 例 塑 料 的 成 型 加 工 是 指 由 合 成 树 脂 制 造 厂 制 造 的 聚 合 物 制 成 最 终 塑 料 制 品 的 过 程 加 工 方 法 ( 通 常 称 为 塑 料 的 一 次 加 工 ) 包 括 压 塑 ( 模 压 成 型 ) 挤 塑 ( 挤 出 成 型 ) 注 塑 ( 注 射 成 型 ) 吹 塑 ( 中 空 成 型 ) 压 延 等 塑 料 加 工, 以 其 可 以 减 轻 汽 车 自 重 并 能 使 形 状 复 杂 的 工 件 一 次 加 工 成 型 的 特 点, 正 被 用 来 制 造 多 种 汽 车 零 件 表 6-1 德 国 汽 车 塑 料 件 的 应 用 状 况 年 份 1976 年 1985 年 1992 年 2000 年 项 目 kg/ 辆 % kg/ 辆 % kg/ 辆 % kg/ 辆 % 内 饰 件 外 装 件 功 能 件 合 计

128 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 119 表 6-2 汽 车 用 塑 料 品 种 及 其 所 占 比 例 材 料 比 例 /(%) 材 料 比 例 /(%) 聚 丙 烯 (PP) 聚 氨 酯 (PU) 聚 氯 乙 烯 (PVC) 热 固 性 复 合 材 料 ABS 聚 酰 胺 (PA) 聚 乙 烯 (PE) 聚 碳 酸 酯 (PC) 聚 苯 醚 (PPO) 聚 甲 醛 (POM) 热 塑 性 聚 酯 其 他 塑 料 的 特 性 1. 可 塑 性 顾 名 思 义, 塑 料 就 是 可 以 塑 造 的 材 料 所 谓 塑 料 的 可 塑 性 就 是 可 以 通 过 加 热 的 方 法 使 固 体 的 塑 料 变 软, 然 后 再 把 变 软 了 的 塑 料 放 在 模 具 中, 让 它 冷 却 后 又 重 新 凝 固 成 一 定 形 状 的 固 体 塑 料 的 这 种 性 质 也 有 一 定 的 缺 陷, 即 遇 热 时 容 易 软 化 变 形, 有 的 塑 料 甚 至 用 温 度 较 高 的 水 烫 一 下 就 会 变 形, 所 以 塑 料 制 品 一 般 不 宜 接 触 开 水 2. 弹 性 有 些 塑 料 也 像 合 成 纤 维 一 样, 具 有 一 定 的 弹 性 当 它 受 到 外 力 拉 伸 时, 卷 曲 的 分 子 就 由 于 柔 韧 性 而 被 拉 直, 但 一 旦 拉 力 取 消 后, 它 又 会 恢 复 原 来 的 卷 曲 状 态, 这 样 就 使 得 塑 料 具 有 弹 性, 例 如 聚 乙 烯 和 聚 氯 乙 烯 的 薄 膜 制 品 但 是 有 些 塑 料 是 没 有 弹 性 的 3. 较 高 的 强 度 塑 料 虽 然 没 有 金 属 那 样 坚 硬, 但 与 玻 璃 陶 瓷 木 材 等 相 比, 还 是 具 有 比 较 高 的 强 度 及 耐 磨 性 塑 料 可 以 制 成 机 器 上 坚 固 的 齿 轮 和 轴 承 4. 耐 腐 蚀 性 塑 料 既 不 像 金 属 那 样 在 潮 湿 的 空 气 中 会 生 锈, 也 不 像 木 材 那 样 在 潮 湿 的 环 境 中 会 腐 烂 或 被 微 生 物 侵 蚀, 另 外 塑 料 耐 酸 碱 的 腐 蚀 因 此 塑 料 常 常 被 用 作 化 工 厂 的 输 水 和 输 液 管 道, 建 筑 物 的 门 窗 等 5. 绝 缘 性 塑 料 的 分 子 链 是 原 子 以 共 价 键 结 合 起 来 的, 分 子 既 不 能 电 离, 也 不 能 在 结 构 中 传 递 电 子, 所 以 塑 料 具 有 绝 缘 性 塑 料 可 用 来 制 造 电 线 的 包 皮 电 插 座 电 器 的 外 壳 等 塑 料 加 工 方 法 概 要 广 义 而 言, 塑 料 加 工 是 指 将 有 机 合 成 工 厂 生 产 的 聚 合 物 制 成 所 需 成 品 的 整 个 工 艺 过 程, 可 以 大 略 区 分 为 下 列 三 道 工 序 : 配 料 ( 配 比 着 色 ), 一 次 加 工 ( 成 型 ), 二 次 加 工 ( 表 面 处 理 装 配 ) 1. 配 料 为 使 有 机 合 成 工 厂 生 产 的 聚 合 物 适 合 最 终 使 用 目 的 而 以 化 学 变 化 或 加 入 添 加 剂 的 办 法 119 标 准 分 享 网 免 费 下 载

129 120 汽 车 制 造 工 艺 获 得 所 需 要 性 能 的 调 整 工 序 塑 料 加 工 所 用 的 原 料, 除 聚 合 物 外, 一 般 还 要 加 入 各 种 塑 料 助 剂 ( 如 稳 定 剂 增 塑 剂 着 色 剂 润 滑 剂 增 强 剂 和 填 料 等 ), 以 改 善 成 型 工 艺 和 制 品 的 使 用 性 能 或 降 低 制 品 的 成 本 添 加 剂 与 聚 合 物 经 混 合, 均 匀 分 散 为 粉 料, 又 称 为 干 混 料 有 时 粉 料 还 需 经 塑 炼 加 工 成 粒 料 这 种 粉 料 和 粒 料 统 称 配 合 料 或 模 塑 料 2. 一 次 加 工 ( 成 型 ) 一 次 加 工 是 塑 料 加 工 的 关 键 环 节 将 各 种 形 态 的 塑 料 ( 粉 料 粒 料 溶 液 或 分 散 体 ) 制 成 所 需 形 状 的 制 品 或 坯 件 成 型 的 方 法 多 达 三 十 几 种 它 的 选 择 主 要 取 决 于 塑 料 的 类 型 ( 热 塑 性 还 是 热 固 性 ) 起 始 形 态 以 及 制 品 的 外 形 和 尺 寸 加 工 热 塑 性 塑 料 常 用 的 方 法 有 挤 出 注 射 成 型 压 延 吹 塑 和 热 成 型 等, 加 工 热 固 性 塑 料 一 般 采 用 模 压 传 递 模 塑, 也 用 注 射 成 型 层 压 模 压 和 热 成 型 是 使 塑 料 在 平 面 上 成 型 上 述 塑 料 加 工 的 方 法 均 可 用 于 橡 胶 加 工 此 外, 还 有 以 液 态 单 体 或 聚 合 物 为 原 料 的 浇 铸 等 在 这 些 方 法 中, 以 挤 出 和 注 射 成 型 用 得 最 多, 也 是 最 基 本 的 成 型 方 法 成 型 过 程 原 则 上 可 细 分 为 下 列 工 步 (1) 原 料 供 应 从 储 料 罐 中 供 应 粉 末 状 或 粒 状 原 料 (2) 塑 化 工 步 从 外 部 加 热 使 之 具 备 流 动 性 (3) 输 送 工 步 以 螺 旋 输 送 机 或 气 缸 活 塞 输 送 机 挤 压 送 料 (4) 成 型 工 步 在 模 型 中 成 型 (5) 固 化 工 步 通 过 冷 却 或 加 热 使 之 固 化 热 塑 性 树 脂 通 过 冷 却 固 化, 热 固 性 树 脂 通 过 加 热 进 行 交 联 反 应 而 固 化 (6) 制 品 取 出 装 置 将 制 成 的 零 件 取 出 3. 二 次 加 工 ( 表 面 处 理, 装 配 ) 成 型 后 除 进 行 截 断 切 削 形 变 黏 结 制 袋 外, 还 进 行 表 面 涂 漆 电 镀 印 刷 刻 印 等 加 工 机 械 加 工 是 借 用 金 属 和 木 材 等 的 加 工 方 法, 制 造 尺 寸 很 精 确 或 数 量 不 多 的 塑 料 制 品, 也 可 作 为 成 型 的 辅 助 工 序, 如 挤 出 型 材 的 锯 切 由 于 塑 料 的 性 能 与 金 属 和 木 材 不 同, 塑 料 的 热 导 性 差, 热 膨 胀 系 数, 弹 性 模 量 低, 当 夹 具 或 刀 具 加 压 太 大 时, 易 于 引 起 变 形, 切 削 时 受 热 易 熔 化, 且 易 粘 附 在 刀 具 上 因 此, 塑 料 进 行 机 械 加 工 时, 所 用 的 刀 具 及 相 应 的 切 削 速 度 等 都 要 适 应 塑 料 特 点 常 用 的 机 械 加 工 方 法 有 锯 剪 冲 车 刨 钻 磨 抛 光 螺 纹 加 工 等 此 外, 塑 料 也 可 用 激 光 截 断 打 孔 和 焊 接 接 合, 把 塑 料 件 接 合 起 来 的 方 法 有 焊 接 和 粘 接 焊 接 法 是 使 用 焊 条 的 热 风 焊 接, 使 用 热 极 的 热 熔 焊 接, 以 及 高 频 焊 接 摩 擦 焊 接 感 应 焊 接 超 声 焊 接 等 粘 接 法 可 按 所 用 的 胶 粘 剂, 分 为 熔 剂 树 脂 溶 液 和 热 熔 胶 粘 接 表 面 修 饰, 其 目 的 是 美 化 塑 料 制 品 表 面, 通 常 包 括 : 机 械 修 饰, 即 用 锉 磨 抛 光 等 工 艺, 去 除 制 件 上 毛 边 毛 刺, 以 及 修 正 尺 寸 等 ; 涂 饰, 包 括 用 涂 料 涂 敷 制 件 表 面, 用 溶 剂 使 表 面 增 亮, 用 带 花 纹 薄 膜 贴 覆 制 品 表 面 等 ; 施 彩, 包 括 彩 绘 印 刷 和 烫 印 ; 镀 金 属, 包 括 真 空 镀 膜 电 镀 以 及 化 学 法 镀 银 等 其 中 烫 印 是 在 加 热 加 压 下, 将 烫 印 膜 上 的 彩 色 铝 箔 层 ( 或 其 他 花 纹 膜 层 ) 转 移 到 制 件 上 许 多 家 用 电 器 及 建 筑 制 品 日 用 品 等, 都 用 此 法 120

130 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 121 获 得 金 属 光 泽 或 木 纹 等 图 案 装 配 是 指 用 粘 合 焊 接 以 及 机 械 连 接 等 方 法, 使 制 成 的 塑 料 件 组 装 成 完 整 制 品 的 作 业 例 如, 塑 料 型 材, 经 过 锯 切 焊 接 钻 孔 等 步 骤 组 装 成 塑 料 窗 框 和 塑 料 门 塑 料 分 类 与 制 作 塑 料 种 类 很 多, 到 目 前 为 止 世 界 上 投 入 生 产 的 塑 料 大 约 有 三 百 多 种 塑 料 的 分 类 方 法 较 多, 常 用 的 有 以 下 两 种 1. 根 据 塑 料 受 热 后 的 性 质 不 同 分 为 热 塑 性 塑 料 和 热 固 性 塑 料 热 塑 性 塑 料 分 子 结 构 都 是 线 型 结 构, 在 受 热 时 发 生 软 化 或 熔 化, 可 塑 制 成 一 定 的 形 状, 冷 却 后 又 变 硬 在 受 热 到 一 定 程 度 后 又 重 新 软 化, 冷 却 后 又 变 硬, 这 种 过 程 能 够 反 复 进 行 多 次 如 聚 氯 乙 烯 聚 乙 烯 聚 苯 乙 烯 等 热 塑 性 塑 料 成 型 过 程 比 较 简 单, 能 够 连 续 化 生 产, 并 且 具 有 相 当 高 的 机 械 强 度, 因 此 发 展 很 快 热 固 性 塑 料 的 分 子 结 构 是 体 型 结 构, 在 受 热 时 也 发 生 软 化, 可 以 塑 制 成 一 定 的 形 状, 但 受 热 到 一 定 的 程 度 或 加 入 少 量 固 化 剂 后, 就 硬 化 定 型, 再 加 热 也 不 会 变 软 和 改 变 形 状 了 热 固 性 塑 料 加 工 成 型 后, 受 热 不 再 软 化, 因 此 不 能 回 收 再 用, 如 酚 醛 塑 料 氨 基 塑 料 环 氧 树 脂 等 都 属 于 此 类 塑 料 热 固 性 塑 料 成 型 工 艺 过 程 比 较 复 杂, 所 以 连 续 化 生 产 有 一 定 的 困 难, 但 其 耐 热 性 好, 不 容 易 变 形, 而 且 价 格 比 较 低 廉 2. 根 据 塑 料 的 用 途 不 同 分 为 通 用 塑 料 和 工 程 塑 料 通 用 塑 料 是 指 产 量 大 价 格 低 应 用 范 围 广 的 塑 料, 主 要 包 括 聚 烯 烃 聚 氯 乙 烯 聚 苯 乙 烯 酚 醛 塑 料 和 氨 基 塑 料 五 大 品 种 人 们 日 常 生 活 中 使 用 的 许 多 制 品 都 是 由 这 些 通 用 塑 料 制 成 工 程 塑 料 是 可 作 为 工 程 结 构 材 料 和 代 替 金 属 制 造 机 器 零 部 件 等 的 塑 料 例 如 聚 酰 胺 聚 碳 酸 酯 聚 甲 醛 ABS 树 脂 聚 四 氟 乙 烯 聚 酯 聚 砜 聚 酰 亚 胺 等 工 程 塑 料 具 有 密 度 小, 化 学 稳 定 性 高, 机 械 性 能 良 好, 电 绝 缘 性 优 越, 加 工 成 型 容 易 等 特 点, 广 泛 应 用 于 汽 车 电 器 化 工 机 械 仪 器 仪 表 等 工 业, 也 应 用 于 宇 宙 航 行 火 箭 导 弹 等 方 面 塑 料 是 一 种 能 减 轻 质 量, 减 少 加 工 工 时, 降 低 汽 车 成 本 的 良 好 材 料, 已 用 于 制 造 多 种 汽 车 零 件 目 前 各 类 材 料 在 整 车 质 量 中 的 比 例 为 : 钢 铁 为 65%~70%, 铝 为 5%~10%, 塑 料 为 10%~15%, 玻 璃 为 2%~4%, 其 他 材 料 为 5%~15% 6.2 塑 料 加 工 工 艺 与 设 备 塑 料 成 型 法 塑 料 成 型 ( 一 次 加 工 ) 的 方 法 很 多, 主 要 有 以 下 几 种 1. 压 缩 成 型 法 用 于 热 固 性 树 脂 ( 酚 醛 尿 素 三 聚 氰 酸 胺 环 氧 不 饱 和 聚 酯 等 ) 成 型 模 型 内 充 填 经 过 计 量 的 材 料, 使 工 艺 时 间 与 材 料 的 熔 化 速 度 相 吻 合 合 型 加 热 加 压 并 保 持 一 定 时 间, 121 标 准 分 享 网 免 费 下 载

131 122 汽 车 制 造 工 艺 使 之 固 化 成 型 有 时, 为 了 提 高 成 型 效 率 和 产 品 质 量, 也 可 将 成 型 材 料 在 注 入 模 型 之 前 先 经 预 热 压 塑 成 型 用 的 主 要 设 备 是 压 机 和 塑 模 压 机 用 得 最 多 的 是 自 给 式 液 压 机, 吨 位 从 几 十 吨 至 几 百 吨 不 等 有 下 压 式 压 机 和 上 压 式 压 机 用 于 压 塑 的 模 具 称 为 压 制 模 具, 分 为 三 类 ; 溢 料 式 模 具 半 溢 料 式 模 具 和 不 溢 式 模 具 2. 注 塑 成 型 法 注 塑 是 使 用 注 塑 机 ( 或 称 注 射 机 ) 将 热 塑 性 塑 料 熔 体 在 高 压 下 注 入 到 模 具 内 经 冷 却 固 化 获 得 产 品 的 方 法 注 塑 也 能 用 于 热 固 性 塑 料 及 泡 沫 塑 料 的 成 型 注 塑 的 优 点 是 生 产 速 度 快, 效 率 高, 操 作 可 自 动 化, 能 成 型 形 状 复 杂 的 零 件, 特 别 适 合 大 量 生 产 缺 点 是 设 备 及 模 具 成 本 高, 注 塑 机 清 理 较 困 难 等 注 射 成 型 用 的 注 射 机 分 为 柱 塞 式 注 射 机 和 螺 杆 式 注 射 机 两 大 类, 由 注 射 系 统 锁 模 系 统 和 塑 模 三 大 部 分 组 成 其 成 型 方 法 可 分 为 以 下 几 种 (1) 排 气 式 注 射 成 型 排 气 式 注 射 成 型 应 用 的 排 气 式 注 射 机, 在 料 筒 中 部 设 有 排 气 口, 也 与 真 空 系 统 相 连 接, 当 塑 料 塑 化 时, 真 空 泵 可 将 塑 料 中 含 有 的 水 汽 单 体 挥 发 性 物 质 及 空 气 经 排 气 口 抽 走 ; 原 料 不 必 预 干 燥, 从 而 提 高 生 产 效 率, 提 高 产 品 质 量 特 别 适 用 于 聚 碳 酸 酯 尼 龙 有 机 玻 璃 纤 维 素 等 易 吸 湿 的 材 料 成 型 (2) 流 动 注 射 成 型 流 动 注 射 成 型 可 用 普 通 移 动 螺 杆 式 注 射 机 即 塑 料 经 不 断 塑 化 并 挤 入 有 一 定 温 度 的 模 具 型 腔 内, 塑 料 充 满 型 腔 后, 螺 杆 停 止 转 动, 借 螺 杆 的 推 力 使 模 内 物 料 在 压 力 下 保 持 适 当 时 间, 然 后 冷 却 定 型 流 动 注 射 成 型 克 服 了 生 产 大 型 制 品 的 设 备 限 制, 制 件 质 量 可 超 过 注 射 机 的 最 大 注 射 量 其 特 点 是 塑 化 的 物 件 不 是 储 存 在 料 筒 内, 而 是 不 断 挤 入 模 具 中, 因 此 它 是 挤 出 和 注 射 相 结 合 的 一 种 方 法 (3) 共 注 射 成 型 共 注 射 成 型 是 采 用 具 有 两 个 或 两 个 以 上 注 射 单 元 的 注 射 机, 将 不 同 品 种 或 不 同 色 泽 的 塑 料, 同 时 或 先 后 注 入 模 具 内 的 方 法 用 这 种 方 法 能 生 产 多 种 色 彩 和 ( 或 ) 多 种 塑 料 的 复 合 制 品, 有 代 表 性 的 共 注 射 成 型 是 双 色 注 射 和 多 色 注 射 (4) 无 流 道 注 射 成 型 模 具 中 不 设 置 分 流 道, 而 由 注 射 机 的 延 伸 式 喷 嘴 直 接 将 熔 融 料 分 注 到 各 个 模 腔 中 的 成 型 方 法 在 注 射 过 程 中, 流 道 内 的 塑 料 保 持 熔 融 流 动 状 态, 在 脱 模 时 不 与 制 品 一 同 脱 出, 因 此 制 件 没 有 流 道 残 留 物 这 种 成 型 方 法 不 仅 节 省 原 料, 降 低 成 本, 而 且 减 少 工 序, 可 以 达 到 全 自 动 生 产 (5) 反 应 注 射 成 型 反 应 注 射 成 型 的 原 理 是 将 反 应 原 材 料 经 计 量 装 置 计 量 后 泵 入 混 合 头, 在 混 合 头 中 碰 撞 混 合, 然 后 高 速 注 射 到 密 闭 的 模 具 中, 快 速 固 化, 脱 模, 取 出 制 品 它 适 于 加 工 聚 氨 酯 环 氧 树 脂 不 饱 和 聚 酯 树 脂 有 机 硅 树 脂 醇 酸 树 脂 等 一 些 热 固 性 塑 料 和 弹 性 体 目 前 主 要 用 于 聚 氨 酯 的 加 工 (6) 热 固 性 塑 料 的 注 射 成 型 粒 状 或 团 状 热 固 性 塑 料, 在 严 格 控 制 温 度 的 料 筒 内, 通 过 螺 杆 的 作 用, 塑 化 成 粘 塑 状 态, 在 较 高 的 注 射 压 力 下, 物 料 进 入 一 定 温 度 范 围 的 模 具 内 交 联 固 化 热 固 性 塑 料 注 射 成 型 除 有 物 理 状 态 变 化 外, 还 有 化 学 变 化 因 此 与 热 塑 性 塑 料 注 射 成 型 比, 在 成 型 设 备 及 加 工 工 艺 上 存 在 着 很 大 的 差 别 3. 挤 出 成 型 法 挤 出 成 型 法 即 挤 塑, 是 使 用 挤 塑 机 ( 挤 出 机 ) 将 加 热 的 树 脂 连 续 通 过 模 具, 挤 出 所 需 形 122

132 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 123 状 的 制 品 的 方 法 挤 塑 有 时 也 用 于 热 固 性 塑 料 的 成 型, 并 可 用 于 泡 沫 塑 料 的 成 型 挤 塑 的 优 点 是 可 挤 出 各 种 形 状 的 制 品, 生 产 效 率 高, 可 自 动 化 连 续 化 生 产 ; 缺 点 是 热 固 性 塑 料 不 能 广 泛 采 用 此 法 加 工, 制 品 尺 寸 容 易 产 生 偏 差 常 用 于 薄 膜 板 管 和 电 线 包 皮 的 成 型 一 般, 在 螺 旋 挤 压 机 前 端 安 装 一 块 断 面 适 合 于 制 品 形 状 要 求 的 成 型 模, 以 一 定 速 度 将 熔 融 树 脂 挤 出 随 后, 再 经 控 制 挤 出 物 断 面 形 状 的 整 形 模 冷 却 装 置 导 引 装 置 缠 绕 装 置 或 定 长 截 割 装 置 等, 加 工 为 成 品 4. 吹 塑 成 型 法 吹 塑 成 型 法 是 一 种 用 于 加 工 瓶 类 等 中 空 容 器 的 方 法 先 将 热 塑 性 树 脂 挤 出 或 注 射, 预 成 型 为 管 状 型 坯, 随 后 放 入 金 属 型 腔 内 并 吹 气, 使 之 密 贴 在 型 腔 内 壁 上, 冷 却 固 化 成 型 凡 是 熔 体 指 数 为 0.04~1.12 的 都 是 比 较 优 良 的 中 空 吹 塑 材 料, 如 聚 乙 烯 聚 氯 乙 烯 聚 丙 烯 聚 苯 乙 烯 热 塑 性 聚 酯 聚 碳 酸 酯 聚 酰 胺 醋 酸 纤 维 素 和 聚 缩 醛 树 脂 等, 其 中 以 聚 乙 烯 应 用 得 最 多 (1) 注 射 吹 塑 成 型 是 用 注 射 成 型 法 先 将 塑 料 制 成 有 底 型 坯, 接 着 再 将 型 坯 移 到 吹 塑 模 中 吹 制 成 中 空 制 品 (2) 挤 出 吹 塑 成 型 是 用 挤 出 法 先 将 塑 料 制 成 有 底 型 坯, 接 着 再 将 型 坯 移 到 吹 塑 模 中 吹 制 成 中 空 制 品 注 射 吹 塑 成 型 和 挤 出 吹 塑 成 型 的 不 同 之 处 是 制 造 型 坯 的 方 法 不 同, 吹 塑 过 程 基 本 上 是 相 同 的 吹 塑 设 备 除 注 射 机 和 挤 出 机 外, 主 要 是 吹 塑 用 的 模 具 吹 塑 模 具 通 常 由 两 瓣 合 成, 其 中 设 有 冷 却 剂 通 道, 分 型 面 上 小 孔 可 插 入 充 压 气 吹 管 (3) 拉 伸 吹 塑 成 型 拉 伸 吹 塑 成 型 是 双 轴 定 向 拉 伸 的 一 种 吹 塑 成 型, 其 方 法 是 先 将 型 坯 进 行 纵 向 拉 伸, 然 后 用 压 缩 空 气 进 行 吹 胀 达 到 横 向 拉 伸 拉 伸 吹 塑 成 型 可 使 制 品 的 透 明 性 冲 击 强 度 表 面 硬 度 和 刚 性 有 很 大 的 提 高, 适 用 于 聚 丙 烯 聚 对 苯 二 甲 酸 乙 二 醇 酯 (PETP) 的 吹 塑 成 型 拉 伸 吹 塑 成 型 包 括 : 注 射 型 坯 定 向 拉 伸 吹 塑, 挤 出 型 坯 定 向 拉 伸 吹 塑, 多 层 定 向 拉 伸 吹 塑, 压 缩 成 型 定 向 拉 伸 吹 塑 等 (4) 吹 塑 薄 膜 法 是 成 型 热 塑 性 薄 膜 的 一 种 方 法 是 用 挤 出 法 先 将 塑 料 挤 成 管, 而 后 借 助 向 管 内 吹 入 的 空 气 使 其 连 续 膨 胀 到 一 定 尺 寸 的 管 式 膜, 冷 却 后 折 叠 卷 绕 成 双 层 平 膜 塑 料 薄 膜 可 用 许 多 方 法 制 造, 如 吹 塑 挤 出 流 延 压 延 浇 铸 等, 但 以 吹 塑 法 应 用 最 广 泛 该 方 法 适 宜 于 聚 乙 烯 聚 氯 乙 烯 聚 酰 胺 等 薄 膜 的 制 造 5. 砑 光 成 型 法 砑 光 通 常 是 将 原 料 在 平 行 安 装 着 的 3~4 个 铸 钢 轧 辊 机 构 内 进 行 2~3 次 连 续 压 延 的 方 法 除 压 延 机 外, 砑 光 成 型 还 需 可 塑 化 原 料 搅 拌 机 混 练 机 开 式 研 磨 机 ( 精 练 ) 等 设 备 此 外, 还 可 用 压 花 轧 辊 将 压 延 成 的 塑 料 布 加 工 出 雅 致 的 花 纹 ; 或 是 采 用 叠 层 工 艺, 制 成 贴 附 布 衬 的 塑 料 薄 板 6. 真 空 成 型 法 真 空 成 型 的 原 理 是, 把 经 适 当 加 热 装 置 加 热 软 化 的 热 可 塑 性 树 脂 薄 板 蒙 敷 在 为 进 行 真 123 标 准 分 享 网 免 费 下 载

133 124 汽 车 制 造 工 艺 空 吸 引 而 钻 有 许 多 小 孔 的 模 型 上, 然 后 将 其 外 部 与 周 围 空 气 密 封 隔 绝, 再 从 真 空 抽 气 孔 把 模 腔 内 部 的 空 气 急 速 排 除 塑 料 薄 板 在 外 部 大 气 与 模 腔 内 真 空 压 差 作 用 下, 贴 附 在 模 壁 上 成 型, 随 后 经 喷 水 或 空 气 冷 却 脱 模 修 整, 并 将 零 件 装 配 为 成 品 与 此 相 类 似 的 方 法 是, 通 入 高 压 空 气 的 代 替 减 压, 称 为 压 气 成 型 法 7. 发 泡 成 型 法 发 泡 成 型 所 用 材 料 有 热 固 性 树 脂 或 热 塑 性 树 脂 热 塑 性 树 脂 主 要 有 聚 苯 乙 烯 ABS 树 脂 聚 烯 烃 软 质 聚 氯 乙 烯 等, 混 入 发 泡 剂 后, 使 之 发 泡 按 照 泡 孔 结 构 可 将 泡 沫 塑 料 分 为 两 类, 若 绝 大 多 数 气 孔 是 互 相 连 通 的, 则 称 为 开 孔 泡 沫 塑 料 ; 如 果 绝 大 多 数 气 孔 是 互 相 分 隔 的, 则 称 为 闭 孔 泡 沫 塑 料 开 孔 或 闭 孔 的 泡 沫 结 构 是 由 制 造 方 法 所 决 定 的 (1) 化 学 发 泡 由 特 意 加 入 的 化 学 发 泡 剂, 受 热 分 解 或 原 料 组 分 间 发 生 化 学 反 应 而 产 生 气 体, 使 塑 料 熔 体 充 满 泡 孔 化 学 发 泡 剂 在 加 热 时 释 放 出 的 气 体 有 二 氧 化 碳 氮 气 氨 气 等 化 学 发 泡 常 用 于 聚 氨 酯 泡 沫 塑 料 的 生 产 (2) 物 理 发 泡 物 理 发 泡 是 在 塑 料 中 溶 入 气 体 或 液 体, 而 后 使 其 膨 胀 或 气 化 发 泡 的 方 法 物 理 发 泡 适 应 的 塑 料 品 种 较 多 (3) 机 械 发 泡 借 助 机 械 搅 拌 方 法 使 气 体 混 入 液 体 混 合 料 中, 然 后 经 定 型 过 程 形 成 泡 孔 的 泡 沫 塑 料 此 法 常 用 于 脲 眠 甲 醛 树 脂, 其 他 如 聚 乙 烯 醇 缩 甲 醛 聚 乙 酸 乙 烯 聚 氯 乙 烯 溶 胶 等 也 适 用 制 造 汽 车 坐 垫 靠 背 安 全 垫 所 用 的 聚 氨 酯 泡 沫 塑 料 就 是 热 固 性 树 脂 聚 氨 酯 发 泡 体 基 本 上 是 导 氰 酸 酯 和 活 性 氢, 实 际 是 具 有 羟 基 的 聚 脂 或 聚 醚 的 反 应 生 成 物 通 过 改 变 聚 醚 的 种 类, 可 调 节 泡 沫 塑 料 的 硬 度, 得 到 软 质 半 硬 质 和 硬 质 三 种 塑 料 软 质 聚 氨 酯 泡 沫 塑 料 的 弹 性 极 好, 用 作 床 垫 汽 车 坐 垫 等 原 料 半 硬 质 泡 沫 塑 料 的 冲 击 吸 收 特 性 强, 适 于 制 造 安 全 保 护 用 的 汽 车 内 饰 件 硬 质 聚 氨 酯 的 绝 热 性 好, 用 作 冷 藏 库 建 筑 用 的 绝 热 材 料 加 工 生 产 线 以 注 塑 成 型 和 聚 氨 酯 发 泡 成 型 为 例, 说 明 塑 料 加 工 的 成 型 过 程 1. 注 塑 成 型 生 产 线 确 定 注 塑 成 型 车 间 平 面 布 置 时, 除 应 将 各 工 序 按 图 6.1 所 示 的 工 艺 流 程 合 理 配 置 外, 必 须 考 虑 模 型 装 卸 设 备 维 修 原 料 运 入 冷 却 水 管 排 列 产 品 运 出 等 问 题 注 塑 成 型 机, 一 般 可 按 成 型 压 力 原 料 类 别 产 品 种 类 区 分, 并 成 套 配 置, 这 样 可 提 高 设 备 利 用 率, 容 易 管 理, 并 可 节 省 工 时, 有 利 于 过 程 自 动 化 如 图 6.2 所 示 为 塑 料 加 工 生 产 线 平 面 布 置 的 一 般 情 况 注 塑 成 型 需 要 多 种 辅 助 设 备, 在 平 面 布 置 上 应 考 虑 下 述 各 点 (1) 原 料 输 送 系 统 过 去, 向 成 型 机 中 加 料 系 由 人 工 进 行, 最 近 已 采 用 气 动 输 送 如 图 6.3 所 示 (2) 冷 却 系 统 成 型 机 工 作 油 注 射 部 分 加 热 筒 和 金 属 模 型 等 的 冷 却 用 水, 可 采 用 工 业 用 水 或 地 下 水 冷 却 水 用 过 之 后, 可 以 向 外 排 放, 也 可 经 储 水 池 冷 却 塔 制 冷 装 置 冷 却 后, 循 环 使 用 工 厂 多 采 用 设 置 一 处 动 力 站 的 集 中 管 理 系 统 124

134 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 125 图 6.1 注 塑 成 型 工 艺 过 程 图 6.2 直 列 式 设 备 平 面 布 置 举 例 1 料 斗 2 常 用 料 箱 3 成 型 机 4 警 报 指 示 器 5 中 央 输 送 机 图 6.3 采 用 气 动 输 送 机 的 送 料 系 统 1 粉 碎 机 2 原 料 控 制 阀 3 真 空 管 路 4 容 器 倾 斜 机 5 程 序 控 制 阀 6 真 空 料 斗 7 材 料 供 给 线 8 真 空 装 置 (3) 模 型 搬 运 系 统 使 用 普 通 起 重 机 把 模 型 安 装 在 机 械 上 为 了 能 兼 顾 到 机 械 维 修 的 需 要, 在 平 面 布 置 阶 段 就 应 尽 量 考 虑 到 起 重 机 的 吊 运 范 围 2. 聚 氨 酯 发 泡 成 型 生 产 线 聚 氨 酯 发 泡 成 型 法 有 开 式 ( 泡 沫 塑 料 板 坯 ) 和 模 塑 式 两 种 125 标 准 分 享 网 免 费 下 载

135 126 汽 车 制 造 工 艺 (1) 开 式 ( 泡 沫 塑 料 板 坯 法 ) 把 熔 融 塑 料 浇 注 到 放 在 输 送 带 上 的 ] 形 牛 皮 纸 型 内, 使 之 自 由 发 泡, 可 制 成 尺 寸 至 50~100m 长 1.5~2.5m 宽 1.5~2m 高 的 板 坯 随 后 再 经 切 片 机 截 割 劈 开, 用 于 制 造 汽 车 内 饰 衬 垫 坐 垫 等 (2) 模 塑 式 ( 模 塑 法 ) 模 塑 法 一 般 是 先 将 金 属 模 具 放 在 运 行 着 的 输 送 带 上, 在 骨 架 放 置 和 零 件 安 装 之 后, 注 入 定 量 发 泡 树 脂, 再 经 过 一 定 时 间 发 泡 处 理, 将 成 品 从 模 型 中 取 出 如 图 6.4 所 示 为 汽 车 坐 垫 用 泡 沫 塑 料 的 模 铸 法 平 面 布 置 实 例 图 6.4 聚 氨 酯 模 铸 生 产 线 加 工 设 备 本 节 简 要 叙 述 汽 车 塑 料 件 主 要 成 型 法 中 的 两 种 注 塑 成 型 与 压 塑 成 型 所 用 的 加 工 设 备 1. 注 塑 成 型 机 树 脂 注 射 方 向 和 模 型 开 合 方 向 皆 为 水 平 者, 称 为 卧 式 注 塑 成 型 机, 皆 为 垂 直 者, 称 为 立 式 注 塑 成 型 机 卧 式 成 型 机 的 产 品 容 易 取 出, 可 以 利 用 其 自 重 下 落, 且 便 于 使 用 起 重 机 更 换 模 具, 用 途 甚 广 立 式 成 型 机 的 安 装 面 积 小, 但 在 高 度 上 受 厂 房 建 筑 限 制, 很 少 有 大 型 设 备 成 型 机 是 由 树 脂 熔 融 混 炼 ( 塑 性 化 ) 的 注 射 装 置 和 提 供 模 型 开 合 必 需 动 力 的 模 型 压 紧 装 置 等 两 部 分 组 成 注 射 装 置 有 下 列 三 种 类 型 (1) 柱 塞 式 ( 图 6.5) 为 使 塑 料 能 被 均 匀 加 热, 使 用 鱼 雷 式 分 流 梭, 称 为 鱼 雷 分 流 梭 柱 塞 式 注 射 机 图 6.5 柱 塞 式 注 射 装 置 1 模 型 2 加 热 器 3 料 斗 4 浇 口 5 鱼 雷 形 分 流 梭 6 加 热 缸 7 柱 塞 (2) 螺 旋 送 料 式 ( 图 6.6) 树 脂 在 通 过 螺 旋 沟 槽 过 程 中 加 热 熔 化 混 炼, 并 使 之 可 塑 化 126

136 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 127 图 6.6 螺 旋 送 料 式 注 塑 成 型 机 1 充 液 阀 2 模 型 压 紧 油 缸 3 模 型 压 紧 侧 油 管 4 油 罐 5 液 面 针 6 模 型 压 紧 控 制 装 置 7 衬 垫 8 移 动 模 板 9 拉 杆 10 安 全 门 11 运 转 操 作 箱 12 固 定 模 板 13 拉 杆 螺 帽 14 螺 旋 送 料 缸 15 喷 嘴 接 触 缸 16 料 斗 17 注 射 托 架 18 螺 旋 驱 动 齿 轮 箱 19 螺 旋 驱 动 电 动 机 20 计 量 控 制 装 置 21 注 射 控 制 装 置 22 注 射 缸 23 中 间 台 24 注 射 侧 框 架 25 液 面 计 26 注 射 速 度 调 整 阀 27 压 力 调 整 阀 28 冷 却 水 调 整 阀 29 中 间 框 架 30 微 动 阀 31 模 型 压 紧 框 架 (3) 预 混 式 ( 图 6.7) 原 料 可 塑 化 与 注 射 分 别 在 两 个 缸 中 进 行, 可 塑 化 效 率 高, 注 射 时 的 压 力 损 失 少 模 型 闭 合 压 紧 装 置 大 致 可 分 为 下 列 两 种 1 连 杆 式, 以 一 组 连 杆 机 构 和 油 缸 直 接 结 合, 将 模 型 闭 合 压 紧 2 油 压 滑 块 式, 以 油 压 驱 动 模 塑 开 合, 具 有 升 压 撞 锤 式 辅 助 油 缸 式 键 楔 闭 锁 式 等 数 种 图 6.7 预 混 式 注 射 装 置 1 止 逆 阀 2 减 速 装 置 3 注 射 冲 程 4 注 射 柱 塞 2. 压 塑 成 型 机 模 型 闭 合 压 紧 机 构 乃 是 热 固 性 树 脂 成 型 广 泛 使 用 的 压 塑 成 型 机 的 主 要 部 分, 目 前 普 遍 采 用 油 缸 装 置 这 种 设 备 的 投 资 少, 且 在 较 小 的 模 型 压 紧 吨 位 作 用 下, 可 生 产 大 型 塑 料 件 此 外, 为 了 提 高 生 产 率, 也 可 采 用 滑 块 式 固 定 成 型 机 和 回 转 式 压 塑 成 型 机 玻 璃 纤 维 增 强 塑 料 成 型 机 属 于 压 塑 成 型 机 类 别, 特 别 为 了 大 型 产 品, 正 在 研 制 配 有 偏 心 载 荷 和 速 度 控 制 装 置 的 玻 璃 纤 维 增 强 塑 料 专 用 压 塑 成 型 机 127 标 准 分 享 网 免 费 下 载

137 128 汽 车 制 造 工 艺 6.3 零 件 精 度 树 脂 零 件 在 其 成 型 过 程 中, 受 到 热 与 压 力 等 外 部 条 件 作 用, 将 发 生 塑 料 本 身 的 固 有 收 缩 和 零 件 形 状 与 成 型 条 件 所 引 起 的 收 缩 此 外, 零 件 成 型 后 还 会 因 时 效 作 用 发 生 尺 寸 变 化 起 因 于 成 型 的 变 形 1. 热 的 收 缩 由 于 零 件 出 模 温 度 和 室 温 的 差 异, 因 热 膨 胀 而 发 生 尺 寸 变 化, 其 值 随 成 型 温 度 与 材 料 的 热 膨 胀 系 数 而 异 2. 弹 性 恢 复 零 件 在 模 膛 内 处 于 压 应 力 状 态, 出 模 后 因 压 力 消 失 而 引 起 尺 寸 变 化, 其 值 随 压 力 大 小 和 材 料 的 弹 性 系 数 而 异 3. 挥 发 物 质 的 发 散 在 酚 醛 树 脂 三 聚 氰 酰 胺 树 脂 尿 素 树 脂 尼 龙 树 脂 等 塑 料 中 含 有 水 分 等 易 挥 发 物 质, 由 于 与 外 界 大 气 间 的 平 衡 变 化, 发 生 水 分 的 吸 收 与 蒸 发, 引 起 零 件 尺 寸 变 动 塑 料 成 型 收 缩 率 的 一 般 情 况 见 表 6-3 表 6-3 成 型 收 缩 率 树 脂 类 型 丙 烯 酸 酯 类 树 脂 ABS 树 脂 聚 酰 胺 树 脂 聚 碳 酸 树 脂 聚 乙 烯 树 脂 聚 丙 烯 树 脂 聚 苯 乙 烯 树 脂 收 缩 率 0.002~ ~ ~ ~ ~ ~ ~ 起 因 于 时 效 的 变 形 应 力 变 化 成 型 时 的 热 能 与 力 能 的 一 部 分 以 内 应 力 状 态 残 存 于 零 件 中, 此 外, 在 形 状 复 杂 的 零 件 内, 还 因 壁 厚 差 异 导 致 冷 却 收 缩 不 均 匀, 也 会 形 成 应 力 这 些 应 力 随 停 放 时 间 的 延 长, 逐 渐 减 弱 2. 固 化 反 应 的 进 行 在 热 固 性 树 脂 中 发 生 的 现 象, 是 因 成 型 时 热 或 塑 化 剂 的 化 学 变 化 尚 未 完 成, 部 分 继 续

138 进 行 固 化 所 致, 其 情 况 如 图 6.8 所 示 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 129 图 6.8 固 化 时 间 与 收 缩 率 的 关 系 ( 酚 醛 树 脂 PM EG120 ) 3. 挥 发 份 的 放 出 成 型 原 料 中 所 含 的 水 分 大 部 保 留 在 成 品 内, 由 于 水 分 逐 渐 蒸 发, 引 起 体 积 收 缩 4. 结 晶 过 程 的 进 行 聚 乙 烯 树 脂 聚 丙 烯 树 脂 聚 酰 胺 树 脂 等 结 晶 性 树 脂, 如 果 成 型 时 结 晶 过 程 尚 未 完 成, 成 型 后 将 继 续 进 行 结 晶 6.4 塑 料 成 型 用 模 型 模 型 设 计 机 械 材 料 与 模 型 乃 是 塑 料 成 型 的 三 个 要 素 其 中, 若 机 械 与 材 料 已 经 预 先 确 定, 可 以 认 为, 产 品 质 量 决 定 于 模 型 模 型 设 计 的 要 点 如 下 所 述 1. 尺 寸 在 确 定 模 膛 尺 寸 时, 应 计 入 成 品 收 缩 率 进 而 确 定 拔 模 角 度 壁 厚 和 加 强 筋 的 位 置 2. 产 品 价 值 为 了 获 得 必 要 的 产 品 质 量, 应 确 定 模 膛 的 表 面 精 度 分 模 面 位 置 浇 口 位 置 和 产 品 顶 出 位 置 3. 生 产 周 期 生 产 周 期 因 冷 却 与 加 热 方 法 产 品 壁 厚 浇 口 位 置 而 异, 应 予 考 虑 4. 模 具 寿 命 因 模 具 材 料 与 热 处 理 条 件 而 异 由 于 经 常 施 加 大 的 模 具 压 紧 力 和 高 的 模 膛 内 压 力, 必 须 进 行 模 具 强 度 分 析 129 标 准 分 享 网 免 费 下 载

139 130 汽 车 制 造 工 艺 5. 工 艺 性 必 须 便 于 模 具 镶 块 成 型 时 的 原 料 投 入 与 成 品 取 出 此 外, 还 应 考 虑 分 模 面 和 浇 口 位 置, 以 利 于 毛 边 清 理 与 浇 口 去 除 6. 加 工 性 与 精 度 为 了 便 于 模 具 加 工, 应 将 模 具 适 当 分 隔, 并 作 沉 割 同 时 必 须 考 虑 加 工 精 度, 以 保 证 产 品 精 度 和 模 具 的 必 要 动 作 根 据 上 述 原 则 设 计 塑 料 成 型 模 以 下 分 别 叙 述 压 塑 成 型 模 注 塑 成 型 模 与 挤 塑 成 型 模 的 设 计 构 造 一 般 来 说, 金 属 模 由 钢 材 制 成 (1) 压 塑 成 型 模 基 本 情 况 如 图 6.9 所 示, 可 分 为 三 种 类 型 一 般 广 泛 使 用 半 压 入 型 (a) 平 压 型 (b) 压 入 型 (c) 半 压 入 型 图 6.9 压 塑 成 型 模 的 三 种 类 型 (2) 注 塑 成 型 模 在 塑 料 成 型 方 法 中, 注 塑 成 型 法 是 用 于 制 造 最 复 杂 产 品 的 一 种 方 法 因 此, 所 用 模 具 的 复 杂 程 度 和 精 度 也 高 其 一 般 构 造 如 图 6.10 所 示 图 6.10 压 塑 成 型 模 1 浇 口 衬 套 (JISB5112) 2 定 位 环 (JISB5111) 3 固 定 侧 安 装 板 4 固 定 侧 型 板 (JISB5106) 5 芯 子 6 探 出 销 钉 (JISB5108) 7 可 动 侧 型 板 (JISB5106) 8 托 板 (JISB5106) 9 调 整 垫 块 10 探 出 板 上 11 探 出 板 下 12 可 动 侧 安 装 板 13 导 销 垫 套 (JISB5110) 14 导 销 (JISB5107) 15 浇 口 锁 销 16 同 程 销 (JISB5109) (3) 挤 塑 成 型 模 直 接 装 在 挤 塑 机 上 由 于 背 压 和 整 流 的 需 要, 其 间 设 置 滤 网 与 遮 板, 如 图 6.11 所 示 130

140 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 131 图 6.11 挤 塑 成 型 模 1 缸 筒 2 螺 杆 3 滤 网 4 遮 板 5 十 字 架 6 模 型 模 型 制 造 塑 料 模 用 料 大 部 分 是 钢 如 同 冷 冲 模 与 压 铸 模 一 样, 模 具 制 造 一 般 以 切 削 加 工 为 主 模 具 的 主 要 部 位 模 膛 的 加 工 过 程 如 下 1. 模 膛 加 工 一 般 来 说, 在 靠 模 铣 床 上 进 行 仿 形 加 工 可 用 人 工 操 纵 的 小 型 靠 模 铣 床, 也 可 用 大 型 靠 模 铣 床 此 外, 所 用 的 特 殊 加 工 方 法 有, 冷 挤 压 制 模 法 肖 氏 精 密 铸 造 法 电 极 沉 积 铸 造 法, 电 火 花 加 工 法 等 数 种 2. 模 膛 精 加 工 继 仿 形 加 工 后, 进 行 模 膛 精 加 工 的 手 工 作 业, 其 顺 序 是, 碘 化 硅 氧 化 锡 砂 轮 磨 削, 砂 纸 打 磨, 油 面 打 磨, 橡 皮 砂 轮 研 磨, 金 刚 石 抛 光 剂 研 磨 抛 光 根 据 模 膛 的 精 度 要 求, 确 定 最 后 加 工 至 哪 道 工 序 为 止 6.5 在 汽 车 中 的 应 用 及 汽 车 用 塑 料 的 发 展 趋 势 保 险 杠 保 险 杠 是 汽 车 上 较 大 的 外 覆 盖 件 之 一, 作 为 一 个 独 立 的 总 成 安 装 在 汽 车 上, 它 对 车 辆 的 安 全 防 护 造 型 效 果 空 气 动 力 性 等 有 着 较 大 的 影 响 其 作 用 有 两 方 面 : 保 护 作 用, 当 汽 车 与 其 他 车 辆 或 障 碍 物 发 生 碰 撞 时, 避 免 损 伤 车 身 和 附 件 ; 装 饰 作 用 因 此, 国 内 外 十 分 重 视 保 险 杠 的 研 究 特 别 是 轿 车 保 险 杠, 众 多 厂 家 更 是 追 求 造 型 优 美 结 构 独 特 和 由 不 同 材 料 组 合 而 成 的 新 型 保 险 杠 功 能 齐 全 的 保 险 杠 还 可 为 汽 车 厂 家 带 来 可 观 的 经 济 效 益 此 外, 为 了 降 低 成 本 和 油 耗, 汽 车 轻 量 化 要 求 越 来 越 高, 密 度 较 小 防 腐 性 能 更 好 的 塑 料 材 料 在 汽 车 保 险 杠 上 的 用 量 正 在 逐 年 递 增 图 6.12 所 示 为 保 险 杠 的 结 构 示 意 图 这 种 结 构 形 式 的 保 险 杠 由 横 杠 侧 角 ( 有 的 无 侧 角 ) 和 托 架 组 成 横 杠 断 面 为 H 形, 内 侧 装 有 加 强 件, 用 螺 钉 和 U 形 件 固 定 在 一 起, 以 增 加 横 杠 的 强 度 和 刚 度 横 杠 通 过 托 架 装 到 车 架 或 车 身 支 撑 梁 上 塑 料 用 作 汽 车 保 险 杠 具 有 以 下 的 优 势 : 质 量 轻, 成 本 低, 可 循 环 利 用, 设 计 自 由 度 高, 安 全 性 能 好, 冲 击 韧 性 好, 成 型 容 易 131 标 准 分 享 网 免 费 下 载

141 132 汽 车 制 造 工 艺 图 6.12 保 险 杠 结 构 1 横 杠 2 侧 角 3 横 杠 内 侧 加 强 件 4 托 架 1. 汽 车 保 险 杠 的 类 别 汽 车 保 险 杠 按 位 置 可 分 为 前 保 险 杠 和 后 保 险 杠 按 其 使 用 的 材 料, 可 分 为 金 属 材 料 保 险 杠 和 非 金 属 材 料 保 险 杠 金 属 材 料 保 险 杠 一 般 用 高 强 度 钢 板 冲 压 而 成 这 种 钢 板 既 有 较 高 的 强 度, 又 有 良 好 的 冲 压 性 能, 与 一 般 热 轧 钢 板 相 比, 其 厚 度 可 以 减 薄, 从 而 降 低 材 料 消 耗 和 减 轻 质 量 如 使 用 含 磷 高 强 度 冲 压 钢 板, 与 普 通 钢 板 相 比, 强 度 提 高 约 15%~30%, 厚 度 减 薄 10% 左 右 金 属 材 料 保 险 杠 一 般 用 于 客 车 和 货 车 非 金 属 材 料 保 险 杠 采 用 模 压 塑 料 板 材 改 性 PP 材 料, 也 可 用 玻 璃 纤 维 增 强 塑 料, 这 些 材 料 的 机 械 性 能 接 近 冷 轧 钢 板, 密 度 仅 为 钢 材 1/5 非 金 属 材 料 保 险 杠 一 般 用 于 轿 车 按 其 功 能, 可 分 为 非 吸 能 型 保 险 杠 和 吸 能 型 保 险 杠 1) 非 吸 能 型 保 险 杠 非 吸 能 型 是 一 种 最 简 单 的 结 构 性 形 式 这 种 保 险 杠 只 起 装 饰 作 用, 不 起 保 护 作 用 当 发 生 追 尾 撞 车 和 车 头 相 撞 事 故 时, 该 类 型 的 塑 料 保 险 杠 没 有 足 够 的 强 度 和 刚 度 来 抵 御 强 烈 的 碰 撞, 不 起 保 护 作 用, 将 导 致 轿 车 翼 子 板 开 裂, 散 热 器 和 灯 具 严 重 损 坏, 客 车 则 损 坏 前 围 重 者 损 坏 挡 风 玻 璃, 方 向 盘 和 仪 表 板 发 生 严 重 变 形, 甚 至 对 驾 驶 员 构 成 致 命 伤 害 2) 吸 能 型 保 险 杠 吸 能 型 保 险 杠 又 可 分 为 液 压 缓 冲 型 保 险 杠 和 自 身 吸 能 型 保 险 杠 (1) 液 压 缓 冲 型 保 险 杠 这 类 保 险 杠 如 图 6.13 所 示 横 杠 内 侧 加 强 件 通 过 橡 胶 垫 与 液 压 缓 冲 减 振 器 的 活 塞 杆 相 连 接, 活 塞 杆 为 空 心 结 构, 内 装 有 浮 动 活 塞, 活 塞 将 其 分 隔 成 左 右 两 腔, 左 腔 充 满 氮 气, 右 腔 充 满 机 械 油, 活 塞 杆 外 圆 柱 面 与 液 压 缸 内 圆 柱 面 滑 动 配 合, 液 压 缸 内 的 机 械 油 与 活 塞 杆 右 腔 相 通, 当 汽 车 与 障 碍 物 碰 撞 时, 保 险 横 杠 受 到 的 冲 击 力 传 到 活 塞 杆 上, 活 塞 杆 端 部 向 右 移 动, 挤 压 机 械 油 按 箭 头 所 示 方 向 经 节 流 孔 压 向 活 塞 杆 右 腔, 推 动 浮 动 活 塞 向 左 移 动, 并 使 氮 气 受 到 压 缩 这 样, 利 用 机 械 油 通 过 节 流 孔 时 的 黏 性 阻 力 吸 收 撞 击 能 量, 吸 收 能 量 的 效 率 高 达 80% 这 类 油 气 弹 簧 式 的 缓 冲 减 振 器 有 效 地 利 用 了 气 体 缓 冲 液 体 节 流 减 振 的 工 作 方 式, 工 作 特 性 比 较 稳 定 撞 后 被 压 缩 的 气 体 能 推 动 浮 动 活 塞 运 动, 使 保 险 杠 复 位 液 压 缸 后 部 的 塑 性 变 形 元 件 为 第 二 级 变 形 元 件, 一 旦 冲 撞 力 超 过 了 某 一 极 限, 活 塞 杆 的 端 部 直 接 顶 上 该 变 形 元 件 ( 空 心 钢 管 类 ) 使 其 变 形 吸 能 缓 冲 减 振 器 作 为 一 个 总 成 直 接 用 螺 栓 安 装 到 车 身 纵 梁 上, 变 形 元 件 的 右 端 则 顶 在 纵 梁 的 内 台 阶 上 低 速 撞 车 时 缓 冲 减 振 器 本 身 缓 冲 吸 能, 不 会 损 坏 车 身, 撞 后 保 险 杠 系 统 能 自 动 恢 复 原 状 较 严 重 撞 车 时 损 坏 的 缓 冲 减 振 器 总 成 可 很 方 便 地 更 换, 极 为 有 效 地 降 低 了 修 车 成 本 132

142 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 133 图 6.13 液 压 缓 冲 型 保 险 杠 (2) 自 身 吸 能 型 通 常 由 横 杠 内 衬 加 强 件 和 树 脂 类 泡 沫 填 料 等 组 成 碰 撞 时 利 用 泡 沫 材 料 或 非 金 属 内 衬 元 件 的 变 形 吸 收 能 量 此 类 结 构 多 用 于 中 低 档 轿 车 3) 带 安 全 气 囊 型 保 险 杠 目 前 国 外 在 研 究 一 种 带 安 全 气 囊 的 汽 车 保 险 杠, 它 是 在 汽 车 与 行 人 发 生 正 面 碰 撞 的 紧 急 状 态 下 使 行 人 免 受 伤 害 或 减 轻 伤 害 的 被 动 安 全 装 置 该 装 置 由 传 感 器 充 气 泵 和 气 囊 等 部 件 组 成, 并 集 中 装 入 保 险 杠 内 在 行 人 触 及 保 险 杠 的 瞬 间, 保 险 杠 内 藏 推 板 迅 速 落 下, 阻 止 行 人 被 撞 后 倒 在 车 底 下 同 时, 装 在 保 险 杠 上 的 传 感 器 被 触 发, 点 火 回 路 导 通, 闪 动 火 花, 引 燃 充 气 泵 内 气 体 发 生 器 的 固 体 燃 料, 燃 料 燃 烧 释 放 出 大 量 的 氮 气, 并 达 到 约 1000 的 高 温, 气 体 通 过 冷 却 器 降 温 后, 进 入 过 滤 器, 经 过 滤 后 的 清 洁 气 体 迅 速 充 入 内 藏 的 楔 状 气 囊, 使 其 向 前 张 开, 托 起 被 碰 撞 的 行 人 与 此 同 时, 保 险 杠 两 侧 的 翼 状 气 囊 充 气 后 向 两 侧 举 升, 防 止 行 人 滚 落 到 公 路 上, 并 控 制 汽 车 实 施 紧 急 制 动 国 外 用 假 人 模 拟 试 验 测 得 传 感 器 检 测 行 人 撞 车 信 号 的 响 应 时 间 为 20ms, 点 火 时 间 为 2ms, 气 体 开 始 排 出 时 间 为 3ms, 气 囊 充 气 膨 胀 时 间 为 30ms, 累 计 时 间 为 55ms, 整 个 过 程 是 在 极 短 的 时 间 内 完 成 的, 撞 车 当 事 人 几 乎 无 法 察 觉 ( 人 的 反 应 时 间 约 为 0.25s) 待 人 明 白 发 生 撞 车 事 故 时, 撞 车 已 经 结 束 了 在 撞 车 事 故 中 不 可 能 本 能 地 保 护 自 己, 靠 这 种 新 型 的 被 动 安 全 装 置 可 减 轻 伤 害 塑 料 保 险 杠 按 软 硬 程 度 可 分 为 两 大 类 一 类 是 软 质 保 险 杠, 一 般 采 用 反 应 注 射 成 型 聚 氨 酯 (RIM), 该 保 险 杠 吸 收 冲 击 能 高, 但 价 格 较 高, 适 用 于 高 档 汽 车 ; 另 一 类 是 普 通 汽 车 使 用 的 硬 质 保 险 杠, 主 要 是 采 用 改 性 PP 注 射 成 型 的 表 6-4 列 出 了 常 用 塑 料 保 险 杠 品 种 及 其 特 性 由 于 汽 车 工 业 飞 速 发 展, 汽 车 数 量 与 日 俱 增, 不 可 避 免 地 要 发 生 汽 车 交 通 事 故 为 了 把 这 种 事 故 减 少 到 最 低 限 度, 世 界 各 国 除 了 开 发 汽 车 被 动 安 全 装 置 以 外, 还 在 积 极 研 制 多 功 能 型 的 保 险 杠 这 种 保 险 杠 不 仅 起 到 装 饰 和 美 化 汽 车 的 作 用, 更 重 要 的 是 起 安 全 保 护 作 用 因 此, 这 种 实 用 型 的 保 险 杠 具 有 广 阔 的 发 展 前 景, 有 待 于 更 深 入 的 研 究 和 开 发 表 6-4 常 用 塑 料 保 险 杠 品 种 及 其 特 性 品 种 保 险 杠 特 性 使 用 例 子 1 软 饰 丰 田 重 工 RIM 聚 氨 酯 保 险 杠 2 耐 冲 击 性 能 好 日 产 3 弹 性 好 安 装 方 便 三 菱 重 工 EPR 保 险 杠 福 特 特 性 几 乎 和 RIM 保 险 杠 相 同 (EPDM) 伏 克 斯 瓦 根 材 料 成 本 1 顺 序 1 衬 钢 板 2 衬 钢 板 刚 性 支 持 方 法 133 标 准 分 享 网 免 费 下 载

143 134 汽 车 制 造 工 艺 品 种 保 险 杠 特 性 使 用 例 子 改 性 PP 保 险 杠 注 :1 1( 高 ) 4( 低 ) 2. 汽 车 保 险 杠 的 质 量 要 求 1 作 为 树 脂 的 本 身, 具 有 回 复 力 2 可 取 代 EPR 3 不 用 金 属 衬 板 可 以 保 持 刚 性 4 成 本 低 本 田 科 研 菲 亚 特 伏 克 斯 瓦 根 雷 诺 日 产 东 洋 工 业 丰 田 重 工 材 料 成 本 1 顺 序 取 代 EPR 保 险 杠 3 衬 钢 板 4 续 表 刚 性 支 持 方 法 靠 塑 料 本 身 的 刚 性 支 持 保 险 杠 系 统 是 轿 车 车 身 的 重 要 组 成 部 分 其 作 用 为 当 轿 车 与 其 他 车 辆 或 障 碍 物 发 生 碰 撞 时 能 保 护 车 身 和 附 件, 具 体 说 就 是 保 护 翼 子 板 散 热 器 发 动 机 罩 和 灯 具 等 部 件 轻 微 事 故 时 保 险 杠 系 统 能 吸 收 冲 击 能 量, 撞 后 自 动 恢 复 原 状, 有 效 地 降 低 了 轿 车 的 修 理 费 用 遇 上 严 重 的 撞 车 事 故 时, 冲 击 力 经 保 险 横 杠 被 合 理 导 向 分 散 给 整 个 车 身, 以 避 免 局 部 区 域 变 形 过 大, 保 证 乘 客 有 足 够 的 生 存 空 间 轿 车 保 险 杠 的 附 加 功 能 是 装 饰 和 美 化 车 身, 优 美 的 保 险 杠 造 型 常 能 达 到 吸 引 顾 客 之 功 效 随 着 世 界 各 国 对 车 辆 行 驶 安 全 的 重 视, 许 多 国 家 均 制 定 了 相 关 安 全 法 规 中 国 对 保 险 杠 也 制 定 了 相 应 的 标 准 国 家 标 准 客 车 通 用 技 术 条 件 中 规 定 : 客 车 应 装 前 保 险 杠, 并 应 有 在 车 速 为 3km/h, 先 碰 上 坚 硬 障 碍 物 而 不 得 损 伤 车 身 的 效 能 JB 汽 车 保 险 杠 的 位 置 和 尺 寸 对 汽 车 保 险 杠 试 验 障 碍 物 的 尺 寸 和 质 量 也 做 了 明 确 的 规 定 : 试 验 用 障 壁 的 总 有 效 质 量 不 小 于 40t, 基 础 应 牢 固, 最 小 尺 寸 长 3.2m 高 1.5m 厚 lm 的 一 面 钢 筋 混 凝 土 短 壁 这 些 严 格 的 法 规 规 定 保 险 杠 的 安 全 保 险 功 能 放 在 首 位, 在 此 前 提 下 再 考 虑 装 饰 性 于 是, 安 全 型 保 险 杠 的 研 究 和 开 发 成 为 各 国 汽 车 工 业 的 热 点 之 一 它 代 表 了 今 后 一 段 时 期 世 界 各 国 汽 车 保 险 杠 的 发 展 趋 势 表 6-5 列 出 了 汽 车 PP 保 险 杠 要 求 的 特 性 和 树 脂 必 要 特 性, 表 6-6 列 出 了 桑 塔 纳 轿 车 保 险 杠 专 用 料 的 一 般 技 术 要 求 表 6-5 PP 保 险 杠 要 求 特 性 和 树 脂 必 要 特 性 保 险 杠 要 求 特 性 树 脂 必 要 特 性 树 脂 改 性 方 法 在 低 速 下 发 生 冲 撞 时, 能 防 止 车 辆 损 伤 高 冲 击 强 度 EPR 改 性 PP 外 观 : 设 计 自 由 不 发 生 热 变 形 对 环 境 不 敏 感 耐 划 伤 裂 纹 缩 孔 流 动 性 好 耐 热 耐 化 学 药 品 性 能 好 表 面 硬 度 高 耐 老 化 性 能 好 耐 磨 性 能 好 基 础 树 脂 流 动 性 能 好 无 机 填 充 剂 增 强 加 UV 稳 定 剂 刚 性 好 刚 性 好 无 机 填 充 剂 增 强 涂 漆 性 能 好 无 机 填 充 剂,EPR 改 性 134

144 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 135 表 6-6 桑 塔 纳 轿 车 保 险 杠 专 用 料 的 技 术 要 求 项 目 技 术 指 标 密 度 /g cm ~0.92 熔 体 流 动 速 率 (230,50N)/ g.(10min) -1 7~20 拉 伸 强 度 /MPa 14 伸 长 率 /(%) ~63 弯 曲 强 度 /MPa 球 压 硬 度 /MPa 28±4 缺 口 冲 击 强 度 23 /J m -1 不 断 裂 热 变 形 温 度 / 100 耐 热 性 90 24h, 完 整 的 成 品 件 不 允 许 有 变 化, 尺 寸 变 化 0.5% 耐 低 温 性 h, 完 整 的 成 品 件 用 800g 钢 球 从 65cm 高 度 落 下, 要 求 成 品 件 不 出 现 任 何 损 伤 耐 燃 烧 性 230mm 90mm 产 品 厚 度 ( 单 位 mm), 在 燃 烧 箱 里 垂 直 燃 烧, 要 求 自 动 熄 火 耐 气 候 老 化 性 在 人 工 气 候 老 化 箱 中 试 验 3000h 后, 不 允 许 有 粉 化 裂 纹 颜 色 等 的 外 观 变 化 汽 车 保 险 杠 是 一 种 表 面 积 较 大 形 状 复 杂 的 薄 壁 大 型 结 构 部 件, 各 国 对 汽 车 塑 料 保 险 杠 均 制 定 了 相 关 安 全 技 术 标 准 因 此 对 保 险 杠 材 料 而 言, 不 仅 要 求 具 有 优 异 的 高 低 温 冲 击 韧 性 刚 性 耐 老 化 性 耐 热 性 耐 寒 性, 还 应 具 有 耐 汽 油 润 滑 油 油 漆 等 性 能 保 险 杠 用 材 料 的 性 能 要 求 如 下 所 述 (1) 在 较 宽 的 温 度 范 围 内 刚 性 高 抗 冲 击 性 能 好 (2) 尺 寸 稳 定 性 好 (3) 耐 溶 剂 性 好 (4) 不 喷 涂 的 情 况 下 耐 候 性 好 (5) 涂 装 性 好 (6) 大 型 件 的 成 型 方 便 近 年 来, 随 着 PP 复 合 技 术 和 塑 料 成 型 加 工 技 术 的 进 展, 使 用 改 性 PP 材 料 生 产 的 保 险 杠 已 占 70% 改 性 PP 保 险 杠 具 有 成 本 低 质 量 轻 可 循 环 再 利 用 等 优 势, 用 量 正 逐 渐 增 大, 并 正 取 代 其 他 各 种 类 型 的 保 险 杠 1976 年, 意 大 利 菲 亚 特 公 司 采 用 德 国 赫 斯 特 公 司 PP 与 E/P 共 聚 物 的 共 混 料 制 作 出 世 界 上 第 一 副 保 险 杠, 并 使 用 在 FIAT 126 型 轿 车 上 此 后, PP 作 为 一 种 物 美 价 廉 的 新 型 通 用 塑 料 在 汽 车 领 域 内 广 泛 应 用 中 国 车 用 保 险 杠 市 场 潜 力 巨 大, 所 以 国 内 许 多 汽 车 厂 家 和 树 脂 研 究 开 发 机 构 在 这 方 面 做 了 许 多 工 作 目 前, 国 内 生 产 保 险 杠 料 的 方 法 大 都 采 用 均 聚 PP 或 共 聚 PP, 然 后 加 入 过 氧 化 物 调 节 相 对 分 子 质 量, 与 EPDM 共 混 挤 出 造 粒, 制 得 用 于 工 业 化 生 产 的 保 险 杠 专 用 料 如 中 国 科 学 院 应 化 所 采 用 EPDM 增 韧 剂, 在 原 料 中 加 入 二 异 丙 苯 类 过 氧 化 物, 再 使 橡 胶 形 135 标 准 分 享 网 免 费 下 载

145 136 汽 车 制 造 工 艺 成 微 交 联 结 构, 同 时 橡 胶 相 与 塑 料 相 之 间 形 成 一 定 程 度 的 共 交 联 结 构, 材 料 的 拉 伸 强 度 明 显 提 高 通 过 加 入 滑 石 粉 碳 酸 钙 等 无 机 填 料, 确 保 了 材 料 的 弯 曲 强 度 热 变 形 温 度 和 硬 度 等 指 标 不 下 降 国 内 研 制 PP 保 险 杠 材 料 的 主 要 单 位 有 : 北 京 化 工 研 究 院 中 国 科 学 院 化 学 所 中 国 科 学 院 长 春 应 用 化 学 所 扬 子 石 化 公 司 研 究 院 燕 山 石 化 公 司 北 京 化 工 大 学 金 陵 石 化 公 司 清 华 大 学 华 东 理 工 大 学 等 表 6-7 列 出 了 他 们 生 产 或 研 制 的 可 供 制 作 汽 车 保 险 杠 的 PP 材 料 的 技 术 指 标, 表 6-8 列 出 了 国 外 PP 汽 车 保 险 杠 专 用 料 的 技 术 指 标 表 6-7 国 内 汽 车 PP 保 险 杠 专 用 料 的 技 术 指 标 北 京 化 工 扬 子 石 化 中 科 院 化 学 所 性 能 研 究 院 公 司 YZA 5 KH UHTPP1 密 度 /g cm ~ 中 科 院 化 学 所 KH UHTPP2 中 科 院 长 春 应 化 所 熔 体 流 动 速 率 / ~6.0 2~4 5~7 4~6 g (10min) -1 拉 伸 强 度 /MPa 19 > ~28 伸 长 率 /(%) >360 > ~800 弯 曲 强 度 /MPa ~21 弹 性 模 量 /MPa ~900 缺 口 冲 击 强 度 /J m -1 (23 ) (-30 ) >600 >600 热 变 形 温 度 / 洛 氏 硬 度 HR 60 收 缩 率 /(%) 0.95~ (0.1) 性 能 清 华 大 学 燕 山 石 化 公 司 金 陵 石 化 密 度 /g cm 辽 阳 化 纤 600~750 90~120 岳 阳 石 化 熔 体 流 动 速 率 / ~10 g (10min) ~ 华 东 理 工 大 学 拉 伸 强 度 /MPa 13~ ~ 伸 长 率 /(%) 200~ ~600 弯 曲 强 度 /MPa 19~ ~28 28 弹 性 模 量 /MPa 缺 口 冲 击 强 度 /J m -1 (23 ) ~50 (-30 ) 热 变 形 温 度 / ~125 洛 氏 硬 度 R 65 不 断 898 收 缩 率 /(%)

146 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 137 表 6-8 国 外 PP 汽 车 保 险 杠 专 用 料 的 技 术 指 标 厂 商 及 牌 号 熔 体 流 动 速 率 / g (10min) -1 拉 伸 强 度 /MPa 伸 长 率 /(%) 弯 曲 强 度 缺 口 冲 击 强 度 /J m -1 /MPa 热 变 形 温 度 / 洛 氏 硬 度 /HR 收 缩 率 /(%) Amoco 公 司 > > Montedison 公 司 SP32G SP25G SP25/IG SP150G SP25 GN SP200G 日 本 三 菱 油 化 1.7~2.2 15~33 200~760 19~ ~98 日 本 三 井 油 化 NoblenBP B > 不 破 坏 ~1.1 NoblenBP BM > 不 破 坏 ~1.2 NoblenBP A > 不 破 坏 ~1.1 BASF Novolen2500hx Novolen2800jx 不 断 Hoechst PPNVP 不 断 不 断 PPNVP PPNVP 荷 兰 DSM 公 司 不 断 NS HimutSP > 除 PP 外, 目 前 用 作 汽 车 保 险 杠 的 材 料 主 要 有 PC PC/PBT 聚 对 苯 二 甲 酸 丁 二 醇 酯 TPO ( 聚 烯 烃 类 热 塑 性 弹 性 体 ) PU(RIM) PU(R-RIM) 及 改 性 复 合 材 料 等 日 本 在 塑 料 保 险 杠 的 开 发 方 面 处 于 世 界 的 前 列, 日 本 本 田 CR-X 型 汽 车 在 世 界 上 较 早 采 用 注 射 模 塑 法 改 性 汽 车 保 险 杠 日 产 汽 车 公 司 和 三 菱 油 化 公 司 也 研 制 了 由 PP 嵌 段 共 聚 物 苯 乙 烯 弹 性 体 和 聚 烯 烃 系 乙 丙 橡 胶 三 种 组 分 配 制 的 新 材 料 制 作 的 保 险 杠 用 该 体 系 生 产 的 保 险 杠 具 有 高 刚 性 抗 冲 击 性 抗 损 伤 并 具 有 良 好 的 光 泽 弹 性 和 涂 装 性 将 保 险 杠 装 车 后, 在 8km/h 受 冲 撞 时 可 不 碎 裂, 并 具 有 可 复 原 的 弹 性 这 种 材 料 还 具 有 装 饰 美 观, 可 注 射 成 型 等 特 点 在 性 能 方 面 与 PU 差 不 多, 成 本 则 减 少 10%~20% 世 界 上 最 大 的 PP 生 产 公 司 Himont 近 年 来 开 发 的 新 Catal-loy 聚 合 技 术 使 PP 性 能 得 到 大 幅 度 改 进 和 提 高 它 可 以 在 反 应 器 中 直 接 生 产 出 改 性 的 PP 合 金, 提 高 了 油 漆 性 耐 刮 137 标 准 分 享 网 免 费 下 载

147 138 汽 车 制 造 工 艺 伤 性 和 耐 热 性 该 公 司 开 发 的 第 一 个 在 反 应 器 中 改 性 的 聚 烯 烃 Hifax 热 塑 性 弹 性 体 CA 系 列 现 有 四 个 品 级, 其 弯 曲 模 量 为 103~758MPa, 适 用 于 保 险 杠 横 梁 Himont 公 司 坚 信 PP 保 险 杠 可 以 取 代 其 他 塑 料, 占 有 越 来 越 广 泛 的 市 场 据 报 道, 北 美 汽 车 工 业 TPO 的 使 用 量 年 增 长 率 超 过 10%, 预 测 2005 年 TPO 在 北 美 塑 料 保 险 杠 市 场 所 占 份 额 将 达 75% 而 RIM PU 和 PC/P BT 所 占 份 额 则 将 下 降 到 20% 和 1% 欧 洲 从 1978 年 开 始 使 用 TPO 保 险 杠, 目 前 塑 料 保 险 杠 的 80% 以 上 都 用 TPO 制 造 美 国 GM 公 司 正 在 广 泛 采 用 TPO 取 代 RIM PU 做 保 险 杠 福 特 公 司 正 逐 步 停 用 PC/PBT 保 险 杠 克 莱 斯 勒 公 司 长 期 以 来 一 直 使 用 TPO 保 险 杠, 并 计 划 用 TPO 取 代 其 他 材 料 TPO 在 市 场 所 占 份 额 持 续 上 升 的 一 个 重 要 原 因 就 是 材 料 性 能 的 改 善 例 如 MAZDA 汽 车 保 险 杠 壁 厚 原 为 3.0mm, 改 用 D&S 塑 料 公 司 新 一 代 TPOSequel1440 后, 壁 厚 减 至 2.5mm, 质 量 减 轻 31%, 模 塑 时 间 缩 短 15s 与 原 TPO 相 比,Sequel 系 列 弯 曲 模 量 拉 伸 强 度 和 熔 体 流 动 速 率 均 有 大 幅 度 提 高 此 外, 新 一 代 TPO 的 耐 低 温 冲 击 性 耐 化 学 品 性 和 涂 装 性 也 较 优 越 3. 汽 车 保 险 杠 的 典 型 成 型 工 艺 在 众 多 的 塑 料 材 料 中,PP/EPDM 共 混 料 由 于 其 价 格 低 廉 易 加 工 成 型 和 优 良 的 柔 韧 性 而 更 受 到 汽 车 保 险 杠 制 造 厂 商 的 青 睐 EPDM 是 乙 烯 丙 烯 二 烯 烃 三 元 共 聚 物 PP 中 添 加 EPDM 主 要 是 改 善 材 料 的 柔 韧 性, 提 高 冲 击 韧 性, 尤 其 是 耐 低 温 冲 击 性, 同 时 对 涂 料 的 附 着 力 也 有 改 善 EPDM 一 般 用 冷 拼 的 方 法 加 入, 也 可 用 接 枝 共 聚 的 新 方 法 EPDM 添 加 量 在 10%~40% 下 面 简 单 介 绍 一 下 汽 车 保 险 杠 的 成 型 方 法 及 工 艺 1) 注 射 成 型 PP 保 险 杠 普 遍 采 用 注 射 成 型 工 艺, 其 主 要 优 点 是 可 成 型 形 状 比 较 复 杂 的 产 品, 生 产 效 率 较 高, 能 赋 予 制 品 必 要 的 刚 性 等 其 缺 点 是 必 须 采 用 流 动 性 较 佳 的 原 料, 制 品 的 坚 固 性 较 差, 受 冲 撞 时 易 断 裂, 小 批 量 生 产 成 本 高 中 国 PP 保 险 杠 均 采 用 注 射 成 型 如 上 海 桑 塔 纳 轿 车 保 险 杠 由 江 苏 省 江 阴 塑 料 有 限 公 司 用 北 京 化 工 研 究 院 的 保 险 杠 专 用 料 注 射 成 型 一 汽 奥 迪 车 保 险 杠 由 铁 岭 市 橡 胶 制 品 厂 以 国 产 的 PP/EPDM 共 混 料 为 原 料, 引 进 日 本 模 具 和 宇 部 兴 产 公 司 ST2500 机, 采 用 注 射 成 型, 机 械 手 自 动 取 件 生 产 保 险 杠, 产 品 性 能 超 过 德 国 同 类 产 品 其 生 产 工 艺 过 程 如 下 : 将 EPDM 塑 炼 成 薄 片, 切 成 粒 状 (4~6mm) 长 (2~3mm) 厚 在 室 温 下 往 混 合 机 中 先 加 入 粒 状 的 EPDM, 再 加 入 粉 末 状 光 稳 定 剂 UV 327 和 抗 氧 化 剂 1010, 三 者 先 充 分 搅 拌 分 散 均 匀, 因 胶 有 黏 性, 能 粘 住 粉 末 状 紫 外 线 吸 收 剂 抗 氧 剂, 免 得 其 落 到 混 合 器 底 影 响 分 散, 再 加 入 PP 和 黑 色 色 母 粒, 常 温 下 混 合 分 散 均 匀 然 后, 用 双 螺 杆 混 炼 挤 出 机 挤 出, 温 度 180~220, 挤 条 冷 却 后 切 成 粒 状, 同 时 烘 干 制 成 PP/EPDM 共 混 热 塑 性 弹 性 粒 料 干 燥 至 水 分 含 量 不 大 于 0.06%, 灰 分 不 大 于 0.4% 在 190~230 的 温 度 下 用 注 塑 机 注 射 成 型, 再 烘 干 待 用 2) 吹 塑 成 型 随 着 吹 塑 成 型 设 备 和 操 作 技 术 的 不 断 改 进, 高 相 对 分 子 质 量 PP 共 聚 物 聚 合 技 术 的 开 发, 以 及 模 具 设 计 和 制 作 技 术 的 进 步, 目 前 国 外 已 经 能 够 采 用 吹 塑 成 型 技 术 来 生 产 PP 保 险 138

148 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 139 杠 吹 塑 成 型 与 注 射 成 型 相 比 具 有 以 下 优 点 (1) 可 采 用 重 均 相 对 分 子 质 量 高 达 35 万 以 上 的 嵌 段 共 聚 PP 作 为 基 础 树 脂 进 行 改 性 的 PP/EPDM 共 混 料 进 行 加 工, 极 大 地 提 高 产 品 的 低 温 韧 性 和 强 度 性 能 (2) 保 险 杠 可 吹 塑 成 双 层 壁 的 中 空 结 构 正 面 是 光 滑 平 整 的, 而 背 面 则 制 成 波 纹 结 构, 使 其 具 有 很 高 的 刚 性 和 弯 曲 强 度 (3) 制 品 表 面 不 存 在 料 流 熔 接 缝 及 加 强 筋 所 造 成 的 塌 坑 等 缺 陷, 故 整 体 性 能 及 平 整 性 能 均 较 好, 外 观 质 量 大 幅 度 改 善 (4) 相 对 注 射 模 具 而 言, 吹 塑 模 具 不 仅 结 构 简 单, 制 作 容 易, 价 格 低 廉, 且 易 于 更 改 产 品 的 外 形 设 计 (5) 由 于 是 在 低 压 下 采 用 高 相 对 分 子 质 量 的 树 脂 吹 塑 而 成 的, 故 制 品 中 残 留 的 内 应 力 很 小, 抗 撞 击 韧 性 好 (6) 虽 然 双 层 结 构 使 得 制 品 的 质 量 要 比 注 塑 成 型 时 高 出 70%, 但 注 塑 成 型 的 保 险 杠 需 要 和 钢 制 的 保 险 杠 组 装 在 一 起 时 才 可 使 用 而 吹 塑 的 保 险 杠 则 是 和 一 个 由 回 收 的 边 角 料 吹 塑 成 型 的 塑 料 支 撑 架 组 装 在 一 起 使 用 的 故 整 个 保 险 杠 部 件 的 质 量 及 成 本 比 注 塑 产 品 低 吹 塑 模 塑 保 险 杠 的 缺 点 是 : 由 于 单 件 冷 却, 制 品 的 成 型 周 期 较 长 ; 难 以 制 取 形 状 复 杂 制 品, 表 面 粗 糙 度 也 较 难 以 达 到 注 塑 制 品 那 么 漂 亮 德 国 Hoechst 公 司 供 吹 塑 或 注 塑 模 塑 用 的 PP/EPDM 共 混 料 的 主 要 性 能 列 于 表 6-9 中, 从 表 中 数 据 可 以 看 出 高 的 相 对 分 子 质 量 赋 予 吹 塑 模 塑 级 塑 料 较 好 的 强 度 和 低 温 韧 性 具 有 高 的 熔 体 强 度 的 高 相 对 分 子 质 量 丙 烯 乙 烯 嵌 段 共 聚 物 的 开 发 成 功, 使 吹 塑 模 塑 技 术 成 功 地 用 于 制 造 保 险 杠, 并 使 它 能 像 注 塑 成 型 的 保 险 杠 那 样, 满 足 在 -30 下 冲 撞 试 验 的 要 求 表 6-9 Hoechst 公 司 的 吹 塑 级 和 注 塑 级 保 险 杠 专 用 PP 共 混 料 的 性 能 对 比 项 目 熔 体 流 动 速 率 /g.(10min) -1 密 度 /g cm -3 球 压 硬 度 /MPa 弯 曲 强 度 /MPa 拉 伸 强 度 /MPa 断 裂 伸 长 率 /(%) 缺 口 冲 击 强 度 /J m -1 (23 ) (-20 ) 30~100 的 热 膨 胀 系 数 / -1 注 塑 模 型 用 吹 塑 模 型 用 PPKVP1018 PPN8018 PPH < 不 断 (1~2) 10-4 目 前 吹 塑 模 塑 技 术 已 成 功 地 用 于 制 造 保 险 杠 美 国 GE 公 司 生 产 的 PC/PBT 合 金 材 料 吹 塑 保 险 杠 已 用 于 Ford 汽 车 上 Himont 公 司 的 TPO 树 脂 已 吹 塑 成 卡 车 保 险 杠 Borg-Warner 公 司 采 用 CycolacLXB 吹 塑 级 ABS 已 成 功 吹 塑 外 观 漂 亮 冲 击 性 能 良 好 的 保 险 杠 139 标 准 分 享 网 免 费 下 载

149 140 汽 车 制 造 工 艺 4. 汽 车 保 险 杠 的 产 品 设 计 如 前 所 述, 保 险 杠 是 汽 车 上 较 大 的 外 覆 盖 件 之 一, 作 为 一 个 独 立 的 总 成 安 装 在 汽 车 上, 它 对 车 辆 的 安 全 防 护 造 型 效 果 空 气 动 力 性 等 有 着 较 大 的 影 响 因 此, 保 险 杠 结 构 设 计 有 着 较 严 格 的 外 部 约 束 条 件 和 复 杂 的 内 部 结 构 关 系, 在 具 体 的 设 计 过 程 中, 会 遇 到 诸 多 因 素 的 制 约 保 险 杠 结 构 组 成 见 表 6-10 表 6-10 保 险 杠 结 构 组 成 名 称 功 用 及 说 明 常 用 材 料 保 险 杠 支 架 连 接 保 险 杠 总 成 与 车 体 纵 梁 08A1 厚 2.0mm 08A1 厚 0.2~2.0mm 保 险 杠 骨 架 安 全 防 护 主 要 承 力 件, 一 般 灯 口 区 域 和 端 部 设 有 加 强 结 构 SMC 厚 3.0mm 保 险 杠 面 罩 装 饰 外 形 效 果 空 气 动 力 性 改 性 PP 厚 3.6mm 保 险 杠 侧 导 向 架 保 险 杠 后 部 两 侧 可 靠 定 位 连 接, 保 证 与 翼 子 板 间 隙, 防 止 改 性 PP 厚 2.0mm 保 险 杠 后 侧 面 变 形 保 险 杠 横 梁 缓 冲 吸 能, 连 接 面 罩 与 骨 架 改 性 PP 厚 2.0mm 进 风 口 格 栅 通 风 装 饰 造 型 效 果 改 性 PP 厚 2.0mm 装 饰 条 也 叫 防 擦 条, 设 计 成 独 立 装 配 件, 擦 碰 伤 后 可 单 独 替 换 改 性 PP 厚 3.6mm 扰 流 板 结 构 变 化 对 空 气 动 力 性 影 响 较 大, 一 般 设 计 独 立 安 装 结 构 改 性 PP 厚 3.6mm 如 前 所 述, 保 险 杠 的 主 要 功 能 是 安 全 防 护, 因 此 其 结 构 要 求 具 有 足 够 的 强 度 刚 度, 并 兼 有 对 装 备 件 人 车 的 保 护 作 用, 即 起 缓 冲 吸 能 作 用 ; 另 一 方 面, 应 满 足 整 车 造 型 效 果 及 空 气 动 力 性 的 要 求 1) 材 料 结 构 设 计 保 险 杠 面 罩 与 横 架 都 是 大 型 薄 壁 注 塑 件, 面 罩 同 时 又 是 外 覆 盖 件, 要 求 所 用 材 料 在 注 塑 过 程 中 有 较 好 的 流 动 性, 并 具 备 较 好 的 制 件 精 度 和 耐 紫 外 线 稳 定 性, 一 般 采 用 改 性 PP 在 结 构 设 计 中, 应 综 合 考 虑 几 何 形 状 与 成 型 特 点, 使 模 具 分 型 面 满 足 成 型 工 艺 要 求 (1) 脱 模 斜 度 方 向 及 分 型 面 为 便 于 塑 料 件 从 模 具 型 腔 中 取 出 或 从 塑 料 件 中 抽 出 型 芯, 在 设 计 时 必 须 考 虑 塑 料 件 内 外 壁 应 具 有 足 够 的 脱 模 斜 度, 当 保 险 杠 结 构 件 材 料 选 用 改 性 PP 时, 一 般 取 30 ~10 脱 模 斜 度 脱 模 方 向 及 分 型 面 同 脱 模 斜 度 是 同 时 确 定 的, 又 是 塑 料 件 结 构 设 计 的 基 准 和 依 据, 所 以 应 本 着 分 型 面 尽 量 简 单 的 原 则, 减 少 分 型 面 处 飞 边 对 制 件 的 影 响, 在 结 构 处 理 上 应 尽 量 避 免 飞 边 或 使 其 易 于 清 除 (2) 壁 厚 塑 料 件 的 壁 厚 取 决 于 对 其 性 能 的 要 求, 如 结 构 强 度 尺 寸 稳 定 性 装 配 等, 一 般 在 1~6mm 之 间, 最 常 用 的 值 为 2~3mm, 面 罩 一 般 取 3~4mm, 横 梁 取 2~3mm 同 时, 应 尽 量 使 壁 厚 均 勺 一 致, 以 避 免 因 壁 厚 变 化 造 成 的 缩 孔 气 泡 塌 坑 等 缺 陷 影 响 制 件 质 量 如 结 构 需 要, 壁 厚 不 均 匀 度 应 在 1 1.5~l 2 范 围 内 (3) 加 强 筋 为 了 确 保 塑 料 件 的 强 度 和 刚 度, 而 又 不 致 使 塑 料 件 的 壁 厚 过 厚, 可 在 塑 料 件 的 适 当 部 位 设 置 加 强 筋 但 有 时 必 须 采 用 较 高 的 加 强 筋 时, 如 横 梁 结 构 基 本 上 是 由 纵 横 交 错 的 筋 构 成, 筋 的 高 度 一 般 不 应 超 过 40mm, 尖 端 厚 在 1.2~2mm 之 间, 并 取 合 理 的 脱 模 斜 度, 以 利 于 模 具 的 加 工 和 制 成 品 脱 模 140

150 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 141 2) 保 险 杠 材 料 设 计 PP 是 目 前 使 用 最 多 的 保 险 杠 材 料, 所 以 这 里 主 要 介 绍 PP 材 料 在 用 作 保 险 杠 方 面 的 性 能 设 计 众 所 周 知,PP 是 综 合 性 能 优 良 的 一 种 通 用 塑 料, 但 PP 本 身 低 温 性 能 及 抗 冲 击 性 能 差, 耐 老 化 性 及 尺 寸 稳 定 性 差, 难 以 满 足 汽 车 保 险 杠 对 材 料 性 能 的 苛 刻 要 求 因 此, 在 汽 车 保 险 杠 中 使 用 的 PP 材 料 均 为 改 性 PP 根 据 汽 车 行 业 对 保 险 杠 的 要 求, 以 及 保 险 杠 材 料 构 成 上 的 差 异,PP 汽 车 保 险 杠 专 用 料 可 以 从 以 下 几 个 方 面 进 行 性 能 设 计 (1) PP 与 弹 性 体 共 混 料 PP 共 混 改 性 是 用 增 容 剂 增 强 剂 填 充 剂 偶 联 剂 交 联 剂 熔 体 流 动 速 率 调 节 剂 以 及 抗 老 化 剂 等 与 PP 基 料 共 混, 使 PP 改 性, 大 幅 度 提 高 其 性 能 采 用 各 种 合 成 橡 胶 和 PP 进 行 共 混 改 善 PP 的 低 温 韧 性, 是 生 产 PP 保 险 杠 专 用 料 的 传 统 工 艺 大 部 分 保 险 杠 专 用 料 采 用 EPDM 增 韧 目 前 国 外 还 有 SBS SEBS( 苯 乙 烯 - 乙 烯 - 丁 二 烯 - 苯 乙 烯 嵌 段 共 聚 物 ) 等 增 韧, 或 EPDM 与 SEBS EPDM 与 PE 并 用 等 中 国 保 险 杠 专 用 料 则 主 要 采 用 PP/EPDM 共 混 改 性 影 响 共 混 料 性 能 的 主 要 因 素 有 基 础 树 脂 的 相 对 分 子 质 量 相 对 分 子 质 量 分 布 共 混 料 中 各 组 分 的 比 例 和 特 征, 以 及 对 橡 胶 的 交 联 处 理 等 随 着 基 础 树 脂 相 对 分 子 质 量 的 提 高, 韧 性 将 得 以 改 善, 但 流 动 性 会 明 显 下 降, 从 而 给 加 工 带 来 困 难 解 决 途 径 有 两 个 1 过 氧 化 物 热 降 解 技 术 目 前 认 为 比 较 理 想 的 方 法 是 采 用 过 氧 化 物 热 降 解 技 术, 由 相 对 分 子 质 量 较 高 的 基 础 树 脂 来 制 取 所 需 的 高 流 动 性 材 料 用 此 技 术 生 产 的 树 脂, 与 具 有 相 同 熔 体 流 动 速 率 的 直 接 聚 合 技 术 合 成 的 树 脂 相 比, 相 对 分 子 质 量 分 布 窄, 加 工 性 能 好 ( 不 易 翘 曲 ), 刚 性 和 低 温 冲 击 性 能 均 较 高 国 外 许 多 厂 商 均 采 用 这 一 技 术 来 制 造 PP 保 险 杠 专 用 料, 如 Hoechs 公 司 的 PPN8018 Huls 公 司 的 4402L; 美 国 Himont 公 司 的 8623 Exxon 公 司 的 146; 日 本 东 燃 石 油 化 学 公 司 的 EL 08 3 三 菱 油 化 公 司 的 BX2D 与 BX4A 等 中 国 制 造 保 险 杠 的 方 法 与 此 类 似 如 北 京 化 工 研 究 院 承 担 的 国 家 八 五 攻 关 项 目, 用 适 量 PP EPDM 和 其 他 助 剂 ( 填 料 抗 氧 化 剂 偶 联 剂 等 ) 共 混 的 方 法, 研 制 出 APB 123 牌 号 的 PP/EPDM 保 险 杠 材 料, 现 已 被 上 海 大 众 公 司 所 采 用, 替 代 进 口 料 燕 山 石 化 公 司 树 脂 所 以 均 聚 PP 与 共 聚 PP 为 基 料,EPDM 为 增 韧 剂, 添 加 无 机 填 料 和 相 容 剂 等, 通 过 共 混 法 制 成 汽 车 保 险 杠 专 用 料 2 动 态 硫 化 技 术 动 态 硫 化 是 对 含 有 橡 胶 的 橡 塑 共 混 料 硫 化 的 过 程, 其 中 橡 胶 在 高 剪 切 条 件 下 硫 化, 在 橡 胶 交 联 的 同 时 以 微 粒 凝 胶 的 形 式 分 散 在 聚 烯 烃 基 质 中 动 态 硫 化 是 在 橡 胶 的 硫 化 度 或 高 于 硫 化 温 度 下 混 合 橡 胶 和 塑 料 组 分 后 实 现 的 混 合 用 设 备 采 用 密 炼 机 双 螺 杆 挤 压 机 等 经 动 态 硫 化 后 的 共 混 料 在 橡 胶 相 内 部 形 成 交 联 结 构, 同 时 在 橡 胶 相 和 塑 料 相 之 间 形 成 一 定 程 度 的 共 交 联 结 构 通 过 此 方 法 制 成 的 PP/PDM 保 险 杠 专 用 料 与 传 统 的 共 混 方 法 相 比, 具 有 更 好 的 耐 热 性 流 动 性 均 衡 的 刚 性 和 韧 性 专 利 US 介 绍 了 一 种 动 态 硫 化 法 生 产 保 险 杠 的 技 术 国 内 有 些 单 位 采 用 动 态 硫 化 法 生 产 或 研 制 保 险 杠 专 用 料 如 扬 子 石 化 公 司 研 究 院 金 陵 石 化 公 司 等 中 科 院 长 春 应 用 化 学 研 究 所 以 EPDM 增 韧 PP, 采 用 对 共 混 料 进 行 可 控 降 解 的 方 法, 使 物 料 的 熔 体 流 动 速 率 在 4~169g/10min 范 围 内 任 意 调 节, 用 二 异 丙 苯 过 氧 化 物 作 交 联 剂, 使 橡 胶 相 内 部 形 成 部 分 交 联 结 构 同 时 在 橡 胶 相 和 塑 料 相 之 间 形 成 一 定 程 度 141 标 准 分 享 网 免 费 下 载

151 142 汽 车 制 造 工 艺 的 共 交 联 结 构, 使 材 料 的 拉 伸 强 度 和 断 裂 伸 长 率 有 明 显 提 高 通 过 加 入 适 量 的 滑 石 粉 碳 酸 钙 等 无 机 填 充 剂, 材 料 的 弯 曲 强 度 热 变 形 温 度 和 硬 度 不 会 有 明 显 的 下 降 当 共 混 料 中 橡 胶 含 量 控 制 在 25%~35% 之 间 时, 所 得 PP/PDM 绷 料 的 常 温 和 低 温 冲 击 强 度 能 提 高 2~ 40 倍, 其 各 项 性 能 达 到 国 外 同 类 产 品 水 平, 该 项 研 究 成 果 已 用 于 生 产 奥 迪 汽 车 的 保 险 杠 (2) PP/EPDM 型 反 应 器 共 混 料 随 着 催 化 剂 的 不 断 改 进, 目 前 已 能 采 用 两 步 串 联 气 相 聚 合 技 术 生 产 橡 胶 含 量 高 的 优 质 抗 冲 击 PP 共 混 料 通 过 提 高 乙 烯 含 量 及 控 制 乙 烯 单 体 引 入 PP 大 分 子 链 上 方 式, 不 仅 能 获 得 韧 性 较 好 的 产 品, 还 能 在 一 定 范 围 内 调 整 聚 合 物 共 聚 单 体 含 量 相 同 材 料 的 刚 性 与 韧 性 之 间 的 相 对 关 系, 从 而 获 得 所 需 性 能 的 新 材 料 这 种 材 料 从 微 观 结 构 看 是 PP 和 EPDM 的 混 合 物, 即 PP 硬 相 中 分 散 有 高 弹 性 EPDM 颗 粒, 故 被 称 为 PP/PDM 型 反 应 器 共 混 料 BASF 公 司 的 Novolen 牌 反 应 器 共 混 料 包 括 2800JX 2900HX 和 2900NCX 三 个 牌 号 (3) 嵌 段 共 聚 PP/ 聚 烯 烃 热 塑 性 弹 性 体 ( TPE ) 共 混 料 某 些 牌 号 的 TPE 如 同 EPR 一 样, 能 赋 予 PP 较 好 的 低 温 韧 性, 且 共 混 料 刚 性 亦 佳 采 用 TPE 的 另 一 个 理 由 是 TPE 颗 粒 料 无 需 像 EPR 那 样 进 行 破 块 开 炼 后 再 与 PP 树 脂 共 混 ( 有 时 无 需 进 行 硫 化 处 理 ), 而 可 以 将 TPE 颗 粒 和 PP 颗 粒 在 使 用 过 程 中 按 比 例 掺 混 后, 直 接 加 入 到 注 塑 机 中 进 行 成 型 加 工, 可 降 低 成 本 (4) 新 型 高 分 子 材 料 丰 田 超 级 烯 烃 聚 合 物 该 料 是 由 丰 田 汽 车 公 司 与 三 菱 油 化 住 友 化 学 工 业 宇 部 兴 产 东 燃 化 学 公 司 共 同 开 发 的 以 前 橡 胶 改 性 PP 时, 橡 胶 相 中 的 弹 性 体 为 分 散 结 构 由 于 这 种 结 晶 结 构 强 化 了 弹 性 体, 使 新 树 脂 具 有 很 高 的 刚 性, 制 造 大 型 一 体 化 保 险 杠 时, 新 树 脂 成 型 性 ( 流 动 性 ) 约 为 现 行 树 脂 的 两 倍, 表 面 硬 度 也 为 现 行 树 脂 的 两 倍, 刚 性 为 1~5 倍, 而 且 质 量 减 轻 15% (5) 非 交 联 发 泡 保 险 杠 日 本 Styren Paper 公 司 生 产 的 非 交 联 发 泡 保 险 杠 现 已 被 丰 田 公 司 采 用 这 种 保 险 杠 采 用 JSP 公 司 开 发 生 产 的 PP 发 泡 珠 粒, 先 将 珠 粒 装 入 模 具 中 发 泡 成 型, 生 产 的 保 险 杠 具 有 良 好 的 耐 热 性 尺 寸 稳 定 性 和 缓 冲 性 这 种 泡 沫 硬 度 做 汽 车 保 险 杠 非 常 适 合 此 外, 以 这 种 可 发 性 PP(EPP) 为 基 础 成 型 的 PP 保 险 杠 具 有 吸 附 冲 击 能 量, 质 量 轻 及 易 回 收 的 性 能, 法 国 标 志 公 司 已 为 其 306 型 车 配 备 了 EPP 保 险 杠 系 统 北 美 洲 的 BASF 公 司 也 投 巨 资 生 产 EPP, 并 准 备 在 欧 洲 和 德 国 生 产 同 类 产 品, 以 满 足 市 场 需 要 (6) 汽 车 保 险 杠 专 用 树 脂 国 外 生 产 企 业 还 不 断 推 出 共 聚 级 PP 汽 车 专 用 树 脂 如 荷 兰 DSM 公 司 共 聚 PP Stamylan P;Amoco 公 司 采 用 齐 格 勒 - 纳 塔 催 化 剂 推 出 了 抗 冲 共 聚 物 Acctuf3950;Solovy 公 司 推 出 的 高 等 规 度 PP Elter P 等 此 外, 新 开 发 的 车 用 树 脂 还 有 PP 热 塑 性 弹 性 体, 如 Himont 公 司 Hivalloy 接 枝 工 艺 和 Catalloy 接 枝 工 艺, 在 反 应 器 中 将 马 来 酸 酐 接 枝 在 橡 胶 相 而 获 得 的 弹 性 体, 弯 曲 模 量 达 758MPa; 而 Montell 聚 烯 烃 公 司 推 出 了 苯 乙 烯 /PP 类 共 聚 物 Hivalloy G 系 列 反 应 型 合 金, 冲 击 性 和 韧 性 的 综 合 平 衡 值 均 超 过 了 常 规 PP 除 PP 保 险 杠 外, 还 有 其 他 材 料 保 险 杠, 如 PC 合 金 保 险 杠, 下 面 就 PC 合 金 保 险 杠 做 简 单 介 绍 随 着 汽 车 保 险 杠 要 求 的 多 样 化 高 水 平 化, 传 统 的 单 一 聚 合 物 材 料 已 经 不 能 满 足 保 险 杠 的 要 求 另 一 方 面, 用 化 学 合 成 法 研 制 新 型 聚 合 物 变 得 越 来 越 困 难, 因 此 现 在 新 型 汽 车 142

152 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 143 保 险 杠 材 料 开 发 的 主 要 方 向 是 已 知 聚 合 物 的 复 合 化, 即 制 造 聚 合 物 合 金 一 般 工 程 塑 料 系 合 金 大 多 是 旨 在 弥 补 单 一 树 脂 缺 点 的 非 结 晶 性 树 脂 与 结 晶 性 树 脂 的 合 金 PC 具 有 冲 击 强 度 高, 抗 蠕 变 形 和 尺 寸 稳 定 性 好, 耐 热, 透 明, 吸 水 率 低, 无 毒, 介 电 性 能 优 良 等 优 点, 是 一 种 综 合 性 能 优 良 的 工 程 塑 料, 在 汽 车 工 业 领 域 用 途 广 泛 但 它 也 存 在 着 加 工 流 动 性 差, 易 应 力 开 裂, 对 缺 口 敏 感, 易 磨 损 老 化 和 耐 磨 性 差 等 缺 点 而 PBT 具 有 优 良 的 流 动 性 能 耐 老 化 等 优 点 因 此, 非 结 晶 性 树 脂 聚 碳 酸 酯 PC 和 结 晶 性 树 脂 PBT 通 过 合 金 化 可 以 提 高 各 种 物 性 PC 中 BT 具 有 如 下 的 物 性,PC/PET 也 具 有 与 之 大 致 相 同 的 物 性 1 与 单 一 的 PC 相 比, 耐 药 品 性 成 型 性 ( 流 动 性 ) 较 好 2 与 单 一 的 PBT 相 比, 尺 寸 稳 定 性 耐 冲 击 性 较 佳, 成 型 性 也 较 好 ( 成 型 品 表 面 缩 孔 状 凹 斑 翘 曲 较 少 ) 目 前 PC 中 BT 合 金 的 主 要 用 途 是 制 造 保 险 杠 车 门 把 手 翼 子 板 等 汽 车 部 件, 汽 车 方 面 的 用 途 约 占 PC 中 BT 合 金 总 需 求 量 的 80% 现 在 世 界 上 生 产 PC 中 BT 保 险 杠 专 用 料 代 表 性 的 公 司 有 日 本 帝 人 化 成 公 司 三 菱 人 造 丝 公 司 GE 塑 料 公 司 它 们 开 发 的 PC/PBT 合 金 物 性 指 标 见 表 6-11 研 究 表 明,PC/PBT 合 金 中 PBT 含 量 高 时, 耐 药 品 性 提 高, 而 热 变 形 温 度 和 冲 击 强 度 降 低 这 些 性 能 在 PC 成 分 的 含 量 在 70%~80% 以 下 时 发 生 急 剧 变 化,PC 中 ET 合 金 也 有 同 样 的 倾 向 因 此, 为 兼 顾 耐 热 性 耐 药 品 性 等 多 种 性 能,PBT 成 分 的 比 例 以 20%~30% 为 宜 冲 击 强 度 降 低 的 问 题 可 以 通 过 添 加 弹 性 体 作 为 第 三 成 分 加 以 解 决 作 为 冲 击 性 能 改 良 剂 添 加 的 弹 性 体 对 PC/PBT 合 金 的 各 种 特 性 ( 特 别 是 低 温 冲 击 强 度 与 外 观 ) 也 会 有 很 大 影 响 最 近,PC/PBT 合 金 中 添 加 的 冲 击 性 能 改 良 剂 主 要 采 用 具 有 核 壳 结 构 的 弹 性 体 这 种 弹 性 体 由 橡 胶 质 和 玻 璃 质 聚 合 物 组 成 橡 胶 质 构 成 中 心 层, 其 外 围 是 玻 璃 质 层, 玻 璃 质 层 外 部 又 包 围 一 层 橡 胶 质, 形 成 多 层 核 壳 结 构 表 6-11 具 有 代 表 性 的 PC/PBT 合 金 物 性 指 标 日 本 GE 塑 料 日 本 帝 人 化 成 试 验 方 法 项 目 Xenoy1100 Xenoy1101 H7300 H7500 ASTM Xenoy1200 H7500S 吸 水 率 (23 浸 渍 24h)/(%) D 热 变 性 温 度 (0.45MPa)/ D 线 膨 胀 系 数 (20~80 )/ 10-3 K -1 D 拉 伸 强 度 (23 )/MPa D 伸 长 率 (23 )/(%) D 弯 曲 强 度 (23 )/MPa D 弯 曲 模 量 (23 )/ 10 4 MPa D 缺 口 冲 击 强 度 (δ=3.2mm)/j m -1 D PC/PBT 塑 料 合 金 注 射 成 型 保 险 杠 具 有 高 刚 性 可 焊 性 和 涂 装 性 等 优 点, 在 国 外 汽 车 上 的 用 量 越 来 越 多 除 PC/PBT 合 金 可 用 于 保 险 杠 外,PC /ABS 合 金 也 可 用 于 保 险 杠 由 于 PC /ABS 合 金 143 标 准 分 享 网 免 费 下 载

153 144 汽 车 制 造 工 艺 具 有 PC ABS 两 者 的 优 良 性 能, 并 改 善 了 各 自 的 不 足, 而 且 在 性 能 价 格 比 上 有 优 势, 因 此 被 广 泛 应 用 于 很 多 领 域 美 国 GE 公 司 开 发 的 牌 号 为 Cycoloy800 的 PC/ABS 合 金 具 有 较 好 的 冲 击 性 能 挠 曲 性 能 刚 性 耐 热 性, 而 广 泛 用 作 汽 车 保 险 杠 PC 的 溶 解 度 参 数 为 39.8~41.0 (J/cm 3 ) 1/2,ABS 的 溶 解 度 参 数 为 40.2~41.9 (J/cm 3 ) 1/2, 两 者 比 较 接 近,PC 与 ABS 具 有 一 定 的 相 容 性 但 由 于 ABS 具 有 两 相 结 构, 其 中 包 括 分 散 相 PB 和 连 续 相 SAN, 而 PC 与 PB 的 相 容 性 很 差, 因 此 当 ABS 中 橡 胶 含 量 较 低 时,PC 与 ABS 相 容 性 较 好, 而 当 BS 中 橡 胶 含 量 较 高 时, 两 者 相 容 性 较 差 总 的 说 来,PC 与 ABS 的 相 容 性 不 是 太 好, 而 且 受 两 组 分 的 型 号 配 比 及 加 工 工 艺 等 因 素 影 响 很 大 为 了 提 高 两 者 的 相 容 性, 最 有 效 的 办 法 是 在 共 混 体 系 中 加 入 相 容 剂, 用 于 增 容 PC/ABS 共 混 体 系 的 相 容 剂 有 ABS 的 接 枝 物,SMA PE 的 接 枝 物,MBS 及 双 组 分 相 容 剂 等 采 用 接 枝 共 聚 的 方 法 是 在 ABS 上 接 上 具 有 一 定 反 应 性 的 官 能 团, 其 活 性 官 能 团 与 PC 的 端 烃 基 或 端 羧 基 反 应, 在 共 混 过 程 中 形 成 PC-g-ABS 接 枝 物 起 到 增 容 作 用 用 马 来 酸 酐 接 枝 ABS(ABS-g-MAH) 来 增 容 PC 和 ABS 的 共 混 物, 添 加 适 量 ABS-g-MAH 增 容 后 的 PC/ABS 合 金 的 缺 口 冲 击 强 度 为 未 加 相 容 剂 的 PC/ABS 合 金 的 1.5~2.5 倍 采 用 SMA 作 为 相 容 剂, 其 酸 酐 官 能 团 能 与 PC 的 端 羟 基 或 端 羧 基 反 应 形 成 PC-g-SMA 接 枝 物, 其 苯 乙 烯 链 段 与 ABS 具 有 较 好 的 相 容 性, 从 而 改 善 共 混 组 分 的 相 容 性, 共 混 物 的 缺 口 冲 击 强 度 可 提 高 两 倍, 断 裂 伸 长 率 增 加 三 倍 PE 的 接 枝 物 也 可 用 来 增 容 PC/ABS 共 混 体 系 研 究 表 明, 在 PC/ABS 共 混 体 系 中 加 入 LLDPE-g-MAH 后, 体 系 相 容 性 增 加, 共 混 物 的 耐 热 性 明 显 提 高, 冲 击 强 度 拉 伸 强 度 和 断 裂 伸 长 率 均 显 著 提 高, 但 弯 曲 强 度 略 有 下 降 3) 保 险 杠 设 计 的 相 关 标 准 与 保 险 杠 设 计 相 关 的 汽 车 行 业 标 准 有 ISO 2985 道 路 车 辆 轿 车 的 外 部 防 护 欧 洲 标 准 ECENO 42 关 于 车 辆 及 其 前 后 防 护 装 置 ( 保 险 杠 等 ) 认 证 的 统 一 规 度 美 国 标 准 PART 581 汽 车 保 险 杠 标 准 日 本 标 准 JASOB 汽 车 保 险 杠 高 度 等, 在 产 品 设 计 中 应 贯 彻 这 些 标 准 国 家 标 准 轿 车 前 后 端 保 护 装 置 中 规 定 : 保 险 杠 的 基 准 高 度 为 455mm, 基 准 高 度 是 通 过 碰 撞 器 基 准 线 的 水 平 面 的 高 度 汽 车 无 论 处 于 整 车 装 备 质 量 时 或 者 是 处 于 加 强 试 验 车 质 量 时, 保 险 杠 均 应 具 有 有 效 的 保 护 作 用 日 本 标 准 JAS OB 汽 车 保 险 杠 高 度 中 对 各 种 类 型 的 汽 车 前 后 保 险 杠 有 效 接 触 区 域 给 出 了 明 确 规 定, 并 规 定 在 前 后 端 应 连 续 遮 挡 汽 车 总 宽 度 的 70 % 以 上, 其 中 轿 车 保 险 杠, 上 端 最 小 高 度 >480 mm, 下 端 最 大 高 度 <470mm, 并 对 大 型 车 辆 下 端 最 大 高 度, 小 型 车 辆 上 端 最 小 高 度 作 出 规 定, 以 此 来 保 护 汽 车 外 部 装 置 免 受 低 速 行 驶 时 发 生 的 轻 微 碰 撞 的 损 伤 在 具 体 的 产 品 设 计 过 程 中, 在 满 足 了 高 度 标 准 要 求 的 条 件 下, 对 于 小 型 车 辆, 保 险 杠 应 尽 可 能 升 高 ; 对 于 大 型 车 辆, 保 险 杠 应 尽 可 能 降 低, 以 使 不 同 类 型 汽 车 保 险 杠 高 度 尽 可 能 接 近 另 外, 保 险 杠 标 准 中 对 结 构 设 计 也 提 出 了 相 应 要 求 针 对 灯 具 外 装 件 的 保 护 要 求, 如 在 与 汽 车 纵 向 中 面 相 平 行 的 任 意 铅 垂 面 内 保 险 杠 有 效 接 触 区 的 最 外 面 应 高 出 灯 具 等 重 要 的 零 部 件 和 被 保 护 的 外 装 件 的 任 何 部 分, 安 装 到 保 险 杠 上 的 灯 具 表 面 应 低 于 与 保 险 杠 相 邻 的 表 面 ( 后 保 险 杠 顶 部 车 牌 号 灯 和 按 客 车 车 身 标 准 制 造 的 前 转 向 灯 除 外,JAS OB ) 144

154 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 145 对 保 险 杠 外 部 形 状 的 要 求 : 不 应 有 尖 锐 凸 起 及 突 出 的 旋 转 部 分 等 妨 碍 交 通 安 全 的 危 险 形 状, 如 保 险 杠 的 端 部 不 允 许 有 勾 挂 行 人 衣 服 等 危 险 性 结 构, 轿 车 的 后 保 险 杠 ( 限 于 其 端 部 位 于 车 身 后 部 侧 面 附 近 的 保 险 杠 ) 应 安 装 在 车 身 凹 入 部 分 内, 与 车 身 之 间 的 间 隙 超 过 20mm, 但 用 直 径 100mm 的 球 体 同 时 接 触 车 身 和 保 险 杠 时, 凡 不 能 同 时 接 触 的, 都 得 将 保 险 杠 端 部 附 近 的 部 分 向 车 身 侧 弯 曲 ( 日 本 安 全 标 准 第 18 条 第 1 项 第 3 号 ) 对 汽 车 外 部 凸 出 物 的 要 求 : 车 身 外 表 面 不 得 由 于 其 形 状 尺 寸 朝 向 硬 度 等 因 素 而 刮 伤 撞 伤 人 体 或 加 重 被 撞 者 的 伤 势, 车 身 外 表 面 上 亦 不 得 有 致 使 发 生 上 述 事 故 的 尖 锐 零 件 或 凸 出 物 这 些 同 样 适 用 于 保 险 杠 设 计, 保 险 杠 两 端 应 向 车 身 表 面 弯 曲, 保 险 杠 组 件 所 有 额 外 的 刚 性 表 面 的 曲 率 半 径 不 得 小 于 5mm 汽 车 用 塑 料 的 发 展 趋 势 关 于 将 来 汽 车 工 业 对 各 种 塑 料 聚 合 物 的 需 求 应 从 两 方 面 来 考 虑 : 第 一, 目 前 已 采 用 的 材 料 将 继 续 被 采 用 ; 第 二, 现 在 汽 车 工 业 用 塑 料 的 明 显 趋 势 在 今 后 十 年 将 继 续 下 去, 这 表 现 在 以 下 几 方 面 (1) 努 力 采 用 改 性 热 塑 性 塑 料 (2) 扩 大 采 用 耐 高 温 材 料 (3) 扩 大 已 采 用 的 零 件 (4) 减 轻 质 量 (5) 降 低 成 本 从 这 些 趋 势 中 可 以 看 出, 汽 车 工 业 正 向 大 型 刚 性 好 和 耐 高 温 零 件 发 展, 但 又 要 求 不 增 加 成 本 习 题 1. 塑 料 加 工 的 工 艺 过 程 包 含 哪 些 主 要 工 序? 2. 塑 料 成 型 的 方 法 主 要 有 哪 些? 各 用 什 么 设 备 来 完 成? 3. 塑 料 成 型 所 用 模 型 的 设 计 要 点 有 哪 些? 4. 简 述 汽 车 保 险 杠 的 成 型 方 法 及 工 艺 145 标 准 分 享 网 免 费 下 载

155 第 7 章 机 械 加 工 教 学 提 示 : 机 械 加 工 的 特 点 是 在 公 差 允 许 范 围 内 进 行 单 一 品 种 的 大 量 生 产, 其 大 量 生 产 技 术 在 近 年 来 取 得 快 速 发 展, 目 前 已 进 入 实 用 化 定 型 化 阶 段 在 汽 车 工 业 的 机 械 加 工 方 面, 常 常 划 分 为 不 同 的 加 工 区 域, 并 需 要 从 切 削 方 面 进 行 分 析, 确 定 切 削 条 件 和 切 削 液 教 学 目 标 : 了 解 机 械 加 工 生 产 线 设 计 方 法, 了 解 自 动 机 的 组 成 种 类 及 节 拍 等 有 关 知 识, 学 习 本 章 介 绍 的 两 种 自 动 化 装 置, 掌 握 工 序 内 检 验 设 备 的 机 能 及 分 类, 掌 握 具 体 汽 车 零 件 的 加 工 方 法 7.1 概 述 大 量 生 产 加 工 法 概 要 在 汽 车 制 造 工 业 中, 机 械 加 工 的 主 要 对 象 有 发 动 机 变 速 器 传 动 轴 差 速 器 前 后 轴 转 向 器 等 重 要 部 件 作 为 制 造 工 业 的 骨 干, 机 械 加 工 的 特 点 是, 在 公 差 允 许 范 围 内 进 行 单 一 品 种 的 大 量 生 产 机 械 加 工 的 大 量 生 产 技 术 在 近 十 年 来 取 得 急 速 进 展, 目 前 在 生 产 过 程 自 动 化 方 面 是 以 机 械 自 动 化 为 代 表, 已 进 入 实 用 化 定 型 化 阶 段 其 发 展 过 程 是 : 首 先 进 行 工 夹 具 机 床 与 测 量 仪 器 的 改 进 ; 其 次, 通 过 对 设 备 平 面 布 置 与 加 工 工 艺 过 程 的 调 整, 使 之 合 理 化 ; 进 而 引 进 专 用 机 与 连 续 自 动 工 作 机, 采 用 自 动 测 量 仪 器, 向 着 系 统 化 的 方 向 发 展 机 械 加 工 生 产 线 由 机 床 ( 包 括 夹 具 ) 测 量 仪 器 机 械 自 动 化 装 置 附 属 设 备 工 序 管 理 装 置 等 部 分 构 成 在 使 之 系 统 化 的 发 展 过 程 中, 下 列 五 项 因 素 起 着 重 要 的 作 用 (1) 机 床 与 测 量 仪 器 的 精 密 化 与 自 动 化 提 高 产 品 的 精 度 与 劳 动 生 产 率, 节 省 劳 动 力 (2) 提 高 机 械 设 备 的 寿 命 与 可 靠 性 提 高 设 备 的 开 动 率, 降 低 运 转 费 用, 稳 定 质 量 精 度, 提 高 系 统 化 程 度 (3) 切 削 加 工 技 术 的 进 步 提 高 切 削 速 度, 简 化 切 屑 处 理 过 程, 缩 短 工 具 更 换 时 间, 提 高 劳 动 生 产 率 (4) 控 制 方 式 与 附 属 设 备 的 改 进 加 工 系 统 的 高 效 化, 切 屑 和 切 削 液 处 理 的 简 易 化 (5) 工 艺 管 理 技 术 的 进 步 产 品 质 量 产 量 与 设 备 维 修 等 加 工 体 制 的 综 合 化 与 效 率 化 在 上 述 各 项 特 性 有 机 结 合 的 基 础 上, 已 发 展 了 能 够 满 足 质 量 产 量 成 本 与 节 省 人 力 的 大 量 生 产 技 术, 且 已 定 型 化 今 后 生 产 系 统 的 动 向 是 : 从 人 类 工 程 学 方 面 考 虑 操 作 人 员 和 维 修 人 员 的 工 作 条 件 ; 从 环 境 保 护 方 面 考 虑 振 动 噪 声 和 排 出 物 的 处 理 ; 省 资 源 省 能 源 等 生 产 技 术 的 开 发 ; 为 了 适 应 产 品 改 型 需 求 量 增 减 与 生 产 程 序 变 更 等 情 况, 提 高 了 对 设 备 可 调 性 要 求, 为 此 应 重 新 分 析 设 备 与 生 产 线 现 状, 并 从 长 远 观 点 研 究 产 品 质 量 自 动 管 理 系 统 生 产 管 理 系 统 与 监

156 第 7 章 机 械 加 工 147 控 系 统, 使 之 与 电 子 计 算 机 有 机 结 合, 以 达 到 生 产 系 统 自 控 水 平 的 高 度 化 再 从 经 济 性 和 生 产 性 两 方 面 做 出 评 价, 逐 渐 淘 汰 其 不 适 应 部 分, 使 得 整 体 水 平 不 断 提 高 切 削 工 具 与 切 削 液 在 汽 车 工 业 的 机 械 加 工 方 面, 为 了 确 保 单 一 品 种 的 大 量 生 产 与 产 品 质 量, 常 常 划 分 为 不 同 的 加 工 区 域, 并 将 它 们 结 合 为 整 体, 组 成 一 条 生 产 线 区 域 划 分 时, 也 要 从 切 削 方 面 进 行 分 析, 确 定 切 削 条 件, 并 根 据 质 量 要 求 刀 具 寿 命 与 切 屑 排 除 条 件 确 定 切 削 液 此 外, 为 了 缩 短 刀 具 更 换 时 间, 便 于 工 人 操 作, 减 少 刃 部 形 状 的 差 异, 应 对 不 重 磨 刀 片 刀 具 预 装 方 式 等 进 行 研 究, 以 提 高 设 备 开 动 率 1. 不 重 磨 刀 片 与 刀 具 预 装 方 式 图 7.1 所 示 为 按 所 加 工 的 主 要 部 件 和 刀 具 类 别 区 分 的 切 削 工 具 用 量 百 分 比 图 7.2 为 装 有 不 重 磨 刀 片 刀 具 举 例 最 近, 沟 槽 车 刀 螺 纹 车 刀 也 采 用 不 重 磨 刀 片 结 构 不 重 磨 刀 片 容 易 更 换, 且 在 更 换 后 往 往 无 需 调 整, 而 且 刀 体 与 刀 片 也 容 易 标 准 化 不 重 磨 刀 片 也 常 装 在 铰 刀 和 铣 刀 上 (a) 按 主 要 部 件 区 分 (b) 按 工 具 类 别 区 分 图 7.1 工 具 用 量 百 分 比 举 例 图 7.2 不 重 磨 刀 片 刀 具 图 7.3 所 示 为 刀 具 预 装 方 式 这 种 方 式 是 预 先 将 切 削 工 具 装 在 托 架 上, 再 以 定 位 规 校 正 基 准 面 至 刀 刃 间 为 相 对 位 置 由 于 连 同 托 架 一 起 更 换, 大 大 缩 短 了 换 刀 时 间 这 种 预 装 方 式 也 用 在 钻 头 铰 刀 丝 锥 上 为 了 便 于 刀 具 装 卸, 逐 渐 采 用 了 快 换 托 架 结 构 2. 切 削 用 量 与 最 近 切 削 工 具 的 进 展 用 量 确 定 时, 必 须 考 虑 加 工 方 法 被 加 工 材 料 使 用 机 床 要 求 精 度 与 经 济 性 等 条 件 表 7-1 列 举 了 各 种 切 削 方 法 推 荐 使 用 的 切 削 用 量 在 刀 具 材 料 方 面, 各 类 切 削 加 工 都 已 采 用 硬 质 合 金 刀 具 最 近 出 现 了 硬 质 合 金 覆 层 与 高 韧 性 陶 瓷 刀 具, 更 可 进 行 高 速 切 削 并 延 长 147 标 准 分 享 网 免 费 下 载

157 148 汽 车 制 造 工 艺 刀 具 寿 命 错 齿 滚 刀 滚 子 式 砂 轮 刀 中 高 速 磨 削 及 其 砂 轮 的 采 用, 乃 是 刀 具 与 切 削 方 法 进 步 的 实 例 图 7.3 刀 具 预 装 方 式 ( 表 明 安 装 情 况 ) 1 固 定 手 柄 2 定 位 规 3 千 分 表 4 车 刀 5 顶 装 托 架 3. 切 削 液 切 削 液 对 被 加 工 表 面 起 着 冷 却 和 润 滑 作 用, 其 目 的 在 于 延 长 刀 具 寿 命, 提 高 被 加 工 表 面 光 洁 度 和 排 除 切 屑 切 削 液 的 分 类 特 征 与 用 途 见 表 7-2 切 削 液 选 择 时 必 须 考 虑 的 直 接 因 素 有 : 被 加 工 材 料 加 工 方 法 刀 具 材 料 切 削 速 度 ; 间 接 因 素 有 : 排 水 处 理 臭 味 对 人 体 的 影 响 等 切 削 液 使 用 的 体 积 百 分 比 实 例 如 图 7.4 所 示 表 7-1 各 种 切 削 方 法 推 荐 使 用 的 切 削 用 量 被 加 工 材 料 施 工 种 类 刀 具 刀 具 材 料 中 碳 钢 (HB275~325) 切 削 速 度 进 刀 量 灰 口 铸 钢 (HB=150~190) 切 削 速 度 进 刀 量 铸 铝 合 金 (HB=70~125) 切 削 速 度 进 刀 量 (m/min) (mm/r) (m/min) (mm/r) (m/min) (mm/r) 车 削 车 刀 ( 切 削 深 高 速 钢 度 :0.6mm) 硬 质 合 金 孔 加 工 钻 头 (φ 12.7) 高 速 钢 孔 加 工 螺 纹 加 工 铰 刀 高 速 钢 (φ 12.7) 硬 质 合 金 丝 锥 高 速 钢 孔 加 工 ( 拉 削 ) 拉 刀 高 速 钢 ~15 平 面 加 工 铣 刀 ( 切 削 深 高 速 钢 * * * 度 :0.6mm) 硬 质 合 金 * * 无 穷 大 0.30* 注 :* 为 单 齿 进 刀 量 148

158 第 7 章 机 械 加 工 149 表 7-2 切 削 液 分 类 与 用 途 分 类 特 性 主 要 用 途 第 1 种 矿 物 油 或 矿 物 油 与 脂 肪 油 的 混 合 油 高 速 轻 切 削, 一 般 车 铣 钻 压 高 速 含 有 非 活 性 耐 高 润 滑 油 添 加 剂 (cl 非 水 溶 性 第 2 种 钻 铰 铣 滚 齿 剃 齿 s 系 ) 的 混 合 油 切 削 液 压 高 速 含 有 活 性 耐 高 润 滑 油 添 加 剂 的 混 难 削 材 料 的 磨 削 攻 丝 深 孔 加 工 第 3 种 合 油 拉 削 以 矿 物 油 和 表 面 活 化 剂 为 主 要 成 分, 加 水 一 般 钢 材 的 钻 削 与 铣 削, 有 色 金 属 W1 稀 释 成 白 色 乳 状 液 的 钻 削 与 铣 削 水 溶 性 以 表 面 活 化 剂 为 主 要 成 分, 加 水 稀 释 成 透 一 般 钢 材 的 车 铣 钻, 精 密 磨 削, W2 切 削 液 明 或 半 透 明 状 态 无 心 磨 削 以 无 机 盐 类 为 主 要 成 分, 加 水 稀 释 成 透 明 W3 一 般 钢 材 磨 削, 高 速 车 削 溶 液 图 7.4 切 削 液 使 用 情 况 的 体 积 百 分 比 ( 水 溶 性 切 削 液 的 稀 释 率 为 50 倍 ) 被 加 工 材 料 在 机 械 加 工 所 用 材 料 中 以 钢 铸 铁 和 铝 合 金 为 主, 材 料 的 切 削 性 在 大 量 生 产 中 起 着 重 要 作 用 切 削 性 的 判 断 标 准 因 目 的 而 异, 一 般 以 刀 具 寿 命 加 工 件 的 表 面 粗 糙 度 排 屑 的 难 易 程 度 和 切 削 力 大 小 为 指 标 近 年 以 来, 为 了 适 应 设 备 自 动 化, 缩 短 加 工 时 间 和 节 约 劳 动 力 的 需 要, 广 泛 使 用 铅 易 切 钢 由 于 价 格 和 公 害 原 因, 又 逐 渐 改 用 硫 易 切 钢 作 为 消 除 汽 车 排 气 公 害 的 措 施, 采 用 了 耐 热 钢 不 锈 钢 等 难 切 材 料 对 于 这 些 材 料 所 引 起 的 刀 具 寿 命 切 屑 处 理 和 表 面 粗 糙 度 等 问 题, 正 在 逐 渐 得 到 解 决 质 量 保 证 1. 工 艺 管 理 在 大 量 生 产 的 机 械 加 工 生 产 线 上, 大 量 而 连 续 地 生 产 具 有 重 要 机 能 的 部 件 和 保 证 行 车 安 全 的 部 件 为 此, 在 稳 定 的 工 艺 条 件 下 生 产 出 质 量 均 一 的 产 品, 是 十 分 重 要 的 因 此 在 日 常 生 产 过 程 中, 应 按 如 图 7.5 所 示 的 工 艺 管 理 步 骤 加 强 管 理, 以 保 证 产 品 质 量 其 要 点 149 标 准 分 享 网 免 费 下 载

159 150 汽 车 制 造 工 艺 是 根 据 异 常 现 象 进 行 管 理, 因 此 如 何 有 效 的 检 测 异 常 现 象 至 为 重 要 其 基 本 方 法 是 : 从 产 品 质 量 来 检 查 工 艺, 并 从 工 艺 本 身 ( 原 因 线 索 ) 进 行 检 查 据 此, 在 工 艺 管 理 中 实 际 采 用 的 方 法 有 下 列 几 种 (1) 管 理 图 法 确 定 管 理 特 性 管 理 图 管 理 标 准 采 用 取 样 打 点 异 常 现 象 的 发 现 措 施 等 循 序 渐 进 的 方 法, 并 正 确 运 用 x R x R P P m U C 图 表, 称 作 管 理 图 法 (2) 目 视 管 理 法 发 现 异 常 现 象 或 经 过 一 段 时 间 运 转 后, 将 正 在 工 作 中 的 机 床 停 下 来, 用 指 示 灯 发 现 异 常 原 因 和 检 修 的 必 要 性, 进 而 采 取 必 要 措 施 (3) 工 艺 检 查 图 表 法 确 定 检 查 项 目 标 准 和 次 数 检 查 工 艺, 对 不 合 标 准 者, 及 时 采 取 措 施 不 论 使 用 哪 种 方 法, 对 异 常 现 象 应 及 时 采 取 纠 正 措 施 并 在 不 断 实 践 过 程 中, 使 工 艺 更 加 稳 定 检 查 图 7.5 工 艺 管 理 步 骤 为 了 保 证 每 道 工 序 的 质 量, 除 应 进 行 工 艺 管 理 外, 还 要 做 工 序 检 查 (1) 首 先 检 查 其 规 则 是 : 在 生 产 开 始 阶 段 先 加 工 出 几 件 产 品, 检 查 合 格 后 再 开 始 连 续 生 产 使 用 这 种 方 法, 可 以 有 效 地 检 查 设 备 的 调 整 状 况 其 统 计 方 法, 基 本 上 采 用 计 量 抽 查 法, 并 与 修 正 管 理 图 相 配 合 (2) 巡 回 抽 查 检 查 员 或 操 作 工 人 定 期 检 查 本 工 序 的 加 工 产 品, 发 现 不 合 格 品 时 立 即 检 出, 并 调 整 机 床 设 备 以 达 到 产 品 质 量 标 准, 这 样 可 防 止 出 现 大 量 的 不 合 格 品 至 于 统 计 方 法, 除 前 段 已 经 提 到 的 方 法 外, 还 有 连 续 生 产 型 抽 检 法 这 些 方 法 都 已 在 制 造 现 场 中 得 到 适 当 的 应 用 (3) 全 数 检 查 对 于 那 些 具 有 重 要 机 能 的 产 品 保 障 行 车 安 全 的 产 品, 或 是 在 经 济 上 比 采 用 抽 检 制 度 更 为 合 理 的 产 品, 应 进 行 全 数 检 查 由 于 人 工 检 查 易 生 误 差, 应 尽 量 采 用 自 动 检 查

160 第 7 章 机 械 加 工 机 械 加 工 设 备 加 工 生 产 线 设 计 在 指 定 条 件 下, 尽 量 使 产 品 的 质 量 数 量 成 本 和 生 产 节 拍 符 合 预 定 要 求, 综 合 考 虑 设 备 工 艺 材 料 工 人 等 各 种 主 要 因 素, 制 订 出 最 适 当 的 工 艺 计 划 与 设 备 计 划, 乃 是 加 工 生 产 线 设 计 的 要 点 机 械 加 工 生 产 线 的 生 产 方 式, 按 其 规 模 可 分 为 以 下 三 种 : 批 量 生 产 方 式 ( 小 量 生 产 或 多 品 种 生 产 ); 以 专 用 机 床 为 主 的 流 水 生 产 方 式 ( 中 量 生 产 ); 以 自 动 机 床 为 主 的 流 水 生 产 方 式 ( 大 量 生 产 ) 汽 车 制 造 工 业 属 于 大 量 生 产, 通 常 采 用 后 两 类 流 水 生 产 方 式 制 订 流 水 生 产 方 式 的 工 艺 计 划 时, 应 该 注 意 下 列 事 项 (1) 工 艺 管 理 的 简 易 化 生 产 线 的 流 程 与 设 备 布 置 应 尽 量 单 纯 化, 并 力 求 缩 短 生 产 线 长 度, 必 须 考 虑 到 在 生 产 线 开 动 条 件 下 易 于 进 行 各 种 管 理 此 外, 在 自 动 化 生 产 线 的 适 当 部 位 应 安 装 专 用 检 验 设 备, 以 便 有 效 地 进 行 产 品 精 度 管 理 (2) 生 产 线 的 平 衡 各 工 序 和 各 种 零 部 件 的 生 产 能 力 之 间 应 力 求 平 衡, 尽 量 消 除 浪 费 现 象 (3) 工 序 间 的 最 佳 储 存 量 在 提 高 设 备 开 动 率 的 前 提 下, 保 持 工 序 间 的 最 佳 储 存 量 (4) 新 生 产 技 术 的 引 进 不 能 满 足 于 已 经 掌 握 的 加 工 技 术, 而 应 积 极 研 究 或 引 进 新 的 生 产 技 术, 以 提 高 劳 动 生 产 率 (5) 生 产 线 的 可 调 性 为 了 适 应 产 品 设 计 的 改 动 和 生 产 计 划 的 变 更, 生 产 线 必 须 具 备 适 当 的 可 调 性 (6) 对 辅 助 设 备 的 考 虑 根 据 工 厂 内 外 环 境 保 护 对 噪 声 油 烟 和 废 物 处 理 的 要 求, 制 订 适 合 生 产 方 式 的 辅 助 设 备 计 划 制 订 加 工 设 备 与 辅 助 设 备 计 划 时, 除 应 考 虑 上 述 要 求 外, 还 应 注 意 下 列 各 点 (1) 确 定 设 备 各 组 成 要 素 的 必 要 性, 去 掉 不 适 当 的 结 构 (2) 从 保 持 加 工 精 度 稳 定 性 的 前 提 出 发, 分 析 机 床 刚 度 与 加 工 基 准 (3) 在 设 备 结 构 上, 应 能 尽 量 缩 短 刀 具 更 换 时 间 以 提 高 设 备 开 动 率, 便 于 维 护 修 理, 便 于 工 人 操 作, 并 且 经 久 耐 用 (4) 设 计 控 制 部 分 与 运 动 部 分 时, 必 须 充 分 考 虑 其 安 全 性 (5) 注 意 节 省 资 源 与 能 量, 尽 量 提 高 设 备 效 率 (6) 在 设 备 结 构 上, 应 易 于 通 过 更 换 某 些 部 件 进 行 改 装, 以 适 应 产 品 设 计 变 型 的 要 求, 从 而 在 生 产 任 务 改 变 时, 设 备 仍 具 有 高 的 可 用 价 值 (7) 设 备 结 构 应 尽 量 轻 巧 紧 凑, 但 应 具 备 必 要 的 刚 度 专 用 机 床 专 用 机 床 是 为 完 成 特 定 零 件 的 特 定 加 工 而 设 计 制 造 的, 具 有 加 工 精 度 稳 定 与 工 作 效 率 高 等 优 点, 在 大 量 生 产 类 型 的 汽 车 工 业 中 广 泛 使 用 于 专 用 机 床 上 进 行 加 工 的 工 序 主 要 有 : 打 中 心 孔 钻 孔 铰 孔 攻 丝 镗 孔 与 铣 削 加 工 等, 其 形 式 与 特 征 的 示 意 情 况 如 图 7.6 所 示 151 标 准 分 享 网 免 费 下 载

161 152 汽 车 制 造 工 艺 (a) 单 工 位 式 (b) 回 转 台 式 (c) 中 心 柱 式 (d) 自 动 线 式 (e) 转 鼓 式 (f) 往 复 式 图 7.6 由 标 准 部 件 构 成 的 专 用 机 床 的 类 型 专 用 机 床 的 床 身 与 部 件 很 少 是 每 次 进 行 个 别 设 计 制 造 的, 通 常 是 由 专 用 机 床 制 造 厂 生 产 出 自 己 的 标 准 部 件, 以 之 组 合 成 专 用 机 床 图 7.7 表 示 各 种 标 准 部 件 的 常 用 名 称 与 装 配 方 式 进 给 机 构 由 图 示 的 标 准 部 件 所 组 成, 并 在 滑 台 底 座 上 装 有 各 种 动 力 头 构 成 标 准 部 件 的 各 组 成 单 元 多 采 用 钢 板 焊 接 结 构, 以 缩 短 加 工 时 间, 降 低 加 工 费 用 滑 台 的 驱 动 方 式 有 油 压 驱 动 与 丝 杠 机 械 驱 动 等 两 种 油 压 驱 动 装 置 容 易 制 造 调 整, 目 前 使 用 较 广, 但 从 加 工 精 度 的 稳 定 性 防 止 公 害 和 节 省 资 源 考 虑, 机 械 驱 动 装 置 正 重 新 受 到 重 视 图 7.7 标 准 部 件 的 组 合 示 例 1- 滑 台 底 座 2- 滑 台 3- 立 柱 4- 中 心 底 座 5- 底 座 6- 共 用 底 座 专 用 机 床 的 必 备 条 件 是 : 高 效 率 并 适 用 于 大 量 生 产 ; 加 工 精 度 能 稳 定 在 所 需 要 的 公 差 范 围 内 ; 能 减 少 加 工 费 用, 降 低 产 品 成 本 ; 不 熟 练 工 人 也 能 操 作 ; 容 易 保 养 维 修, 维 修 费 用 低 ; 被 加 工 工 件 的 形 状 与 尺 寸 改 变 时, 容 易 采 取 相 应 措 施 最 近, 由 于 把 单 能 通 用 机 床 也 当 作 组 合 机 床 的 一 种 标 准 单 元, 以 求 专 用 机 化, 从 而 制 造 出 许 多 价 格 便 宜 的 专 用 机 床 自 动 机 ( 线 ) 自 动 机 乃 是 各 种 专 用 机 床 单 元 的 集 合 体 在 自 动 机 的 每 一 定 间 隔 处 设 置 具 有 特 殊 机 能 的 工 位 按 其 机 能 可 分 为 加 工 工 位 测 量 工 位 清 洗 工 位 姿 势 变 换 工 位 和 储 备 工 位 加 152

162 第 7 章 机 械 加 工 153 工 工 位 具 有 专 用 机 床 的 功 能 被 加 工 工 件 由 各 种 运 输 装 置 在 各 工 位 之 间 同 步 或 异 步 的 自 动 搬 运, 以 完 成 预 定 的 加 工 过 程 在 自 动 机 上 进 行 加 工 的 种 类 很 多, 除 进 行 机 械 加 工 工 序 外, 近 来 还 积 极 建 立 包 括 滚 轧 热 处 理 检 查 装 配 等 工 序 在 内 的 自 动 机 ( 线 ), 以 及 包 括 发 动 机 与 差 速 器 等 部 件 装 配 的 自 动 机 ( 线 ) 由 于 在 生 产 性 经 济 性 与 质 量 稳 定 性 等 方 面, 自 动 机 都 是 一 种 适 合 在 大 量 加 工 生 产 线 上 使 用 的 设 备, 所 以 正 被 汽 车 零 部 件 加 工 生 产 线 积 极 采 用 特 别 是 近 年 以 来, 由 于 搬 运 技 术 与 切 削 技 术 的 进 步, 被 加 工 材 料 切 削 性 的 提 高, 产 品 设 计 也 更 有 利 于 自 动 化, 因 而 越 发 促 进 了 加 工 设 备 的 自 动 机 化 1. 自 动 机 的 组 成 自 动 机 组 成 的 要 素 有 : 中 心 底 座 侧 面 底 座 立 柱 滑 台 底 座 进 给 装 置 安 装 工 件 装 置 工 件 搬 运 装 置 工 件 姿 势 变 换 装 置 电 气 控 制 装 置 油 压 气 压 控 制 装 置 等 上 述 诸 要 素 虽 可 任 意 组 合, 形 成 各 种 类 型 的 自 动 机, 但 是, 实 际 上 却 受 下 列 条 件 的 限 制 : 应 使 切 屑 的 处 理 方 式 相 同, 应 该 使 用 同 种 切 削 液, 所 需 要 的 加 工 时 间 应 该 大 致 相 同, 工 序 间 的 划 分 应 合 宜 ( 便 于 发 现 加 工 精 度 超 差 等 缺 陷 ) 根 据 上 述 条 件, 选 择 自 动 机 组 成 的 适 当 要 素 2. 自 动 机 的 种 类 自 动 机 可 以 大 致 区 分 为 联 运 型 ( 同 步 搬 运 型 ) 和 独 立 型 ( 异 步 搬 运 型 ) 两 大 类 (1) 联 运 型 自 动 机 又 可 划 分 为 托 板 式 和 直 送 式 两 种 托 板 式 是 以 托 板 为 搬 运 被 加 工 零 件 的 辅 助 工 具, 一 般 用 于 形 状 复 杂, 不 易 平 稳 放 置 的 工 件, 消 除 搬 运 上 和 在 满 足 加 工 精 度 要 求 上 的 困 难 直 送 式 自 动 机 无 需 搬 运 零 件 的 辅 助 工 具, 一 般 用 于 在 形 状 上 容 易 平 稳 放 置, 而 在 搬 运 和 保 持 加 工 精 度 方 面 又 不 致 发 生 困 难 的 零 件 此 外, 被 加 工 零 件 的 搬 运 方 式 还 可 细 分 为 滑 合 式 托 架 式 机 械 手 式 等 数 种 在 设 备 占 地 面 积, 加 工 精 度 管 理, 设 备 维 修 和 设 备 费 用 等 方 面, 直 送 式 往 往 优 于 托 板 式 因 此, 在 制 造 自 动 机 时, 尽 可 能 采 用 直 送 式 近 来, 由 于 夹 具 设 计 技 术 和 搬 运 技 术 的 进 步, 过 去 在 托 板 式 自 动 机 上 加 工 的 零 件 也 改 在 直 送 式 自 动 机 上 加 工 (2) 独 立 型 自 动 机 一 种 类 型 是 在 通 用 机 床 上 采 用 专 用 工 具, 并 备 有 装 料 和 卸 料 装 置, 将 这 些 机 床 按 一 定 距 离 布 置, 其 间 以 存 储 型 输 送 机 相 互 连 接 另 一 种 类 型 是 采 用 装 配 自 动 机 和 一 部 切 削 自 动 机, 在 各 加 工 工 位 间 以 存 储 型 输 送 机 相 互 结 合 ( 也 称 自 动 流 通 型 ) 这 些 都 是 着 眼 于 各 加 工 工 位 生 产 节 拍 的 差 异 和 开 动 率 的 差 异, 通 过 在 各 加 工 工 位 之 间 配 置 存 储 型 输 送 机, 掌 握 住 作 为 生 产 节 拍 与 开 动 率 相 乘 效 果 的 各 加 工 工 位 的 生 产 量, 求 得 各 工 序 间 的 平 衡, 以 最 大 限 度 地 提 高 自 动 机 整 体 的 开 动 率 3. 自 动 机 的 节 拍 自 动 机 的 节 拍 包 括 切 削 加 工 所 需 要 的 时 间 和 工 件 搬 运 定 位 夹 紧 拆 卸 等 辅 助 动 作 的 时 间 目 前, 辅 助 动 作 时 间 多 为 6~9 s 切 削 加 工 时 间 则 根 据 生 产 规 模 和 加 工 生 产 线 的 设 计 方 法 而 选 择 节 拍 时 间 一 般 多 取 30~60 s 自 动 化 装 置 自 动 化 装 置 是 使 由 专 用 机 床 和 自 动 机 床 组 成 的 机 械 加 工 生 产 线, 成 为 自 动 加 工 生 产 线 的 必 要 设 备 自 动 化 装 置 可 大 致 区 分 为 : 以 输 送 机 为 主 的 机 床 间 搬 运 装 置, 被 加 工 零 件 的 153 标 准 分 享 网 免 费 下 载

163 154 汽 车 制 造 工 艺 储 存 分 配 供 应 姿 态 变 换 等 装 置, 在 自 动 化 设 备 出 入 口 等 处 使 用 的 装 料 卸 料 装 置, 以 及 机 械 人 ( 手 ) 等 数 种 1. 机 床 间 搬 运 装 置 机 床 间 通 用 的 搬 运 装 置 有 链 式 输 送 机 辊 道 输 送 机 带 式 输 送 机 等 数 种, 多 按 被 搬 运 零 件 的 形 状 来 合 理 选 用, 此 外, 也 常 常 根 据 特 定 零 件 的 形 状, 制 成 专 用 的 搬 运 装 置 选 用 搬 运 设 备 的 主 要 条 件 有 : 被 搬 运 零 件 的 形 状 与 重 量, 所 需 要 的 搬 运 速 度 与 停 止 精 度, 被 搬 运 零 件 表 面 划 伤 的 允 许 程 度, 向 其 他 设 备 上 的 移 载 条 件 等, 应 按 使 用 目 的 来 选 择 机 床 间 的 操 运 装 置, 有 的 只 有 搬 运 的 机 能, 有 的 则 兼 有 搬 运 和 存 储 的 机 能 后 者 被 用 为 工 序 间 被 加 工 零 件 的 蓄 积 装 置 表 7-3 列 举 了 机 床 间 搬 运 装 置 的 用 途 与 机 能 2. 机 械 人 ( 手 ) 被 加 工 零 件 在 专 用 机 床 自 动 机 床 加 工 生 产 线 蓄 积 装 置 处 的 安 装 与 拆 卸, 通 常 使 用 装 料 装 置 与 卸 料 装 置 这 类 装 置 的 设 计 与 制 造 都 是 以 特 定 的 零 部 件 为 对 象, 所 包 含 的 通 用 因 素 少 近 来, 这 些 装 卸 料 装 置 已 逐 渐 为 包 含 通 用 因 素 多 的 机 械 人 所 代 替 机 械 人 按 其 控 制 方 法 功 能 和 动 作 方 式 可 分 为 若 干 类 型, 具 有 各 种 各 样 的 名 称 机 械 人 手 臂 的 基 本 动 作 有 : 前 后 动 作, 上 下 动 作, 水 平 旋 回 动 作, 手 部 回 转 动 作, 爪 的 开 闭 动 作 等 数 种 此 外, 机 械 人 整 体 还 可 具 有 在 前 后 左 右 方 向 行 走 运 动 的 能 力 表 7-3 机 床 间 搬 运 装 置 的 用 途 和 机 能 主 要 参 数 名 称 大 件 长 件 小 件 圆 件 链 式 输 送 机 驱 动 辊 道 输 送 机 辊 道 支 撑 运 输 机 辊 道 链 板 运 输 机 辊 道 运 输 机 升 降 输 送 机 升 降 装 置 步 进 运 输 机 悬 链 运 输 机 震 动 运 输 机 锯 齿 运 输 机 转 鼓 运 输 机 带 有 附 属 装 置 的 链 式 运 输 机 梭 式 输 送 机 升 降 装 置 震 动 运 输 机 B 震 动 运 输 机 C 双 列 旋 链 输 送 机 用 途 ( 按 工 件 形 状 分 ) 机 能 工 件 储 存 工 件 划 伤 搬 运 速 度 搬 运 可 靠 性 停 止 精 度 移 载 容 易 性 154

164 第 7 章 机 械 加 工 155 续 表 主 要 参 数 名 称 大 件 长 件 小 件 圆 件 镰 形 (crescent) 链 式 输 送 机 滚 轴 式 输 送 机 带 式 输 送 机 带 刷 输 送 机 平 板 输 送 机 滑 道 用 途 ( 按 工 件 形 状 分 ) 机 能 工 件 储 存 工 件 划 伤 搬 运 速 度 搬 运 可 靠 性 停 止 精 度 移 载 容 易 性 检 验 设 备 1. 工 序 内 检 验 设 备 的 机 能 机 械 加 工 工 序 内 的 检 验 设 备 具 有 下 列 两 种 机 能 : 保 证 产 品 质 量 的 优 劣 鉴 别 机 能, 预 防 生 产 不 合 格 品 的 产 品 质 量 情 况 反 馈 机 能 检 验 设 备 的 设 置 位 置 也 分 为 加 工 后 测 量 和 加 工 中 测 量 等 两 种, 一 般 与 上 述 两 种 机 能 存 在 着 相 互 对 应 的 关 系 例 如, 由 于 对 保 证 汽 车 行 驶 安 全 的 零 部 件 检 查 和 加 工 精 度 的 提 高 都 存 在 困 难, 当 采 用 从 成 品 中 挑 选 合 格 品 的 检 查 方 法, 不 论 在 技 术 上 和 成 本 上 均 有 利 时, 主 要 利 用 检 验 设 备 的 第 一 种 机 能, 至 于 在 连 续 生 产 工 序 内 出 现 不 合 格 品 时, 发 出 警 报 以 防 止 发 生 大 量 不 合 格 品, 并 向 前 道 工 序 发 出 调 整 信 号, 则 主 要 使 用 检 验 设 备 的 第 二 种 机 能 本 来, 大 量 生 产 过 程 中 所 用 检 验 设 备 的 追 求 目 标 应 该 是, 具 有 反 馈 机 能 并 能 保 证 产 品 质 量 亦 即 以 加 工 中 测 量 来 防 止 加 工 过 程 中 出 现 不 合 格 品, 而 以 加 工 后 测 量 来 保 证 产 品 质 量 因 此, 在 制 订 检 验 设 备 计 划 时, 应 该 根 据 上 述 机 能 并 充 分 考 虑 加 工 过 程 的 需 要, 确 定 符 合 使 用 目 的 的 恰 当 的 设 备 规 格 为 了 适 应 大 量 生 产 工 艺 的 需 要, 设 备 本 身 必 备 的 特 性 是 : 测 量 精 度 稳 定, 测 量 迅 速, 容 易 调 整, 可 靠 性 高, 容 易 保 养 维 修 其 结 果 是 出 现 了 许 多 高 度 专 用 化 的 设 备 2. 工 序 内 检 验 设 备 的 种 类 按 检 查 项 目 可 区 分 为 : 尺 寸 与 形 状 压 漏 性 平 衡 质 量 表 面 缺 陷 淬 火 层 深 度 硬 度 等 (1) 尺 寸 检 验 多 用 于 发 动 机 车 间 与 变 速 器 车 间, 以 进 行 选 配 零 件 的 级 别 选 定 标 记 和 优 劣 选 择 常 用 的 检 测 仪 器 有 反 压 式 空 气 测 微 仪 和 差 动 变 压 器 式 电 动 测 微 仪 等 数 种 近 年 来, 使 用 了 提 高 检 测 器 稳 定 性 的 零 点 漂 移 补 偿 装 置 和 计 算 机, 可 以 演 算 测 量 结 果, 提 供 质 量 情 报, 可 以 作 为 工 艺 管 理 和 质 量 管 理 的 一 种 手 段 (2) 压 漏 检 验 多 用 于 发 动 机 车 间, 检 查 铸 件 压 铸 件 的 漏 水 漏 油 情 况 检 查 方 法 可 采 用 向 被 检 查 工 件 内 部 输 入 压 缩 空 气, 并 在 水 中 进 行 有 无 气 泡 发 生 的 目 测 检 验, 或 是 与 标 准 样 品 比 较, 测 定 两 者 压 差, 以 进 行 自 动 检 验 所 用 检 测 仪 器 有 各 种 压 力 变 换 器 和 流 量 变 换 器 (3) 平 衡 检 验 用 于 检 验 零 件 旋 转 时 的 动 平 衡 情 况 使 被 检 验 零 件 在 自 由 振 动 台 上 回 155 标 准 分 享 网 免 费 下 载

165 156 汽 车 制 造 工 艺 转, 以 电 磁 型 自 动 检 测 器 测 定 不 平 衡 量 及 其 位 置, 然 后 在 下 道 工 序 内 加 以 修 正, 达 到 平 衡 重 量 检 验 以 连 杆 大 小 头 的 重 量 分 配 检 查 为 对 象, 进 行 重 量 选 分 和 去 重 平 衡 采 用 差 动 变 压 器 式 秤 量 仪 作 为 检 测 器 (4) 表 面 与 内 部 的 缺 陷 淬 火 层 深 度 淬 火 硬 度 等 项 的 工 序 内 检 验 一 般 以 保 证 汽 车 行 驶 安 全 的 零 部 件 为 对 象, 在 无 损 检 测 仪 上 检 查 所 用 设 备 的 实 例 有 以 萤 光 磁 粉 或 超 声 波 进 行 检 查 的 磁 力 探 伤 机 或 超 声 波 探 伤 机, 也 有 利 用 电 磁 感 应 原 理 进 行 淬 火 层 深 度 和 淬 火 层 硬 度 检 查 的 设 备 3. 工 序 外 的 检 验 工 序 外 检 验 设 备 是 指 进 行 抽 样 检 验 精 密 检 验 或 其 他 特 性 检 验 所 使 用 的 设 备, 与 工 序 内 检 验 设 备 结 合 使 用, 以 保 证 并 提 高 产 品 质 量 所 用 设 备 的 实 例 有 : 三 维 空 间 测 定 仪 椭 圆 度 测 定 仪 表 面 光 洁 度 测 定 仪 等 高 通 用 性 设 备, 也 有 凸 轮 外 形 测 定 仪 活 塞 外 形 测 定 仪 差 速 器 壳 校 准 测 定 仪 等 专 用 设 备 此 外, 还 有 材 料 试 验 机 X 射 线 透 视 仪 等 特 殊 理 化 仪 器 当 产 品 质 量 发 生 问 题 时, 用 来 进 行 分 析 研 究 辅 助 设 备 机 械 加 工 过 程 中 使 用 的 辅 助 设 备 有 : 工 序 间 搬 运 装 置 排 屑 装 置 切 削 液 处 理 装 置 集 尘 集 雾 装 置 生 产 管 理 装 置 等 数 种 这 些 装 置 与 作 为 加 工 设 备 主 体 的 机 床 组 成 生 产 线 1. 切 削 液 处 理 装 置 金 属 材 料 加 工 过 程 中 所 使 用 的 切 削 液 起 着 消 除 切 削 摩 擦 热, 提 高 加 工 梢 度, 延 长 刀 具 寿 命 的 作 用, 并 作 为 液 态 运 送 载 体, 起 着 运 送 并 排 除 屑 的 作 用 切 削 液 处 理 装 置 的 任 务 在 于 维 持 切 削 液 的 功 能, 亦 即 从 排 放 出 来 混 有 切 屑 的 切 削 液 中, 将 切 屑 分 离, 并 将 清 洁 的 切 削 液 输 送 至 加 工 部 位 可 将 加 工 相 同 材 料 的 数 台 乃 至 数 十 台 专 用 机 床 或 自 动 机 床 使 用 的 同 一 种 类 的 切 削 液, 在 集 中 处 理 装 置 上 一 同 处 理 这 种 集 中 处 理 的 优 点 是 : 便 于 运 行 与 维 护 管 理, 提 高 了 过 滤 性 和 加 工 精 度, 减 少 设 备 布 置 面 积, 延 长 切 削 液 使 用 寿 命, 容 易 进 行 切 屑 排 除 处 理, 降 低 处 理 费 用 其 缺 点 在 于 服 务 机 床 的 数 量 多, 一 旦 发 生 故 障, 将 造 成 影 响 生 产 线 全 局 的 大 事 故 大 损 害, 为 此 必 须 严 格 进 行 运 行 的 维 护 管 理 目 前, 汽 车 工 业 中 常 用 的 切 削 液 集 中 处 理 装 置 的 过 滤 方 式 有 : 重 力 式 电 磁 式 滤 芯 式 离 心 分 离 式 真 空 式 压 力 式 非 压 差 式 衬 套 缝 隙 式 实 际 上 这 些 方 法 常 被 综 合 使 用 最 近, 为 了 防 止 切 削 液 附 着 在 切 屑 上 被 带 走, 以 及 为 了 防 止 在 切 屑 搬 运 过 程 中 将 车 间 污 染, 也 可 装 设 切 屑 脱 液 装 置 2. 切 屑 排 除 装 置 机 械 加 工 过 程 中 所 用 的 排 屑 装 置, 有 的 属 于 单 台 机 床, 规 模 较 小, 有 的 为 数 台 机 床 所 共 用, 规 模 较 大 排 屑 装 置 的 类 型 有 : 刮 板 式 拖 板 式 鱼 叉 往 复 运 动 式 振 动 式 水 压 式 气 压 式 等 数 种, 根 据 切 屑 材 料 形 状 数 量 和 干 燥 度 合 理 选 用 此 外, 也 可 将 排 屑 装 置 与 破 碎 机 及 压 力 机 相 连 接, 形 成 切 屑 处 理 线 156

166 第 7 章 机 械 加 工 汽 车 零 件 加 工 举 例 汽 缸 体 汽 缸 体 加 工 乃 是 多 工 位 加 工, 包 括 平 面 切 削 镗 钻 攻 丝 珩 磨 等 许 多 加 工 内 容 根 据 零 件 形 状, 多 采 用 线 型 直 进 式 自 动 机 床 加 工 机 床 间 运 输 使 用 以 各 种 输 送 机 为 主 体 的 自 动 化 装 置, 形 成 一 条 全 自 动 加 工 生 产 线 1. 平 面 切 削 机 床 有 铣 削 及 拉 削 两 种 加 工 方 法, 一 般 多 采 用 前 者 由 于 汽 缸 体 本 身 的 刚 度 好, 在 高 效 率 生 产 场 合 下, 缸 体 上 平 面 下 平 面 曲 轴 轴 承 半 圆 孔 等 处 加 工 可 采 用 平 面 拉 床 在 这 类 设 备 中 有 双 动 平 面 拉 床, 其 主 滑 枕 驱 动 可 分 为 油 压 式 与 电 动 机 械 式 两 种, 加 工 时 间 约 为 30~ 40s 最 近, 随 着 铸 件 薄 壁 化 倾 向 的 增 加, 低 刚 度 的 汽 缸 体 加 工 多 采 用 高 速 铣 削 方 式 自 动 铣 床 乃 是 大 量 生 产 用 的 铣 削 设 备, 在 这 样 一 台 自 动 机 上 能 完 成 全 部 平 面 的 铣 削 加 工 2. 钻 孔 攻 丝 机 床 汽 缸 体 左 面 右 面 上 面 下 面 前 面 后 面 和 其 他 面 上 各 种 螺 纹 底 孔 的 加 工, 清 砂 孔 在 装 配 闷 盖 前 的 钻 孔 加 工, 以 及 装 配 基 准 孔 等 的 底 孔 加 工, 都 应 该 根 据 加 工 情 况 设 计 孔 加 工 自 动 机 床 此 外, 攻 丝 与 孔 的 精 加 工, 也 常 结 合 切 削 液 和 刀 具 的 使 用 情 况, 设 计 自 动 机 3. 镗 床 重 要 的 镗 孔 加 工 有 汽 缸 内 径 凸 轮 轴 孔 曲 轴 孔 分 电 器 装 配 孔 等 数 种 缸 径 镗 孔 分 为 粗 加 工 与 精 加 工 两 类, 精 加 工 应 严 格 保 证 其 圆 柱 度 与 垂 直 度 在 同 轴 心 镗 孔 精 加 工 工 序 中, 为 了 使 各 孔 之 间 相 对 距 离 精 度 和 同 心 度 保 持 高 水 平, 应 设 计 特 殊 专 用 机 床, 进 行 同 时 加 工 4. 缸 径 珩 磨 机 缸 径 珩 磨 的 目 的 在 于 得 到 能 承 受 活 塞 上 下 激 烈 运 动 并 保 持 适 当 临 界 润 滑 状 态 的 精 加 工 面 珩 磨 加 工 乃 是 以 圆 周 上 装 有 磨 石 的 形 磨 头 做 回 转 运 动 与 上 下 运 动, 对 缸 径 表 面 进 行 精 加 工 通 过 调 整 回 转 运 动 与 上 下 运 动 的 速 度, 得 到 所 需 要 的 珩 磨 网 纹, 保 证 适 当 的 润 滑 性 能 磨 石 扩 张 机 构 有 油 压 式 和 机 械 式 两 类, 前 者 为 等 压 珩 磨, 后 者 为 等 余 量 珩 磨 多 缸 发 动 机 缸 径 珩 磨 使 用 多 轴 珩 磨 机 床, 布 磨 头 的 扩 张 机 构 以 各 轴 独 立 控 制 为 宜, 容 易 保 证 加 工 精 度 曲 轴 曲 轴 加 工 乃 是 轴 类 加 工 中 难 度 最 大 的 一 种 其 加 工 工 艺 包 括 车 磨 钻 及 其 他 工 序, 常 采 用 特 殊 专 用 机 床 本 节 将 详 细 地 介 绍 曲 轴 的 加 工 工 艺 过 程 1. 曲 轴 的 功 用 曲 轴 是 活 塞 式 发 动 机 中 的 一 个 重 要 零 件 曲 轴 和 连 杆 活 塞 等 一 起 组 成 曲 柄 连 杆 机 构 发 动 机 工 作 时, 活 塞 向 下 的 推 力, 经 连 杆 传 到 曲 轴, 由 曲 轴 将 活 塞 的 往 复 运 动 转 变 为 曲 轴 绕 其 本 身 轴 线 的 旋 转 运 动, 并 向 外 输 出 功 率, 经 汽 车 的 传 动 系 驱 动 汽 车 曲 轴 由 三 部 分 组 成 : 曲 轴 前 端 ; 由 若 干 个 连 杆 轴 颈 曲 柄 臂 及 主 轴 颈 组 成 的 曲 拐 ; 曲 157 标 准 分 享 网 免 费 下 载

167 158 汽 车 制 造 工 艺 轴 后 端 如 图 7.8 所 示, 曲 轴 由 其 自 身 的 主 轴 颈 安 装 在 发 动 机 上, 其 连 杆 轴 颈 上 装 有 连 杆 曲 轴 的 前 端 装 有 驱 动 凸 轮 轴 的 正 时 齿 轮 或 链 轮 ; 消 除 曲 轴 扭 转 振 动 的 扭 转 减 振 器 ; 另 外 还 有 带 动 冷 却 风 扇 水 泵 气 泵 和 交 流 发 电 机 的 带 轮 及 启 动 爪 ; 有 的 还 装 有 带 动 液 压 泵 和 制 冷 压 缩 机 的 附 加 带 轮, 用 来 驱 动 液 压 转 向 机 构 和 空 调 机 工 作 图 7.8 曲 轴 飞 轮 组 分 解 图 1- 启 动 爪 2- 启 动 爪 锁 紧 垫 圈 3- 扭 转 减 振 器 4- 带 轮 5- 挡 油 片 6- 正 时 齿 轮 7- 半 月 键 8- 曲 轴 9- 主 轴 承 上 下 轴 瓦 10- 中 间 主 轴 承 上 下 轴 瓦 11- 止 推 片 12- 螺 栓 13- 直 通 滑 脂 嘴 14- 螺 母 15- 齿 环 16- 圆 柱 销 17- 第 一 六 缸 活 塞 压 缩 上 止 点 记 号 用 钢 球 曲 轴 的 后 端 装 有 飞 轮, 使 发 动 机 能 均 匀 地 输 出 功 率, 并 保 证 工 作 平 稳 飞 轮 外 圆 有 齿 圈 用 来 启 动 飞 轮 上 还 装 有 离 合 器 2. 曲 轴 的 结 构 特 点 和 技 术 要 求 发 动 机 工 作 时, 其 活 塞 每 秒 钟 要 往 复 100~200 个 行 程 一 台 行 驶 16 万 千 米 的 汽 车 发 动 机 大 约 完 成 做 功 行 程 2 亿 次 曲 轴 的 转 速 可 达 到 6000r/min 发 动 机 每 个 工 作 行 程 都 有 很 大 的 燃 气 压 力 通 过 活 塞 连 杆 突 然 作 用 到 曲 轴 上 这 种 很 大 的 瞬 间 燃 气 压 力, 以 每 秒 100~200 次 的 频 率 反 复 冲 击 曲 轴 另 外 曲 轴 还 受 到 往 复 旋 转 运 动 的 惯 性 力 及 力 矩 的 作 用 这 些 周 期 性 变 化 的 载 荷 在 曲 轴 的 各 部 分 产 生 弯 曲 扭 转 剪 切 拉 压 等 复 杂 的 交 变 应 力, 同 时 也 造 成 曲 轴 的 扭 转 振 动 和 弯 曲 振 动 在 一 定 的 条 件 下, 扭 转 振 动 和 弯 曲 振 动 会 产 生 很 大 的 附 加 应 力 曲 轴 的 形 状 较 为 复 杂, 其 横 断 面 沿 轴 线 方 向 急 剧 变 化, 因 而 应 力 分 布 极 不 均 匀, 尤 其 在 曲 柄 臂 和 轴 颈 的 过 渡 圆 角 部 分 及 油 孔 附 近 会 产 生 严 重 的 应 力 集 中 曲 轴 经 长 期 工 作 运 转, 在 应 力 集 中 区 会 产 生 疲 劳 破 坏 弯 曲 和 扭 转 疲 劳 断 裂 是 曲 轴 的 主 要 破 坏 形 式, 尤 其 是 弯 曲 疲 劳 断 裂 最 为 常 见 曲 轴 的 连 杆 轴 颈 主 轴 颈 及 其 轴 承 副 在 高 比 压 下 高 速 相 对 旋 转, 容 易 造 成 磨 损 发 热 和 烧 损 为 了 保 证 发 动 机 长 期 可 靠 地 工 作, 对 曲 轴 提 出 了 很 高 的 要 求 (1) 足 够 的 强 度 主 要 是 弯 曲 疲 劳 强 度 扭 转 疲 劳 强 度 和 功 率 输 出 端 的 静 强 度 158

168 第 7 章 机 械 加 工 159 (2) 足 够 的 刚 度 目 的 是 减 少 曲 轴 挠 曲 变 形, 提 高 曲 轴 的 自 振 频 率 (3) 良 好 的 润 滑 性, 高 的 耐 磨 性 (4) 良 好 的 平 衡 (5) 以 上 的 各 项 要 求, 都 应 该 在 轻 的 结 构 重 量 下 实 现 曲 轴 上 的 连 杆 轴 颈 偏 置 于 曲 轴 的 轴 心 线, 这 种 不 平 衡 状 况, 如 果 没 有 平 衡 重, 当 曲 轴 旋 转 时, 会 产 生 严 重 的 振 动 平 衡 重 一 般 都 设 置 在 连 杆 轴 颈 的 相 反 方 向 上 曲 轴 上 有 钻 通 的 油 孔, 润 滑 油 经 过 油 道, 从 主 轴 颈 流 到 连 杆 轴 颈, 进 行 润 滑 曲 轴 的 结 构 有 整 体 式 和 组 合 式 两 种, 一 般 发 动 机 的 曲 轴 都 为 整 体 式 其 特 点 是 : 强 度 高, 刚 性 好, 结 构 紧 凑 而 当 连 杆 大 头 为 整 体 式 的 某 些 小 型 汽 油 机 或 大 功 率 柴 油 机 及 采 用 滚 动 轴 承 作 为 曲 轴 主 轴 承 的 发 动 机, 则 采 用 组 合 式 曲 轴 组 合 式 曲 轴 加 工 较 简 单, 即 先 将 曲 轴 各 部 分 分 段 加 工, 然 后 再 组 合 成 整 体 曲 轴 图 7.9 所 示 为 六 缸 汽 油 机 曲 轴 结 构 简 图 曲 轴 形 状 特 殊, 刚 性 差, 要 求 精 度 高, 机 械 加 工 难 度 大 为 了 保 证 曲 轴 正 常 工 作 和 约 束 曲 轴 制 造 的 全 过 程, 对 曲 轴 规 定 了 严 格 的 技 术 要 求 主 要 有 以 下 几 个 方 面 (1) 尺 寸 精 度 方 面 的 技 术 要 求 主 轴 颈 和 连 杆 细 颈 的 直 径 尺 寸 精 度 通 常 为 IT6~IT7 级 ; 主 轴 颈 的 宽 度 极 限 偏 差 为 +0.1~+0.36mm, 连 杆 轴 颈 的 宽 度 极 限 偏 差 为 ±0.05~+0.15mm; 曲 轴 半 径 极 限 偏 差 为 ±0.05mm; 曲 轴 的 轴 向 尺 寸 极 限 偏 差 为 ±0.15~±0.50mm (2) 形 状 精 度 方 面 的 技 术 要 求 主 轴 颈 连 杆 轴 颈 的 圆 柱 度 公 差 为 0.005~0.01mm; 曲 轴 后 端 法 兰 的 平 面 度 公 差 为 0.1mm (3) 位 置 精 度 方 面 的 技 术 要 求 连 杆 轴 颈 轴 线 对 主 轴 颈 轴 线 的 平 行 度, 每 100mm 长 度 上 不 大 于 0.02mm; 轴 颈 母 线 间 的 平 行 度 不 大 于 0.015mm; 连 杆 轴 颈 相 位 角 偏 差 不 大 于 130'; 中 间 主 轴 颈 在 以 前 后 主 轴 颈 为 基 准 时 的 径 向 圆 跳 动 不 大 于 0.015mm( 曲 轴 长 度 为 1.5m 以 内 时 ); 曲 轴 后 端 法 兰 面 的 径 向 圆 跳 动 不 大 于 0.06mm; 止 推 面 对 主 轴 颈 轴 线 的 垂 直 度 一 般 为 0.012~0.017mm (4) 表 面 粗 糙 度 方 面 的 技 术 要 求 曲 轴 的 连 杆 轴 颈 和 主 轴 颈 的 表 面 粗 糙 度 为 Ra0.4~ 0.2μm; 曲 轴 的 主 轴 颈 连 杆 轴 颈 与 曲 柄 臂 连 接 处 圆 角 的 表 面 极 糙 度 为 Ra0.4μm (5) 其 他 技 术 要 求 曲 轴 必 须 经 过 动 平 衡 各 种 曲 轴 所 要 求 的 平 衡 精 度 取 决 于 发 动 机 的 用 途 轴 颈 数 目 和 每 分 钟 转 数 ; 曲 轴 的 主 轴 颈 连 杆 轴 颈 等 表 面, 大 部 分 都 要 求 表 面 强 化 机 械 强 化 方 面 一 般 进 行 喷 丸 处 理 和 滚 压 圆 角 滚 压 圆 角 的 冷 作 硬 化 深 度 要 求 达 到 ~0.0125mm 热 处 理 方 面, 一 般 要 求 曲 轴 调 质 轴 颈 表 面 淬 火 氮 化 等 根 据 发 动 机 结 构 和 曲 轴 材 料 的 不 同, 其 热 处 理 后 的 硬 度 一 船 为 HRC46~62; 曲 轴 油 道 孔 的 清 洁 度 要 求, 曲 轴 加 工 完 毕 后 必 须 清 洗 外 表 面 和 油 道 孔 特 别 是 油 道 孔 清 洗 的 好 坏, 将 直 接 影 响 轴 瓦 的 寿 命 一 般 油 道 孔 的 清 洁 度 标 准 为 2.5~50mg; 轴 裂 纹 的 技 术 要 求, 对 曲 轴 的 横 向 裂 纹 要 求 很 严 格, 不 允 许 有 横 向 裂 纹 存 在 允 许 有 小 的 轴 向 裂 纹 存 在 但 曲 轴 各 部 位 所 允 许 存 在 的 裂 纹 也 不 相 同 其 磁 痕 长 度 从 3.2~22.2mm 不 等 ; 精 加 工 曲 轴 时, 曲 轴 旋 转 方 向 的 规 定 目 前 国 外 的 许 多 汽 车 制 造 厂 在 精 加 工 曲 轴 的 连 杆 轴 颈 和 主 轴 颈 时, 对 曲 轴 的 旋 转 方 向 在 产 品 图 上 都 有 明 确 的 规 定 精 磨 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 及 精 加 工 止 推 面 时, 曲 轴 的 旋 转 方 向 应 与 其 在 发 动 机 中 工 作 时 的 旋 转 方 向 相 反 抛 光 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 以 及 挤 压 或 抛 光 止 推 面 时, 曲 轴 的 旋 转 方 向 应 与 其 在 发 动 机 中 工 作 时 的 旋 转 方 向 相 同 159 标 准 分 享 网 免 费 下 载

169 160 汽 车 制 造 工 艺 图 7.9 六 缸 汽 油 机 曲 轴 结 构 简 图 160

170 第 7 章 机 械 加 工 曲 轴 的 材 料 与 毛 坯 制 造 曲 轴 毛 坯 的 制 造 方 法 有 锻 造 和 铸 造 两 种 锻 造 毛 坯 为 钢 材, 铸 造 毛 坯 以 球 墨 铸 铁 为 多 整 体 锻 造 曲 轴 用 钢 有 优 质 碳 素 钢 低 合 金 铜 合 金 钢 等 根 据 发 动 机 的 负 荷 种 类 选 用 不 同 钢 种 汽 油 机 曲 轴 多 用 碳 素 钢 ; 柴 油 机 曲 轴 多 用 低 合 金 钢 ; 重 型 汽 车 发 动 机 曲 轴 多 用 合 金 钢 常 用 的 材 料 有 45 号 钢 40Cr 40MnB 35CrMo QT60 2 等 整 体 锻 造 曲 轴 的 方 法 有 : 自 由 锻 造 模 锻 扭 锻 和 连 续 纤 维 挤 压 锻 造 其 中 只 有 在 小 量 生 产 中 的 曲 轴 才 采 用 自 由 锻 造 模 锻 曲 轴 强 度 高, 可 得 到 有 利 的 纤 维 组 织, 并 且 能 按 要 求 合 理 分 布, 可 获 得 最 佳 的 截 面 模 量 和 紧 密 的 细 晶 粒 金 相 组 织 另 外 锻 造 曲 轴 尺 寸 紧 凑, 质 量 较 轻 但 是 形 状 复 杂 的 曲 轴 很 难 锻 造 锻 造 曲 轴 在 锻 造 后, 一 般 均 进 行 一 次 热 处 理, 退 火 或 正 火, 以 消 除 金 属 中 的 内 应 力 和 降 低 硬 度, 便 于 进 行 机 械 加 工 由 于 锻 造 曲 轴 所 需 设 备 十 分 庞 大 昂 贵, 所 以 长 期 以 来 一 直 在 进 行 以 铸 代 锻 的 研 究 高 强 度 球 墨 铸 铁 的 出 现, 为 铸 造 曲 轴 的 广 泛 采 用 提 供 了 前 提 整 体 主 轴 曲 轴 目 前 以 球 墨 铸 铁 为 主, 也 有 的 选 用 可 锻 铸 铁 合 金 铸 铁 和 铸 钢 等 材 料 铸 造 曲 轴 可 以 获 得 较 合 理 的 结 构 形 状, 如 椭 圆 形 曲 柄 臂 桶 形 空 心 轴 颈 和 卸 荷 槽 等, 从 而 使 应 力 分 布 均 匀 整 体 铸 造 曲 轴 的 切 削 加 工 性 能 好, 并 有 较 好 的 减 振 性 及 耐 磨 性 ; 生 产 成 本 低 尤 其 是 球 墨 铸 铁 具 有 优 良 的 铸 造 性 能, 适 于 采 用 精 密 铸 造, 使 机 械 加 工 余 量 减 少, 可 简 化 机 械 加 工 工 艺 过 程, 提 高 生 产 率 和 降 低 生 产 成 本 另 外 球 铁 曲 轴 还 具 有 相 当 高 的 扭 转 疲 劳 强 度, 所 以, 球 铁 曲 轴 自 1949 年 出 现 以 来, 逐 渐 得 到 广 泛 应 用 以 铸 代 锻, 还 可 以 省 去 重 型 锻 压 机 床, 这 对 中 小 型 发 动 机 尤 为 重 要 球 墨 铸 铁 曲 轴 经 正 火 处 理 后 的 机 械 性 能, 已 接 近 或 超 过 一 般 中 碳 钢, 但 延 伸 率 冲 击 弹 性 模 量 以 及 材 料 本 身 的 疲 劳 强 度 较 低, 综 合 机 械 性 能 仍 低 于 中 碳 钢 因 此, 在 结 构 上 球 铁 曲 轴 有 较 粗 的 轴 颈 和 较 厚 的 曲 柄, 并 要 采 用 全 支 撑 曲 轴, 以 补 偿 抗 弯 刚 度 的 不 足 另 外 球 铁 曲 轴 校 直 比 较 困 难 球 铁 曲 轴 铸 造 后, 须 进 行 热 处 理 目 前 广 泛 应 用 高 温 完 全 奥 氏 体 化 正 火 和 退 火 部 分 奥 氏 体 化 正 火 以 及 等 温 淬 火 等, 以 提 高 球 铁 的 塑 性 和 韧 性 4. 曲 轴 的 工 艺 性 分 析 曲 轴 的 结 构 复 杂, 刚 性 差, 加 工 表 面 多, 工 序 多, 技 术 要 求 高, 加 工 困 难, 工 时 多, 因 此 要 求 曲 轴 应 具 有 较 好 的 结 构 工 艺, 这 对 生 产 准 备 周 期 的 长 短, 采 用 新 技 术 的 可 能 性, 实 现 优 质 高 产 低 成 本 等 具 有 重 要 意 义 要 保 证 曲 轴 有 良 好 的 结 构 工 艺 性, 从 管 理 上 应 做 到 工 艺 提 前 介 入 在 曲 轴 初 步 设 计 阶 段, 就 有 工 艺 人 员 参 与 设 计 提 出 意 见 在 曲 轴 产 品 的 初 步 设 计 后, 就 立 即 进 行 工 艺 性 审 查, 以 提 高 设 计 质 量 对 曲 轴 的 工 艺 性 进 行 分 析 时, 有 以 下 几 个 主 要 问 题 (1) 曲 轴 的 制 造, 包 括 了 毛 坯 生 产 切 削 加 工 热 处 理 动 平 衡 等 许 多 加 工 阶 段, 各 个 加 工 阶 段 都 是 有 机 地 联 系 在 一 起 的 结 构 设 计 必 须 全 面 考 虑, 使 曲 轴 在 各 个 加 工 阶 段 都 具 有 良 好 的 工 艺 性 如 果 有 矛 盾 时, 应 统 筹 安 排 综 合 考 虑, 找 出 主 要 问 题, 予 以 妥 善 解 决 161 标 准 分 享 网 免 费 下 载

171 162 汽 车 制 造 工 艺 (2) 先 进 工 艺 和 新 的 加 工 技 术 的 不 断 出 现 在 一 定 程 度 上 影 响 着 曲 轴 的 变 化 所 以, 曲 轴 结 构 要 考 虑 采 用 新 工 艺 新 技 术 的 可 能 性 (3) 曲 轴 的 结 构 设 计 应 便 于 组 织 生 产, 尤 其 要 注 意 大 批 量 生 产 的 工 艺 性, 要 尽 量 使 工 艺 便 于 采 用 通 用 标 准 刀 具 和 采 用 标 准 的 热 处 理 工 艺 例 如, 曲 柄 和 轴 颈 连 接 处 的 过 渡 圆 角 的 几 何 形 状 尺 寸 表 面 质 量 等 对 曲 轴 的 应 力 分 布 有 很 大 的 影 响 为 了 减 小 圆 角 部 位 的 应 力 集 中, 设 计 了 变 曲 率 过 渡 曲 线, 如 图 7.10(a) 所 示 但 这 种 曲 线 要 求 对 磨 圆 角 的 砂 轮 进 行 专 门 的 修 整, 工 艺 复 杂, 如 果 修 整 不 准 确, 可 能 会 适 得 其 反 有 的 曲 轴 采 用 曲 轴 沉 割 圆 角 ; 将 过 渡 圆 弧 移 到 曲 柄 里, 形 成 组 合 内 凹 圆 角, 如 图 7.10(b) 所 示 从 而 大 大 简 化 了 工 艺, 方 便 加 工 (a) 变 曲 率 过 渡 曲 线 (b) 沉 割 内 圆 角 图 7.10 曲 轴 圆 角 处 理 (4) 曲 轴 的 结 构 和 尺 寸 应 考 虑 采 用 成 组 加 工 工 艺 的 可 能 性 对 于 在 多 品 种 生 产 线 上 加 工 的 曲 轴, 其 结 构 尺 寸 等 应 尽 量 标 准 化 系 列 化 通 用 化 主 要 尺 寸 应 尽 量 统 一 这 样 可 减 少 机 床 的 调 整 ; 减 少 和 简 化 生 产 线 自 动 线 的 设 备 ; 减 少 刀 具 量 具 夹 具 等 工 艺 装 备 的 数 量 和 种 类 ; 缩 短 生 产 准 备 周 期 ; 增 加 应 变 能 力 ; 提 高 生 产 率 5. 曲 轴 加 工 工 艺 过 程 概 述 表 7-4 是 大 量 生 产 六 缸 汽 油 机 曲 轴 的 工 艺 过 程, 材 料 为 45 钢, 模 锻,160~190HB 各 种 曲 轴 加 工 过 程 的 不 同, 主 要 由 以 下 原 因 造 成 (1) 在 大 批 量 生 产 中, 按 工 序 分 散 原 则 安 排 工 艺 过 程 单 件 小 批 量 生 产 时, 尽 可 能 使 工 序 集 中 表 7-4 中, 主 轴 颈 精 磨 分 别 在 工 序 四 道 工 序 中 完 成 而 单 件 小 批 量 生 产 时, 曲 轴 主 轴 颈 的 精 磨 则 在 一 道 工 序 中 完 成 (2) 在 生 产 批 量 相 同 时, 采 用 不 同 的 加 工 方 法 见 表 7-4, 主 轴 颈 加 工 采 用 车 削 先 在 工 序 2 中 完 成 粗 车 第 四 主 轴 颈, 然 后 在 工 序 5 中 完 成 其 他 主 轴 颈 ( 包 括 带 轮 轴 颈 齿 轮 轴 颈 油 封 轴 颈 与 法 兰 ) 粗 车 若 采 用 大 直 径 盘 铣 刀 铣 削 主 轴 颈 时, 则 在 铣 床 上 一 次 安 装 完 成 全 部 主 轴 颈 的 粗 加 工 而 带 轮 轴 颈 齿 轮 轴 颈 油 封 轴 颈 与 法 兰 的 粗 加 工 则 另 外 进 行 (3) 毛 坯 材 质 不 同 钢 曲 轴 在 加 工 过 程 中, 塑 性 变 形 比 较 大, 弯 曲 程 度 也 大 ; 铸 铁 曲 162

172 第 7 章 机 械 加 工 163 轴 在 加 工 过 程 中 塑 性 变 形 比 较 小, 弯 曲 程 度 也 小 所 以, 在 制 定 曲 轴 的 机 械 加 工 工 艺 过 程 时, 钢 曲 轴 校 直 的 次 数 多 于 铸 铁 曲 轴 的 校 直 次 数 (4) 毛 坯 的 技 术 条 件 不 同 当 曲 轴 主 轴 颈 与 连 杆 轴 颈 的 毛 坯 精 度 比 较 高 时, 只 进 行 一 次 车 削 在 毛 坯 精 度 比 较 低 时, 要 进 行 两 次 车 削, 即 粗 车 后 再 进 行 一 次 车 削 (5) 各 种 曲 轴 在 结 构 上 存 在 差 别 如 单 缸 曲 轴 与 多 缸 曲 轴 的 加 工 工 艺 过 程 就 有 很 大 差 别 (6) 各 种 曲 轴 的 技 术 要 求 不 尽 相 同 如 对 曲 轴 的 动 平 衡 要 求 比 较 高 时, 需 要 对 曲 轴 进 行 两 次 动 平 衡 去 重 (7) 有 些 工 序 的 顺 序 变 动, 对 曲 轴 的 加 工 过 程 和 加 工 质 量 没 有 影 响, 因 此, 这 些 工 序 在 不 同 曲 轴 加 工 中 的 顺 序 可 能 有 所 不 同 表 7-4 中 第 三 道 工 序 的 顺 序, 可 能 在 不 同 的 工 艺 过 程 中 有 变 动 表 7-4 大 量 生 产 六 缸 汽 油 机 曲 轴 工 艺 过 程 序 号 工 序 内 容 设 备 1 铣 端 面 钻 中 心 孔 铣 钻 组 合 机 2 粗 车 第 四 主 轴 颈 曲 轴 主 轴 颈 车 床 3 校 直 第 四 主 轴 颈 摆 差 油 压 机 4 粗 磨 第 四 主 轴 颈 双 砂 轮 架 外 圆 磨 床 5 车 除 第 四 主 轴 颈 以 外 的 主 轴 颈 曲 轴 主 轴 颈 车 床 6 校 直 主 轴 颈 摆 差 油 压 机 7 粗 磨 第 一 主 轴 颈 与 齿 轮 轴 颈 双 砂 轮 架 外 圆 磨 床 8 精 车 第 二 三 五 六 七 主 轴 颈 油 封 轴 颈 和 法 兰 曲 轴 车 床 9 粗 磨 第 七 主 轴 颈 双 砂 轮 架 外 圆 磨 床 10 粗 磨 第 二 三 五 六 主 轴 颈 双 砂 轮 架 外 圆 磨 床 11 在 第 1 第 12 曲 柄 上 铣 定 位 面 曲 轴 定 位 面 铣 床 12 车 六 个 连 杆 轴 颈 曲 轴 连 杆 轴 颈 车 床 13 清 洗 清 洗 机 14 在 连 杆 轴 颈 上 锪 球 窝 球 形 孔 钻 床 15 在 第 1 第 6 连 杆 颈 上 钻 油 孔 深 孔 组 合 钻 床 16 在 第 2 第 5 连 杆 颈 上 钻 油 孔 深 孔 组 合 钻 床 17 在 第 3 第 4 连 杆 颈 上 钻 油 孔 深 孔 组 合 钻 床 18 在 主 轴 颈 上 油 孔 处 倒 角 交 流 两 用 电 站 19 去 毛 刺 风 动 砂 轮 机 20 高 频 率 淬 火 部 分 轴 颈 表 面 曲 轴 高 频 淬 火 机 21 高 频 率 淬 火 另 一 部 分 轴 颈 表 面 曲 轴 高 频 淬 火 机 22 校 直 曲 轴 油 压 机 23 精 磨 第 四 主 轴 颈 双 砂 轮 架 外 圆 磨 床 24 精 磨 第 七 主 轴 颈 双 砂 轮 架 外 圆 磨 床 163 标 准 分 享 网 免 费 下 载

173 164 汽 车 制 造 工 艺 续 表 序 号 工 序 内 容 设 备 25 车 回 油 螺 纹 曲 轴 回 油 螺 纹 车 床 26 精 磨 第 一 主 轴 颈 与 齿 轮 油 颈 双 砂 轮 架 外 圆 磨 床 27 精 磨 带 轮 油 颈 双 砂 轮 架 外 圆 磨 床 28 精 磨 油 封 油 颈 与 法 兰 外 圈 双 砂 轮 架 外 圆 磨 床 29 精 磨 第 二 三 五 六 主 轴 颈 双 砂 轮 架 外 圆 磨 床 30 粗 磨 第 六 个 连 杆 轴 颈 曲 轴 磨 床 31 精 磨 第 六 个 连 杆 轴 颈 曲 轴 磨 床 32 在 带 轮 轴 颈 上 齿 轮 轮 轴 颈 上 铣 键 槽 键 槽 铣 床 33 加 工 两 端 孔 两 端 孔 组 合 机 34 检 查 曲 轴 动 不 平 衡 量 曲 轴 动 平 衡 自 动 线 35 在 连 杆 轴 颈 上 钻 去 重 孔 特 种 去 重 钻 床 36 去 毛 刺 风 动 砂 轮 机 37 校 直 曲 轴 油 压 机 38 加 工 轴 承 孔 曲 轴 轴 承 专 用 车 床 39 精 车 法 兰 端 面 端 面 车 床 40 去 毛 刺 风 动 砂 轮 机 41 粗 抛 光 主 轴 颈 与 连 杆 轴 颈 曲 轴 油 石 抛 光 机 42 精 抛 光 主 轴 颈 与 连 杆 轴 颈 曲 轴 砂 带 抛 光 机 43 清 洗 清 铣 机 44 最 后 检 查 6. 曲 轴 机 械 加 工 工 艺 分 析 1) 定 位 基 准 选 择 (1) 精 基 准 的 选 择 曲 轴 与 一 般 的 轴 类 零 件 相 同, 最 重 要 的 精 基 准 是 中 心 孔 曲 轴 轴 向 上 的 精 基 准, 一 般 选 取 曲 轴 一 端 的 端 面 或 轴 颈 的 止 推 面 但 在 曲 轴 的 整 个 加 工 过 程 中, 定 位 基 准 要 经 过 多 次 转 换 曲 轴 圆 周 方 向 上 的 精 基 准 一 般 选 取 曲 轴 两 端 曲 柄 上 的 定 位 平 台 或 法 兰 上 的 定 位 孔 (2) 粗 基 准 的 选 择 曲 轴 的 毛 坯 一 般 都 呈 弯 曲 状 态, 为 保 证 两 端 中 心 孔 都 能 钻 在 两 端 面 的 几 何 中 心 上, 粗 基 准 应 选 靠 近 曲 轴 两 端 的 轴 颈 为 保 证 其 他 轴 颈 外 圆 余 量 均 匀, 在 钻 中 心 孔 后, 应 对 曲 轴 进 行 校 直 对 于 不 易 校 直 的 铸 铁 曲 轴, 在 轴 颈 余 量 不 大 的 情 况 下, 为 保 证 所 有 轴 颈 都 能 加 工 出 来, 粗 基 准 应 选 距 曲 轴 两 端 约 为 1/4 曲 轴 长 度 的 主 轴 颈 由 于 大 批 量 生 产 的 曲 轴 毛 坯 精 度 高, 曲 柄 不 加 工 所 以 轴 向 定 位 基 准 一 般 选 取 中 间 主 轴 颈 两 边 的 曲 柄 因 为 中 间 主 轴 颈 两 边 的 曲 柄 处 于 曲 轴 的 中 间 部 位, 用 作 粗 基 准 可 以 减 小 其 他 曲 柄 的 位 置 误 差 2) 加 工 阶 段 的 划 分 与 工 序 顺 序 的 安 排 曲 轴 的 主 要 加 工 部 位 是 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 次 要 加 工 部 位 是 油 孔 法 兰 曲 柄 螺 孔 键 槽 等 除 机 械 加 工 之 外, 还 有 轴 颈 淬 火 探 伤 动 平 衡 等 在 加 工 过 程 中 还 要 安 排 校 直 164

174 第 7 章 机 械 加 工 165 检 验 清 洗 等 工 序 (1) 加 工 阶 段 的 划 分 曲 轴 的 机 械 加 工 工 艺 过 程, 大 致 可 分 为 : 加 工 定 位 基 准 面 ; 粗 加 工 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 ; 加 工 润 滑 油 道 等 次 要 表 面 ; 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 热 处 理 ; 精 加 工 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 ; 加 工 键 槽 和 轴 承 孔 等 ; 动 平 衡 ; 光 整 加 工 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 曲 轴 的 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 的 技 术 要 求 都 很 严 格 所 以 各 轴 颈 表 面 加 工 一 般 安 排 为 : 粗 车 精 车 粗 磨 精 磨 超 精 加 工 对 多 缸 发 动 机 的 曲 轴 进 行 粗 加 工 时, 一 般 都 以 中 间 主 轴 颈 为 辅 助 定 位 基 准 所 以, 基 本 都 是 先 粗 加 工 和 半 精 加 工 中 间 主 轴 颈, 然 后 再 加 工 其 他 主 轴 颈 而 连 杆 轴 颈 的 粗 精 加 工, 一 般 都 要 以 曲 轴 两 端 主 轴 颈 定 位, 所 以 连 杆 轴 颈 的 粗 精 加 工 部 安 排 在 主 轴 颈 加 工 之 后 进 行 在 表 7-4 中 主 轴 颈 的 粗 车 安 排 在 工 序 5 连 杆 轴 颈 的 粗 加 工, 则 安 排 在 工 序 12 此 时, 主 轴 颈 已 经 过 粗 磨, 有 利 于 多 支 承 车 削 连 杆 轴 颈 经 高 频 淬 火 后 的 曲 轴, 进 入 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 的 精 加 工 阶 段 通 过 工 序 23~29 精 磨 全 部 主 轴 颈, 然 后 以 主 轴 颈 定 位, 在 工 序 31 精 磨 连 杆 轴 颈 为 了 达 到 图 纸 所 要 求 的 粗 糙 度, 还 需 要 经 过 工 序 进 行 抛 光 加 工 或 研 磨 加 工 (2) 工 序 顺 序 安 排 油 道 孔 的 进 出 口 都 在 曲 轴 的 轴 颈 上 ; 所 以 安 排 在 轴 颈 淬 火 前 加 工 钻 油 道 孔 时, 用 粗 加 工 过 的 轴 颈 定 位, 可 以 保 证 其 位 置 精 度 主 轴 颈 是 连 杆 轴 颈 的 设 计 基 准 所 以, 主 轴 颈 与 连 杆 轴 颈 的 车 削 ( 铣 削 ) 和 磨 削, 一 般 都 先 加 工 主 轴 颈, 后 加 工 连 杆 轴 颈 在 精 磨 主 轴 颈 的 过 程 中, 先 精 磨 第 四 主 轴 颈, 这 样 再 精 磨 其 他 主 轴 颈 和 带 轮 轴 颈 油 封 轴 颈 等 轴 颈 时, 就 可 以 第 四 主 轴 颈 为 辅 助 支 承 团, 因 而 可 以 大 大 降 低 曲 轴 精 磨 后 的 弯 曲 变 形 在 最 后 检 查 曲 轴 时, 以 曲 轴 两 端 的 主 轴 颈 为 测 量 基 准, 测 量 其 他 轴 颈 的 径 向 跳 动 这 时, 曲 轴 两 端 主 轴 颈 的 径 向 跳 动 ( 以 中 心 孔 为 测 量 基 准 ) 转 换 为 与 其 相 连 轴 颈 的 径 向 跳 动, 与 其 两 边 相 连 轴 径 的 径 向 跳 动 矢 量 相 减 主 轴 颈 的 径 向 跳 动 超 过 要 求 时, 可 以 通 过 校 直 进 行 纠 正 带 轮 轴 颈 齿 轮 轴 颈 油 封 轴 颈 的 径 向 跳 动 超 过 要 求 时, 则 无 法 纠 正 为 此, 要 求 曲 轴 前 端 主 轴 颈 的 径 向 跳 动, 与 带 轮 轴 颈 齿 轮 轴 颈 的 径 向 跳 动 矢 量 相 减 后, 绝 对 值 要 最 小 另 外, 钢 曲 轴 在 加 工 过 程 中, 轴 颈 产 生 径 向 跳 动 的 原 因 之 一 是, 曲 轴 经 加 工 后 内 应 力 重 新 分 布, 从 而 造 成 变 形 所 以, 在 曲 轴 前 端 主 轴 颈 的 精 磨 工 序 之 后, 应 接 着 安 排 齿 轮 轴 颈 带 轮 轴 颈 的 精 磨 工 序 在 末 端 主 轴 颈 的 精 磨 工 序 之 后, 应 紧 接 着 安 排 油 封 轴 颈 的 精 度 工 序 以 免 内 应 力 重 新 分 布, 造 成 过 大 的 影 响 同 时, 为 了 避 免 曲 轴 刚 度 降 低, 造 成 这 些 轴 颈 磨 削 后 径 向 跳 动 增 大, 其 他 主 轴 颈 的 精 磨 要 放 在 这 些 轴 颈 精 磨 之 后 进 行 校 直 对 曲 轴 的 疲 劳 强 度 有 着 不 利 的 影 响, 在 制 定 曲 轴 的 机 械 加 工 工 艺 过 程 中, 应 尽 量 减 少 曲 轴 的 校 直 次 数 为 保 证 余 量 均 匀, 减 少 变 形 的 影 响, 在 关 键 工 序 上, 如 第 四 主 轴 颈 加 工 前 淬 火 后 动 平 衡 去 重 后 等 仍 然 安 排 校 直 曲 轴 各 轴 颈 的 表 面 粗 糙 度 要 求 较 高, 所 以 把 各 轴 颈 的 超 精 加 工 放 在 最 后 进 行 如 果 在 超 精 加 工 后 再 安 排 其 他 加 工 工 序, 则 有 可 能 破 坏 已 经 加 工 好 的 轴 颈 表 面 3) 曲 轴 主 要 表 面 的 加 工 (1) 曲 轴 中 心 孔 的 加 工 铣 端 面 钻 中 心 孔, 是 曲 轴 加 工 的 第 一 道 工 序 因 为 中 心 孔 是 165 标 准 分 享 网 免 费 下 载

175 166 汽 车 制 造 工 艺 以 后 加 工 工 序 的 主 要 工 艺 基 准 它 的 精 度 将 对 后 续 工 序 产 生 很 大 的 影 响 特 别 是 对 动 平 衡 工 序 的 影 响 和 各 加 工 表 面 余 量 分 布 的 影 响 更 大 曲 轴 有 两 个 轴 线 ( 几 何 轴 线 和 质 量 轴 线 ), 如 在 普 通 铣 端 面 钻 中 心 孔 机 床 上, 以 曲 轴 两 端 主 轴 颈 外 圆 定 位, 钻 出 的 中 心 孔 是 几 何 中 心 孔, 被 广 泛 采 用, 所 形 成 的 轴 线 就 是 曲 轴 的 几 何 轴 线 而 曲 轴 的 质 量 轴 线 是 自 然 存 在 的 如 果 在 动 平 衡 钻 中 心 孔 机 床 上 先 找 出 曲 轴 的 质 量 轴 线, 再 按 其 轴 线 所 处 的 位 置 钻 出 中 心 孔 则 是 质 量 中 心 孔 目 前 使 用 得 较 少, 原 因 是 机 床 的 价 格 太 高 曲 轴 如 用 几 何 中 心 孔 定 位 加 工, 由 于 几 何 轴 线 往 往 偏 离 质 量 轴 线, 所 以 在 工 艺 过 程 中 必 须 安 排 曲 轴 动 平 衡 工 序 而 用 质 量 中 心 孔 定 位 加 工 曲 轴, 可 以 大 大 减 少 机 械 加 工 后 平 衡 和 去 重 的 工 作 量, 也 有 利 于 减 少 机 械 加 工 中 机 床 的 磨 损 小 批 量 生 产 中, 曲 轴 的 中 心 孔 一 般 在 普 通 车 床 上 加 工 在 大 批 量 生 产 中, 曲 轴 几 何 中 心 孔 的 加 工, 一 般 在 专 用 的 铣 端 面 打 中 心 孔 机 床 上 进 行 加 工 质 量 中 心 孔 在 质 量 中 心 钻 床 上 进 行 (2) 曲 轴 主 轴 颈 的 粗 加 工 小 批 量 生 产 时, 一 般 在 普 通 车 床 上 进 行 车 削 大 批 量 生 产 时, 在 多 刀 半 自 动 车 床 上 采 用 成 型 车 刀 车 削 由 于 这 种 车 削 属 于 多 刀 车 削, 切 削 条 件 差 为 了 提 高 主 轴 颈 的 相 对 位 置 精 度, 一 般 采 用 两 次 车 削 工 艺 第 二 次 精 车 时, 主 要 保 证 轴 颈 宽 度 和 轴 颈 相 对 位 置 为 了 减 小 曲 轴 加 工 时 的 扭 曲, 机 床 采 用 两 端 传 动 或 中 间 驱 动 如 图 7.11 所 示 切 削 时 随 着 车 刀 的 径 向 进 给, 在 曲 轴 转 速 不 变 时, 切 削 速 度 将 下 降 而 且 由 于 锻 造 毛 坯 的 模 锻 斜 度 铸 造 毛 坯 的 拔 模 斜 度 的 影 响, 端 面 的 切 削 余 量 及 切 削 力 将 逐 渐 增 大 所 以, 专 用 的 曲 轴 车 床 在 加 工 过 程 中, 曲 轴 的 转 速 应 能 自 动 增 加 ; 而 车 刀 的 每 转 进 给 量 又 能 自 动 逐 渐 减 小 以 便 达 到 恒 速 切 削 从 而 更 好 地 发 挥 设 备 的 效 率 和 提 高 加 工 质 量 (a) 两 边 驱 动 (b) 中 间 驱 动 图 7.11 车 削 曲 轴 时 的 驱 动 方 式 为 了 减 少 切 削 时 径 向 切 削 力 引 起 的 曲 轴 变 形, 车 削 主 轴 颈 时, 刀 具 按 图 7.12 布 置 图 中 刀 具 宽 度 的 关 系 为 a=2b 为 保 证 各 主 轴 颈 的 相 对 位 置 尺 寸, 机 床 顶 尖 对 曲 轴 的 顶 紧 力 不 能 过 大, 并 又 要 保 持 稳 定 在 车 削 过 程 中, 曲 轴 受 热 而 膨 胀 弯 曲, 应 考 虑 加 强 冷 却 采 用 大 直 径 盘 铣 刀 或 立 铣 刀 铣 削 曲 轴 主 轴 颈, 是 在 专 门 设 计 的 铣 床 上 进 行 的 铣 床 上 的 左 右 两 个 卡 盘 分 别 夹 持 曲 轴 的 两 端, 铣 刀 径 向 切 入, 进 给 至 主 轴 颈 的 规 定 尺 寸, 曲 轴 低 速 绕 其 主 轴 颈 回 转 一 用, 主 轴 颈 即 加 工 完 毕 当 曲 轴 很 长 时, 需 将 中 间 主 轴 颈 事 先 加 工, 用 以 安 放 中 心 架, 以 提 高 曲 轴 的 刚 度 曲 轴 主 轴 颈 的 铣 削 分 外 铣 与 内 铣 两 种 铣 削 所 用 的 166

176 第 7 章 机 械 加 工 167 刀 盘 和 刀 片 精 度 要 求 很 高 铣 削 与 车 削 相 同, 也 存 在 温 升 引 起 的 曲 轴 变 形 问 题, 也 应 尽 量 加 强 冷 却 图 7.12 主 轴 颈 车 削 刀 具 布 置 图 (3) 连 杆 轴 颈 的 粗 加 工 小 批 量 生 产 时, 连 杆 轴 颈 的 粗 加 工 在 普 通 车 床 上 进 行, 以 连 杆 轴 颈 的 中 心 线 为 回 转 中 心 线 进 行 车 削 加 工 时, 需 在 夹 具 上 安 装 平 衡 块, 以 平 衡 曲 轴 的 重 量 当 无 法 依 靠 加 平 衡 块 来 解 决 问 题 时, 常 采 用 专 用 机 床, 曲 轴 不 动, 而 由 刀 架 旋 转 进 行 加 工 在 大 批 量 生 产 中, 连 杆 轴 颈 的 粗 加 工 可 以 采 用 多 种 工 艺 方 法 主 要 有 车 削 法 和 铣 削 法 在 两 端 传 动 的 车 床 上 顺 次 加 工 位 于 同 一 轴 线 上 的 连 杆 轴 颈 安 装 曲 轴 时 应 使 待 加 工 的 连 杆 轴 颈 和 车 床 主 轴 的 回 转 轴 线 重 合 夹 具 可 使 曲 轴 主 轴 颈 的 轴 线, 相 对 于 机 床 主 轴 的 回 转 轴 线 偏 移 一 个 曲 柄 半 径 的 距 离 这 种 方 法 加 工 连 杆 轴 颈 的 优 点 是 可 以 在 改 装 过 的 普 通 车 床 上 进 行 缺 点 是 无 法 同 时 加 工 多 个 连 杆 轴 颈, 生 产 率 低 在 成 批 生 产 的 工 厂 里 常 采 用 这 种 加 工 方 法 在 专 用 车 床 上 同 时 车 削 所 有 的 连 杆 轴 颈 这 种 车 床 的 刀 架 数 与 被 加 工 的 连 杆 轴 颈 数 相 等 由 于 切 削 力 很 大, 在 车 削 时 应 将 曲 轴 的 主 轴 颈 支 撑 在 机 床 的 中 心 架 上 加 工 时, 曲 轴 绕 主 轴 颈 转 动 车 床 上 有 两 根 标 准 的 曲 轨 靠 模, 它 们 与 被 加 工 的 曲 轴 同 步 旋 转, 并 带 动 刀 架 运 动 ( 因 刀 架 安 装 在 靠 模 曲 轴 的 连 杆 轴 颈 上 ) 对 连 杆 轴 颈 进 行 切 削 图 7.13 和 图 7.14 所 示 为 了 减 小 曲 轴 的 扭 转 变 形, 机 床 采 用 两 端 驱 动 这 种 机 床 生 产 率 很 高, 适 用 于 单 一 品 种 大 批 量 生 产 由 于 切 削 力 很 大, 若 中 心 架 刚 性 不 够, 则 容 易 失 去 精 度 如 中 心 架 维 修 不 及 时, 连 杆 轴 颈 加 工 的 精 度 会 大 大 下 降 连 杆 轴 颈 的 铣 削 加 工 分 为 内 铣 与 外 铣, 两 种 都 用 于 多 品 种 大 批 量 生 产 外 铣 : 以 曲 轴 两 端 主 轴 颈 径 向 距 定 位, 轴 向 定 位 用 止 推 面 高 速 旋 转 的 铣 刀 径 向 进 给 到 连 杆 轴 颈 规 定 的 直 径 尺 寸 后, 曲 轴 低 速 绕 主 轴 颈 轴 线 旋 转 一 周, 铣 刀 跟 踪 曲 轴 连 杆 轴 颈 铣 削, 即 可 完 成 连 杆 轴 颈 的 加 工 加 工 原 理 如 图 7.13 所 示 内 铣 : 连 杆 轴 颈 内 铣 有 曲 轴 旋 转 和 曲 轴 不 旋 转 两 种 曲 轴 旋 转 时, 定 位 夹 紧 与 外 铣 大 大 致 相 同 高 速 旋 转 的 内 铣 刀 径 向 进 给 到 连 杆 轴 颈 规 定 的 尺 寸 后, 曲 轴 低 速 绕 主 轴 颈 轴 线 167 标 准 分 享 网 免 费 下 载

177 168 汽 车 制 造 工 艺 旋 转 一 周, 铣 刀 跟 踪 连 杆 轴 颈 做 切 向 进 给 运 动, 以 完 成 一 个 连 杆 轴 颈 的 加 工 加 工 原 理 如 图 7.14 所 示 图 7.13 外 铣 连 杆 轴 颈 加 工 示 意 图 图 7.14 内 铣 连 杆 轴 颈 加 工 示 意 图 工 件 不 旋 转 时, 内 铣 加 工 所 用 的 铣 刀 不 仅 绕 自 己 的 轴 线 自 转, 还 绕 连 杆 轴 颈 公 转 一 周 4) 曲 轴 轴 颈 加 工 工 艺 发 展 方 向 曲 轴 轴 颈 的 粗 加 工 正 在 由 车 削 向 铣 削 发 展 而 铣 削 工 艺 中, 又 由 外 铣 向 内 铣 方 向 发 展 曲 轴 在 车 削 时, 采 用 多 刀 成 型 加 工, 切 削 力 大, 加 工 精 度 较 低 铣 削 则 因 为 是 小 切 削 截 面 的 高 速 切 削, 切 削 力 小 一 些, 加 工 精 度 要 高 一 些 采 用 数 控 曲 轴 铣 床, 可 以 补 偿 因 曲 轴 在 其 圆 周 的 各 个 方 向 上 刚 度 不 一 致 而 引 起 轴 颈 粗 加 工 后 的 圆 度 误 差 曲 轴 车 床 是 加 工 对 象 比 较 单 一 的 高 效 车 床 而 曲 轴 铣 床 适 应 多 品 种 生 产 的 能 力 很 强 生 产 效 率 也 很 高 一 台 数 控 曲 轴 外 铣 床, 可 用 来 加 工 主 轴 颈 连 杆 轴 颈 5) 曲 轴 轴 颈 外 铣 与 内 铣 对 比 通 常 希 望 铣 刀 盘 直 径 大 一 些, 这 样 对 切 削 有 利 但 是 增 大 铣 刀 盘 的 直 径, 铣 刀 的 主 轴 直 径 也 必 须 随 着 增 大 造 成 铣 床 外 形 庞 大, 造 价 提 高 而 内 铣 刀 的 驱 动 直 径 比 铣 刀 直 径 大, 所 以 铣 削 时 内 铣 比 外 铣 平 稳 得 多 内 铣 时 刀 具 所 承 受 的 力, 相 当 于 外 铣 的 1/4~1/8 因 此, 内 铣 刀 的 寿 命 高, 进 给 速 度 也 可 相 应 提 高 168

178 第 7 章 机 械 加 工 169 6) 曲 轴 轴 颈 的 车 拉 加 工 车 拉 切 削 加 工 是 20 世 纪 80 年 代 发 展 起 来 的 新 型 加 工 技 术, 目 前 已 在 曲 轴 加 工 中 得 到 应 用 它 能 在 一 道 工 序 中 同 时 加 工 出 多 缸 发 动 机 曲 轴 的 全 部 主 轴 颈 连 杆 轴 颈 曲 柄 臂 平 面 台 肩 和 沉 割 加 工 工 时 短, 效 率 高, 热 负 荷 和 机 械 负 荷 低 ; 刀 具 寿 命 长 ; 机 床 传 动 功 率 小 ; 加 工 精 度 高, 表 面 粗 糙 度 变 细 ; 可 取 消 粗 磨 轴 颈 工 序 ; 对 大 小 批 量 和 多 品 种 生 产 均 适 用 车 拉 加 工 实 际 上 是 车 削 和 拉 削 加 工 的 结 合 在 车 拉 加 工 时, 除 了 工 件 做 旋 转 运 动 以 外, 刀 具 也 做 运 动 : 在 直 线 式 车 拉 中, 刀 具 在 工 件 运 动 的 切 线 方 向 做 直 线 运 动 并 依 靠 刀 具 的 齿 升 d 完 成 切 入 进 给 其 工 作 原 理 如 图 7.15 所 示 (a) 直 线 式 车 拉 (b) 旋 转 式 车 拉 ( 采 用 螺 线 形 刀 具 ) (c) 旋 转 式 车 拉 ( 采 用 圆 柱 形 刀 具 ) 图 7.15 车 拉 加 工 原 理 图 d 曲 柄 臂 e 连 杆 轴 颈 f 刀 具 f z 齿 升 n 曲 轴 转 速 n wz 刀 具 转 速 v o 切 削 速 度 v f 进 给 速 度 在 旋 转 式 车 - 拉 中, 刀 具 做 旋 转 运 动 根 据 刀 齿 径 向 切 入 进 给 方 式 的 不 同, 旋 转 式 车 - 拉 可 分 为 采 用 螺 线 形 刀 具 和 圆 柱 形 刀 具 两 种 其 工 作 原 理 如 图 7.15 中 的 (b) (c) 所 示 图 中 的 n wz 是 刀 具 的 转 速,v f 是 进 给 速 度 采 用 螺 线 形 刀 具 时, 工 件 与 刀 具 轴 线 之 间 的 距 离 保 持 不 变, 刀 具 的 径 向 切 入 进 给 是 靠 刀 具 上 刀 齿 的 高 度 各 不 相 同, 形 成 阶 梯 式 齿 升 f z 采 用 圆 柱 形 刀 具 时, 靠 机 床 的 数 控 装 置 使 刀 具 做 径 向 切 入 进 给 由 于 总 的 切 削 余 量 是 被 分 配 给 多 个 依 次 进 入 的 刀 齿 切 除 的, 因 此 切 削 力 较 小, 而 且 每 个 刀 齿 在 开 始 切 入 时, 切 入 厚 度 均 为 零 随 着 刀 齿 进 入, 切 削 厚 度 逐 渐 增 加 直 至 最 大 值, 然 后 切 削 厚 度 又 减 小, 直 至 切 出 工 件 表 面 降 为 零 因 此, 切 入 切 出 柔 和, 加 工 平 稳 性 好 此 外 在 一 次 切 削 中 每 个 刀 齿 仅 切 削 一 段 时 间, 刀 齿 的 散 热 条 件 较 好, 有 利 于 延 长 刀 具 使 用 寿 命, 而 且 不 需 要 冷 却 液 在 一 次 加 工 中 能 进 行 粗 切 和 精 切 粗 精 切 刀 具 分 别 布 置, 有 利 于 采 用 各 自 最 佳 的 刀 刃 几 何 形 状 容 屑 空 间 刀 具 材 料 和 切 削 用 量 例 如, 粗 切 刀 齿 用 涂 层 硬 质 合 金, 而 精 切 刀 齿 则 用 陶 瓷 材 料 通 过 刀 齿 的 配 置 能 加 工 出 复 杂 的 工 件 形 状 图 7.16 所 示 为 一 曲 轴 轴 颈 及 曲 柄 平 面 加 工 时 的 刀 齿 配 置 及 切 削 分 配 切 削 是 从 最 大 的 工 件 直 径 即 曲 柄 臂 外 径 开 始 的, 靠 已 确 定 的 齿 升 值 和 相 应 的 刀 片 把 曲 柄 臂 平 面 上 的 余 量 切 除 169 标 准 分 享 网 免 费 下 载

179 170 汽 车 制 造 工 艺 此 时 仅 在 左 右 两 边 进 行 切 削 当 达 到 轴 颈 毛 坯 表 面 时, 刀 齿 再 往 轴 颈 宽 度 上 布 置 图 中 曲 轴 精 切 台 肩 沉 割 和 轴 颈 外 圆 的 形 状 和 尺 寸 是 靠 最 后 的 刀 齿 来 得 到 的 因 此, 在 精 加 工 以 后 可 以 得 到 较 高 的 尺 寸 精 度 和 形 状 精 度 另 外, 由 于 车 拉 机 床 及 刀 具 的 适 应 性 好, 也 很 适 应 小 批 量 多 品 种 的 生 产 例 如, 采 用 计 算 机 辅 助 设 计 的 螺 线 形 刀 具, 车 拉 加 工 切 诺 基 吉 普 车 发 动 机 曲 轴, 机 床 的 电 动 机 功 率 仅 3kW, 直 径 公 差 达 到 ±0.03mm, 对 图 纸 所 要 求 的 ±0.1mm 是 足 足 有 余 的 包 括 手 工 上 下 料 定 位 夹 紧 松 开 在 两 道 工 序 中 加 工 全 部 四 个 连 杆 轴 颈 的 循 环 时 间 仅 为 90s 与 传 统 加 工 方 法 相 比, 车 拉 能 达 到 较 高 的 加 工 精 度 : 主 轴 颈 宽 度 为 ±0.05mm, 轴 颈 直 径 为 ±0.05mm, 表 面 粗 糙 度 为 R a 0.8μm, 径 向 跳 动 为 0.05mm 图 7.16 刀 齿 配 置 与 切 削 分 配 图 7) 主 轴 颈 与 连 杆 轴 颈 的 磨 削 磨 削 曲 轴 的 主 轴 颈 与 连 杆 轴 颈 时, 砂 轮 只 做 切 入 进 给 为 防 止 磨 削 力 与 曲 轴 自 重 作 用 下 的 变 形, 被 加 工 轴 颈 应 支 撑 在 中 心 架 上, 如 图 7.17 所 示 磨 削 曲 轴 轴 颈 大 部 分 是 在 半 自 动 磨 床 上 进 行 的 使 用 量 仪 进 行 主 动 测 量 和 进 给 过 程 的 控 制 达 到 规 定 尺 寸 之 后, 自 动 停 止 进 给, 进 行 光 磨, 消 除 弹 性 恢 复 的 余 量 磨 削 工 序 也 常 采 用 手 动 进 给, 使 用 百 分 表 卡 规 进 行 主 动 测 量 轴 颈 的 磨 削 余 量 视 其 磨 削 前 的 精 度 而 定 一 般 粗 磨 余 量 半 径 上 为 0.2~0.4mm 精 磨 余 量 半 径 上 为 0.1~0.15mm 磨 削 主 轴 颈, 可 采 用 单 砂 轮 磨 削, 也 可 采 用 多 砂 轮 磨 削 当 要 求 轴 颈 两 侧 面, 轴 颈 外 圆 圆 角 一 起 磨 出 时, 常 采 用 单 砂 轮 磨 削 而 当 曲 轴 主 轴 颈 两 侧 面 的 尺 寸 精 度 与 粗 糙 度 要 求 不 高 ( 止 推 面 除 外 ), 圆 角 精 度 要 求 不 高, 可 以 不 磨 时, 常 采 用 多 砂 轮 磨 削 为 保 证 磨 削 后 轴 颈 尺 寸 的 一 致 性, 则 要 求 所 有 砂 轮 外 围 尺 寸 要 一 致 为 此, 同 一 组 砂 轮 的 批 号 要 一 致, 并 能 进 行 自 动 修 整 采 用 多 砂 轮 磨 削 可 以 提 高 生 产 率 和 降 低 成 本 磨 削 连 杆 轴 颈 时, 同 时 将 轴 颈 两 侧 面 和 圆 角 一 起 磨 出 一 般 采 用 下 面 的 几 种 方 法 (1) 用 单 砂 轮 磨 床, 砂 轮 顺 次 磨 削 全 部 连 杆 轴 颈 这 种 磨 削 方 法 为 大 多 数 工 厂 所 采 用, 适 用 于 大 批 量 和 多 品 种 生 产 170

180 第 7 章 机 械 加 工 171 图 7.17 被 磨 削 轴 颈 支 撑 在 中 心 架 上 (2) 用 单 砂 轮 磨 床, 组 成 一 条 生 产 线, 采 用 几 台 磨 床, 依 次 将 所 有 连 杆 轴 颈 磨 出 相 位 角 不 易 保 证 每 台 磨 床 磨 削 一 个 连 杆 轴 颈, 有 几 个 连 杆 轴 颈 就 几 种 磨 削 方 式, 适 用 于 大 批 量 生 产 但 连 杆 轴 颈 的 相 位 角 不 易 保 证 (3) 用 单 砂 轮 磨 床 或 双 砂 轮 磨 床, 组 成 一 条 生 产 线 曲 轴 在 一 台 磨 床 上, 将 同 相 位 用 的 连 杆 轴 颈 都 磨 出 来 8) 止 推 面 的 加 工 止 推 面 位 于 曲 轴 中 间 主 轴 颈 的 两 侧, 为 两 个 圆 环 面 也 有 在 其 他 主 轴 颈 侧 面 的 对 止 推 面 的 技 术 要 求 较 高 一 般 规 定 止 推 面 要 平 整 且 垂 直 于 主 轴 颈 ; 表 面 不 允 许 有 烧 伤, 两 止 推 面 之 间 的 距 离 公 差 为 0.05~0.08mm 一 般 止 推 面 的 加 工 过 程 为 : 车 削 主 轴 颈 时, 将 止 推 面 车 出 ; 精 磨 主 轴 颈 时 将 止 推 面 磨 出 ; 抛 光 曲 轴 轴 颈 时, 对 止 推 面 抛 光 采 用 上 述 加 工 过 程 最 困 难 的 是 磨 削 工 序 磨 削 时 采 用 成 型 砂 轮 切 入 磨 削, 止 推 面 的 宽 度 大, 一 般 为 7.5~10.5mm 为 保 证 其 精 度, 砂 轮 的 消 耗 非 常 大, 并 且 止 推 面 极 易 烧 伤, 质 量 不 稳 定, 加 工 费 用 很 高 为 此, 各 国 都 在 研 究 新 的 加 工 工 艺 有 的 采 用 精 车 加 金 刚 石 挤 压 ; 有 的 采 用 对 置 斜 砂 轮 架 磨 床, 用 两 个 砂 轮 在 两 个 方 向 成 型 切 入 磨 削, 其 工 艺 尚 需 进 一 步 完 善 9) 轴 颈 的 超 精 加 工 曲 轴 轴 颈 的 超 精 加 工, 一 般 都 在 专 用 机 床 上 进 行 采 用 超 精 研 磨 或 抛 光 工 艺, 同 时 加 工 所 有 的 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 超 精 研 磨 时, 使 用 带 研 磨 头 的 油 石 架 磨 块 由 研 磨 头 夹 持 着 油 石 架 安 装 在 两 个 靠 模 轴 上 靠 模 轴 与 被 加 工 的 曲 轴 同 步 旋 转 并 带 动 油 石 架 运 动 油 石 架 上 的 弹 簧 以 100~150N 的 力 将 研 磨 块 压 在 被 加 工 的 轴 颈 上, 研 磨 头 沿 着 轴 线 摆 动, 每 分 钟 摆 动 800~900 次, 曲 轴 以 250~300r/min 旋 转 加 工 时 使 用 煤 油 和 透 平 油 的 混 合 油 冷 却, 冲 刷 轴 颈 超 精 研 磨 轴 颈 的 直 径 余 量 一 般 为 0.01mm 抛 光 轴 颈 采 用 粒 度 为 240~300 的 砂 布 带 或 砂 纸 带, 并 用 煤 油 冷 却 曲 轴 除 旋 转 外 还 做 往 复 运 动 抛 光 架 的 数 目 与 被 加 工 轴 颈 的 数 目 相 同 加 工 连 杆 轴 颈 的 抛 光 架, 依 靠 靠 模 曲 轴 或 被 加 工 的 曲 轴 获 得 运 动 抛 光 的 加 工 费 用 较 超 精 研 磨 低, 生 产 率 比 超 精 研 磨 高 但 要 获 得 好 的 表 面 粗 糙 度 (Ra0.4μm 以 下 ), 则 超 精 研 磨 比 抛 光 更 为 可 靠 超 精 研 磨 的 平 磨 块 只 能 加 工 正 圆 柱 形 轴 颈 表 面 而 抛 光 机 的 软 砂 带 能 压 到 轴 颈 的 圆 角 部 位, 使 各 个 部 171 标 准 分 享 网 免 费 下 载

181 172 汽 车 制 造 工 艺 位 都 能 加 工 到 大 量 生 产 中 为 了 提 高 生 产 率 和 加 工 精 度, 往 往 先 对 轴 颈 进 行 超 精 研 磨, 再 进 行 抛 光 单 件 生 产 时, 超 精 加 工 可 在 普 通 车 床 上 进 行 10) 轴 颈 精 磨 与 超 精 研 磨 加 工 时 曲 轴 的 旋 转 方 向 精 磨 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 以 及 精 加 工 ( 精 磨 或 精 车 ) 止 推 面 时, 曲 轴 的 旋 转 方 向 应 与 其 在 发 动 机 中 的 旋 转 方 向 相 反, 超 精 研 磨 和 抛 光 主 轴 颈 连 杆 轴 颈 以 及 挤 压 ( 或 抛 光 ) 止 推 面 时, 曲 轴 的 旋 转 方 向 应 与 在 发 动 机 中 的 旋 转 方 向 相 同 精 磨 轴 颈 时, 在 轴 颈 表 面 产 生 如 图 7.18(a) 所 示 的 毛 刺 精 研 磨 和 抛 光 轴 颈 时, 在 轴 颈 表 面 产 生 如 图 7.18(b) 所 示 的 毛 刺, 但 同 时 又 产 生 了 新 的 毛 刺 其 毛 刺 的 方 向 和 精 磨 时 产 生 的 毛 刺 方 向 相 反, 也 更 细 小 超 精 加 工 后 的 曲 轴 因 其 加 工 时 的 旋 转 方 向 和 在 发 动 机 中 的 旋 转 方 向 相 同, 毛 刺 方 向 顺 且 细 小, 可 以 大 大 降 低 轴 瓦 的 损 坏 (a) 精 磨 曲 轴 轴 颈 时 的 毛 刺 方 向 (b) 精 研 磨 和 抛 光 时 的 毛 刺 方 向 图 7.18 轴 颈 的 毛 刺 方 向 11) 油 道 孔 加 工 曲 轴 的 油 道 孔 属 斜 深 孔 钻 削 时, 容 易 发 生 钻 头 引 偏 发 热 折 断 和 切 屑 不 易 排 除 等 问 题 因 此 多 用 深 孔 钻 床 或 组 合 机 床 钻 削 采 用 高 强 度 麻 花 钻, 分 级 进 给 为 了 解 决 钻 头 引 偏 和 出 口 位 置 误 差 大 的 问 题, 在 钻 油 道 孔 之 前, 先 钻 一 个 半 圆 形 的 凹 坑, 使 钻 头 不 致 引 偏 出 口 处 钻 一 个 垂 直 的 盲 孔, 使 油 道 孔 在 盲 孔 底 部 接 通 由 于 普 通 深 孔 钻 床, 在 钻 削 时 要 采 用 分 组 进 给, 刀 具 也 很 少 采 用 硬 质 合 金, 这 样 就 难 以 进 行 高 速 钻 削 以 获 得 较 高 的 加 工 精 度 为 此 便 改 用 枪 钻 来 加 工 油 道 孔 图 7.19(a) 所 示 为 加 工 小 孔 径 时 采 用 的 半 月 形 枪 钻, 钻 尖 只 有 一 个 切 削 刃 ( 切 削 刃 用 硬 质 合 金 制 造 ), 装 在 管 状 的 刀 杆 上, 管 内 通 入 高 压 切 削 液 切 削 液 和 切 屑 流 动 路 线 如 图 7.19 所 示 ; 图 7.19(b) 为 普 通 枪 钻 头 部 示 意 图 这 种 枪 钻 不 仅 能 高 速 切 削, 而 且 能 在 一 次 进 给 中 加 工 完 油 道 孔, 大 大 提 高 了 生 产 率 油 道 孔 精 度 和 粗 糙 度 均 能 达 到 要 求 尤 其 是 油 孔 的 直 线 度 误 差 是 麻 花 钻 的 1/10 目 前 已 有 标 准 型 的 枪 孔 钻 床 和 枪 钻, 可 以 广 泛 应 用 于 大 量 生 产 中 172

182 第 7 章 机 械 加 工 173 (a) 小 孔 径 用 枪 钻 (b) 枪 钻 头 部 切 削 部 分 的 几 何 形 状 图 7.19 枪 钻 加 工 示 意 图 7. 其 他 重 要 工 序 1) 曲 轴 的 动 平 衡 曲 轴 在 工 作 时, 它 的 各 个 质 点 都 有 离 心 惯 性 力 理 想 的 情 况 是 这 些 惯 性 力 都 能 在 曲 轴 内 互 相 平 衡, 不 能 传 递 到 支 承 上, 而 引 起 有 害 的 振 动 但 由 于 种 种 原 因, 使 曲 轴 的 质 量 分 布 不 均 匀, 旋 转 时 离 心 惯 性 力 不 能 平 衡, 也 就 是 说, 曲 轴 的 不 平 衡 现 象, 是 以 主 轴 颈 轴 线 为 中 心 的 质 量 分 布 不 对 称 所 引 起 的 惯 性 力 所 致 曲 轴 的 不 平 衡, 破 坏 了 发 动 机 的 平 稳 运 转, 产 生 振 动 和 噪 声 ; 加 剧 磨 损, 从 而 影 响 发 动 机 的 工 作 和 使 用 寿 命 为 此 必 须 对 曲 轴 进 行 动 平 衡 曲 轴 的 动 平 衡 包 括 两 个 部 分 : 即 不 平 衡 量 的 测 量 和 不 平 衡 量 的 修 正 不 平 衡 量 的 大 小 及 相 位 的 测 量 一 般 是 在 曲 轴 动 平 衡 机 上 进 行 自 动 测 量 不 平 衡 量 的 修 正 方 式 有 去 重 和 加 重 两 种 对 中 小 型 发 动 机 来 说 多 数 采 用 自 动 去 重 方 式 自 动 去 重 方 式 有 钻 削 去 重 铣 削 去 重 和 激 光 氧 化 去 重 等 方 式 加 重 法 因 平 衡 质 量 差 和 生 产 率 低, 故 使 用 不 多 曲 轴 动 平 衡 工 艺 布 置 有 以 下 几 种 方 式 (1) 单 机 式 即 曲 轴 的 不 平 衡 量 的 测 量 修 正 检 验 都 在 一 台 机 床 上 进 行 设 备 简 单 但 效 率 低 (2) 多 机 式 即 由 两 台 曲 轴 动 平 衡 机 和 两 台 修 正 机 组 成 的 动 平 衡 自 动 线 包 括 上 下 料 均 自 动 进 行 效 率 高 而 且 质 量 好 动 平 衡 机 的 结 构 有 框 架 式 与 摆 架 式 框 架 式 结 构 是 把 两 个 独 立 的 摆 架 连 成 一 体, 使 之 成 为 一 个 整 体 的 框 架 结 构 这 两 种 结 构 的 区 别 如 图 7.20 所 示 框 架 式 动 平 衡 机 与 摆 架 式 动 平 衡 机 相 比, 框 架 式 动 平 衡 机 测 量 误 差 小, 曲 轴 装 卸 方 便 但 测 量 时 间 比 较 长, 有 时 框 架 与 机 体 会 产 生 共 振 (a) 框 架 式 (b) 摆 架 式 图 7.20 动 平 衡 机 结 构 简 图 173 标 准 分 享 网 免 费 下 载

183 174 汽 车 制 造 工 艺 随 着 发 动 机 向 高 性 能 发 展, 对 曲 轴 动 平 衡 的 要 求 也 越 来 越 高 又 由 于 曲 轴 中 心 孔 的 位 置 及 毛 坯 的 精 度 等 原 因, 使 曲 轴 的 原 始 不 平 衡 量 较 大, 经 一 次 动 平 衡 难 以 达 到 要 求 有 些 工 艺 虽 然 采 用 钻 质 量 中 心 孔, 但 一 次 动 平 衡 还 达 不 到 要 求 所 以 在 20 世 纪 60 年 代 末 出 现 了 二 次 动 平 衡 工 艺 一 般 两 次 动 平 衡 都 放 在 曲 轴 轴 颈 精 加 工 之 后 也 有 一 些 工 艺 为 了 提 高 磨 削 时 曲 轴 的 转 速, 而 不 受 因 提 高 转 速 所 引 起 的 振 动 的 过 大 影 响, 将 一 次 动 平 衡 放 在 曲 轴 精 磨 之 前, 一 次 放 在 轴 颈 精 磨 之 后 2) 曲 轴 的 去 毛 刺 与 清 洗 为 了 保 证 发 动 机 的 使 用 寿 命, 各 厂 家 对 清 除 曲 轴 的 毛 刺 和 提 高 曲 轴 的 清 洁 度 都 极 为 重 视 去 毛 刺 的 方 法 有 下 列 几 种 (1) 手 工 去 毛 刺 这 种 方 法 劳 动 量 大, 油 道 孔 内 部 的 毛 刺 不 好 清 除 在 去 毛 刺 的 过 程 中 还 容 易 碰 伤 轴 颈 表 面, 生 产 率 也 低 (2) 机 械 去 毛 刺 这 种 方 法 采 用 多 工 位 去 毛 刺 机, 清 除 油 道 孔 口 键 槽 等 处 的 毛 刺, 生 产 率 高 但 也 存 在 油 道 孔 内 部 毛 刺 清 除 不 到 的 情 况 (3) 电 解 去 毛 刺 这 种 方 法 采 用 多 工 位 同 时 进 行 去 毛 刺 去 毛 刺 的 质 量 高, 生 产 率 也 高 曲 轴 的 清 洗 包 括 外 表 面 清 洗 和 油 道 孔 清 洗, 一 般 有 下 列 几 种 方 法 清 洗 油 道 孔 (1) 采 用 旋 转 的 螺 杆 状 尼 龙 刷 子 清 洗 油 道 孔, 并 用 油 冲 洗 油 道 孔 (2) 采 用 高 压 清 洗 液 冲 洗 油 道 孔 (3) 采 用 超 声 波 清 洗 从 目 前 的 情 况 来 看, 采 用 高 压 清 洗 液 清 洗 油 道 比 较 适 宜 3) 校 直 校 直 有 热 校 直 和 冷 校 直 曲 轴 制 造 中 主 要 采 用 压 力 机 对 曲 轴 进 行 冷 校 直 其 方 法 是 用 两 个 支 承 块 支 撑 曲 轴, 在 曲 轴 的 弯 曲 部 位 施 加 压 力, 使 曲 轴 产 生 稳 定 的 塑 性 变 形, 达 到 校 直 的 目 的 但 是, 因 曲 轴 形 状 复 杂, 校 直 后 的 机 械 加 工 又 在 不 断 地 改 变 着 曲 轴 的 形 态 和 应 力 分 布 状 态, 从 而 使 曲 轴 产 生 新 的 弯 曲 变 形, 所 以 校 直 往 往 达 不 到 预 期 的 目 的 另 外, 曲 轴 经 多 次 校 直 后, 其 疲 劳 强 度 会 有 不 同 程 度 的 下 降 故 国 外 有 的 厂 家 已 不 对 曲 轴 进 行 冷 校 直, 在 曲 轴 机 械 加 工 的 全 过 程 中, 仅 在 轴 颈 表 面 淬 火 后, 从 回 火 炉 中 取 出 曲 轴, 在 保 持 200 的 状 态 下, 进 行 热 校 直 8. 曲 轴 的 强 化 处 理 曲 轴 的 强 化 处 理, 是 在 不 改 变 曲 轴 材 料 和 结 构 的 前 提 下, 用 物 理 法 化 学 法, 使 曲 轴 得 到 强 化, 以 提 高 曲 轴 各 项 机 械 性 能 的 一 种 工 艺 曲 轴 的 强 化 工 艺 有 三 种 : 机 械 强 化 ( 喷 丸 和 圆 角 液 压 ); 物 理 强 化 ( 锻 造 淬 火 调 质 正 火 表 面 中 高 频 淬 火 激 光 淬 火 等 温 淬 火 ); 化 学 强 化 ( 氮 化 软 氮 化 低 温 氰 化 渗 碳 等 ) 各 种 强 化 方 法, 在 实 际 应 用 时 一 般 很 少 单 一 采 用, 而 是 根 据 曲 轴 的 具 体 情 况 和 技 术 要 求, 综 合 采 用 两 种 以 上 的 复 合 的 强 化 工 艺 曲 轴 的 强 化 处 理, 在 曲 轴 的 全 部 制 造 工 艺 流 程 中 可 分 为 : 前 期 强 化 处 理 中 期 强 化 处 理 和 后 期 强 化 处 理 174

184 第 7 章 机 械 加 工 175 曲 轴 的 前 期 强 化 处 理, 是 指 曲 轴 在 毛 坯 期 间, 尚 未 进 行 机 械 加 工 阶 段 所 进 行 的 强 化 处 理, 也 叫 毛 坯 子 处 理 此 阶 段 所 采 用 的 强 化 处 理 方 法, 多 结 合 毛 坯 的 制 造 清 理 等 同 时 进 行 主 要 方 法 有 喷 丸 锻 造 淬 火 正 火 调 质 等 曲 轴 的 中 期 强 化 处 理, 是 指 曲 轴 在 粗 加 工 和 半 精 加 工 完 毕, 精 加 工 之 前 所 进 行 的 强 化 处 理 此 阶 段 的 强 化 方 法 多 采 用 表 面 高 频 淬 火 圆 角 淬 火 圆 角 滚 压 调 质 等 工 艺 方 法 由 于 以 上 几 种 强 化 方 法 会 造 成 曲 轴 整 体 变 形, 对 各 轴 颈 表 面 影 响 较 大, 所 以 多 安 排 在 轴 颈 精 加 工 之 前, 以 便 在 精 加 工 阶 段 加 以 消 除 曲 轴 的 后 期 强 化 处 理, 一 般 安 排 在 曲 轴 各 轴 颈 精 加 工 完 毕 之 后 进 行 所 以 此 阶 段 所 采 用 的 强 化 工 艺, 要 求 在 强 化 处 理 后 基 本 不 变 形, 对 轴 颈 表 面 基 本 不 产 生 或 只 产 生 微 量 影 响, 由 于 离 子 氮 化 软 氮 化 等 强 化 工 艺 的 处 理 温 度 低, 曲 轴 变 形 小, 对 轴 颈 表 面 影 响 很 小, 所 以 曲 轴 的 后 期 强 化 处 理, 多 采 用 此 类 工 艺 综 上 所 述, 曲 轴 的 前 期 强 化 处 理, 是 对 曲 轴 整 体 进 行 处 理, 目 的 在 于 得 到 较 好 的 综 合 机 械 性 能, 消 除 内 应 力, 改 善 材 料 的 金 相 组 织 而 曲 轴 的 中 后 期 处 理, 主 要 集 中 对 曲 轴 各 轴 颈 表 面 圆 角 等 部 位 进 行 处 理 目 的 在 于 提 高 轴 颈 表 面 的 硬 度, 增 加 耐 磨 性, 消 除 应 力 集 中, 强 化 曲 轴 的 薄 弱 部 位, 提 高 曲 轴 的 疲 劳 极 限 目 前, 曲 轴 的 前 期 中 期 强 化 处 理 应 用 较 多, 而 后 期 处 理 由 于 受 工 艺 装 备 等 影 响, 应 用 较 少 下 面 介 绍 曲 轴 的 圆 角 滚 压 强 化 工 艺 曲 轴 的 圆 角 滚 压 工 艺 是 一 种 在 曲 轴 的 曲 柄 和 轴 颈 过 渡 圆 角 等 应 力 集 中 部 分, 用 机 械 的 方 法, 对 圆 角 表 面 进 行 滚 压, 使 其 表 面 产 生 冷 加 工 硬 化, 从 而 形 成 残 余 压 应 力 表 面 层, 并 消 除 亚 微 观 裂 纹, 从 而 提 高 曲 轴 疲 劳 强 度 的 一 种 工 艺 方 法 圆 角 滚 压 工 艺 有 以 下 一 些 特 点 (1) 工 艺 简 单, 生 产 周 期 短, 生 产 成 本 低 (2) 适 应 范 围 广, 可 以 滚 压 所 有 材 料 的 曲 轴 (3) 能 显 著 地 提 高 曲 轴 的 疲 劳 强 度 (4) 表 面 粗 糙 度 下 降 1 级, 可 达 R a 60.8~0.1μm, 硬 度 由 HRC30 提 高 到 HRC55 (5) 采 用 沉 割 圆 角 液 压 可 减 少 磨 削 时 间, 提 高 砂 轮 的 寿 命 (6) 可 消 除 表 面 显 微 裂 纹 和 刨 孔 气 孔 等 铸 造 缺 陷 珠 光 体 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 圆 角 滚 压 效 果 最 明 显 (7) 液 压 硬 化 层 的 深 度 和 最 大 残 余 应 力 值, 取 决 于 滚 压 力, 滚 轮 形 状 尺 寸, 以 及 曲 轴 材 料 曲 轴 圆 角 滚 压 有 以 下 几 种 形 式 1) 连 杆 轴 颈 加 工 连 杆 轴 颈 加 工 通 常 包 括 车 磨 超 精 加 工 等 工 序 (1) 车 削 加 工 在 特 殊 的 连 杆 轴 颈 多 刀 车 床 上 对 全 部 轴 颈 一 次 加 工 成 型 连 杆 轴 颈 以 主 轴 颈 为 中 心 回 转, 刀 具 也 做 相 应 运 动 进 行 加 工 刀 具 运 动 是 由 和 被 加 工 曲 轴 同 一 规 格 的 标 准 曲 轴 所 驱 动 的 (2) 磨 削 加 工 磨 削 加 工 使 用 连 杆 轴 颈 特 殊 磨 床, 可 分 为 每 次 磨 削 一 个 轴 颈 的 单 砂 轮 磨 床 和 每 次 磨 削 两 个 轴 颈 的 双 砂 轮 磨 床 当 采 用 双 砂 轮 磨 床 加 工 四 拐 曲 轴 时, 需 要 两 台 磨 175 标 准 分 享 网 免 费 下 载

185 176 汽 车 制 造 工 艺 床, 是 一 种 特 殊 用 法 由 于 双 砂 轮 磨 床 的 生 产 率 极 高, 设 备 费 昂 贵, 特 别 适 用 于 大 量 生 产 此 外, 轴 颈 间 距 离 是 选 定 双 砂 轮 磨 床 的 重 要 因 素, 过 于 窄 小 就 不 宜 选 用 轴 颈 磨 削 时, 两 端 圆 角 (R) 的 形 状 难 以 确 保 对 此, 各 磨 床 制 造 厂 正 在 研 究 砂 轮 的 各 种 整 形 方 法, 在 保 证 圆 角 (R) 的 形 状 上 下 工 夫 横 向 进 给 滚 子 砂 轮 修 整 法 和 纵 向 进 给 砂 轮 修 整 法 容 易 保 证 圆 角 形 状 单 点 式 砂 轮 修 整 法 难 于 保 证 圆 角 形 状, 使 用 这 种 方 法 需 要 高 度 熟 练 的 技 术, 不 适 于 用 在 大 量 加 工 生 产 线 上 2) 主 轴 颈 加 工 主 轴 颈 和 连 杆 轴 颈 的 加 工 工 序 相 同 车 削 工 序 使 用 多 刀 特 殊 机 床 为 了 对 全 部 主 轴 颈 多 刀 切 削 一 次 加 工 成 型, 以 曲 柄 为 基 准 面 夹 持 之 后, 在 两 顶 针 间 加 工 普 通 以 立 刃 刀 头 从 两 个 方 向 进 刀 切 削 磨 削 加 工 是 在 多 砂 轮 磨 床 上 对 全 部 主 轴 颈 同 时 加 工 这 种 方 法 在 精 度 和 效 率 上 都 有 利 3) 油 道 深 孔 加 工 为 了 润 滑 连 杆 轴 颈, 从 主 轴 颈 处 钻 通 一 个 直 径 为 4~6mm 的 深 孔 油 道 由 于 受 轴 颈 表 面 限 制, 孔 径 不 能 过 大, 因 而 加 工 困 难, 可 采 用 深 孔 麻 花 钻 头 分 级 进 给 加 工 或 深 孔 钻 加 工 4) 不 平 衡 修 正 加 工 曲 轴 平 衡 时, 不 平 衡 去 重 位 置 受 曲 轴 形 状 限 制 不 平 衡 修 正 机 通 常 由 不 平 衡 量 的 测 定 部 分 ( 平 衡 机 ) 和 不 平 衡 量 的 去 重 加 工 部 分 ( 修 正 机 ) 所 组 成 修 正 机 是 根 据 平 衡 机 的 测 定 结 果, 自 动 控 制 修 正 位 置 和 修 正 量, 以 钻 削 方 法 切 除 不 平 衡 部 分 经 上 述 平 衡 加 工 后, 所 允 许 的 残 余 不 平 衡 量, 对 轿 车 发 动 机 曲 轴 的 要 求 是 10~20cm 工 艺 设 计 时, 应 该 注 意 选 用 不 平 衡 量 极 小 的 加 工 方 法 和 工 艺 措 施 例 如, 以 质 量 定 心 法 加 工 作 为 基 准 用 的 中 心 孔, 就 是 一 种 有 效 的 方 法 5) 表 面 精 加 工 连 杆 轴 颈 与 主 轴 颈 的 表 面 光 洁 度 一 般 应 控 制 在 0.8s 以 下, 可 采 用 磨 块 超 精 加 工, 或 采 用 砂 带 研 磨 加 工 磨 削 加 工 的 要 点 在 于 不 超 出 形 状 公 差 而 对 表 面 进 行 精 加 工 为 此, 应 将 加 工 余 量 降 至 必 要 的 最 小 限 度 之 内 此 外, 还 必 须 注 意 保 证 端 部 圆 角 (R) 的 形 状 6) 圆 角 滚 压 圆 角 滚 压 目 的 在 于 提 高 连 杆 轴 颈 与 主 轴 颈 圆 角 部 位 的 强 度, 主 要 用 于 加 工 铸 铁 曲 轴, 可 分 为 制 槽 与 滚 压 两 道 工 序 制 槽 加 工 的 目 的 在 于 防 止 滚 压 时 发 生 金 属 隆 起 的 现 象 滚 压 加 工 形 成 压 缩 残 余 应 力, 提 高 曲 轴 的 疲 劳 强 度 铸 铁 曲 轴 经 圆 角 滚 压 强 化 后, 强 度 值 增 加 1.8~2.8 倍 连 杆 连 杆 与 活 塞 销 的 装 配 方 式 可 分 为 压 配 式 与 全 浮 式 两 种 它 们 的 加 工 工 序 虽 有 若 干 差 异, 但 通 常 多 采 用 下 列 顺 序 : 大 头 孔 小 头 孔 两 端 面 加 工 ; 小 头 活 塞 销 孔 加 工 ; 大 头 接 合 面 侧 面 半 圆 孔 拉 削 加 工 ; 细 油 孔 加 工 ; 螺 栓 孔 加 工 和 螺 栓 孔 平 面 加 工 ; 衬 套 压 入 ( 用 于 全 浮 式 ); 连 杆 盖 装 配 ; 大 小 孔 端 面 精 加 工 ; 大 小 孔 精 镗 加 工 ; 重 量 分 组 尺 寸 分 组 端 面 加 工 可 分 为 铣 削 加 工 和 平 面 磨 削 加 工 两 类 后 者 适 用 于 大 量 生 产, 常 使 用 转 台 式 平 面 磨 床 接 合 面 侧 面 半 圆 部 的 拉 削 加 工, 可 采 用 立 式 平 面 拉 床 或 卧 式 连 续 拉 床 后 者 适 用 于 大 量 生 产 的 工 厂 当 以 连 杆 螺 栓 确 定 连 杆 及 连 杆 盖 的 相 对 位 置 时, 对 螺 孔 直 径 与 176

186 第 7 章 机 械 加 工 177 节 距 的 精 度 要 求 高, 孔 加 工 应 采 用 钻 扩 钻 铰 三 道 工 序 变 速 器 壳 近 来, 变 速 器 壳 的 加 工 正 从 专 用 机 床 转 向 以 直 进 式 自 动 机 床 为 主 体 的 自 动 化 生 产 线 例 如, 普 通 灰 口 铸 铁 制 箱 形 变 速 器 壳 的 加 工 工 艺 过 程 如 下 (1) 第 一 工 序 对 搬 运 基 准 面 与 孔 加 工 基 准 面 与 孔 进 行 铣 钻 粗 铰 加 工 (2) 第 二 工 序 前 后 端 面 的 粗 铣 与 精 铣, 侧 面 的 铣 削, 前 后 端 面 钻 孔 与 粗 铰 孔 (3) 第 三 工 序 下 部 孔 的 钻 攻 丝 与 检 验, 壳 体 内 倒 挡 齿 轮 中 间 轴 齿 轮 安 装 相 关 面 的 铣 削 加 工 (4) 第 四 五 工 序 清 洗, 壳 体 内 倒 挡 齿 轮 中 间 轴 齿 轮 安 装 相 关 面 宽 度 的 自 动 检 测 分 级 与 标 记 铭 刻 (5) 第 六 工 序 以 多 轴 加 工 方 式 对 前 后 端 轴 承 孔 轴 孔 进 行 粗 镗 与 精 镗 (6) 第 七 工 序 轴 承 孔 自 动 检 测 (7) 第 八 工 序 侧 面 与 顶 面 上 各 种 孔 的 钻 攻 丝 铰 与 检 测 (8) 第 九 工 序 换 挡 叉 轴 的 钻 镗 铰 加 工 (9) 第 十 十 一 工 序 清 洗 与 铭 刻 各 种 标 记 加 工 的 基 准 孔 一 直 要 使 用 到 精 加 工 工 序, 所 以 应 该 特 别 注 意 选 择 基 准 孔 的 位 置, 不 致 妨 碍 各 种 加 工 过 程 此 外, 进 行 平 面 度 要 求 极 严 的 平 面 铣 削 时, 对 于 具 有 精 度 偏 差 的 夹 紧 面, 应 采 用 特 殊 的 夹 持 方 法, 以 使 工 件 保 持 精 确 位 置, 并 防 止 加 工 过 程 中 发 生 振 动 轴 承 孔 精 镗 采 用 多 轴 同 时 加 工 方 式, 以 确 保 各 孔 间 严 格 的 相 关 位 置 由 于 此 工 序 的 加 工 周 期 长, 为 了 生 产 线 上 节 拍 的 平 衡, 多 采 用 两 台 设 备 同 时 加 工 齿 轮 变 速 器 的 直 齿 轮 与 斜 齿 轮 差 速 器 的 伞 齿 轮 各 类 花 键 轴 的 加 工 多 采 用 下 列 工 序 : 齿 坯 加 工 齿 形 粗 加 工 齿 形 精 加 工 热 处 理 外 径 内 径 与 端 面 磨 削, 齿 面 精 磨 与 形 磨 根 据 使 用 条 件, 有 些 花 键 轴 与 伞 齿 轮 不 进 行 精 加 工 与 淬 火, 有 的 齿 轮 不 做 机 械 加 工, 而 是 在 冷 态 精 密 锻 造 后 或 粉 末 冶 金 成 型 后 使 用 1. 直 齿 轮 斜 齿 轮 与 花 键 轴 类 加 工 直 齿 轮 与 斜 齿 轮 的 齿 形 粗 加 工 有 滚 齿 加 工 与 刨 齿 加 工 热 处 理 前 的 齿 形 精 加 工 有 剃 齿 加 工 与 齿 形 轧 制 加 工 若 有 特 殊 需 要, 热 处 理 后 还 可 进 行 齿 形 研 磨 与 珩 磨 加 工 花 键 类 加 工 除 可 采 用 滚 削 与 刨 削 方 法 外, 也 常 常 以 铣 削 或 轧 制 加 工 成 型 1) 齿 轮 轧 制 齿 轮 轧 制 是 一 种 大 量 生 产 的 加 工 方 法 在 很 短 时 间 内 ( 约 为 0.3min) 可 得 到 表 面 微 观 不 平 度 在 1μm 以 内 的 齿 面 通 常 采 用 的 冷 轧 工 艺, 有 下 列 两 种 方 法 : 一 种 是 像 花 键 类 加 工 那 样, 直 接 以 齿 成 型 工 具 与 齿 坯 啮 合 轧 成 齿 轮, 而 无 需 预 先 进 行 铣 齿 粗 加 工 齿 形 轧 制 工 具 有 齿 条 式 齿 轮 式 和 辊 轮 式 等 数 种 另 一 种 是 把 经 过 齿 形 粗 加 工 后 的 齿 轮 与 两 个 齿 形 轧 制 工 具 相 啮 合, 进 行 齿 形 精 加 工, 这 种 方 法 适 用 于 大 模 数 齿 轮 由 于 很 难 使 轧 制 工 具 获 得 最 佳 形 状, 轧 制 齿 轮 一 般 还 需 再 经 剃 齿 加 工 177 标 准 分 享 网 免 费 下 载

187 178 汽 车 制 造 工 艺 2) 剃 齿 剃 齿 加 工 可 在 0.3~1.0mm 内 获 得 优 良 而 稳 定 的 齿 形 精 度 如 图 7.21 所 示 为 齿 轮 式 剃 齿 刀 的 齿 部 形 状, 齿 面 上 具 有 由 桅 状 沟 槽 所 形 成 的 切 削 刃, 与 被 加 工 齿 轮 无 间 隙 啮 合 ( 轴 间 交 叉 角 为 5 ~12 ), 进 行 剃 削 加 工 量 为 0.02~0.05mm 剃 齿 加 工 除 可 提 高 齿 轮 精 度 外, 其 重 要 目 的 之 一 还 在 于 加 工 成 鼓 形 齿 与 齿 形 修 正 最 近, 德 国 研 制 成 横 向 进 给 剃 齿 加 工 法, 与 原 来 剃 齿 法 相 比 较, 加 工 时 间 缩 短 了 1/3, 加 工 精 度 可 提 高 1~2 级 这 图 7.21 剃 齿 刀 的 齿 面 种 方 法 正 在 逐 渐 普 及 3) 珩 齿 珩 齿 加 工 在 热 处 理 之 后, 是 一 种 去 除 齿 面 毛 刺 修 正 齿 形 与 热 处 理 变 形 的 加 工 方 法 与 剃 齿 加 工 相 同, 将 被 珩 磨 齿 轮 与 齿 轮 式 珩 磨 轮 或 辊 轮 式 珩 磨 轮 啮 合, 进 行 加 工 珩 磨 的 加 工 余 量 小, 不 可 能 修 正 过 大 的 热 处 理 变 形 2. 伞 齿 轮 加 工 (1) 主 动 齿 轮 螺 旋 伞 齿 轮 可 分 为 主 动 伞 齿 轮 与 从 动 伞 齿 轮 主 动 齿 轮 的 热 处 理 前 工 序 包 括 : 打 中 心 孔, 车 削, 螺 纹 加 工, 花 键 轧 制, 磨 削, 齿 形 粗 加 工, 倒 角, 前 进 面 齿 形 精 加 工, 后 退 面 齿 形 精 加 工 几 年 前, 在 大 量 生 产 线 上, 这 些 工 序 之 间 已 用 装 料 机 和 运 输 装 置 连 成 自 动 生 产 线, 以 减 少 工 人 数 量 齿 形 精 加 工 是 使 切 齿 刀 与 被 加 工 工 件 保 持 一 定 的 回 转 比, 进 行 范 成 切 齿 加 工 时, 必 须 根 据 热 处 理 前 后 的 齿 面 接 触 区 测 量 值, 考 虑 到 热 处 理 变 形 量, 控 制 热 处 理 前 齿 形, 以 使 热 处 理 后 齿 面 接 触 区 的 位 置 与 长 度 都 保 持 在 公 差 范 围 之 内 (2) 从 动 齿 轮 其 加 工 工 序 有 : 齿 坯 车 削, 内 径 精 加 工, 钻 孔, 攻 丝, 齿 形 粗 加 工, 齿 形 精 加 工, 已 经 形 成 自 动 生 产 线 由 于 从 动 齿 轮 的 热 处 理 变 形 靠 着 从 与 之 啮 合 搭 配 的 主 动 齿 轮 方 面 来 调 整, 所 以 当 采 用 复 数 切 齿 工 艺 时, 应 根 据 预 定 的 齿 面 接 触 区 情 况, 周 密 调 整 切 齿 机 程 序 切 齿 加 工 几 乎 都 采 用 的 方 法 是 : 使 被 加 工 工 件 在 切 削 过 程 中 静 止, 在 工 件 上 加 工 出 与 刀 具 齿 形 相 同 的 齿 形 (3) 齿 轮 的 选 配 与 研 磨 经 热 处 理 后 的 主 从 动 齿 轮 进 行 选 配 检 验, 根 据 每 齿 配 合 情 况 分 级, 以 确 定 在 哪 种 设 备 上 进 行 研 磨 加 工 在 大 量 生 产 线 的 研 磨 机 上, 为 了 使 齿 轮 热 处 理 变 形 所 发 生 的 齿 面 接 触 区 的 微 小 变 化, 经 过 研 磨 后 达 到 与 齿 面 接 触 区 均 匀 一 致, 应 该 根 据 选 配 时 齿 面 接 触 区 的 级 别 进 行 研 磨 (4) 半 轴 齿 轮 行 星 齿 轮 半 轴 齿 轮 与 行 星 齿 轮 都 是 直 齿 伞 齿 轮, 从 毛 坯 加 工 到 切 齿 加 工 都 已 实 现 自 动 化 最 近, 由 于 齿 轮 锻 造 技 术 的 提 高, 代 替 了 习 用 的 切 齿 加 工, 部 分 采 用 以 锻 造 齿 形 为 基 准 进 行 机 械 加 工 的 精 密 锻 造 齿 轮 后 桥 壳 通 常, 后 桥 壳 如 图 7.22 所 示, 是 由 冲 压 件 焊 接 本 体 和 两 个 端 部 构 成 的 焊 装 后, 对 差 速 器 装 置 接 合 部 ( 图 7.22 之 三 处 ) 油 封 孔 与 轴 承 装 配 部 位 ( 图 7.22 之 四 处 ) 进 行 机 械 加 工 178

188 第 7 章 机 械 加 工 179 图 7.22 后 桥 壳 机 械 加 工 的 主 要 部 位 1 2 轴 承 孔 与 油 封 口 3 制 动 器 底 板 安 装 部 4 轮 毂 安 装 部 5 6 差 速 器 壳 安 装 部 7 差 速 器 壳 装 配 螺 孔 大 量 生 产 车 型 的 后 桥 壳 在 自 动 机 上 加 工, 中 等 批 量 以 下 产 量 的 车 型 的 后 桥 壳 在 几 台 专 用 机 床 上 加 工 任 何 情 况 下, 都 应 特 别 注 意 后 桥 壳 在 加 工 机 床 上 的 装 夹 方 法 所 采 用 夹 具 的 夹 持 方 法 不 应 使 后 桥 壳 变 形, 并 能 承 受 强 切 削 力 的 作 用 两 端 外 径 以 主 夹 持 装 置 夹 紧, 并 作 为 车 轴 中 心 基 准 此 外, 为 使 中 间 部 位 在 切 削 力 作 用 下 不 致 变 形, 分 作 几 处 夹 持 中 间 部 位 夹 持 采 用 工 件 原 位 固 定 的 特 殊 方 法 在 自 动 机 上 加 工 时, 先 进 行 后 桥 壳 两 端 部 平 面 锤 钻 倒 角 等 六 个 工 位 加 工, 然 后 将 装 有 工 件 的 夹 具 翻 转 90, 进 行 差 速 器 壳 装 配 部 位 的 平 面 锤 钻 攻 丝 等 六 个 工 位 加 工 后 桥 壳 完 成 加 工 并 从 自 动 机 上 取 下 后, 放 在 多 喷 头 清 洗 机 内 彻 底 洗 净 内 部 切 削 与 切 削 油 剂 习 题 1. 切 削 液 选 择 时 必 须 考 虑 的 因 素 有 哪 些? 2. 在 工 艺 管 理 中 实 际 采 用 的 方 法 有 哪 几 种? 3. 工 序 内 工 序 外 检 验 的 设 备 各 有 哪 些? 4. 试 分 析 大 量 生 产 六 缸 汽 油 机 时 曲 轴 的 工 艺 过 程 5. 试 写 出 普 通 灰 口 铸 铁 制 箱 形 变 速 器 壳 的 加 工 工 艺 过 程 179 标 准 分 享 网 免 费 下 载

189 第 8 章 热 处 理 教 学 提 示 : 热 处 理 在 机 械 制 造 中 具 有 重 要 的 作 用, 如 何 选 择 符 合 零 件 性 能 要 求 的 材 料 与 热 处 理 方 法, 并 使 零 件 质 量 保 持 稳 定, 是 摆 在 热 处 理 工 作 者 面 前 的 重 要 课 题 根 据 热 处 理 的 目 的 钢 种 与 产 品 形 状, 可 确 定 热 处 理 的 方 式 与 条 件 教 学 目 标 : 了 解 毛 坯 件 的 几 种 热 处 理 方 式, 理 解 渗 碳 淬 火 及 高 频 淬 火 机 理, 了 解 热 处 理 新 技 术 及 各 新 技 术 的 特 点 了 解 几 种 适 用 于 现 代 大 量 生 产 的 热 处 理 设 备, 了 解 加 工 线 检 验 的 几 种 热 处 理 项 目 8.1 概 述 钢 的 热 处 理 是 通 过 钢 在 固 态 下 的 加 热 保 温 和 冷 却, 以 改 变 其 内 部 组 织, 从 而 获 得 所 需 性 能 的 工 艺 方 法 热 处 理 在 机 械 制 造 中 具 有 重 要 的 作 用 它 能 提 高 金 属 材 料 的 使 用 性 能, 节 约 金 属, 延 长 机 械 的 使 用 寿 命 此 外, 热 处 理 还 能 改 善 金 属 材 料 的 工 艺 性 能, 提 高 生 产 率 和 加 工 质 量 据 统 计 机 床 中 要 进 行 热 处 理 的 零 件 占 60%~70%, 汽 车 拖 拉 机 中 占 70%~80%, 而 各 种 工 具 量 具 和 模 具 等 则 100% 要 进 行 热 处 理 热 处 理 过 程 一 般 分 为 加 热 保 温 和 冷 却 三 个 阶 段, 如 图 8.1 所 示 加 热 温 度 通 常 要 超 过 临 界 点, 如 对 共 析 钢 要 加 热 到 Ac 1 以 上, 使 珠 光 体 向 奥 氏 体 转 变 奥 氏 体 晶 核 最 容 易 在 铁 素 体 和 渗 碳 体 的 交 界 面 上 产 生, 由 于 珠 光 体 片 层 比 较 细 密, 交 界 面 上 产 生 的 晶 核 很 多, 所 以 刚 生 成 的 奥 氏 体 晶 粒 总 是 比 较 细 小 的, 这 就 是 通 过 加 热 可 以 细 化 晶 粒 的 原 因 但 加 热 温 度 不 宜 过 高, 否 则 奥 氏 体 晶 粒 会 长 大, 使 工 件 冷 却 后 的 机 械 性 能 降 低 钢 在 加 热 到 规 定 的 温 度 后, 需 要 进 行 一 段 时 间 保 温, 目 的 是 把 工 件 热 透, 使 其 心 部 和 表 面 的 温 度 趋 于 一 致, 并 且 获 得 均 匀 一 致 的 奥 氏 体 组 织 钢 的 冷 却 是 热 处 理 过 程 的 关 键 阶 段 生 产 中 常 采 用 不 同 的 冷 却 方 法, 如 炉 冷 空 冷 油 冷 水 冷 等, 以 便 在 冷 却 过 程 中 获 得 不 同 的 组 织 和 性 能 图 8.1 热 处 理 一 般 过 程

190 第 8 章 热 处 理 181 钢 的 热 处 理 工 艺 主 要 有 退 火 正 火 淬 火 回 火 和 表 面 热 处 理 等 热 处 理 概 要 制 造 高 强 度 汽 车 零 件 的 合 金 结 构 钢, 虽 在 成 分 上 已 和 普 通 结 构 钢 有 所 区 别, 还 应 利 用 钢 的 相 变 特 性, 以 各 种 速 度 加 热 与 冷 却, 进 行 处 理 热 处 理, 这 样 才 能 获 得 所 需 要 的 硬 度 韧 性 与 耐 磨 性 近 年 来, 随 着 热 处 理 技 术 的 发 展, 日 益 追 求 使 用 廉 价 材 料 并 减 轻 零 件 质 量 面 对 着 这 两 种 相 互 矛 盾 的 要 求, 摆 在 热 处 理 工 作 者 面 前 的 重 要 课 题 是, 如 何 选 择 符 合 零 件 性 能 要 求 的 材 料 与 热 处 理 方 法, 并 使 零 件 质 量 保 持 稳 定 汽 车 制 造 与 热 处 理 热 处 理 一 般 可 区 分 为 机 械 加 工 前 ( 毛 坯 件 的 热 处 理 ) 与 机 械 加 工 后 ( 机 械 加 工 件 的 热 处 理 ) 两 大 类 毛 坯 件 的 热 处 理 包 括 : 正 火 淬 火 回 火 退 火 等 工 序 一 般 采 用 正 火 ( 或 退 火 ) 与 调 质 ( 正 火 淬 火 回 火 的 连 续 工 艺 ), 以 匀 化 组 织, 提 高 切 削 性, 消 除 残 余 应 力, 提 高 硬 度 韧 性 与 疲 劳 强 度 此 外, 还 有 辅 助 工 序 酸 洗 与 喷 丸, 进 行 表 面 清 理, 去 除 氧 化 物, 并 收 到 喷 丸 强 化 与 保 持 尺 寸 精 度 等 效 果 机 械 加 工 件 的 热 处 理 有 : 渗 碳 热 处 理 高 频 淬 火 等 表 面 强 化 处 理, 以 提 高 表 面 硬 化 部 位 的 强 韧 性 耐 磨 性 与 疲 劳 强 度 应 根 据 热 处 理 目 的 钢 种 与 产 品 形 状, 确 定 热 处 理 的 方 式 与 条 件 一 般 采 用 下 列 各 工 序, 其 要 点 如 图 8.2 所 示 (a) 调 质 钢 ~0.4%C (b) 渗 碳 钢 ~0.2%C 图 8.2 热 处 理 工 序 概 要 1 连 杆 类 2 曲 轴 类 3 齿 轮 类 毛 坯 件 热 处 理 机 械 加 工 件 热 处 理 1. 毛 坯 调 质 件 要 求 强 韧 性 的 汽 车 零 件, 其 锻 件 毛 坯 可 施 以 调 质 处 理 属 于 这 类 的 零 件 有 : 连 杆 前 轴 后 半 轴 与 转 向 节 臂 等 数 种, 一 般 由 含 碳 量 为 0.4% 左 右 的 碳 素 钢 与 合 金 钠 ( 调 质 钢 ) 制 成 2. 渗 碳 件 汽 车 齿 轮 类 ( 差 速 齿 轮 变 速 齿 轮 等 ) 零 件 要 求 具 有 强 韧 性 与 耐 磨 性, 其 锻 件 毛 坯 经 正 火 ( 或 退 火 ) 处 理, 机 械 加 工 后 进 行 渗 碳 淬 火 表 面 强 化 一 般 渗 碳 钢 的 含 碳 量 在 0.2% 左 右, 有 碳 素 钢, 也 有 合 金 钢 181 标 准 分 享 网 免 费 下 载

191 182 汽 车 制 造 工 艺 3. 高 频 淬 火 件 曲 轴 凸 轮 轴 后 半 轴 等 类 零 件, 通 常 以 强 韧 钢 ( 调 质 钢 ) 制 造, 锻 件 毛 坯 经 正 火 ( 或 退 火 ) 与 调 质 处 理, 机 械 加 工 后, 对 必 要 部 位 施 以 高 频 淬 火 表 面 硬 化, 以 提 高 其 耐 磨 性 与 疲 劳 强 度 8.2 毛 坯 件 的 热 处 理 热 锻 毛 坯 的 晶 粒 过 于 粗 大, 硬 度 与 组 织 的 变 动 也 大, 强 度 低 这 些 缺 点 可 通 过 各 种 热 处 理 方 法 加 以 消 除 与 热 处 理 操 作 的 悠 久 历 史 相 比 较, 热 处 理 理 论 研 究 乃 是 近 代 的 事 情 经 过 改 进 后 的 铁 碳 合 金 状 态 图 ( 图 8.2 ), 已 成 为 当 前 热 处 理 工 艺 的 基 本 指 针 在 热 处 理 实 践 中, 应 该 灵 活 运 用 钢 的 组 织 转 变 理 论, 妥 善 进 行 正 火 退 火 与 调 质 处 理 毛 坯 件 热 处 理, 可 按 其 在 机 械 加 工 后 是 否 还 需 热 处 理 而 加 以 区 分 机 械 加 工 后 还 应 热 处 理 ( 渗 碳 高 频 淬 火 等 ) 的 调 质 钢 渗 碳 钢 毛 坯 件, 可 先 经 正 火 或 退 火 处 理, 调 质 钢 也 可 先 经 调 质 处 理 机 械 加 工 后 不 再 经 热 处 理 的 毛 坯 件, 主 要 是 调 质 钢 件, 应 进 行 调 质 处 理 正 火 1. 正 火 工 艺 及 应 用 正 火 是 将 钢 加 热 到 Ac 3 或 Ac 1 以 上 30~50, 保 温 足 够 时 间, 然 后 在 空 气 中 冷 却 的 热 处 理 工 艺 图 8.3 所 示 为 碳 钢 的 正 火 加 热 温 度 范 围 图 8.3 碳 钢 的 正 火 加 热 温 度 范 围 正 火 不 仅 可 以 作 为 预 备 热 处 理, 而 且 可 以 代 替 中 碳 钢 的 调 质 处 理 ( 淬 火 加 高 温 回 火 ), 为 随 后 的 表 面 淬 火 等 工 序 作 组 织 准 备 对 于 要 求 不 太 高 的 结 构 零 件, 还 可 以 用 正 火 作 为 最 终 热 处 理, 获 得 使 用 性 能 将 锻 件 加 热 至 奥 氏 体 化 温 度 (850~930 ) 并 保 持 一 定 时 间, 随 后 气 冷, 得 到 铁 素 体 珠 光 体 组 织 正 火 目 的 在 于 匀 化 组 织 并 改 进 切 削 性, 可 作 为 淬 火 回 火 前 的 预 处 理, 或 在 正 火 后 直 接 进 行 机 械 加 工 182

192 第 8 章 热 处 理 正 火 与 退 火 的 工 序 位 置 退 火 和 正 火 ( 再 结 晶 退 火 和 去 应 力 退 火 除 外 ) 在 零 件 的 加 工 工 艺 路 线 中, 一 般 应 安 排 在 铸 锻 焊 等 工 序 之 后, 机 械 加 工 ( 粗 加 厂 ) 之 前 如 用 45 钢 制 造 某 车 床 主 轴, 在 锻 造 之 后, 粗 车 之 前, 安 排 一 次 正 火 工 序 : 下 料 锻 造 正 火 粗 车 淬 火 1. 淬 火 工 艺 淬 火 是 将 钢 加 热 到 Ac 3 或 Ac 1 以 上 30~50, 保 温 后 在 水 或 油 中 冷 却 的 热 处 理 方 法 淬 火 的 加 热 温 度 根 据 钢 的 含 碳 量 而 定, 对 亚 共 析 钢 为 Ac 3 以 上 30~50, 对 过 共 析 钢 为 Ac 1 以 上 30~50, 如 图 8.4 所 示 图 8.4 淬 火 加 热 温 度 范 围 淬 火 操 作 必 须 保 证 快 速 冷 却 一 般 情 况 下, 碳 钢 在 水 中 冷 却, 合 金 钢 在 油 中 冷 却 钢 在 如 此 快 速 冷 却 条 件 下, 产 生 极 大 的 过 冷 度, 因 而 奥 氏 体 的 转 变 温 度 很 低 由 于 碳 原 子 无 法 进 行 扩 散, 奥 氏 体 不 可 能 转 变 为 珠 光 体, 只 是 γ 铁 转 变 成 α 铁, 碳 全 部 保 留 在 α 铁 中, 形 成 碳 在 α 铁 中 的 过 饱 和 固 溶 体 称 为 马 氏 体 因 为 α 铁 中 溶 解 了 过 量 的 碳, 使 晶 格 发 生 畸 变, 增 加 了 塑 性 变 形 的 抗 力, 所 以 马 氏 体 具 有 很 高 的 硬 度, 可 达 HRC65 马 氏 体 是 一 种 不 稳 定 的 组 织 并 存 在 较 大 内 应 力 和 脆 性 为 了 消 除 淬 火 钢 的 内 应 力, 降 低 脆 性, 并 获 得 所 需 的 机 械 性 能, 淬 火 后 必 须 进 行 回 火 目 的 在 于 阻 止 图 8.3 所 示 的 平 衡 状 态 下 的 A 1 转 变, 以 获 得 硬 的 马 氏 体 组 织 其 法 是 将 已 正 火 零 件 重 新 加 热 至 奥 氏 体 状 态 (800~850 ), 保 持 一 定 时 间 后, 在 水 或 油 中 急 冷 完 全 淬 火 状 态 下 的 马 氏 体 硬 度 决 定 于 其 中 碳 含 量, 碳 含 量 越 高 则 越 硬, 如 图 8.5 所 示 然 而, 由 于 材 料 的 质 量 效 应, 零 件 直 径 过 大, 内 部 将 不 能 得 到 淬 火 组 织 质 量 效 应 随 材 料 而 异, 碳 素 钢 的 质 量 效 应 大, 含 有 Cr Mo 等 元 素 合 金 钢 的 质 量 效 应 小 图 8.6 所 示 为 S45C 碳 素 结 构 钢 的 淬 火 硬 度 与 试 棒 直 径 的 关 系 183 标 准 分 享 网 免 费 下 载

193 184 汽 车 制 造 工 艺 最 近 采 用 的 锻 造 余 热 淬 火 法, 是 在 锻 造 后 直 接 淬 火 这 样 做, 不 仅 可 提 高 热 效 率, 容 易 实 现 机 械 化 自 动 化 操 作, 并 可 增 加 低 淬 透 性 钢 的 淬 火 层 深 度, 而 且 还 能 保 持 良 好 的 韧 性 与 切 削 性 能 只 是 对 淬 火 温 度 必 须 进 行 严 格 管 理 图 8.5 钢 中 碳 含 量 与 淬 火 最 高 硬 度 的 关 系 图 8.6 试 棒 直 径 与 淬 火 硬 度 的 关 系 (S45C) 2. 淬 火 变 形 与 开 裂 变 形 与 开 裂 是 最 常 见 最 严 重 的 淬 火 缺 陷 1) 产 生 原 因 变 形 与 开 裂 是 由 淬 火 应 力 引 起 的 淬 火 应 力 包 括 组 织 应 力 和 热 应 力 组 织 应 力 是 马 氏 体 转 变 时 体 积 膨 胀 不 均 匀 而 造 成 的 内 应 力 热 应 力 是 淬 火 冷 却 时, 工 件 各 部 分 温 度 不 均, 冷 却 不 一 致 而 造 成 的 内 应 力 在 Ms 点 以 上 冷 却 时, 只 产 生 热 应 力, 而 不 产 生 组 织 应 力 ; 在 Ms 点 以 下 冷 却 时, 既 有 热 应 力 又 有 组 织 应 力 所 以, 淬 火 应 力 在 Ms 点 以 下 出 现 最 大 值 当 淬 火 应 力 超 过 钢 的 屈 服 极 限 时, 工 件 会 产 生 变 形 ; 当 淬 火 应 力 超 过 钢 的 强 度 极 限 时, 工 件 就 会 开 裂 2) 防 止 方 法 (1) 合 理 选 择 材 料 形 状 复 杂, 容 易 变 形 开 裂 的 零 件, 应 尽 量 选 用 淬 透 性 高 的 合 金 钢 制 造 由 于 高 碳 钢 淬 火 时 的 组 织 应 力 大, 故 在 满 足 性 能 要 求 的 前 提 下, 尽 量 选 用 含 碳 量 184

194 第 8 章 热 处 理 185 较 低 的 钢 (2) 合 理 设 计 零 件 设 计 零 件 时, 应 力 求 做 到 形 状 对 称, 厚 薄 均 匀, 过 渡 圆 滑, 避 免 尖 角, 减 少 密 孔 对 于 某 些 形 状 不 对 称 厚 薄 不 均 匀 的 零 件, 为 减 少 淬 火 变 形, 可 在 机 械 加 工 时 留 出 足 够 的 加 工 余 量 或 相 应 的 工 艺 敷 料, 然 后 在 淬 火 时 切 除 图 8.7 所 示 的 零 件, 在 淬 火 前 留 出 工 艺 敷 料 筋 板, 在 淬 火 后 将 筋 板 切 除 图 8.7 零 件 (3) 合 理 制 定 工 艺 淬 火 前 进 行 低 温 退 火 球 化 退 火 等 预 备 热 处 理 ; 淬 火 时 采 用 分 级 淬 火 等 温 淬 火 等 工 艺, 并 制 定 合 理 的 淬 火 工 艺, 进 行 正 确 的 操 作 ; 淬 火 后 立 即 回 火 时 效 等, 都 能 防 止 工 件 的 变 形 与 开 裂 回 火 回 火 是 将 淬 火 钢 重 新 加 热 到 Ac 1 以 下 的 某 一 温 度, 保 温 一 段 时 间, 然 后 冷 却 ( 一 般 空 冷 到 室 温 ) 的 热 处 理 方 法 回 火 的 目 的 主 要 有 以 下 三 点 (1) 调 整 机 械 性 能 用 不 同 的 回 火 温 度, 去 获 得 不 同 的 回 火 组 织, 以 得 到 不 同 的 机 械 性 能, 从 而 满 足 工 件 的 设 计 要 求 (2) 消 除 内 应 力 通 过 回 火, 可 以 部 分 或 全 部 消 除 工 件 在 加 工 及 淬 火 过 程 中 产 生 的 内 应 力, 从 而 防 止 工 件 的 变 形 或 开 裂 (3) 稳 定 工 件 组 织 淬 火 后 的 组 织 是 不 稳 定 的, 必 须 通 过 回 火 使 其 转 变 为 较 稳 定 的 组 织, 从 而 防 止 工 作 在 使 用 过 程 中 发 生 尺 寸 变 化 钢 经 过 退 火 正 火 或 淬 火 等 热 处 理 后, 其 硬 度 随 冷 却 速 度 加 快 而 增 加 但 回 火 后 钢 的 硬 度, 一 般 不 取 决 于 冷 却 速 度, 而 是 随 加 热 温 度 升 高 而 降 低 根 据 加 热 温 度 不 同, 回 火 可 分 为 低 温 回 火 中 温 回 火 和 高 温 回 火 三 种 (1) 低 温 回 火 加 热 温 度 为 150~250 淬 火 钢 经 低 温 回 火 后, 可 以 消 除 内 应 力, 降 低 脆 性, 并 保 持 其 高 硬 度 和 耐 磨 性, 适 用 于 各 种 工 具 刃 具 和 量 具 等 (2) 中 温 回 火 加 热 温 度 为 350~500, 适 用 于 弹 簧 锻 模 等 (3) 高 温 回 火 淬 火 钢 经 中 温 回 火 后, 提 高 了 弹 性 和 屈 服 强 度, 加 热 温 度 为 500~650 淬 火 钢 经 高 温 回 火 后, 可 以 获 得 强 度 硬 度 塑 性 和 韧 性 等 都 较 好 的 综 合 机 械 性 能, 适 用 于 受 力 情 况 复 杂 的 重 要 零 件, 如 主 轴 齿 轮 连 杆 等 生 产 上 习 惯 把 淬 火 后 高 温 回 火 的 热 处 理 称 为 调 质 处 理 由 于 马 氏 体 组 织 硬 而 脆, 淬 火 状 态 的 零 件 不 能 立 即 使 用 回 火 目 的 在 于 获 得 硬 度 低 而 韧 性 高 的 索 氏 体 组 织, 是 将 淬 火 零 件 加 热 至 A 1 点 以 下 (500~650 ), 保 持 一 定 时 间 后 水 冷 或 气 冷 回 火 冷 却 过 程 中 并 无 组 织 变 化, 但 应 注 意 有 些 钢 种 回 火 缓 冷 变 脆 ( 韧 性 下 降 ), 即 发 生 回 火 脆 化 现 象 185 标 准 分 享 网 免 费 下 载

195 186 汽 车 制 造 工 艺 完 全 淬 火 后 回 火 与 不 完 全 淬 火 后 回 火 相 比 较, 当 其 硬 度 相 同 时, 前 者 具 有 较 高 的 延 伸 率 冲 击 韧 性 与 疲 劳 强 度 退 火 退 火 是 将 钢 加 热 到 高 于 或 低 于 临 界 点, 保 温 适 当 时 间, 然 后 在 炉 内 缓 慢 冷 却, 使 组 织 接 近 平 衡 状 态 的 热 处 理 方 法 在 零 件 的 加 工 工 艺 中, 退 火 主 要 用 来 处 理 毛 坯 或 半 成 品 件, 其 目 的 是 为 以 后 的 加 工 工 序 做 组 织 和 性 能 的 准 备, 因 此, 通 常 称 为 预 备 热 处 理 退 火 有 时 也 作 为 工 件 的 最 终 热 处 理, 主 要 用 于 对 性 能 要 求 不 高 的 工 件 生 产 中 经 常 采 用 的 退 火 工 艺 方 法 有 : 完 全 退 火 不 完 全 退 火 球 化 退 火 扩 散 退 火 再 结 晶 退 火 和 去 应 力 退 火 等 目 的 在 于 降 低 锻 件 硬 度, 提 高 切 削 性, 去 除 冷 热 加 工 应 力, 细 化 匀 化 晶 粒, 使 碳 化 物 球 化, 提 高 冷 压 力 加 工 性 能 根 据 使 用 要 求, 退 火 方 法 有 很 多 种 近 年 来, 为 了 提 高 渗 碳 钢 的 切 削 性, 采 用 了 等 温 退 火, 是 将 奥 氏 体 化 的 钢 材 急 冷 至 S- 曲 线 的 珠 光 体 转 变 温 度 范 围 内, 完 成 恒 温 转 变 此 法 可 防 止 发 生 普 通 退 火 的 粗 大 铁 素 体 珠 光 体 组 织 与 带 状 组 织, 以 形 成 比 较 细 小 均 匀 的 铁 素 体 珠 光 体 组 织 1. 完 全 退 火 将 钢 加 热 到 Ac 3 以 上 30~50, 保 温 足 够 时 间, 然 后 随 炉 缓 冷 的 工 艺 叫 完 全 退 火 主 要 应 用 于 亚 共 析 钢 的 铸 锻 件, 如 挖 掘 机 底 座 镗 床 镗 杆 等 加 热 温 度 为 Ac 3 以 上 30~50, 保 温 一 段 时 间, 使 钢 的 原 来 组 织 全 部 转 变 为 单 一 均 匀 的 奥 氏 体 然 后 在 缓 慢 冷 却 中, 使 奥 氏 体 转 变 为 铁 素 体 和 珠 光 体 以 达 到 细 化 组 织 降 低 硬 度 和 消 除 内 应 力 的 目 的 过 共 析 钢 不 能 采 用 完 全 退 火 因 为 加 热 到 Acm( 碳 在 奥 氏 体 中 的 溶 解 限 度 线 ) 以 上 退 火 后, 二 次 渗 碳 体 呈 网 状 析 出, 使 钢 的 机 械 性 能 显 著 降 低, 并 易 在 淬 火 时 开 裂 2. 不 完 全 退 火 将 钢 加 热 到 Ac 1 以 上 30~50, 保 温 足 够 时 间, 然 后 随 炉 缓 冷 的 工 艺 叫 不 完 全 退 火 由 于 不 完 全 退 火 是 在 两 相 区 加 热, 组 织 不 能 完 全 重 结 晶, 铁 素 体 的 形 态 大 小 与 分 布 不 能 改 变, 晶 粒 细 化 的 效 果 也 不 如 完 全 退 火 所 以, 不 完 全 退 火 主 要 用 于 晶 粒 并 未 粗 化, 铁 素 体 分 布 正 常, 只 是 锻 轧 终 止 温 度 过 低, 或 冷 却 过 快 的 亚 共 析 钢 件, 以 降 低 硬 度, 消 防 内 应 力, 改 善 组 织 3. 球 化 退 火 球 化 退 火 主 要 用 于 共 析 钢 和 过 共 析 钢, 以 获 得 类 似 粒 状 珠 光 体 的 球 化 组 织 ( 因 不 定 是 共 析 成 分, 故 称 为 球 化 组 织 ), 从 而 降 低 硬 度, 改 善 切 削 加 工 性 能, 并 为 淬 火 做 组 织 准 备 球 化 组 织 不 仅 比 片 状 组 织 有 更 好 的 塑 性 和 韧 性, 而 且 硬 度 稍 低 在 切 削 加 工 具 有 球 化 组 织 的 工 件 时, 刀 具 可 以 避 免 切 割 硬 而 脆 的 渗 碳 体, 而 在 软 的 铁 素 体 中 通 过 ( 图 8.8), 因 而 延 长 了 刀 具 的 使 用 寿 命, 提 高 了 钢 的 切 削 加 工 性 186

196 第 8 章 热 处 理 187 此 外, 以 球 化 组 织 作 为 原 始 组 织 进 行 淬 火 加 热 时, 奥 氏 体 晶 粒 长 大 的 倾 向 小, 从 而 减 小 了 淬 火 冷 却 时 的 变 形 与 开 裂, 并 提 高 了 淬 火 钢 回 火 后 的 机 械 性 能 (a) 层 片 状 珠 光 体 (b) 球 状 珠 光 体 图 8.8 切 削 加 工 性 比 较 示 意 图 因 此, 许 多 共 析 和 过 共 析 成 分 的 钢 件, 如 轴 承 量 具 模 具 刃 具 等, 都 以 球 化 退 火 作 为 预 备 热 处 理 甚 至 一 些 低 中 碳 钢 的 冷 变 形 件, 为 改 善 冷 成 型 性, 也 采 用 球 化 退 火 工 艺 球 化 退 火 的 工 艺 方 法 有 多 种, 但 关 键 在 于 严 格 控 制 加 热 温 度 与 保 温 时 间, 使 奥 氏 体 中 存 在 大 量 未 溶 的 碳 化 物 质 点, 并 存 在 碳 浓 度 的 不 均 匀 性, 这 样 才 能 在 冷 却 转 变 时 形 成 球 化 组 织 因 此, 经 常 采 用 在 Ac 1 附 近 的 温 度 低 温 短 时 加 热, 然 后 进 行 缓 慢 冷 却, 或 在 稍 低 于 Ac 1 温 度 等 温 分 解 的 工 艺 具 有 网 状 渗 碳 体 的 过 共 析 钢 难 以 球 化, 因 此, 应 先 进 行 一 次 正 火, 以 消 除 网 状 渗 碳 体 4. 扩 散 退 火 将 钢 加 热 到 Ac 3 以 上 150~250, 长 时 间 保 温 (10~20h), 然 后 缓 慢 冷 却 的 工 艺 方 法 叫 扩 散 退 火 扩 散 退 火 主 要 用 于 合 金 钢 铸 锭 和 铸 件, 通 过 原 子 扩 散, 消 除 结 晶 过 程 中 产 生 的 枝 晶 偏 析, 使 成 分 均 匀 扩 散 退 火 后 如 不 进 行 热 压 力 加 工, 还 须 进 行 一 次 完 全 退 火, 以 细 化 晶 粒 以 上 退 火, 既 可 采 用 连 续 冷 却, 也 可 采 用 等 温 冷 却 采 用 连 续 冷 却, 是 通 过 控 制 冷 却 速 度 来 控 制 退 火 后 的 组 织 与 性 能, 难 免 出 现 偏 差 和 不 均 匀 现 象 ; 而 采 用 等 温 冷 却, 是 通 过 控 制 等 温 温 度 来 控 制 退 火 后 的 组 织 与 性 能, 较 为 准 确 均 匀 同 时, 对 于 C 曲 线 很 靠 右 的 钢, 采 用 等 温 冷 却 可 以 缩 短 退 火 时 间 因 此, 生 产 中 采 用 何 种 冷 却 方 式, 应 根 据 实 际 情 况 而 定 5. 再 结 晶 退 火 再 结 晶 退 火 又 称 中 间 退 火, 主 要 用 于 消 除 冷 变 形 件 的 加 工 硬 化, 以 利 于 继 续 变 形 加 工 再 结 晶 退 火 有 时 也 作 为 冷 变 形 件 的 最 终 热 处 理 因 钢 的 再 结 晶 温 度 为 450, 故 再 结 晶 退 火 温 度 为 600~700, 保 温 l~3h 后, 随 炉 187 标 准 分 享 网 免 费 下 载

197 188 汽 车 制 造 工 艺 冷 至 550, 出 炉 空 冷 6. 去 应 力 退 火 ( 低 温 退 火 ) 去 应 力 退 火 主 要 用 于 消 除 铸 件 锻 件 焊 接 结 构 在 切 削 冲 压 过 程 中 产 生 的 内 应 力, 防 止 工 件 在 使 用 中 发 生 变 形 另 外, 也 可 以 在 一 定 程 度 上 降 低 硬 度, 改 善 切 削 加 工 性 去 应 力 退 火 加 热 温 度 在 Ac 1 以 上 100~200, 一 般 为 500~650, 保 温 足 够 时 间 后 缓 慢 冷 却 由 于 加 热 温 度 低 于 Ac 1, 工 件 原 来 组 织 未 发 生 变 化, 只 是 在 缓 慢 冷 却 过 程 中, 使 各 部 分 均 匀 冷 却 和 收 缩, 从 而 消 除 内 应 力 碳 钢 的 各 种 退 火 加 热 温 度 范 围 如 图 8.9 所 示 图 8.9 碳 钢 的 各 种 退 火 加 热 温 度 范 围 7. 表 面 清 理 为 了 清 除 毛 坯 热 处 理 件 的 表 面 氧 化 皮 而 施 以 喷 丸 处 理 这 种 方 法 不 仅 起 着 清 理 作 用, 而 且 还 能 得 到 轻 度 的 表 面 硬 化 效 果 ( 喷 丸 效 应 ) 此 外, 还 进 行 零 件 的 压 印 与 校 直 8.3 渗 碳 淬 火 以 上 介 绍 的 正 火 淬 火 回 火 及 退 火, 一 般 都 是 使 工 件 的 整 体 性 能 发 生 变 化, 属 于 整 体 热 处 理 但 生 产 中 有 些 零 件 要 求 表 面 与 中 心 具 有 不 同 的 性 能 例 如, 汽 车 变 速 箱 的 高 速 齿 轮, 为 减 少 长 期 运 转 后 的 磨 损, 要 求 轮 齿 表 面 有 高 硬 度 和 耐 磨 蚀 而 在 启 动 紧 急 刹 车 时 有 较 大 的 冲 击 载 荷 作 用, 又 要 求 轮 齿 心 部 具 有 良 好 的 韧 性 要 满 足 上 述 要 求, 仅 从 选 材 方 面 去 解 决 是 很 困 难 的, 如 选 用 高 碳 钢, 淬 火 后 硬 度 虽 然 高 了, 但 心 部 韧 性 不 足 ; 如 选 用 低 碳 钢, 虽 然 心 部 韧 性 好, 但 淬 火 后 硬 度 达 不 到 要 求 在 这 种 情 况 下, 生 产 上 广 泛 采 用 表 面 热 处 理 方 法 常 用 的 表 面 热 处 理 方 法 有 表 面 淬 火 和 化 学 热 处 理 两 种 表 面 淬 火 是 将 钢 表 面 迅 速 加 热 到 淬 火 温 度, 不 等 热 量 传 至 中 心, 即 快 速 冷 却 的 热 处 理 方 法 加 热 表 面 的 方 法 可 采 用 火 焰 加 热 或 感 应 电 流 加 热 ( 根 据 电 流 频 率 又 有 高 频 中 频 和 工 频 三 种 ) 进 行 表 面 淬 火 的 零 件 材 料 是 中 碳 钢 或 中 碳 合 金 钢 工 件 经 表 面 淬 火 及 低 温 回 火 后, 188

198 第 8 章 热 处 理 189 使 表 面 具 有 高 硬 度, 而 心 部 仍 保 持 原 来 的 韧 性 机 床 中 的 齿 轮 内 燃 机 中 的 曲 轴 轴 颈 等 常 采 用 表 面 淬 火 化 学 热 处 理 是 将 钢 放 在 含 有 某 种 化 学 元 素 的 介 质 中 加 热 和 保 温, 使 该 元 素 的 活 性 原 子 渗 入 到 钢 表 面, 从 而 改 变 钢 件 表 层 的 成 分 组 织 和 性 能 的 热 处 理 方 法 任 何 化 学 热 处 理 都 由 分 解 吸 收 扩 散 三 个 基 本 过 程 所 组 成 分 解 : 通 过 一 定 的 化 学 反 应 从 介 质 中 分 解 出 具 有 活 性 的 元 素 原 子 吸 收 : 活 性 原 子 吸 附 在 工 件 表 面, 并 进 入 铁 的 晶 格, 形 成 固 溶 体 或 形 成 化 合 物 扩 散 : 渗 入 工 件 的 元 素 原 子, 由 表 面 向 心 部 扩 散, 从 而 形 成 一 定 厚 度 的 渗 层 根 据 渗 入 元 素 的 不 同, 化 学 热 处 理 有 渗 碳 氮 化 和 氰 化 等 方 法 进 行 渗 碳 的 零 件 材 料 一 般 为 低 碳 钢 或 低 碳 合 金 钢 钢 经 渗 碳 后, 表 面 层 变 为 高 碳 组 织, 为 了 进 一 步 提 高 其 硬 度 和 耐 磨 性, 尚 需 进 行 淬 火 及 低 温 回 火 ; 而 心 部 仍 为 低 碳 组 织, 保 持 原 来 的 高 韧 性 汽 车 变 速 箱 高 速 齿 轮 机 床 离 合 器 等 常 采 用 渗 碳 处 理 进 行 氮 化 的 零 件 材 料 要 采 用 专 门 的 氮 化 用 钢 ( 钢 中 含 有 Cr Mo Al 等 合 金 元 素 ) 零 件 经 氮 化 后, 表 面 形 成 一 层 氮 化 物, 不 需 淬 火 便 具 有 高 的 硬 度 耐 磨 性 耐 蚀 性 和 抗 疲 劳 性 能 等 此 外, 由 于 氮 化 温 度 低, 氮 化 后 零 件 变 形 不 大, 但 氮 化 层 薄, 生 产 周 期 长, 氮 化 成 本 高, 高 速 传 动 的 精 密 齿 轮 镗 床 镗 杆 磨 床 主 轴 等 常 采 用 氮 化 处 理 氰 化 是 碳 氮 共 渗, 其 中 高 温 氰 化 以 渗 碳 为 主, 低 温 氰 化 以 氮 化 为 主 汽 车 齿 轮 类 零 件 要 求 有 很 高 的 强 韧 性 与 耐 磨 性, 可 采 用 渗 碳 钢, 经 渗 碳 淬 火 后 表 面 硬 化, 而 心 部 则 为 未 硬 化 的 强 韧 性 组 织, 常 在 这 种 状 态 下 使 用 渗 碳 方 法 有 固 体 渗 碳 液 体 渗 碳 气 体 渗 碳 三 种 目 前, 能 适 合 大 量 生 产 需 要 并 保 持 质 量 稳 定 的 气 体 渗 碳, 居 于 主 流 渗 碳 气 氛 与 渗 碳 机 理 以 丙 烷 丁 烷 等 碳 氢 化 合 物 在 镍 基 催 化 作 用 下 所 发 生 的 含 有 CO H 2 N 2 等 混 合 气 体 为 载 体 气 通 入 炉 中, 并 加 入 适 量 的 丙 烷 丁 烷 为 富 化 气, 以 提 高 气 氛 碳 势 而 进 行 渗 碳 通 常, 碳 势 通 过 测 定 载 体 气 中 微 量 水 蒸 汽 的 露 点 来 控 制 ( 露 点 法 ) 近 来, 一 般 已 采 用 红 外 线 吸 收 测 定 微 量 CO 2 的 方 法 表 8-1 为 载 体 气 的 成 分, 图 8.10 所 示 为 碳 势 与 露 点 的 关 系 表 8-1 载 体 气 的 成 分 成 分 载 体 气 成 分 ( 体 积 %) 气 体 CO 2 CO H 2 CH 4 N 2 C 4 H 10 C 8 H 余 量 余 量 气 体 渗 碳 的 最 大 优 点 是 能 够 控 制 零 件 表 面 碳 浓 度 在 实 际 渗 碳 过 程 中 所 采 用 的 工 艺 是, 先 提 高 渗 碳 气 氛 的 碳 势, 提 高 表 面 碳 浓 度, 以 加 速 扩 散, 最 后, 在 渗 碳 末 期, 降 低 气 氛 碳 势, 以 获 得 所 需 要 的 表 面 碳 浓 度 渗 碳 层 深 度 主 要 决 定 于 渗 碳 温 度 与 渗 碳 时 间, 其 关 系 如 图 8.11 所 示 189 标 准 分 享 网 免 费 下 载

199 190 汽 车 制 造 工 艺 图 8.10 吸 热 式 气 氛 露 点 与 平 衡 碳 势 的 关 系 图 8.11 渗 碳 层 深 度 与 渗 碳 时 间 和 渗 碳 温 度 的 关 系 1- 碳 势 (1.2%C) 2- 碳 势 (0.7%C) 3- 碳 势 (0.4%C) 渗 碳 热 处 理 条 件 渗 碳 层 深 度 在 1mm 左 右 时, 渗 碳 温 度 常 取 900~930 这 是 因 为 温 度 低 于 900, 渗 碳 时 间 将 延 长, 温 度 高 于 930, 内 部 组 织 又 将 显 著 粗 化 淬 火 温 度 因 材 料 与 零 件 形 状 而 异, 通 常 介 于 800~850 之 间, 并 以 60~80 的 油 为 冷 却 剂 此 外, 对 于 薄 壁 零 件, 在 防 止 铁 素 体 析 出 的 前 提 下, 为 了 适 当 降 低 心 部 硬 度, 并 防 止 热 处 理 变 形, 也 可 采 用 100~120 热 油 淬 火 法 处 理 差 速 器 主 从 动 齿 轮 时, 必 须 将 变 形 量 控 制 在 最 小 范 围 内, 以 防 噪 声 为 此, 应 采 用 加 压 淬 火 法 渗 碳 淬 火 后 应 进 行 回 火 为 了 不 降 低 表 面 硬 度 又 尽 量 消 除 残 余 应 力 及 稳 定 组 织, 回 火 宜 采 用 150~180 加 热, 保 温 4 小 时 190

200 第 8 章 热 处 理 高 频 淬 火 渗 碳 热 处 理 是 一 种 使 含 碳 量 为 0.2% 渗 碳 钢 的 表 面 硬 化 的 方 法, 而 高 频 淬 火 则 是 一 种 将 含 碳 量 为 0.35%~0.55% 的 调 质 钢 表 面 加 热 淬 火 的 表 面 硬 化 方 法 渗 碳 热 处 理 以 提 高 耐 磨 性 为 目 的, 高 频 淬 火 除 此 目 的 外, 还 可 提 高 零 件 的 疲 劳 强 度 高 频 淬 火 原 理 以 高 频 电 流 输 入 感 应 器, 在 工 件 表 面 产 生 涡 流 使 之 急 速 加 热, 随 后 喷 水 急 冷 而 硬 化 淬 火 层 深 度 主 要 随 电 流 频 率 输 入 功 率 加 热 时 间 等 参 数 变 化, 对 之 必 须 严 格 控 制 此 外, 应 使 感 应 器 形 状 与 被 处 理 件 的 形 状 相 适 应, 以 提 高 加 热 效 率 一 般 来 说, 加 热 层 深 度 随 电 流 频 率 的 增 加 而 减 薄 图 8.12 和 图 8.13 所 示 为 淬 火 层 深 度 与 输 入 功 率 淬 火 层 深 度 与 保 温 时 间 的 关 系 使 用 上 的 区 分 是 : 浅 层 淬 火 目 的 在 于 提 高 零 件 的 耐 磨 性, 深 层 淬 火 目 的 在 于 提 高 零 件 的 疲 劳 强 度 图 8.12 高 频 淬 火 层 深 度 与 输 入 功 率 的 关 系 图 8.13 高 频 淬 火 层 深 度 与 淬 火 温 度 和 保 温 时 间 的 关 系 高 频 淬 火 的 组 织 为 了 适 应 高 频 淬 火 快 速 加 热 的 特 点, 要 先 将 工 件 进 行 调 质 处 理, 得 到 均 匀 的 索 氏 体 组 织 因 为 索 氏 体 组 织 比 铁 素 体 珠 光 体 组 织 更 易 奥 氏 体 化 此 外, 高 频 淬 火 的 硬 度 高 于 普 通 淬 火, 一 般 认 为 这 是 由 于 马 氏 体 细 化 和 表 面 残 余 压 缩 应 力 的 缘 故 191 标 准 分 享 网 免 费 下 载

201 192 汽 车 制 造 工 艺 8.5 热 处 理 新 技 术 简 介 可 控 气 氛 热 处 理 与 真 空 热 处 理 一 般 的 热 处 理, 由 于 在 空 气 中 加 热, 不 可 避 免 地 要 造 成 工 件 的 氧 化 和 脱 碳 这 不 仅 造 成 了 钢 材 的 损 耗, 而 且 使 工 件 的 机 械 性 能, 特 别 是 疲 劳 强 度 显 著 降 低 采 用 可 控 气 氛 热 处 理 和 真 空 热 处 理, 可 以 有 效 地 防 止 工 件 的 氧 化 和 脱 碳, 提 高 工 件 的 机 械 性 能 1. 可 控 气 氛 热 处 理 可 控 气 氛 热 处 理 除 了 可 以 作 为 工 件 的 保 护 热 处 理 外, 还 可 以 作 为 控 制 表 面 碳 浓 度 的 渗 碳 渗 氮 共 渗 处 理, 并 可 对 已 脱 碳 的 工 件 进 行 复 碳 处 理 2. 真 空 热 处 理 真 空 热 处 理 是 指 工 件 在 真 空 度 为 (10-1 ~10-6 )Pa( 即 10-1 ~10-6 mm/hg) 的 物 质 空 间 中 进 行 的 热 处 理 一 般 钢 件 多 采 用 (10-2 ~10-3 ) Pa 的 真 空 度 真 空 热 处 理 具 有 以 下 优 点 (1) 无 氧 化 加 热 由 于 真 空 中 氧 气 分 子 稀 薄, 氧 的 分 压 很 低, 故 氧 化 作 用 被 抑 制, 从 而 实 现 无 氧 化 加 热 (2) 净 化 工 件 表 面 工 件 表 面 附 着 的 油 污 或 氧 化 物, 在 真 空 中 加 热 时, 油 污 和 氧 化 物 将 发 生 挥 发, 并 由 真 空 泵 排 出, 从 而 使 工 件 表 面 净 化 表 面 洁 净 的 工 件, 不 仅 光 亮 美 观, 而 且 对 提 高 耐 磨 性 和 疲 劳 强 度 有 明 显 的 效 果 (3) 脱 气 作 用 工 件 在 真 空 中 加 热 时, 溶 入 工 件 的 气 体 将 会 向 工 件 表 面 扩 散, 并 从 工 件 表 面 逸 出, 然 后 由 真 空 泵 排 出 这 种 脱 气 作 用, 对 于 因 吸 氢 量 过 多, 容 易 造 成 导 致 断 裂 的 合 金 钢 工 件 特 别 有 益 (4) 变 形 小 工 件 在 真 空 中 的 加 热 主 要 依 靠 热 辐 射, 加 热 速 度 缓 慢, 工 件 的 截 面 温 差 小, 故 热 处 理 变 形 小 强 韧 化 热 处 理 强 韧 化 热 处 理 是 使 钢 获 得 强 度 和 韧 性 更 好 地 配 合 的 性 能, 或 获 得 比 普 通 热 处 理 有 更 高 强 度 或 韧 性 的 工 艺 方 法 1. 亚 温 淬 火 按 通 常 概 念, 亚 共 析 钢 为 避 免 在 淬 火 组 织 中 出 现 铁 素 体, 要 求 淬 火 加 热 温 度 超 过 Ac 3 但 近 年 来, 对 亚 共 析 钢 采 用 在 Ac 1 ~Ac 3 两 相 区 加 热 的 亚 温 淬 火, 却 可 以 提 高 钢 的 室 温 韧 性, 降 低 临 界 脆 化 温 度, 抑 制 高 温 回 火 脆 性 2. 快 速 加 热 淬 火 对 于 原 始 组 织 细 小 均 匀 的 高 碳 钢 或 渗 碳 钢 ( 渗 后 表 面 相 当 于 高 碳 钢 ) 采 用 比 普 通 淬 火 更 快 的 速 度 加 热, 即 短 时 保 温 的 快 速 加 热 淬 火 工 艺, 可 以 提 高 其 强 度 和 韧 性 192

202 第 8 章 热 处 理 形 变 热 处 理 形 变 热 处 理 是 将 钢 的 形 变 强 化 与 相 变 强 化 结 合 起 来 的 一 种 复 合 强 化 的 热 处 理 工 艺 形 变 热 处 理 可 以 使 钢 获 得 强 而 韧 的 性 能, 其 原 因 主 要 有 以 下 几 点 (1) 形 变 热 处 理 细 化 了 奥 氏 体 晶 粒, 从 而 获 得 细 小 的 马 氏 体 (2) 形 变 热 处 理 使 位 错 密 度 大 幅 度 增 加, 并 在 马 氏 体 中 形 成 强 化 效 果 极 大 的 胞 状 亚 结 构 (3) 形 变 热 处 理 使 碳 化 物 以 高 弥 散 状 态 析 出, 并 与 位 错 发 生 交 互 作 用, 使 强 度 大 幅 度 提 高 (4) 形 变 热 处 理 因 高 温 加 热, 可 使 钢 中 板 条 马 氏 体 量 增 加 表 面 镀 覆 超 硬 层 工 艺 有 许 多 零 件 及 工 具, 其 表 面 要 求 有 极 高 的 性 能, 而 对 其 整 体 并 无 特 殊 要 求, 因 而 可 以 采 用 普 通 的 材 料 通 过 表 面 处 理 来 满 足 其 性 能 要 求 表 面 镀 覆 超 硬 层 的 工 艺 方 法, 就 是 为 了 满 足 某 些 零 件, 特 别 是 工 模 具 对 表 面 高 硬 度 高 耐 磨 性 抗 咬 合 性 等 要 求 而 发 展 起 来 的 它 与 一 般 渗 碳 渗 氮 的 渗 层 相 此, 超 硬 层 的 硬 度 可 高 达 HV1500~4000, 且 抗 磨 抗 蚀 抗 咬 合 性 十 分 优 良, 因 而 可 以 大 幅 度 地 提 高 工 模 具 的 使 用 寿 命 日 前 在 国 外, 表 面 镀 覆 超 硬 层 的 工 艺 方 法 已 成 功 地 用 于 工 模 具 制 造, 在 国 内, 对 这 种 工 艺 的 研 究 应 用 也 日 趋 广 泛 镀 覆 超 硬 层 的 工 艺 方 法 分 为 化 学 沉 积 法 和 物 理 蒸 镀 法 两 大 类 1. 化 学 沉 积 法 化 学 沉 积 法 是 将 工 件 置 于 通 有 某 种 气 体 的 炉 中 或 某 种 盐 浴 炉 中, 通 过 化 学 反 应 使 气 体 或 液 体 中 的 某 些 物 质 沉 积 在 工 件 表 面 上, 形 成 超 硬 层 如 工 件 在 四 氯 化 钛 (TiCl 4 ) 与 碳 氢 化 合 物 的 混 合 气 体 中 加 热, 形 成 TiC 或 TiN 超 硬 层 这 种 方 法 设 备 简 单, 镀 覆 层 与 基 体 的 结 合 牢 固, 不 易 剥 落, 因 而 应 用 较 广 泛 2. 物 理 蒸 镀 法 物 理 蒸 镀 法 是 在 充 满 离 子 化 蒸 发 物 质 的 放 电 空 间 里 进 行 的 镀 覆 超 硬 层 的 工 艺, 主 要 有 以 下 几 种 : 真 空 溅 射 法 离 子 镀 法 离 子 注 入 法 激 光 热 处 理 利 用 激 光 作 为 热 源 的 热 处 理 叫 做 激 光 热 处 理 激 光 热 处 理 有 以 下 特 点 (1) 加 热 速 度 极 快 并 可 自 冷 淬 火 由 于 激 光 具 有 很 高 的 能 量 密 度, 可 以 使 工 件 迅 速 加 热 ( 在 10-2 ~l0-3 s 内 达 到 所 需 温 度 ) 而 由 于 热 量 来 不 及 传 导 给 周 围 金 属, 故 停 止 激 光 照 射 后, 周 围 的 冷 金 属 立 即 对 加 热 点 冷 却 淬 火 (2) 工 件 质 量 高 由 于 加 热 速 度 极 快, 不 仅 工 件 晶 粒 细 小, 而 且 不 产 生 氧 化 脱 碳, 热 处 理 后 的 变 形 量 也 极 小 激 光 热 处 理 后 的 工 件 表 面 光 洁, 不 需 再 进 行 表 面 精 加 工 (3) 可 进 行 局 部 的 选 择 性 淬 火 由 于 激 光 的 方 向 性 强, 故 可 以 对 异 形 零 件, 如 微 孔 193 标 准 分 享 网 免 费 下 载

203 194 汽 车 制 造 工 艺 沟 槽 拐 角 盲 孔 等 部 位, 进 行 局 部 淬 火 (4) 可 进 行 表 面 合 金 化 处 理 通 过 用 激 光 照 射 经 过 涂 覆 的 表 面, 可 以 得 到 不 同 性 能 的 合 金 化 表 层, 同 时 也 可 以 在 同 一 零 件 不 同 部 位 得 到 不 同 的 合 金 化 表 层 (5) 无 工 业 污 染, 节 省 能 源 但 是 经 过 机 械 加 工 的 金 属 表 面, 对 激 光 有 较 强 的 反 射 能 力, 其 吸 收 率 极 低 ( 约 10% 左 右 ) 为 了 提 高 吸 收 率, 可 在 工 件 表 面 涂 敷 一 层 能 大 量 吸 收 激 光 的 物 质, 如 墨 汁 炭 黑 等 目 前 激 光 淬 火 多 采 用 CO 2 激 光 器, 其 功 率 可 达 数 十 千 瓦, 激 光 淬 火 的 硬 化 层 深 度 一 般 小 于 0.75mm, 宽 度 小 于 1.2mm, 而 硬 化 效 率 可 达 到 80~85mm 2 /min 8.6 热 处 理 设 备 适 用 于 现 代 大 量 生 产 的 设 备 有 以 下 几 种 毛 坯 件 热 处 理 设 备 1. 热 处 理 炉 通 常 使 用 连 续 式 炉, 工 件 从 加 料 门 连 续 装 入, 通 过 炉 膛, 从 出 料 门 连 续 卸 出 一 般 常 用 的 炉 内 传 送 方 式 是, 将 工 件 载 于 耐 热 钢 导 轨 上, 以 步 进 式 移 动 梁 或 推 杆 移 送 近 年 来, 逐 渐 采 用 耐 热 钢 制 输 送 带 运 料 的 方 式 这 样 一 来, 热 处 理 操 作 更 加 合 理 化, 大 大 增 加 了 热 处 理 过 程 自 动 化 和 无 人 管 理 的 可 能 性 图 8.14 和 图 8.15 所 示 为 输 送 带 式 连 续 调 质 炉 与 步 进 式 连 续 调 质 炉 图 8.14 输 送 带 式 连 续 调 质 炉 图 8.15 步 进 式 连 续 调 质 炉 2. 冷 却 设 备 淬 火 冷 却 时, 必 须 注 意 选 择 适 当 的 淬 火 剂 和 带 有 精 确 控 温 装 置 的 淬 火 设 备 淬 火 设 备 的 必 备 条 件 ( 装 置 ) 有 : 淬 火 液 的 搅 拌 装 置, 淬 火 工 件 的 加 料 卸 料 装 置, 淬 火 液 的 冷 却 194

204 第 8 章 热 处 理 195 加 热 装 置, 淬 火 液 的 储 存 槽, 消 防 设 备 等 应 该 根 据 热 处 理 炉 的 类 型 与 容 量, 合 理 选 定 上 述 条 件 必 须 特 别 注 意 淬 火 介 质 的 温 度 调 节, 并 加 以 充 分 控 制 通 常, 油 的 使 用 温 度 范 围 为 60~80, 水 ( 包 括 水 溶 性 淬 火 剂 ) 的 使 用 温 度 范 图 为 15~40 3. 精 整 设 备 热 处 理 后 的 工 件 还 需 进 行 清 理 与 校 直 1) 表 面 清 理 热 处 理 件 表 面 的 氧 化 铁 皮 可 用 抛 丸 机 清 理, 其 法 是 使 从 高 速 回 转 叶 轮 中 抛 出 的 钢 丸 射 向 工 件 表 面, 除 去 氧 化 铁 皮 根 据 零 件 形 状, 可 选 用 滚 筒 式 抛 丸 机 台 式 抛 丸 机 输 送 带 式 抛 丸 机 或 悬 链 式 抛 丸 机 2) 尺 寸 校 正 后 半 轴 与 连 杆 类 零 件, 对 挠 曲 度 和 厚 度 有 严 格 规 定, 必 须 校 直 与 厚 度 精 整 机 械 加 工 件 的 热 处 理 设 备 1. 气 体 渗 碳 炉 有 连 续 式 炉 密 封 箱 式 炉 和 井 式 炉 等 类 型 连 续 式 炉 的 生 产 能 力 比 其 他 炉 型 的 生 产 能 力, 可 高 出 数 倍 密 封 箱 式 炉 用 于 小 批 量 生 产 由 于 渗 碳 炉 内 充 满 可 燃 性 气 体, 必 须 具 备 严 格 的 气 密 性 因 为 万 一 空 气 进 入 炉 内, 就 有 爆 炸 的 危 险 为 此, 还 应 备 有 各 种 安 全 装 置 例 如, 可 用 辐 射 管 间 接 加 热, 并 在 炉 门 处 装 设 火 帘, 以 便 在 装 出 料 时, 将 炉 内 气 氛 与 大 气 完 全 隔 断 图 8.16 图 8.17 所 示 为 连 续 式 气 体 渗 碳 炉 与 密 封 箱 式 气 体 渗 碳 炉 的 结 构 示 意 图 图 8.16 连 续 式 气 体 渗 碳 炉 1- 气 氛 入 口 2- 辐 射 管 3- 前 室 4- 推 料 机 图 8.17 密 封 箱 式 气 体 渗 碳 炉 1- 渗 碳 零 件 2- 辐 射 管 3- 排 气 管 4- 风 扇 与 电 动 机 5- 炉 门 提 升 缸 6- 升 降 器 油 缸 7- 前 室 门 8- 火 帘 9- 淬 火 油 槽 195 标 准 分 享 网 免 费 下 载

205 196 汽 车 制 造 工 艺 2. 高 频 淬 火 装 置 高 频 淬 火 除 如 前 述 必 须 选 用 适 当 的 频 率 与 功 率 外, 还 应 从 表 8-2 中 的 高 频 发 生 装 置 中, 选 用 最 适 当 的 表 8-2 高 频 发 生 装 置 项 目 类 型 高 频 发 电 机 真 空 管 振 荡 器 ( 电 动 机 - 发 电 机 组 ) ( 真 空 管 振 荡 式 ) 频 率 1~10kHz 10~5000kHz 最 大 功 率 15μkW 100kW 加 热 范 围 ( 淬 火 层 深 度 ) 深 浅 高 频 淬 火 时, 如 何 将 感 应 器 形 状 设 计 成 零 件 所 要 求 的 形 状 是 个 重 要 问 题 但 是 零 件 设 计 有 时 也 应 该 考 虑 到 感 应 器 此 外, 应 该 注 意 感 应 器 与 高 频 装 置 的 装 配 精 度, 必 要 时 还 应 研 究 淬 火 液 的 温 度 调 节 问 题 8.7 热 处 理 质 量 检 验 热 处 理 件 大 都 属 于 保 证 行 车 安 全 的 重 要 零 件, 热 处 理 又 关 系 到 钢 的 切 削 性 与 零 件 的 加 工 精 度, 所 以 必 须 稳 定 热 处 理 条 件, 保 证 达 到 预 期 的 质 量 标 准 为 此, 应 该 严 格 控 制 热 处 理 温 度 ( 加 热 保 温 冷 却 等 过 程 的 温 度 ) 与 炉 内 气 氛 的 成 分 此 外, 炉 料 批 量 管 理 也 很 重 要 总 之, 基 本 点 是 以 工 艺 来 保 证 质 量 热 处 理 并 清 理 后 的 工 件, 经 过 加 工 线 的 质 量 检 验 后, 才 能 交 付 下 道 工 序 通 常, 加 工 线 检 验 的 项 目 有 下 列 几 种 1. 硬 度 检 验 热 处 理 后 立 即 进 行 通 常 使 用 布 氏 硬 度 计 进 行 断 面 硬 度 分 布 渗 碳 淬 火 层 深 度 高 频 淬 火 层 深 度 等 精 密 测 量 时, 使 用 洛 氏 硬 度 计 与 维 氏 硬 度 计 2. 形 状 与 尺 寸 检 验 使 用 卡 尺 量 规 与 测 量 仪 器 进 行 检 验 精 密 测 量 时, 也 可 用 划 线 器 划 线 检 查 3. 外 观 检 验 目 的 在 于 发 现 并 消 除 零 件 表 面 裂 纹 及 其 他 有 害 缺 陷, 常 用 磁 力 探 伤 法 按 磁 化 方 式, 磁 力 探 伤 法 可 分 为 : 向 工 件 直 接 通 入 电 流 的 直 接 磁 化 法, 或 以 感 应 器 磁 化 的 间 接 磁 化 法 此 外, 还 可 区 分 为 磁 化 与 磁 粉 喷 洒 同 时 进 行 的 连 续 法, 以 及 磁 化 后 喷 洒 磁 粉 的 剩 磁 法 对 于 非 磁 性 材 料, 或 是 作 为 一 种 磁 力 探 伤 的 代 用 方 法, 也 可 进 行 渗 透 探 伤 即 以 渗 透 性 良 好 的 液 体 浸 入 微 细 裂 纹, 经 表 面 清 理 后, 以 显 现 外 部 缺 陷 4. 内 部 缺 陷 检 验 材 料 冶 金 缺 陷 ( 偏 折 缩 管 等 ) 应 在 入 厂 时 全 面 检 查 冷 热 加 工 所 形 成 的 内 部 缺 陷, 196

206 第 8 章 热 处 理 197 应 在 锻 造 或 热 处 理 后 检 查 通 常 采 用 超 声 探 伤 法 超 声 探 伤 通 常 利 用 频 率 为 10 6 的 超 声 波 的 良 好 指 向 性, 通 过 收 集 从 缺 陷 处 反 射 回 来 的 超 声 波 波 形, 检 测 缺 陷 习 题 1. 何 谓 淬 火? 淬 火 的 目 的 是 什 么? 淬 火 时 容 易 产 生 的 淬 火 缺 陷 及 防 止 方 法 有 哪 些? 2. 什 么 是 退 火? 什 么 是 正 火? 两 者 的 特 点 和 用 途 有 什 么 不 同? 3. 锯 条 大 弹 簧 车 床 主 轴 汽 车 变 速 箱 齿 轮 的 最 终 热 处 理 有 何 不 同? 4. 简 述 生 产 中 经 常 采 用 的 退 火 工 艺 方 法 5. 钢 在 淬 火 后 为 什 么 要 回 火? 三 种 类 型 回 火 的 用 途 有 何 不 同? 汽 车 发 动 机 缸 盖 螺 钉 要 采 用 哪 种 回 火, 为 什 么? 6. 热 处 理 新 技 术 有 哪 些? 7. 热 处 理 检 验 的 项 目 有 几 种? 197 标 准 分 享 网 免 费 下 载

207 第 9 章 电 镀 工 艺 教 学 提 示 : 随 着 科 学 技 术 与 生 产 的 发 展, 电 镀 工 业 发 展 日 益 迅 速 目 前, 金 属 镀 层 的 应 用 已 遍 及 经 济 活 动 的 各 个 生 产 和 研 究 部 门, 在 生 产 实 践 中 有 着 重 大 意 义 为 使 汽 车 能 在 任 何 环 境 下 正 常 行 驶, 还 要 求 电 镀 具 有 高 的 质 量 电 镀 一 般 由 前 处 理 电 镀 后 处 理 等 工 序 组 成 教 学 目 标 : 了 解 电 镀 的 分 类 方 法 及 每 类 电 镀 的 特 点 掌 握 电 镀 零 件 的 制 造 工 序 和 每 道 工 序 的 注 意 事 项, 学 会 电 镀 质 量 检 验 方 法 9.1 概 述 汽 车 为 了 要 达 到 装 饰 美 化 的 目 的, 防 止 零 件 锈 蚀 和 赋 予 零 件 某 些 特 殊 的 功 能, 经 常 要 借 助 电 镀 这 门 技 术 来 得 以 实 现 除 了 油 漆 之 外, 电 镀 可 以 说 是 汽 车 最 重 要 的 表 面 处 理 技 术 电 镀 是 一 种 表 面 加 工 工 艺, 它 是 利 用 电 化 学 方 法 将 金 属 离 子 还 原 为 金 属, 并 沉 积 在 金 属 或 非 金 属 制 品 的 表 面 上, 形 成 符 合 要 求 的 平 滑 致 密 的 金 属 覆 盖 层 其 实 质 是 给 各 种 制 品 穿 上 一 层 金 属 外 衣, 这 层 金 属 外 衣 就 叫 做 电 镀 层, 它 的 性 能 在 很 大 程 度 上 取 代 了 原 来 基 体 的 性 质 随 着 科 学 技 术 与 生 产 的 发 展, 电 镀 工 业 所 涉 及 的 领 域 越 来 越 广, 人 们 对 镀 层 的 要 求 也 越 来 越 高 目 前, 金 属 镀 层 的 应 用 已 遍 及 经 济 活 动 的 各 个 生 产 和 研 究 部 门, 例 如 机 器 制 造 电 子 仪 器 仪 表 能 源 化 工 轻 工 交 通 运 输 兵 器 航 空 航 天 原 子 能 等, 在 生 产 实 践 中 有 着 重 大 意 义 根 据 需 要, 概 括 起 来, 进 行 电 镀 的 目 的 主 要 有 以 下 三 点 (1) 提 高 金 属 制 品 的 耐 腐 蚀 能 力, 赋 予 制 品 表 面 装 饰 性 外 观 (2) 赋 予 制 品 表 面 某 种 特 殊 功 能, 例 如 提 高 硬 度 耐 磨 性 导 电 性 磁 性 钎 焊 性, 抗 高 温 氧 化 性, 减 小 接 触 面 的 滑 动 摩 擦, 增 强 反 光 能 力, 防 止 射 线 的 破 坏 和 防 止 钢 铁 件 热 处 理 时 的 渗 碳 和 渗 氮 等 (3) 提 供 新 型 材 料, 以 满 足 当 前 科 技 与 生 产 发 展 的 需 要, 例 如 制 备 具 有 高 强 度 的 各 种 金 属 基 复 合 材 料, 合 金 非 晶 态 材 料 纳 米 材 料 等 电 镀 零 件 与 质 量 要 求 汽 车 上 电 镀 件 的 种 类 繁 多 电 镀 层 除 可 起 装 饰 防 锈 耐 磨 等 作 用 外, 还 可 起 润 滑 磨 合 导 电 与 软 钎 焊 等 作 用 表 9-1 列 举 了 汽 车 工 业 所 用 的 主 要 电 镀 类 别 及 其 适 用 实 例 为 使 汽 车 能 在 任 何 环 境 下 正 常 行 驶, 要 求 电 镀 具 有 高 的 质 量 对 于 电 镀 质 量 的 规 定, 按 其 功 能 类 别 虽 有 差 异, 但 镀 层 外 观 耐 蚀 性 镀 层 厚 度 附 着 性 硬 度 等 项 乃 是 质 量 的 主 要 内 容

208 第 9 章 电 镀 工 艺 199 表 9-1 适 用 于 汽 车 零 件 生 产 的 主 要 电 镀 类 别 电 镀 类 别 目 的 镀 层 最 小 厚 度 (μ) 适 用 零 件 举 例 镍 铬 铜 镍 铬 锌 锌 装 饰 装 饰 防 锈 防 锈 总 计 15~20 总 计 20~ 保 险 杠 轮 罩 大 灯 灯 圈 格 栅 ( 塑 料 件 ) 螺 钉 螺 帽 垫 圈 挡 板 护 圈 罩 壳 铜 铜 锡 铬 阳 极 氧 化 耐 制 动 油 侵 蚀 防 渗 碳 润 滑 跑 合 耐 磨 防 锈 3~8 7.5~2.5 1~5 20~40(HV 750) 3~6 制 动 油 管 内 壁 渗 碳 零 件 活 塞 轴 承 合 金 活 塞 杆 汽 缸 衬 套 格 栅 装 饰 件 电 镀 工 艺 概 要 电 镀 一 般 由 前 处 理 电 镀 后 处 理 等 工 序 组 成, 对 于 装 饰 电 镀 与 要 求 耐 磨 性 的 电 镀, 通 常 还 包 括 研 磨 工 序 各 工 序 细 节 因 电 镀 种 类 而 异, 表 9-2 列 举 了 典 型 电 镀 生 产 线 上 的 工 序 实 例 电 镀 条 件 实 例 见 表 9-3 表 9-2 电 镀 工 序 实 例 序 号 装 饰 镀 铬 ( 铁 基 ) 镀 锌 ( 铁 基 ) 阳 极 氧 化 着 色 ( 铝 ) 装 饰 镀 铬 ( 墨 料 ) 1 PR 电 解 脱 脂 碱 水 脱 脂 脱 脂 化 学 侵 蚀 2 水 洗 水 洗 水 洗 水 洗 ( 四 次 ) 3 碱 水 脱 脂 碱 洗 硝 酸 浸 洗 中 和 4 温 水 洗 水 洗 水 洗 水 洗 ( 四 次 ) 5 水 洗 电 解 脱 脂 化 学 研 磨 催 化 处 理 6 酸 洗 水 洗 水 洗 水 洗 ( 两 次 ) 7 水 洗 ( 两 次 ) 碱 水 洗 阳 极 氧 化 催 化 处 理 8 酸 洗 水 洗 水 洗 水 洗 ( 两 次 ) 9 水 洗 ( 两 次 ) 镀 锌 钝 水 洗 化 学 镀 镍 10 酸 洗 水 洗 着 色 水 洗 ( 两 次 ) 11 水 洗 ( 两 次 ) 铬 酸 盐 钝 化 处 理 水 洗 触 击 镀 铜 (copper strike plating) 12 平 光 镀 镍 水 洗 封 闭 处 理 水 洗 ( 两 次 ) 13 水 洗 ( 两 次 ) 热 水 洗 硫 酸 浸 洗 14 光 亮 镀 镍 水 洗 ( 两 次 ) 15 水 洗 ( 两 次 ) 光 亮 镀 铜 16 触 击 镀 镍 水 洗 ( 三 次 ) 17 水 洗 ( 两 次 ) 硫 酸 浸 洗 18 镀 铬 水 洗 19 水 洗 ( 两 次 ) ( 以 后 工 序 与 铁 基 装 饰 镀 铬 的 第 20 热 水 洗 12~20 工 序 相 同 ) 199 标 准 分 享 网 免 费 下 载

209 200 汽 车 制 造 工 艺 表 9-3 电 镀 条 件 实 例 作 业 条 件 镀 钢 镀 镍 镀 铬 镀 锌 阳 极 氧 化 镀 槽 成 分 (g/l) 焦 磷 酸 铜 70~100 焦 磷 酸 钾 250~400 硫 酸 镍 240~ 300 氯 化 镍 40~45 硼 酸 35~45 铬 酸 200 ~ 250 硫 酸 2.5 氯 化 锌 80~ 120 氯 化 铵 160~ 200 硫 酸 100~200 氮 水 2~5 添 加 剂 10~30 添 加 剂 20~ 添 加 剂 适 量 40 ph 值 温 度 ( ) 电 流 密 度 (A/dm 2 ) 8.0~9.0 50~65 3~6 3.6~4.2 50~60 2~5 3.0~5.0 20~30 2~7 45~60 30~50 20~30 1~2 9.2 电 镀 的 种 类 电 镀 层 有 各 式 各 样 的 分 类 方 法 可 以 按 照 镀 层 的 使 用 目 的 来 分 类, 也 可 以 根 据 在 金 属 腐 蚀 过 程 中 镀 层 与 基 体 间 的 电 化 学 关 系 来 分 类, 还 可 以 根 据 镀 层 的 结 构 来 分 类 汽 车 上 的 电 镀 可 大 致 分 为 三 类 : 防 护 装 饰 性 镀 层 防 护 性 镀 层 功 能 性 镀 层 第 一 类 为 防 护 装 饰 性 镀 层, 其 镀 层 有 银 白 色 仿 金 亚 光 或 全 黑 色 等, 如 汽 车 标 志 水 箱 面 罩 保 险 杠 门 手 柄 窗 框 车 轮 毂 或 烟 灰 盒 等, 数 量 虽 然 不 多, 但 是 作 为 汽 车 的 标 志 和 装 饰, 要 求 电 镀 后 外 观 亮 泽, 色 调 均 匀 协 调, 加 工 精 美, 而 且 还 要 求 耐 蚀 性 好, 对 于 轿 车 的 防 护 装 饰 性 能 层 要 在 5~10 年 内 不 变 色 和 不 锈 蚀 这 比 其 他 行 业 诸 如 电 子 机 械 五 金 轻 工 等 的 电 镀 要 求 都 要 高 第 二 类 为 防 护 性 镀 层, 又 称 耐 蚀 性 电 镀, 它 对 外 观 要 求 不 像 防 护 装 饰 性 镀 层 那 样 十 分 苛 刻, 但 要 求 零 件 本 身 具 有 良 好 的 耐 蚀 性 它 包 括 有 镀 锌 镀 锅 镀 铅, 还 有 锌 合 金 和 铅 合 金 等 防 护 件 镀 锌 层 占 汽 车 电 镀 总 面 积 的 70%~80%, 汽 车 上 的 中 小 冲 压 件, 甚 至 还 有 个 别 大 的 冲 压 件 标 准 件 几 乎 都 是 镀 锌, 它 是 汽 车 电 镀 行 业 中 一 个 重 要 的 镀 种 镉 镀 层 的 特 点 是 氢 脆 性 小 耐 盐 雾 能 力 尤 其 是 耐 海 洋 气 候 的 腐 蚀 远 远 优 于 锌 镀 层, 但 耐 工 业 大 气 的 腐 蚀, 镉 镀 层 不 如 锌 镀 层 自 五 六 十 年 代 在 日 本 发 现 骨 疼 病 之 后, 究 其 原 因, 主 要 是 镉 离 子 污 染 了 水, 人 在 食 用 含 有 镉 离 子 的 水 或 动 植 物 后, 镉 进 入 人 体 取 代 骨 骼 中 的 钙 而 引 起 的 至 此 以 后, 环 境 保 护 部 门 对 镉 的 污 染 极 其 重 视 因 为 镉 污 染 给 环 境 带 来 严 重 的 恶 果, 所 以 在 国 内 镉 镀 层 绝 大 部 分 被 锌 镀 层 所 取 代 或 者 采 用 其 他 的 表 面 处 理 方 法 替 换 此 外, 与 蓄 电 池 接 触 的 零 件 需 耐 硫 酸 的 腐 蚀, 零 件 表 面 必 须 镀 铅 或 铅 合 金 镀 层 由 于 对 汽 车 防 护 性 镀 层 的 耐 蚀 性 要 求 逐 年 提 高, 锌 镀 层 已 满 足 不 了 目 前 汽 车 发 展 的 需 要, 而 陆 续 开 发 出 锌 - 镍 锌 - 铁 锌 - 钴 等 锌 合 金 镀 层, 锌 合 金 的 耐 蚀 性 大 大 超 过 单 一 的 锌 镀 层, 致 使 锌 合 金 镀 层 在 20 世 纪 80 年 代 中 期, 在 国 外 发 展 很 迅 速, 而 采 用 锌 合 金 镀 层 的 绝 大 部 分 是 汽 车 行 业, 它 促 使 电 镀 行 业 向 新 的 方 向 发 展 第 三 类 是 功 能 性 镀 层, 第 二 次 世 界 大 战 时 德 国 首 先 提 这 种 分 类, 这 类 镀 层 很 广 泛, 汽 200

210 第 9 章 电 镀 工 艺 201 车 上 所 应 用 的 功 能 镀 层 只 是 其 中 的 一 小 部 分, 譬 如 : 改 善 零 件 表 面 焊 接 性 有 锡 镀 层 铜 镀 层 铅 - 锡 镀 层 ; 提 高 金 属 表 面 硬 度 和 耐 磨 件 有 硬 铬 层 松 孔 铬 层 铝 硬 质 氧 化 厚 镍 镀 层 镍 磷 合 分 解 ; 修 复 零 件 尺 寸 有 铁 镀 层 铬 镀 层 ; 提 高 金 属 导 电 性 有 银 镕 层 ; 提 高 轴 瓦 走 合 和 自 润 滑 性 有 铅 - 锡 镀 层 铅 - 锡 - 铜 镀 层 ; 防 止 渗 碳 的 有 铜 镀 层, 除 上 所 述 外, 还 有 钢 铁 氧 化, 铝 及 铝 合 金 氧 化, 模 具 电 镀, 塑 料 电 镀, 金 属 表 面 着 色, 烫 印 真 空 溅 射 等 表 面 处 理 技 术 在 汽 车 上 都 有 体 现, 汽 车 自 身 需 要 一 个 零 件 具 备 多 种 功 能 以 满 足 汽 车 自 身 的 需 要, 所 以 汽 车 上 的 电 镀 种 类 包 括 的 也 格 外 多 功 能 性 镀 层 是 利 用 镀 层 金 属 的 各 种 机 械 物 理 化 学 性 能 来 满 足 各 类 场 合 的 需 要, 根 据 镀 层 的 性 能, 又 可 将 它 们 分 为 以 下 主 要 的 几 类 1. 耐 磨 和 减 磨 镀 层 耐 磨 镀 层 主 要 是 靠 提 高 制 品 的 表 面 硬 度 来 增 加 其 抗 磨 损 能 力, 在 工 业 上 多 采 用 镀 硬 铬, 如 各 种 轴 和 曲 轴 的 轴 颈 印 花 辊 的 辊 面 发 动 机 的 汽 缸 内 壁 和 活 塞 环 冲 压 模 具 的 内 腔 等 减 磨 镀 层 多 用 于 滑 动 接 触 面 在 这 些 接 触 面 上 电 镀 一 层 能 起 固 态 润 滑 剂 作 用 的 韧 性 金 属 ( 减 磨 合 金 ), 就 可 以 减 少 滑 动 摩 擦 这 种 镀 层 多 用 在 轴 瓦 和 轴 套 上, 如 镀 锡 Sn-Pb 合 金 Sn-Pb-Sb 三 元 合 金 等 2. 抗 高 温 氧 化 镀 层 不 少 技 术 部 门 需 要 使 用 高 熔 点 的 金 属 材 料 制 造 特 殊 用 途 的 零 部 件, 但 这 些 材 料 有 可 能 在 高 温 下 被 氧 化 ( 高 温 腐 蚀 ), 而 使 零 部 件 损 坏 为 解 决 此 问 题, 可 在 零 件 表 面 镀 高 温 抗 氧 化 层 例 如, 转 子 发 动 机 内 腔 需 用 镀 铬 防 护, 喷 气 发 动 机 转 子 叶 片 也 可 采 用 铬 合 金 镀 层 在 特 殊 情 况 下, 甚 至 可 采 用 Pt-Rh 合 金 镀 层 作 为 高 温 抗 氧 化 层 3. 导 电 性 镀 层 在 电 子 工 业 中 需 要 大 量 使 用 能 提 高 表 面 导 电 性 能 的 镀 层 在 一 般 情 况 下, 可 以 镀 铜 或 镀 银 既 要 求 导 电 性 能 好, 同 时 还 要 具 有 一 定 的 耐 磨 性 时, 则 应 镀 以 Ag-Sb Ag-Ni Au-Sb Au-Co 合 金 等 银 与 La 2 O 3 等 微 粒 形 成 的 复 合 镀 层 具 有 较 强 合 金 等 银 与 的 抗 电 蚀 能 力, 可 用 它 来 取 代 整 体 纯 银 制 备 电 触 头, 用 于 开 关 继 电 器 等 装 置 另 外 在 高 频 波 导 管 的 生 产 中, 大 都 采 用 镜 面 光 泽 的 镀 银 层 4. 磁 性 镀 层 在 电 子 计 算 机 设 备 中 的 磁 环 磁 鼓 磁 盘 磁 膜 等 储 存 部 件, 均 需 使 用 磁 性 材 料 目 前 多 采 用 以 电 镀 法 形 成 的 镀 层 来 满 足 这 方 面 的 要 求 通 过 改 变 电 镀 工 艺 参 数, 还 可 以 调 整 镀 层 的 磁 性 能 参 数 常 用 的 电 沉 积 磁 性 合 金 有 Ni-Fe Fe-Ni Co-Ni 和 Co-Ni-P 等 5. 热 处 理 用 镀 层 为 了 改 善 机 械 零 件 的 表 面 物 理 性 能, 常 常 需 要 进 行 热 处 理 但 是, 如 果 零 件 的 某 些 部 位, 在 热 处 理 时 不 允 许 改 变 它 原 来 的 性 能, 就 需 要 把 这 个 部 位 局 部 地 保 护 起 来 例 如, 防 止 局 部 渗 碳 需 镀 铜, 防 止 局 部 渗 氮 则 应 镀 锡 201 标 准 分 享 网 免 费 下 载

211 202 汽 车 制 造 工 艺 6. 修 复 性 镀 层 一 些 重 要 的 机 械 零 部 件, 例 如 各 种 轴 花 键 齿 轮 及 压 辊 等, 在 使 用 过 程 中 被 磨 损, 或 在 加 工 过 程 中 磨 削 过 度, 均 可 用 电 镀 法 予 以 修 复, 使 其 重 新 发 挥 作 用 可 用 于 修 复 尺 寸 的 镀 层 金 属 有 铜 铁 铬 等 7. 可 焊 性 镀 层 一 些 电 子 元 器 件 组 装 时, 需 要 进 行 钎 焊 为 了 改 善 它 们 的 焊 接 性 能, 需 要 镀 以 锡 银 或 Sn-Pb 合 金 等 8. 其 他 功 能 镀 层 在 生 产 实 践 中 应 用 的 其 他 功 能 镀 层 还 有 很 多 例 如, 为 了 增 强 钢 丝 与 橡 胶 热 压 时 的 黏 合 性, 可 以 在 钢 丝 上 镀 黄 铜 (Cu-Zn 合 金 ); 为 了 抵 抗 硫 酸 及 铬 酸 的 腐 蚀, 可 以 镀 铅 ; 为 了 增 加 反 光 能 力, 可 以 镀 铬 银 或 高 锡 青 铜 ; 为 了 消 光 或 吸 收 光 能 转 变 为 热 能, 可 镀 黑 镍 黑 铬 等 汽 车 行 业 的 电 镀 还 区 别 于 其 他 行 业 的 电 镀, 是 因 为 汽 车 电 镀 的 一 些 零 部 件 关 系 到 产 品 安 全 性 和 可 靠 性 为 了 汽 车 自 身 的 安 全 而 确 定 一 些 零 部 件 为 保 安 件, 如 汽 车 的 转 向 部 分 拖 挂 部 分 车 轮 安 全 带 等, 上 述 零 部 件 一 旦 某 个 零 件 发 生 断 裂 或 损 坏, 产 生 的 后 果 难 以 想 象 另 外, 发 动 机 后 桥 差 速 器 变 速 器 等 总 成 是 内 许 多 零 件 组 装 而 成 的, 其 中 某 个 零 件 发 生 故 障, 虽 说 不 影 响 汽 车 的 安 全, 但 直 接 影 响 汽 车 的 性 能 或 者 使 汽 车 抛 锚 因 而 将 组 成 上 述 总 成 的 零 件 作 为 重 要 件 或 关 键 件, 除 保 安 件 关 键 件 外 还 有 一 些 高 强 螺 栓 弹 簧 类 零 件 等, 所 有 这 些 零 件 需 要 进 行 电 镀 时, 在 电 镀 的 过 程 中 就 伴 随 渗 氢 的 过 程, 渗 氢 后 的 零 件 韧 性 下 降, 脆 性 增 加, 一 旦 受 到 外 力 的 冲 击, 很 易 发 生 断 裂, 有 时 严 重 到 镀 后 稍 受 力 就 发 生 断 裂, 处 于 这 种 情 况 就 必 须 对 电 镀 后 的 零 件 进 行 驱 氢 处 理, 一 般 是 把 零 件 加 热 到 一 定 温 度 下 保 温 数 小 时, 把 零 件 中 大 部 分 氢 去 除 掉 以 恢 复 零 件 自 身 的 性 能 电 镀 时 除 赋 予 零 件 一 些 性 能 和 功 能 外, 还 应 考 虑 零 件 电 镀 后 的 安 全 性, 汽 车 行 业 电 镀 既 有 其 他 行 业 电 镀 的 共 同 性, 又 有 其 自 身 的 特 殊 性, 在 此 主 要 讨 论 与 汽 车 相 关 的 电 镀 或 表 面 处 理 技 术 装 饰 镀 铬 铬 镀 层 具 有 闪 烁 略 带 蓝 色 的 银 白 色, 显 得 格 外 洁 净 高 雅 铬 镀 层 的 硬 度 高, 抗 擦 伤 抗 磨 损 性 极 佳 在 大 气 中 铬 表 面 生 成 一 层 极 薄 而 透 明 的 钝 化 膜, 具 有 良 好 的 抗 硫 抗 变 色 性 能 等, 因 此 在 防 护 装 饰 性 镀 层 体 系 中 铬 镀 层 独 具 魅 力, 总 是 处 在 防 护 装 饰 性 镀 层 中 的 最 外 层 现 行 的 镀 铬 工 艺, 绝 大 多 数 采 用 六 价 铬 镀 铬 工 艺 现 代 医 学 查 明 :Cr 6+ 是 一 类 致 癌 物 质, 对 环 境 与 人 体 都 有 较 大 的 危 害 装 饰 性 镀 铬 电 流 效 率 低 (13%~17%) 电 镀 时 间 短, 零 件 携 带 量 大, 工 作 温 度 较 高, 因 此 对 环 境 污 染 相 当 严 重 添 加 稀 土 卤 素 有 机 阴 离 子 等 的 新 型 低 温 低 浓 度 较 高 电 流 效 率 及 良 好 电 镀 性 能 的 镀 铬 工 艺 和 毒 性 较 小 的 Cr 3+ 镀 铬 工 艺 及 Sn-Co Sn-Co-Zn 代 铬 工 艺, 已 经 开 始 用 于 生 产 装 饰 镀 铬 除 外 观 质 量 外, 还 要 求 具 有 耐 蚀 性 为 此, 先 施 以 两 层 或 三 层 不 同 性 质 的 镀 镍 所 采 用 的 两 层 或 三 层 镀 镍 法, 是 使 在 上 层 保 护 阴 极 作 用 下, 保 护 下 层, 并 在 表 面 镀 上 202

212 第 9 章 电 镀 工 艺 203 一 层 具 有 无 数 微 细 裂 纹 或 小 孔 的 铬 层, 这 就 是 广 泛 采 用 的 腐 蚀 分 散 型 显 微 裂 纹 和 微 孔 镀 铬 法 图 9.l 所 示 为 镀 镍 层 的 腐 蚀 模 型 (a) 双 层 镀 镍 + 普 通 镀 铬 (b) 双 层 镀 镍 + 显 微 裂 纹 或 显 微 细 孔 镀 铬 图 9.1 镀 镍 层 的 腐 蚀 模 型 (1) 显 微 裂 纹 镀 铬 显 微 裂 纹 镀 铬 法 的 镀 铬 层 比 普 通 装 饰 镀 铬 的 厚, 利 用 镀 铬 层 自 身 的 应 力 形 成 裂 纹, 其 耐 蚀 性 虽 好, 但 外 观 质 量 较 差 (2) 显 微 细 孔 镀 铬 这 种 镀 铬 方 法 是 使 在 非 导 电 性 微 粒 和 浮 游 触 击 镀 镍 所 形 成 的 微 粒 发 生 共 析 的 基 础 上, 进 行 普 通 镀 铬, 形 成 显 微 细 孔 这 种 镀 铬 层 的 外 观 良 好, 而 耐 蚀 性 则 不 如 显 微 裂 纹 镀 铬 法 稳 定 (3) 触 击 镀 镍 最 近, 为 了 弥 补 上 面 两 种 方 法 的 缺 点, 采 用 了 触 击 镀 镍 法 此 法 是 在 光 亮 镀 镍 之 后 进 行 高 应 力 的 触 击 镀 镍, 并 在 其 上 进 行 普 通 镀 铬, 以 形 成 裂 纹 防 锈 电 镀 一 般 来 说, 镀 锌 后 进 行 铬 酸 盐 钝 化 处 理, 价 格 低 而 防 锈 力 强, 用 途 颇 广 此 外, 根 据 使 用 条 件, 也 采 用 镀 锌 镀 镍 镀 铜 镀 铬 等 方 法, 但 其 用 途 有 限 铝 的 氧 化 处 理 铝 质 软 而 耐 磨 性 不 佳, 为 了 提 高 其 耐 磨 性 与 耐 蚀 性, 施 以 阳 极 氧 化 处 理 在 此 处 理 之 后, 还 可 以 染 料 着 色, 或 自 然 成 色 塑 料 电 镀 塑 料 电 镀 是 随 着 塑 料 的 广 泛 应 用 发 展 起 来 的 一 种 电 镀 工 艺 它 不 仅 能 节 省 大 量 的 金 属 材 料, 减 少 繁 杂 的 加 工 工 序, 减 轻 设 备 重 量, 还 能 有 效 地 改 善 塑 件 的 外 观 及 电 热 等 性 能, 提 高 其 表 面 机 械 强 度 等 因 此 在 电 子 工 业 国 防 科 研 家 用 电 器 乃 至 日 用 品 上 获 得 了 日 益 广 泛 的 应 用 塑 料 电 镀, 是 在 塑 料 基 体 上 通 过 金 属 化 处 理 的 方 法 沉 积 一 层 薄 的 金 属 层, 然 后 在 这 薄 的 导 电 层 上 再 进 行 电 镀 加 工 的 方 法 所 以 最 终 得 到 的 产 物 是 由 塑 料 相 金 属 组 成 为 复 合 材 料 它 具 有 美 丽 的 金 属 外 观, 质 量 轻, 强 度 高, 硬 度 大, 耐 候 性 好, 耐 热 性 佳, 耐 蚀 性 优 良, 耐 水 性 好, 造 型 容 易, 成 本 低, 经 济 效 益 高 等 许 多 优 点, 这 就 是 塑 料 电 镀 很 有 吸 引 力 的 原 因 要 在 不 导 电 的 塑 料 上 获 得 光 亮 整 平 和 结 合 力 优 良 的 金 属 镀 层, 这 是 一 件 很 不 容 易 的 事, 它 要 解 决 许 多 理 论 和 工 艺 问 题 所 以, 塑 料 电 镀 的 发 展, 实 际 上 是 材 料 科 学 化 学 镀 光 亮 电 镀 和 合 金 电 镀 技 术 发 展 的 产 物 它 的 发 展 又 推 动 了 整 个 表 面 处 理 技 术 的 发 展 203 标 准 分 享 网 免 费 下 载

213 204 汽 车 制 造 工 艺 汽 车 塑 料 零 件 具 有 体 积 较 大, 形 状 复 杂 ( 如 水 箱 面 罩 等 ), 使 用 环 境 恶 劣 等 特 点 车 身 表 面 上 的 塑 料 零 件, 随 着 汽 车 在 广 阔 的 地 域 高 速 行 驶, 要 长 期 经 受 烈 日 暴 晒, 风 霜 雨 雪 的 洗 涤, 要 承 受 高 速 飞 来 的 砂 石 泥 浆 的 冲 击 等, 因 此 要 求 汽 车 外 饰 零 件 的 塑 料 镀 层 具 有 良 好 的 附 着 性 和 耐 蚀 性 使 塑 料 具 有 金 属 外 观 的 方 法 有 下 列 两 种 : 电 镀 法 和 真 空 蒸 镀 法 使 ABS 聚 丙 烯 等 材 料 具 有 化 学 导 电 性 之 后, 进 行 装 饰 电 镀 此 法 不 仅 用 在 内 饰 件, 也 用 于 处 理 格 栅 与 大 灯 灯 圈 等 大 型 零 件 真 空 蒸 镀 法 是 在 塑 料 上 进 行 铝 的 真 空 蒸 镀 之 后, 涂 以 透 明 的 保 护 膜, 多 用 于 处 理 要 求 使 用 寿 命 长 的 内 饰 件, 特 别 是 仪 表 和 仪 表 箱 框 之 类 的 零 件 9.3 电 镀 工 艺 与 设 备 电 镀 车 间 平 面 布 置 电 镀 零 件 的 制 造 工 序 大 致 为 : 以 冲 压 或 其 他 方 法 使 零 件 成 型 磨 抛 电 镀 后 处 理 通 常, 进 行 电 镀 车 间 布 置 时, 应 该 考 虑 零 件 的 生 产 流 程 对 于 保 险 杠 等 大 型 零 件, 也 有 的 将 冲 压 车 间 与 磨 抛 电 镀 车 间 置 于 同 一 建 筑 物 内 图 9.2 所 示 为 电 镀 车 间 的 平 面 布 置 图 必 须 在 研 磨 工 作 地 点 设 置 收 集 研 磨 粉 尘 的 装 置, 在 电 镀 工 作 地 点 设 置 排 除 电 镀 槽 所 产 生 的 气 体 和 烟 雾 的 装 置 和 清 洗 塔, 以 确 保 工 人 的 安 全 图 9.2 电 镀 车 间 平 面 布 置 图 1- 镀 锌 生 产 线 2- 涂 漆 生 产 线 3- 塑 料 电 镀 生 产 线 4- 磨 抛 生 产 线 5- 冲 压 生 产 线 6- 落 料 生 产 线 7- 装 饰 镀 铬 生 产 线 ( 提 升 式 ) 8- 装 饰 镀 铬 生 产 线 ( 升 降 机 式 ) 9- 镀 硬 铬 生 产 线 10- 成 品 库 11- 材 料 库 12- 化 验 室 13- 后 方 工 段 14- 冲 压 件 铬 制 品 库 15- 电 镀 成 品 发 送 地 16- 冲 模 存 放 处 17- 卷 料 存 放 处 磨 抛 为 使 装 饰 电 镀 件 的 表 面 光 亮, 或 者 为 使 耐 磨 电 镀 件 的 表 面 平 滑, 都 应 先 行 磨 抛 加 工 204

214 第 9 章 电 镀 工 艺 205 磨 抛 加 工 有 种 种 方 法, 汽 车 电 镀 件 大 都 采 用 抛 光 轮 抛 光 或 带 抛 光 一 小 部 分 零 件, 为 了 去 除 毛 边, 也 采 用 滚 筒 抛 光 目 前 所 用 的 抛 光 轮 主 要 是 由 棉 布 叠 合 制 成, 并 在 轮 缘 涂 敷 磨 料, 称 为 金 刚 砂 抛 光 轮 最 近 还 使 用 琼 麻 抛 光 轮 等, 获 得 了 良 好 结 果 此 外, 为 了 节 省 人 力, 采 用 自 动 磨 抛 机 自 动 磨 抛 虽 适 于 单 品 种 大 量 生 产, 但 形 状 复 杂 的 零 件, 仅 仅 靠 自 动 磨 抛 还 不 能 达 到 要 求, 往 往 需 要 以 人 手 转 动 工 件, 加 以 辅 助 随 着 磨 抛 的 自 动 化, 在 研 磨 剂 方 面, 除 固 态 研 磨 剂 棒 外, 也 常 常 采 用 喷 枪 喷 射 液 体 研 磨 剂 的 方 法 图 9.3 所 示 为 保 险 杠 的 自 动 磨 抛 实 例 (a) 保 险 杠 的 截 面 图 (b) 保 险 杠 的 磨 抛 范 围 图 9.3 保 险 杠 的 自 动 磨 抛 实 例 前 处 理 电 镀 缺 陷 的 原 因 大 都 和 前 处 理 有 关, 所 以 前 处 理 是 一 道 重 要 的 工 序 因 此, 为 了 保 证 电 镀 质 量, 必 须 进 行 各 种 前 处 理 对 于 抛 光 轮 屑 之 类 的 油 脂 性 污 物, 可 先 以 三 氯 乙 烯 等 有 机 溶 剂 或 碱 性 乳 化 液 等 脱 脂 剂 进 行 预 备 脱 脂, 进 而 在 碱 性 脱 脂 液 中 电 解 脱 脂 之 后, 进 行 酸 洗, 以 得 到 电 镀 所 必 需 的 清 洁 的 活 性 表 面 很 难 对 电 镀 基 底 上 污 物 的 种 类 与 程 度 作 出 规 定, 所 以 在 制 定 前 处 理 工 艺 时 应 留 有 足 够 的 安 全 度 例 如, 装 饰 电 镀 时, 推 荐 采 用 电 解 脱 脂 酸 洗 交 换 进 行 两 次 的 双 重 清 洗 的 前 处 理 工 艺 日 产 汽 车 公 司 ( 日 本 ) 一 位 高 级 专 家 说 过 这 样 一 句 话 : 清 洁 度 就 是 我 们 的 生 命 一 语 道 出 了 汽 车 生 产 过 程 中, 零 部 件 清 洗 的 重 要 性 如 果 汽 车 的 零 部 件 在 装 配 时, 带 有 污 物, 就 可 能 发 生 汽 车 油 路 堵 塞 发 动 机 拉 缸 等 事 故 尤 其 对 那 些 需 要 进 行 电 镀 的 零 件, 其 清 洗 与 表 面 准 备 的 要 求 就 更 加 严 格, 因 为 电 镀 是 在 被 镀 零 件 与 镀 液 接 触 界 面 上 发 生 的 电 化 学 反 应 汽 车 零 件 清 洗 与 表 面 准 备 的 主 要 目 的 : 清 除 零 件 表 面 上 的 残 砂, 热 处 理 的 熔 盐, 氧 化 皮 氧 化 膜 及 机 械 加 工 中 的 毛 刺 飞 边 油 污 锈 蚀 焊 渣, 精 饰 表 面, 以 获 得 一 个 符 合 下 道 工 序 要 求 的 清 洁 表 面 零 件 的 清 洗 与 表 面 准 备 一 般 可 分 为 以 下 几 项 (1) 机 械 处 理 包 括 喷 丸 喷 砂 机 械 磨 光 抛 光 振 动 饰 光 滚 光 等 (2) 化 学 处 理 包 括 化 学 除 油 化 学 浸 蚀 化 学 抛 光 等 205 标 准 分 享 网 免 费 下 载

215 206 汽 车 制 造 工 艺 (3) 电 化 学 处 理 包 括 电 化 学 除 油 电 化 学 浸 蚀 电 解 抛 光 等 (4) 超 声 波 处 理 包 括 超 声 波 除 油 超 声 波 浸 蚀 等 1. 表 面 整 平 1) 喷 砂 喷 砂 分 为 干 喷 砂 与 湿 喷 砂 两 种 干 喷 砂 是 在 净 化 的 压 缩 空 气 作 用 下, 将 干 砂 流 通 过 喷 砂 机 的 喷 嘴 高 速 喷 向 零 件 表 面, 借 助 砂 流 对 零 件 表 面 的 强 力 冲 击, 将 零 件 表 面 的 熔 渣 毛 刺 氧 化 物 等 污 物 除 去, 并 呈 现 粗 糙 度 均 匀 的 表 面 由 于 气 流 的 搅 动, 干 喷 砂 过 程 粉 尘 很 大 一 般 使 用 的 砂 粒 粒 径 较 大, 多 在 环 型 自 动 喷 砂 机 上 进 行 用 于 工 具 刃 具 热 处 理 后 去 熔 盐 氧 化 皮 和 毛 刺 湿 喷 砂 又 称 为 液 体 喷 砂 工 作 原 理 是 以 磨 液 泵 和 压 缩 空 气 为 动 力, 通 过 喷 枪 将 磨 液 高 速 喷 射 到 工 件 表 面, 达 到 修 饰 加 工 的 目 的 磨 液 是 用 掺 有 缓 蚀 剂 的 清 水 与 一 定 粒 度 的 磨 料 ( 按 被 加 工 材 质 不 同, 可 用 氧 化 铝 碳 化 硅 等 磨 料 ) 按 一 定 配 比 混 合 而 成 的, 放 置 在 机 体 下 部 的 储 箱 中, 使 用 时 应 充 分 搅 拌, 使 其 均 匀 液 体 喷 砂 在 汽 车 生 产 中, 多 用 于 活 塞 环 和 高 强 度 弹 簧 镀 前 处 理 和 镀 后 处 理 上 图 9.4 所 示 为 活 塞 环 卧 式 液 体 喷 砂 机 工 作 系 统 图 图 9.4 活 塞 环 卧 式 液 体 喷 砂 机 工 作 系 统 图 1 传 动 胶 棍 2 工 件 3 弧 形 门 4 喷 枪 5 单 向 阀 6 仪 表 电 器 7 消 音 排 气 8 传 动 架 9 压 缩 空 气 10 液 流 口 11 磨 液 泵 12 排 水 口 13 清 渣 口 14 搅 拌 喷 嘴 活 塞 环 液 体 喷 砂 工 艺 及 效 果 活 塞 环 镀 铬 前 采 用 含 220~240 目 氧 化 铝 磨 料 10~12g/L 的 砂 浆 ; 镀 铬 后 采 用 280 目 氧 化 铝 磨 料 砂 浆 进 行 液 体 喷 砂 处 理, 代 替 传 统 的 镀 前 酸 碱 液 浸 蚀 工 艺 和 镀 后 的 松 孔 处 理 可 防 止 铸 铁 活 塞 环 表 面 石 墨 裸 露, 提 高 镀 铬 层 的 结 合 力, 见 表

216 第 9 章 电 镀 工 艺 207 表 9-4 两 种 不 同 镀 前 处 理 后 镀 层 的 结 合 力 试 样 酸 碱 处 理 液 体 喷 砂 处 理 F/N S/mm 2 F/S * F/N S/mm 2 F/S * 注 :*F/S 为 单 位 面 积 上 使 镀 层 拉 脱 的 力, 单 位 为 N/mm 2 ;F 表 示 镀 层 与 基 体 的 结 合 力 镀 铬 后 为 了 改 善 活 塞 环 与 汽 缸 套 的 初 期 磨 合 性 及 储 油 性, 提 高 活 塞 环 的 使 用 性 能 与 寿 命, 常 在 镀 铬 后 进 行 松 孔 处 理 但 松 孔 处 理 往 往 会 降 低 镀 铬 层 硬 度, 由 于 网 纹 分 布 不 均 匀, 造 成 应 力 集 中 电 镀 铬 过 程 因 为 晶 格 的 转 变 和 渗 氢, 铬 镀 层 的 张 应 力 很 大, 采 用 液 体 喷 砂, 则 可 降 低 张 应 力 并 在 镀 铬 层 表 面 获 得 较 理 想 的 均 布 小 凹 坑, 起 着 储 油 及 初 期 磨 合 作 用, 而 且 可 使 镀 层 形 成 较 大 压 应 力 和 硬 度, 从 而 提 高 了 活 塞 环 的 疲 劳 强 度, 同 时 液 体 喷 砂 还 可 以 清 除 镀 铬 层 表 面 轻 微 的 毛 刺 飞 边 等 缺 陷, 见 表 9-5 表 9-5 不 同 处 理 的 镀 铬 层 硬 度 硬 度 值 (HV) 处 理 工 艺 1 组 2 组 3 组 4 组 液 体 喷 砂 松 孔 处 理 镀 硬 铬 未 处 理 注 : 试 验 条 件 : 加 载 100g, 时 间 15s 2) 滚 光 滚 光 是 将 零 件 和 磨 料 滚 光 液 一 起 装 入 滚 桶 中, 由 于 滚 桶 的 转 动, 使 零 件 与 零 件, 零 件 与 磨 料, 零 件 与 桶 壁 互 相 摩 擦 撞 击, 加 上 滚 光 液 的 化 学 作 用, 除 去 零 件 表 面 的 油 污 锈 迹 毛 刺, 并 整 平 金 属 表 面 滚 光 桶 一 般 为 木 质 或 钢 板 焊 接 而 成, 形 状 有 圆 形 六 角 形 和 八 角 形 滚 光 常 用 的 磨 料 有 钉 角 皮 革 碎 块 等 滚 光 液 根 据 加 工 零 件 的 表 面 状 态 加 以 选 择 主 要 用 于 除 油 目 的 的 滚 光 液, 一 般 由 碳 酸 钠 皂 镁 粉 等 碱 性 物 质 组 成, 俗 称 滚 碱 液 当 以 除 去 零 件 表 面 氧 化 皮 为 主 要 目 的, 一 般 使 用 稀 硫 酸, 俗 称 滚 酸 液 零 件 在 滚 桶 中 的 运 动 状 况, 与 滚 桶 的 大 小 转 速 及 零 件 与 磨 料, 滚 光 液 的 装 载 量 等 有 关 滚 光 过 程 中, 零 件 被 封 闭 在 滚 桶 中, 无 法 随 时 检 查 其 工 作 状 况 ( 磕 碰 等 ) 因 此, 滚 光 在 对 零 件 精 度 有 较 高 要 求 的 汽 车 工 厂 中, 很 少 采 用 3) 振 动 光 饰 工 作 原 理 以 图 9.5 的 立 式 振 动 光 饰 机 为 例 加 以 说 明 立 式 振 动 光 饰 机 的 振 动 轴 与 水 平 垂 直, 容 器 与 振 动 源 连 成 一 体, 并 支 撑 在 弹 簧 上, 振 动 轴 上 下 两 端 有 偏 心 块, 它 们 在 水 平 面 上 的 投 影 互 成 一 角 度 当 振 动 轴 高 速 旋 转 时, 偏 心 块 产 生 离 心 力 和 倾 倒 力 矩, 并 通 过 弹 簧 作 用, 使 容 器 产 生 周 期 性 的 振 动 由 于 容 器 底 部 为 圆 环 形 状, 各 点 的 受 力 和 振 幅 不 同, 而 使 容 器 中 的 磨 料 和 工 件 既 围 绕 容 器 中 心 圆 柱 公 转, 207 标 准 分 享 网 免 费 下 载

217 208 汽 车 制 造 工 艺 又 围 绕 圆 环 中 心 翻 滚, 其 合 成 运 动 为 环 状 螺 旋 运 动 磨 料 与 工 件 在 运 动 时 相 互 磨 削, 对 工 件 进 行 均 匀 加 工 振 动 光 饰 过 程, 是 在 开 启 状 态 下 工 作 的, 因 此 可 随 时 对 零 件 的 工 况 进 行 观 察 和 处 理 振 动 光 饰 机 的 工 作 效 率 比 滚 光 机 要 高 出 10 倍, 尤 其 新 型 的 流 动 式 光 饰 机 效 率 更 高, 而 且 零 件 磕 碰 伤 情 况 比 液 光 机 轻, 因 此 在 汽 车 生 产 中, 采 用 振 动 光 饰 进 行 零 件 表 面 去 毛 刺 氧 化 皮, 提 高 光 洁 度 是 比 较 多 的 图 9.5 ZL-25 型 立 式 振 动 光 饰 机 结 构 图 1 容 器 2 卸 料 口 3 法 兰 盘 4 弹 簧 5 长 螺 栓 6 夹 板 7 电 动 机 8 底 座 9 橡 皮 垫 10 偏 心 块 11 出 水 口 4) 磨 光 磨 光 是 粘 有 磨 料 的 磨 轮 在 高 速 旋 转 下, 除 去 零 件 表 面 毛 刺 砂 眼 焊 疤 氧 化 皮 和 各 种 宏 观 缺 陷, 提 高 表 面 平 整 度 的 一 种 机 械 处 理 方 法 (1) 磨 轮 及 转 速 磨 光 所 用 的 磨 轮 多 为 弹 性 轮 一 般 采 用 皮 革 毛 毡 棉 布 各 种 纤 维 织 品 等 制 成, 它 们 的 刚 性 依 次 降 低, 磨 轮 的 刚 性 与 所 用 材 料 性 质 及 其 缝 制 方 法 有 关 对 于 硬 度 较 高, 形 状 简 单 的 制 品, 以 及 粗 糙 度 大 切 削 量 大 的 制 品, 应 采 用 较 硬 的 磨 轮, 反 之, 应 采 用 较 软 的 ( 弹 性 较 大 ) 磨 轮 因 为 软 磨 轮 的 弹 性, 可 使 压 向 制 品 表 面 的 切 削 力 减 弱, 从 208

218 第 9 章 电 镀 工 艺 209 而 可 防 止 零 件 变 形, 使 得 表 面 更 加 光 滑 磨 光 效 果 还 与 磨 轮 的 旋 转 速 度 有 关 圆 周 速 度 越 高, 磨 削 效 率 越 高, 对 磨 轮 的 损 坏 也 越 快 般 在 粗 磨 和 磨 削 形 状 简 单 硬 度 较 高 的 制 品 时, 宜 选 用 转 速 较 高 的 磨 光 工 艺 磨 光 不 同 金 属 材 料 时 磨 轮 的 最 佳 圆 周 速 度 见 表 9-6 表 9-6 磨 光 不 同 金 属 材 料 时 磨 轮 最 佳 的 圆 周 速 度 被 加 工 的 金 属 材 料 铸 铁 钢 镍 铬 铜 及 其 合 金 银 锌 铝 及 其 合 金 铅 锡 最 佳 的 圆 周 速 度 (m/s) 18~30 14~18 10~14 磨 轮 圆 周 速 度 计 算 公 式 : D = πdn 60 式 中 D 磨 轮 的 圆 周 速 度,m/s; d 磨 轮 的 直 径,m; n 磨 轮 轴 的 转 速,r/min (2) 磨 料 粘 在 磨 轮 上 的 磨 料, 其 硬 度 脆 性 形 状 粒 度 大 小, 以 及 与 磨 轮 的 黏 结 力 等 都 会 影 响 磨 光 的 质 量 及 效 率 常 用 的 磨 料 为 人 造 刚 玉 (Al 2 O 3 ) 人 造 金 刚 砂 (SiC) 石 英 砂 (SiO 2 ) 等 人 造 金 刚 砂 的 硬 度 较 高, 莫 氏 硬 度 为 9.2, 但 脆 性 大 容 易 碎 裂, 用 于 硬 度 较 高 的 工 具 钢 高 强 度 钢 和 铸 铁 的 磨 光 人 造 刚 玉 的 硬 度 为 9.0, 韧 性 较 好, 用 于 淬 火 钢 可 锻 铸 铁 等 石 英 砂 的 莫 氏 硬 度 为 7~8, 用 于 一 般 黑 色 及 有 色 金 属 磨 料 依 其 粒 度 大 小, 分 为 若 干 等 级 即 磨 光 颗 料 (10~90 号 ) 磨 光 粉 末 (100~320 号 ) 和 磨 光 细 粉 (320~600 号 ) 生 产 中 根 据 金 属 制 品 的 表 面 状 态 和 加 工 后 的 表 面 质 量 要 求, 选 用 磨 料 的 粒 度, 般 先 用 粗 磨 粒 进 行 粗 磨, 然 后 依 次 加 大 磨 料 的 号 码 进 行 中 磨 和 细 磨, 最 后 采 用 油 轮 ( 在 用 旧 了 的 磨 料 基 本 脱 落 的 细 磨 轮 上 涂 抛 光 膏 ) 进 行 压 光 一 个 零 件 的 磨 光 最 好 按 同 一 个 方 向 进 行 这 样 磨 光 后 光 洁 度 比 较 好 在 磨 光 带 有 孔 沟 槽 的 零 件 时, 在 磨 至 孔 沟 附 近 应 减 轻 压 力, 防 止 零 件 变 形 5) 抛 光 机 械 抛 光 的 目 的, 是 为 了 清 除 制 品 表 面 的 细 微 不 平, 使 制 品 获 得 镜 面 般 的 外 观 主 要 用 于 镀 后 与 中 间 镀 层 的 精 加 工 机 械 抛 光 通 过 装 在 抛 光 机 上 的 抛 光 轮 的 高 速 旋 转, 使 之 与 相 接 触 的 制 品 表 面 摩 擦 产 生 高 温, 产 生 金 属 表 面 塑 性 变 形, 填 平 表 面 的 微 凹 处, 同 时 由 于 高 温, 金 属 表 面 在 空 气 中 迅 速 地 形 成 一 层 氧 化 膜 被 抛 光 轮 抛 去, 露 出 的 基 体 金 属 又 马 上 被 氧 化 这 样 周 期 地 变 化, 直 到 获 得 镜 面 般 的 光 泽 外 观, 抛 光 与 磨 光 相 似, 都 采 用 弹 性 轮, 但 抛 光 轮 比 磨 光 轮 更 加 柔 软, 转 速 更 高 在 抛 光 轮 上 涂 抹 的 是 粒 度 更 细 的 抛 光 膏 抛 光 轮 是 由 棉 布 亚 麻 布 丝 绸 无 纺 布 等 缝 制 而 成 的 为 了 使 抛 光 轮 具 有 足 够 的 柔 软 性, 缝 线 与 轮 边 应 保 持 足 够 大 的 距 离 209 标 准 分 享 网 免 费 下 载

219 210 汽 车 制 造 工 艺 抛 光 膏 由 金 属 氧 化 物 粉 末 与 硬 脂 石 蜡 等 混 合, 并 制 成 软 块 状 根 据 氧 化 物 种 类, 般 将 抛 光 膏 分 为 白 膏 绿 膏 和 红 膏 三 类 白 膏 适 用 于 软 质 金 属 的 抛 光 和 多 种 镀 层 ( 如 镀 铜 镀 铜 锡 合 金 层 ) 的 精 抛 光 红 膏 适 用 于 钢 铁 制 品 的 抛 光, 也 可 用 于 细 磨 绿 膏 多 用 于 硬 质 合 金 钢 及 铬 镀 层 的 抛 光 抛 光 轮 的 圆 周 速 度, 也 因 被 抛 光 材 料 不 同 而 不 同 如 抛 光 铁 钢 镍 和 铬 时, 宜 采 用 30~50mm/s; 抛 光 银 钢 及 其 合 金 时, 宜 采 用 22~30mm/s; 抛 光 锌 锡 铅 铝 及 其 合 金 时, 采 用 18~25mm/s 为 宜 磨 抛 光 工 序 是 一 项 劳 动 强 度 很 大, 又 有 一 定 危 险 性 的 工 作 近 年 来 光 亮 镀 层 的 出 现, 抛 磨 工 作 量 有 所 下 降, 但 是 对 于 高 档 汽 车 的 装 饰 电 镀 零 件 来 说, 决 不 能 由 此 而 轻 视 磨 抛 工 作, 而 是 应 该 加 强 它 试 验 证 明, 制 品 优 良 的 磨 抛 光 质 量, 不 但 提 高 制 品 的 装 饰 性, 而 且 也 提 高 镀 层 的 耐 蚀 性 国 外 非 常 重 视 电 镀 前 的 表 面 质 量, 如 欧 洲 磨 削 制 品 协 会 标 准, 磨 料 粒 度 达 号, 甚 至 号 美 国 Crand Juncticn 公 司, 采 用 喷 砂 抛 光 镀 铜 后 再 次 抛 光 镀 双 层 镍 套 铬 的 电 镀 工 艺, 进 行 轿 车 车 轮 的 电 镀 而 国 内 CAl4l 的 车 头 锁, 采 用 的 是 240 号 磨 轮 磨 光 后, 一 步 法 电 镀 双 镍 套 铬 工 艺 这 也 许 就 是 我 国 与 国 外 电 镀 质 量 上 差 距 所 在 之 一 2. 汽 车 零 件 除 油 1) 汽 车 零 件 上 的 工 业 污 染 汽 车 零 件 在 机 械 加 工 热 处 理 磨 抛 光 等 工 序 中, 都 会 粘 附 上 各 种 油 脂 由 于 灰 尘 污 物 金 属 碎 屑 的 吸 附, 以 及 零 件 在 储 运 过 程 中 受 周 围 环 境 介 质 的 浸 蚀, 发 生 锈 蚀 等, 构 成 了 汽 车 零 件 上 的 工 业 污 物 汽 车 工 厂 清 除 零 件 上 工 业 污 物 的 工 作, 分 别 在 机 械 加 工 车 间 的 清 洗 机 与 电 镀 车 间 的 除 油 浸 蚀 工 段 来 完 成 2) 除 油 (1) 油 脂 的 分 类 随 着 当 代 机 械 加 工 技 术 的 发 展, 加 工 润 滑 油 淬 火 油 防 锈 油 的 成 分 也 越 来 越 复 杂 而 且, 那 些 粘 附 在 零 件 上 的 油 脂 和 污 物, 在 加 工 过 程 中, 还 会 与 周 围 介 质 发 生 反 应, 使 得 其 成 分 更 加 复 杂 尽 管 如 此, 人 们 还 是 习 惯 将 各 种 油 脂, 按 可 皂 化 油 与 不 可 皂 化 油 进 行 分 类 可 皂 化 油 即 含 有 脂 肪 酸 酯 的 动 植 物 油, 它 们 可 与 碱 发 生 皂 化 反 应, 生 成 甘 油 与 肥 皂 不 可 皂 化 油 即 含 有 烃 烷 类 的 矿 物 油, 它 们 不 能 与 碱 发 生 皂 化 反 应 (2) 有 机 溶 剂 除 油 有 机 溶 剂 无 论 对 可 皂 化 油, 还 是 不 可 皂 化 油 都 有 较 大 的 溶 解 能 力, 而 且 对 金 属 没 有 腐 蚀 作 用, 因 而 广 泛 地 在 生 产 中 得 到 应 用 但 是 由 于 有 机 溶 剂 价 格 高, 易 燃 有 毒 而 且 经 有 机 溶 剂 除 油 的 零 件, 在 溶 剂 挥 发 干 燥 过 程 中, 依 然 会 有 一 层 薄 薄 的 油 迹 留 在 零 件 表 面 上, 因 此 有 机 溶 剂 除 油 只 能 作 为 对 油 污 严 重 的 零 件 的 粗 除 油, 或 装 配 前 清 洗 对 于 要 进 行 电 镀 的 零 件, 还 必 须 再 用 其 他 除 油 方 法 进 行 补 充 处 理 同 时 在 采 用 如 汽 油 苯 等 蒸 汽 压 低, 挥 发 速 度 快 的 溶 剂 清 洗 零 件 时, 还 会 因 溶 剂 的 快 速 挥 发, 造 成 零 件 表 面 降 温, 出 现 凝 露, 发 生 锈 蚀 的 现 象 因 此 有 机 溶 剂 除 油 的 应 用, 在 许 多 地 方 已 经 被 氯 代 烃 类 溶 剂 或 水 溶 性 溶 剂 所 代 替 210

220 下 面 是 汽 车 工 厂 工 序 间 零 件 清 洗 的 几 个 典 型 实 例 第 9 章 电 镀 工 艺 211 石 油 溶 剂 清 洗 : 常 用 的 石 油 溶 剂 清 洗 剂 有 120 号 汽 油 和 200 号 ( 白 醇 ) 汽 油 含 铅 的 汽 油 因 有 毒 有 腐 蚀 性, 不 宜 作 清 洗 剂 用 汽 油 用 于 钢 铁 及 有 色 金 属 产 品 的 清 洗, 清 洁 后 工 件 表 面 由 于 汽 油 挥 发 而 吸 收 热 量, 工 件 表 面 温 度 下 降, 在 湿 度 大 的 环 节 中 易 发 生 凝 露, 以 致 引 起 产 品 锈 蚀, 防 止 的 方 法 可 在 最 后 一 次 清 洗 用 的 汽 油 中 加 入 少 量 (2%~5%) 置 换 型 防 锈 油 或 防 锈 剂, 例 如 : 石 油 横 酸 钠 1%,1% 苯 骈 三 氮 唑 酒 精 溶 液 1%; 司 苯 -80 1%, 蒸 馏 水 2%; 十 二 烷 基 醇 酰 胺 1%,200 号 汽 油 94% 此 清 洗 液 比 汽 油 清 洗 力 强, 对 手 汗 无 机 盐 和 油 脂 都 能 去 除 对 钢 和 钢 合 金 等 有 短 期 防 锈 作 用 主 要 用 于 精 密 零 件 超 声 波 清 洗 煤 油 或 轻 柴 油 : 无 腐 蚀 作 用 的 煤 油 或 轻 柴 油 均 可 做 清 洗 液 由 于 其 燃 点 比 汽 油 高 所 以 相 对 比 汽 油 安 全 挥 发 性 也 没 有 汽 油 大, 清 洗 后 干 得 慢, 而 且 常 留 下 微 量 油 迹, 所 以 不 易 引 起 零 件 锈 蚀 煤 油 在 汽 车 工 厂 的 清 洗 工 序 中 被 广 泛 采 用 如 汽 车 备 件 在 涂 防 锈 油 前, 采 用 二 次 煤 油 清 洗, 在 第 二 次 煤 油 清 洗 中 加 入 2%~5% 置 换 型 防 锈 油 以 提 高 其 清 洗 和 防 锈 性 氯 代 烃 与 有 机 烃 类 不 同, 具 有 性 质 稳 定, 挥 发 性 小, 不 易 燃 烧, 对 油 脂 的 溶 解 和 载 油 能 力 大 的 特 点 生 产 中 经 常 使 用 的 有 三 氯 乙 稀 四 氯 乙 稀 三 氯 乙 烷 二 氯 甲 烷 其 性 能 见 表 9-7 表 9-7 氯 代 烃 的 物 理 化 学 性 质 项 目 三 氯 乙 稀 四 氯 乙 稀 三 氯 乙 烷 二 氯 甲 烷 分 子 式 CHCl=CCl 2 CCl 2 =CCl 2 ClCH 2 CHCl 2 CH 2 Cl 2 分 子 量 密 度 1.465(20 ) ) 1.443(20 ) 1.326(4 ) 沸 点 黏 度 0.58(20 ) 0.88(20 ) 1.20(20 ) 0.430(20 ) 蒸 汽 压 58.6(20 ) 14.4(20 ) 16.2(20 ) 350(20 ) 蒸 汽 密 度 燃 点 无 无 无 无 比 热 容 0.227(20 ) 0.205(20 ) 0.270(20 ) 0.280(20 ) 汽 化 热 57cal/g 50.1cal/g 60.6cal/g 79.8cal/g 表 面 张 力 约 29dyn/cm(30 ) 32.3dyn/cm(20 ) 33.6dyn/cm(20 ) 28.2dyn/cm(20 ) 工 作 场 地 允 许 最 高 浓 度 % % % % 注 :1cal ( 卡 )=4.1868J;1dyn ( 达 因 )=10-5 N CA141 汽 车 轴 瓦, 背 面 是 SPCC 低 碳 钢 板, 正 面 是 由 Cu-Pb 粉 末 冶 金 烧 结 层 组 成 的 双 金 属 材 料, 在 轴 瓦 的 成 型 过 程 中, 粉 末 冶 金 层 的 微 孔 中, 吸 入 的 油 污, 采 用 一 般 除 油 方 法 很 难 除 去, 是 造 成 镀 层 起 泡 产 生 针 孔 等 疵 病 的 主 要 原 因 国 外 这 类 零 件 全 部 采 用 三 氯 乙 烯 除 油 工 艺 国 内 一 汽 热 处 理 厂 轴 瓦 电 镀 工 艺 为 : 三 氯 乙 烯 除 油 上 夹 具 电 解 除 油 水 211 标 准 分 享 网 免 费 下 载

221 212 汽 车 制 造 工 艺 洗 活 化 水 洗 电 镀 Pb-Sn 二 元 合 金 水 洗 烘 干 卸 夹 具 汽 车 零 件 的 油 污 多 为 性 质 各 异 的 各 种 污 物 组 成 的 复 合 污 物 因 此 选 用 单 一 的 溶 剂 进 行 除 污, 有 时 收 不 到 理 想 的 效 果 如 何 选 择 最 佳 的 溶 剂, 工 程 上 往 往 采 用 日 本 学 有 藤 田 先 生 创 立 的 有 机 概 念 图 进 行 选 择 (3) 化 学 除 油 化 学 除 油 是 利 用 热 碱 溶 液 对 可 皂 化 油 膜 的 皂 化 和 乳 化 剂 对 不 可 皂 化 油 脂 的 乳 化 作 用, 除 去 零 件 表 面 油 污 的 方 法 化 学 除 油 的 特 点 是 设 备 简 单, 操 作 容 易, 生 产 成 本 低, 除 油 液 无 毒, 不 易 燃 烧 同 时 由 于 化 学 除 油 兼 有 电 化 和 乳 化 作 用, 因 此 能 同 时 除 去 两 类 ( 皂 化 与 非 皂 化 ) 油 脂 但 是 化 学 除 油 也 存 在 着 除 油 所 需 时 间 较 长, 除 油 不 彻 底 等 缺 点, 因 此 只 能 作 为 镀 前 预 除 油 工 序 (4) 电 化 学 除 油 汽 车 工 厂 电 镀 生 产 的 特 点 是 大 批 量 快 节 奏, 多 采 用 自 动 线 生 产 化 学 除 油 因 其 效 率 低, 除 油 时 间 长 不 能 适 应 这 种 生 产 方 式 在 汽 车 工 厂 电 镀 自 动 线 上 普 遍 采 用 的 是 电 化 学 除 油 所 谓 电 化 学 除 油, 是 在 碱 性 溶 液 中, 将 金 属 制 品 作 为 阴 极 或 阳 极, 铁 板 作 为 辅 助 电 极 通 以 直 流 电 进 行 除 油 的 方 式 在 电 解 条 件 下, 阴 极 和 阳 极 产 生 极 化, 随 着 电 极 的 极 化, 制 品 表 面 的 电 荷 逐 渐 增 多, 电 荷 密 度 加 入, 表 面 电 荷 越 大, 金 属 与 溶 液 之 间 的 界 面 张 力 越 小, 溶 液 对 金 属 的 润 湿 性 越 强, 使 油 膜 与 金 属 粘 附 力 降 低, 最 终 将 油 膜 剥 离, 分 散 到 溶 液 中 去 这 种 由 于 电 极 极 化 而 引 起 的 乳 化 作 用, 只 要 电 极 极 化 存 在, 将 永 远 存 在 下 去 (5) 超 声 波 除 油 在 除 油 槽 液 中, 设 置 超 声 波 发 生 器 震 源, 利 用 超 声 波 产 生 的 空 化 效 应, 强 化 除 油 过 程 当 超 声 波 作 用 于 液 体 时, 反 复 交 替 地 产 生 瞬 间 负 压 力 和 瞬 间 正 压 力 在 产 生 负 压 的 半 周 期 内, 液 体 中 产 生 真 空 空 穴 液 体 蒸 汽 或 溶 解 于 溶 液 中 的 气 体 进 入 空 穴, 形 成 气 泡 接 着 在 正 压 力 的 半 周 期, 气 泡 被 压 缩 而 破 裂, 瞬 间 产 生 强 大 的 压 力 ( 高 达 上 千 个 大 气 压 ) 另 一 方 面, 超 声 波 在 密 度 不 同 的 异 相 界 面 处, 会 产 生 显 著 的 反 射 作 用, 由 于 这 个 反 射 音 压, 使 界 面 上 溶 液 激 烈 地 发 生 搅 动, 形 成 强 大 的 冲 刷 制 件 表 面 油 污 的 冲 击 力 从 而 实 现 强 化 除 油 过 程 使 用 超 声 波 清 洗 的 主 要 优 点 : 使 用 超 声 波 清 洗 时, 除 油 液 的 浓 度 可 以 减 少, 所 以 水 洗 的 工 序 可 以 减 少, 废 液 的 处 置 也 随 之 减 少 ; 使 用 超 声 清 洗 可 以 缩 短 除 油 时 间, 提 高 生 产 效 率, 可 以 使 除 油 工 序 在 自 动 线 内 进 行 生 产 (6) 固 体 除 油 固 体 除 油 是 利 用 物 质 的 热 膨 胀 与 吸 附 原 理, 将 零 件 表 面 微 孔 中 的 油 脂 吸 净 的 特 殊 除 油 方 法 对 于 像 粉 末 冶 金 类, 表 面 充 满 了 无 数 微 孔 的 零 件, 在 机 械 加 工 过 程 中, 在 孔 隙 中 总 是 要 吸 附 一 定 量 的 油 脂 采 用 有 机 溶 剂 化 学 除 油 电 化 学 除 油 都 很 难 将 孔 隙 中 的 油 脂 彻 底 清 除 在 电 镀 过 程 中, 吸 附 于 孔 隙 中 的 油 脂 会 慢 慢 地 从 孔 中 选 出, 并 较 长 时 间 地 停 留 在 孔 口, 造 成 孔 隙 附 近 沉 积 不 上 镀 层 或 镀 层 结 合 力 下 降 对 于 这 类 零 件 的 除 油, 曾 有 采 用 高 温 火 焰 焙 烧 的 方 法 但 易 造 成 零 件 退 火 或 熔 化 对 于 低 熔 点 金 属, 根 本 不 能 采 用 (7) 清 洗 机 清 洗 工 艺 汽 车 生 产 过 程, 零 件 表 面 上 的 油 污, 需 要 及 时 地 清 除, 为 下 一 道 工 序 提 供 一 个 满 足 工 艺 要 求 的 清 洁 表 面 这 类 清 洗 都 是 依 靠 安 装 在 生 产 线 上 的 清 洗 机 来 212

222 第 9 章 电 镀 工 艺 213 完 成 清 洗 机 的 工 作 原 理 是 依 靠 布 置 在 清 洗 室 和 漂 洗 室 内 上 下 左 右 密 集 排 列 的 喷 嘴, 将 经 过 泵 加 压 的 清 洗 液 和 漂 池 水 从 不 同 角 度 喷 射 清 洗 输 送 带 上 的 零 件 零 件 清 洗 后, 喷 淋 清 水 进 行 漂 洗, 进 入 吹 干 室 经 压 缩 空 气 吹 干 清 洗 后 的 回 液 通 过 过 滤 和 油 水 分 离 装 置 循 环 使 用 根 据 喷 射 压 力, 清 洗 可 分 为 低 压 清 洗 ( 压 力 2MPa) 和 高 压 清 洗 ( 压 力 5MPa) 发 动 机 零 件 清 洗 工 艺 见 表 9-8 表 9-8 发 动 机 零 件 清 洗 工 艺 清 洗 零 件 名 称 材 料 清 洗 剂 %(m/m) t ( ) 曲 轴 45# Na 2 CO 3 1~2.0 60~80 汽 缸 体 总 成 铸 铁 YX 03 1~2.0 30~40 对 于 装 配 尺 寸 有 严 格 要 求 的 零 件, 不 允 许 采 用 热 清 洗, 只 能 采 用 复 合 清 洗 剂 低 温 清 洗, 防 止 尺 寸 变 化, 影 响 装 配 对 于 普 通 零 件, 一 般 采 用 Wa%=l~2 的 碳 酸 钠 热 溶 液 清 洗 工 艺 从 上 述 工 艺 的 参 数 中, 可 以 看 出 这 类 清 洗 液 的 除 油 能 力 并 不 高, 主 要 依 靠 机 械 的 冲 刷 力 进 行 除 污, 复 合 清 洗 剂 成 分 主 要 由 碳 酸 钠 磷 酸 钠 等 碱 性 物 质 和 低 泡 表 面 活 性 剂 防 霉 剂 和 防 锈 剂 构 成 部 分 汽 车 零 件 清 洁 度 的 标 准 见 表 9-9 表 9-9 部 分 汽 车 零 件 清 洁 度 标 准 零 件 名 称 检 查 方 式 允 许 清 洁 度 标 准 (mg) 曲 轴 50~70 减 振 器 80 后 桥 壳 400 后 桥 总 成 不 解 体 900 后 桥 总 成 解 体 2500 缸 体 50 发 动 机 总 成 不 解 体 1500 发 动 机 总 成 解 体 4000 清 洗 机 正 常 工 作 时, 应 定 期 抽 检 清 洗 液 的 工 作 温 度 浊 度 和 清 洗 剂 的 浓 度 电 镀 电 镀 设 备 的 种 类 和 形 式 往 往 根 据 不 同 的 零 件 技 术 要 求 工 艺 产 量 而 有 所 不 同 根 据 电 镀 零 件 的 装 载 方 法 可 分 为 滚 镀 与 挂 镀 两 类 滚 镀 是 将 工 件 装 入 滚 筒 中, 然 后 注 入 电 镀 溶 液, 或 是 将 滚 筒 浸 入 镀 槽 溶 液 中, 滚 筒 一 道 回 转, 一 边 进 行 电 镀 因 为 滚 镀 不 像 挂 镀, 无 需 把 工 件 吊 在 挂 具 上, 成 本 较 低, 但 工 件 间 相 互 接 触, 难 于 进 行 装 饰 电 镀 滚 镀 适 于 螺 钉 螺 帽 垫 圈 之 类 小 零 件 的 防 锈 电 镀, 其 他 零 件 则 采 用 挂 镀 213 标 准 分 享 网 免 费 下 载

223 214 汽 车 制 造 工 艺 1. 镀 槽 电 镀 基 本 上 是 在 如 图 9.6 所 示 的 设 备 中 进 行 的 镀 槽 由 钢 板 制 成, 内 部 装 以 耐 蚀 衬 套, 其 形 状 与 尺 寸 决 定 于 电 镀 件 与 装 置 的 类 型 (a) 电 源 (b) 镀 槽 (c) 镀 液 循 环 回 路 图 9.6 电 镀 装 置 的 组 成 1 整 流 器 2 搅 拌 空 气 进 气 孔 3 阳 极 4 工 件 5 挂 具 6 过 滤 器 7 热 交 换 器 8 排 气 罩 9 气 体 洗 濯 塔 ( 通 向 排 气 鼓 风 机 ) 2. 电 源 多 以 电 压 为 10~20V 的 硒 硅 等 半 导 体 整 流 器 作 为 电 源 的 整 流 装 置 电 流 容 量 决 定 于 链 槽 内 零 件 的 表 面 积 与 电 流 密 度 镀 铜 镀 镍 时, 每 安 培 电 流 密 度 对 应 的 镀 液 量 一 般 为 2~ 4L, 镀 铬 时 为 0.6~1.0L 3. 镀 液 量 与 温 度 调 节 光 亮 电 镀 时, 镀 液 应 稳 定 过 滤, 所 用 过 滤 装 置 的 单 位 时 间 循 环 里, 常 为 镀 液 量 的 2~6 倍 镀 液 多 以 空 气 搅 拌, 空 气 必 须 保 持 清 洁, 防 止 镀 液 被 污 染 镀 液 的 温 度 调 节 多 采 用 外 热 式 热 交 换 器, 也 有 采 用 槽 内 安 装 蛇 形 管 的 4. 电 镀 装 置 的 操 作 方 式 电 镀 装 置 由 人 手 操 作 或 采 用 纸 带 程 序 控 制 其 类 型 一 般 可 分 为 移 动 吊 挂 式 将 吊 装 工 件 从 一 个 处 理 槽 移 入 另 一 个 处 理 槽, 以 及 升 降 式 装 置 本 身 具 有 升 降 与 横 行 机 构 等 两 种 吊 挂 式 电 镀 装 置 的 通 用 性 好, 可 根 据 零 件 形 状 控 制 电 镀 电 流 的 密 度 当 生 产 能 力 相 同 时, 其 占 地 面 积 比 升 降 式 大 30% 升 降 式 电 镀 装 置 难 于 按 每 种 零 件 调 整 电 镀 参 数, 适 用 于 单 一 品 种 或 形 状 类 似 零 件 的 大 量 生 产 5. 挂 具 与 辅 助 电 极 挂 具 主 要 由 铜 或 铜 合 金 制 成, 除 接 触 点 外, 全 部 包 覆 绝 缘 层 挂 具 对 生 产 率 和 电 镀 质 量 有 很 大 影 响, 电 镀 质 量 主 要 由 镀 膜 厚 度 来 保 证 在 镀 膜 厚 度 变 动 较 大 的 情 况 下, 为 了 确 保 最 低 膜 厚, 必 须 加 大 镀 膜 的 平 均 厚 度, 从 而 提 高 了 生 产 成 本 为 此, 在 不 易 获 得 均 匀 镀 膜 的 零 件 附 近 安 放 辅 助 极 或 隔 板, 尽 量 得 到 均 匀 的 镀 膜 辅 助 极 与 隔 板 的 使 用 情 况 如 图 9.7 所 示 214

224 第 9 章 电 镀 工 艺 215 (a) 大 灯 灯 圈 (b) 散 热 器 格 栅 (c) 样 件 图 9.7 辅 助 极 与 隔 板 用 例 后 处 理 (1) 镀 锌 件 的 铬 酸 盐 钝 化 处 理 镀 锌 后 一 般 进 行 铬 酸 盐 钝 化 处 理, 以 保 护 镀 层, 提 高 耐 蚀 性, 并 改 进 外 观 质 量 (2) 螺 钉 螺 帽 的 脱 氢 处 理 对 于 螺 钉 螺 帽 弹 簧 等 在 前 处 理 和 电 镀 过 程 中 发 生 氢 脆 性 问 题 的 零 件, 电 镀 后 加 热 至 180~200, 保 温 1 小 时 以 上, 进 行 脱 氢 处 理 (3) 铝 的 封 闭 处 理 铝 经 阳 极 氧 化 后, 在 沸 水 中 煮 或 用 加 压 蒸 汽 蒸, 进 行 封 闭 处 理, 形 成 完 整 皮 膜 (4) 装 饰 镀 铬 的 防 锈 处 理 随 着 对 装 饰 镀 铬 质 量 要 求 的 提 高, 例 如, 对 于 最 近 出 现 的 保 险 杆 内 面 的 防 锈 问 题, 多 采 用 石 蜡 类 防 锈 剂 进 行 防 锈 处 理 废 液 处 理 在 电 镀 车 间 的 有 害 废 水 中, 特 别 成 问 题 的 是 镀 锌 镀 铜 等 氰 盐 槽 和 前 处 理 槽 中 的 氰 根 离 子, 以 及 被 铬 和 铬 酸 盐 饨 化 处 理 槽 中 的 铬 酸 根 离 子 除 去 氰 离 子 的 主 要 反 应 是 以 氮 气 等 进 行 的 氧 化 反 应, 除 去 铬 酸 根 离 子 的 主 要 反 应 是 以 硫 酸 亚 铁 等 进 行 的 还 原 反 应 为 了 解 决 日 益 严 重 的 公 害 问 题, 最 近 已 采 用 不 使 用 有 害 物 质 的 电 镀 装 置, 或 是 虽 使 用 有 害 物 质, 但 这 些 物 质 在 电 镀 过 程 中 可 以 回 收 再 利 用, 这 种 所 谓 封 闭 系 统 的 设 计 方 案 已 基 本 形 成, 除 前 处 理 所 用 的 酸 槽 碱 槽 外, 已 经 出 现 封 闭 系 统 电 镀 装 置 的 实 例 电 镀 管 理 在 电 镀 质 量 检 验 方 法 中, 除 外 观 质 量 检 查 外, 都 属 于 破 坏 试 验 为 此, 必 须 在 制 造 过 程 中 确 保 产 品 质 量 特 别 是 自 动 化 电 镀 设 备, 一 旦 发 生 异 常 现 象, 就 有 出 现 大 量 不 合 格 品 的 危 险, 所 以 设 备 管 理 镀 液 管 理 十 分 重 要 表 9-10 列 举 了 主 要 的 管 理 项 目 215 标 准 分 享 网 免 费 下 载

225 216 汽 车 制 造 工 艺 表 9-10 电 镀 主 要 管 理 项 目 设 备 与 操 作 镀 液 1. 电 镀 电 流 2. 电 镀 时 间 3. 镀 液 搅 拌 情 况 与 过 滤 循 环 量 4. 水 洗 用 水 的 流 量 5. 挂 具 触 点 磨 损 程 度 1. 镀 液 成 分 与 浓 度 2. 镀 液 温 度 3.pH 值 4. 杂 质 浓 度 5. 添 加 剂 浓 度 9.4 电 镀 质 量 检 验 汽 车 行 驶 在 各 种 环 境 中, 而 电 镀 件 又 在 装 饰 方 面 具 有 极 高 的 附 加 价 值 为 此, 特 别 对 于 保 险 杆 之 类 外 饰 件 的 装 饰 镀 铬, 有 着 最 严 格 的 质 量 要 求 关 于 电 镀 质 量 的 规 定, 一 般 有 外 观 耐 蚀 性 镀 层 厚 度 附 着 力 硬 度 等 几 项 内 容 外 观 检 验 外 观 检 验 是 在 500 勒 均 匀 照 度 下, 于 50cm 远 处 对 检 测 面 进 行 观 察 对 比 标 准 样 件, 判 定 待 检 工 件 的 外 观 质 量 必 须 注 意 应 使 检 查 员 充 分 了 解 设 计 者 的 意 图, 否 则 会 有 使 检 查 失 之 过 严 或 过 宽 的 危 险 特 别 是 装 饰 电 镀, 对 于 与 使 用 寿 命 没 有 太 大 关 系 的 磨 抛 质 量 的 要 求, 应 该 从 整 车 状 态 考 虑, 确 定 适 当 的 标 准 外 观 检 验 的 不 合 格 率 因 零 件 形 状 与 材 料 而 异, 一 般 为 0.5%~2.0%, 外 观 不 合 格 项 目 见 表 9-11 表 9-11 电 镀 外 观 不 合 格 项 目 外 观 不 合 格 项 目 与 寿 命 关 系 不 合 格 原 因 剥 离 大 1 3 膨 胀 大 1 3 漏 底 大 漏 镀 大 4 5 气 孔 小 5 6 凹 痕 小 5 6 划 痕 小 2 7 凹 凸 无 1 2 磨 抛 纹 无 2 磨 抛 塌 边 无 2 变 形 无 2 7 烧 伤 ( 烧 焦 ) 无 5 6 暗 斑 无 5 6 红 斑 无 5 6 麻 点 无 4 6 注 *:1 原 材 料 2 磨 抛 3 前 处 理 4 电 镀 工 艺 设 备 5 电 镀 操 作 6 镀 液 管 理 7 搬 运 及 其 他 216

226 第 9 章 电 镀 工 艺 耐 蚀 性 试 验 测 定 耐 蚀 性, 可 采 用 盐 水 喷 雾 试 验 (JIS Z2371) 油 封 试 验 (JLSD 0201) 人 工 老 化 试 验 (JISD 0201) 等 促 进 腐 蚀 的 试 验 但 是, 单 纯 进 行 这 些 试 验, 还 难 于 得 到 充 分 可 靠 的 判 据, 且 试 验 时 间 也 长 因 此, 对 于 比 较 容 易 迅 速 测 定, 测 定 值 可 靠 性 高, 又 能 反 映 出 工 艺 条 件 的 镀 层 厚 度 作 出 规 定, 多 用 来 作 为 工 艺 管 理 的 代 用 特 性 指 标 硬 度 试 验 耐 磨 电 镀 的 硬 度 测 定, 多 采 用 显 微 硬 度 试 验 法 (JIS ) 除 外 观 检 查 外, 所 有 上 述 各 种 试 验 方 法 都 属 于 破 坏 性 试 验, 并 不 能 直 接 判 定 出 厂 产 品 的 质 量 所 以 将 代 用 特 性 控 制 在 管 理 范 围 之 内, 以 保 证 电 镀 质 量 的 方 法, 也 就 是 工 艺 保 证 的 方 法 显 得 特 别 重 要 此 外, 为 了 得 到 质 量 优 异 的 产 品, 除 工 艺 保 证 外, 尤 为 重 要 的 是, 在 产 品 设 计 阶 段 就 应 考 虑 电 镀 的 特 性 图 9.8 所 示 为 各 种 形 状 产 品 上 的 镀 层 厚 度 分 布 举 例 设 计 产 品 时, 使 零 件 形 状 适 合 电 镀 要 求, 这 样 做 不 仅 可 提 高 电 镀 质 量, 并 且 可 以 大 幅 度 地 降 低 电 镀 成 本 (a) (b) (c) (d) (e) (f) 图 9.8 在 各 种 形 状 工 件 上 镀 层 厚 度 分 布 举 例 (a) 最 大 厚 度 为 65μm, 最 小 厚 度 为 2.5μm, 平 均 厚 度 为 22μm; (b) 81μm,5μm,28μm;(c) 95μm,5μm,33μm;(d) 68μm,15μm,30μm; (e) 53μm,2.5μm,20μm;(f) 46μm,39μm,41μm 习 题 1. 电 镀 的 目 的 有 哪 些? 2. 汽 车 上 的 电 镀 大 致 可 以 分 为 几 类? 3. 电 镀 质 量 检 验 项 目 有 哪 些? 217 标 准 分 享 网 免 费 下 载

227 第 10 章 涂 漆 教 学 提 示 : 涂 漆 对 汽 车 车 身 具 有 防 腐 蚀 保 护 作 用 和 装 饰 作 用, 对 有 专 门 用 途 的 汽 车 还 具 有 标 志 作 用 根 据 汽 车 产 品 的 特 性, 要 求 涂 漆 质 量 具 有 极 高 的 水 平 汽 车 涂 料 一 般 是 指 制 造 新 汽 车 用 的 涂 料 及 辅 助 材 料 和 车 辆 修 补 用 的 涂 料 教 学 目 标 : 了 解 评 价 涂 漆 质 量 的 方 法, 了 解 汽 车 漆 的 特 性 掌 握 汽 车 车 身 涂 漆 各 工 序 的 目 的 与 作 业 内 容 了 解 几 种 常 见 的 涂 漆 方 法, 掌 握 外 貌 不 佳 缺 陷 发 生 的 原 因 与 保 证 质 量 的 措 施 了 解 国 内 外 汽 车 车 身 涂 装 工 艺 的 三 个 基 本 体 系 涂 装 是 指 将 涂 料 均 匀 涂 覆 在 车 身 覆 盖 件 表 面 上 并 干 燥 成 膜 的 工 艺 车 身 涂 料 涂 覆 在 车 身 表 面 时, 能 生 成 坚 韧 耐 磨 附 着 力 强 具 有 各 种 颜 色 和 防 锈 耐 潮 湿 耐 高 温 等 多 种 功 能 的 涂 膜 某 些 特 殊 涂 料 还 能 起 防 震 消 声 隔 热 作 用 汽 车 越 来 越 高 档, 用 户 在 选 购 汽 车 时, 除 了 要 求 汽 车 造 型 美 观 外, 还 要 求 流 行 色 化 和 与 汽 车 流 行 式 样 相 适 应 的 多 样 化 色 彩, 同 时 要 求 涂 膜 能 提 高 汽 车 的 使 用 寿 命 车 身 涂 装 对 汽 车 车 身 具 有 防 腐 蚀 保 护 作 用 和 装 饰 作 用, 对 有 专 门 用 途 的 汽 车 还 具 有 标 志 作 用 涂 料 工 业 的 发 展 水 平 在 一 定 程 度 上 反 映 了 一 个 国 家 的 国 民 经 济 发 展 水 平 ; 高 产 值 高 附 加 值 的 汽 车 涂 料, 又 代 表 着 涂 料 工 业 的 最 高 水 平 和 发 展 方 向 美 国 日 本 和 西 欧 是 全 球 涂 料 工 业 最 发 达 的 国 家 和 地 区 以 日 本 为 例, 从 1996 年 起, 年 产 涂 料 总 量 200 万 吨 左 右, 汽 车 用 涂 料 虽 只 占 20 %, 但 其 产 值 利 润 所 占 的 比 重 却 非 常 大 汽 车 涂 料 已 成 为 一 类 专 用 涂 料 汽 车 外 观 涂 料 不 仅 要 求 漂 亮 鲜 艳, 而 且 耐 候 性 要 优 良 也 就 是 说, 外 观 装 饰 性 光 泽 颜 色 鲜 映 性 (D.O.I) 要 好 耐 久 性 则 主 要 指 涂 层 的 抗 腐 蚀 性 和 耐 老 化 性 10.1 概 述 为 了 防 止 金 属 制 品 木 制 品 及 其 他 制 品 受 腐 蚀 和 破 坏, 可 采 用 各 种 保 护 涂 层 : 金 属 的 和 非 金 属 的 涂 层 金 属 涂 层 是 用 喷 镀 法 电 镀 法 或 氧 化 ( 处 理 ) 法 烧 蓝 法 磷 酸 盐 处 理 法 ( 也 就 是 化 学 处 理 法 ) 以 及 其 他 方 法 涂 装 于 制 品 的 表 面 上 非 金 属 的 油 漆 涂 层 比 其 他 各 种 保 护 涂 层 有 特 殊 的 便 利, 就 是 其 价 格 便 宜, 保 护 作 用 可 靠 因 此 它 们 被 广 泛 地 应 用 于 国 民 经 济 中 对 于 所 有 金 属 制 品, 大 约 有 60% 是 采 用 各 种 油 漆 涂 层 ( 即 熟 油 清 漆 和 色 漆 ) 来 保 护 的 上 述 这 些 涂 料 涂 饰 在 制 品 的 表 面 时, 在 干 燥 情 况 下 能 形 成 一 种 细 薄 的 漆 膜, 以 防 制 品 受 大 气 光 湿 气 和 化 学 试 剂 的 影 响 同 时 油 漆 涂 层 还 可 赋 予 各 种 制 品 以 美 丽 的 外 观 在 制 品 表 面 上 形 成 漆 膜 是 由 于 熟 油 清 漆 及 色 漆 的 组 成 中 存 在 有 成 膜 物 质, 属 于 这 种 成 膜 物 质 的 有 纯 粹 的 干 性 油, 以 及 油 类 树 脂 沥 青 纤 维 树 脂 及 在 有 机 溶 剂 里 的 某 些 其 他 产 品 等 的 溶 液

228 第 10 章 涂 漆 涂 漆 质 量 与 要 求 油 漆 涂 饰 形 成 透 明 ( 清 漆 ) 和 不 透 明 两 种, 评 价 涂 饰 质 量 从 以 下 几 个 方 面 进 行 (1) 涂 层 外 观 颜 色, 采 用 透 明 涂 饰, 外 观 颜 色 应 鲜 明 均 匀, 木 纹 清 晰 (2) 漆 膜 表 面 形 状 应 平 整 光 滑, 没 有 流 存 流 挂 缩 孔 涨 边 鼓 泡 皱 皮 等 涂 饰 缺 陷 (3) 亮 光 装 饰 抛 光 表 面 应 有 镜 面 般 光 泽 且 不 留 研 磨 缺 陷, 严 亚 光 装 饰 表 面 应 符 合 要 求 的 消 光 程 度 不 透 明 装 饰 要 求 与 透 明 装 饰 一 样, 只 是 不 显 露 木 纹, 色 漆 漆 膜 形 成 的 外 观 颜 色 应 均 匀 纯 正 (4) 漆 膜 应 达 到 一 定 厚 度, 具 有 很 高 的 附 着 力, 耐 磨 耐 寒 耐 温 差 作 为 汽 车 车 身 与 一 般 零 部 件 最 终 精 加 工 工 序 的 涂 漆, 其 目 的 与 一 般 的 涂 漆 相 同, 在 于 防 锈 与 美 观 然 而, 根 据 汽 车 这 种 产 品 的 特 性, 要 求 涂 漆 质 量 具 有 极 高 的 水 平 特 别 是 车 身 外 护 板 的 涂 漆 质 量, 要 求 在 世 界 上 任 何 环 境 中 长 时 间 连 续 使 用 时, 漆 膜 不 破 坏, 基 体 金 属 不 生 锈, 而 且 该 膜 的 光 泽 与 色 彩 无 明 显 下 降, 仍 然 相 当 美 观 根 据 这 些 特 点, 要 求 汽 车 漆 具 有 下 列 特 性 (1) 漂 亮 的 外 观 要 求 漆 膜 丰 满, 光 泽 华 丽 柔 和, 鲜 映 性 好, 色 彩 多 种 多 样, 并 符 合 潮 流 现 在 轿 车 上 多 使 用 金 属 闪 光 涂 料 和 含 有 云 母 珠 光 颜 料 的 涂 料, 使 其 外 观 看 上 去 更 加 赏 心 悦 目, 给 人 以 美 感 (2) 极 好 的 耐 候 性 耐 腐 蚀 性, 要 求 适 用 于 各 种 温 度 曝 晒 及 风 雨 侵 蚀, 在 各 种 气 候 条 件 下 保 持 不 失 光 不 变 色 不 起 泡 不 开 裂 不 脱 落 不 粉 化 不 锈 蚀 要 求 漆 膜 的 使 用 寿 命 不 低 于 汽 车 本 身 的 寿 命, 一 般 为 大 于 10 年 (3) 极 好 的 施 工 性 和 配 套 性 汽 车 漆 一 般 是 多 层 涂 装, 因 为 靠 单 层 涂 装 一 般 达 不 到 良 好 的 性 能, 所 以 要 求 各 涂 层 之 间 附 着 力 好, 无 缺 陷 并 要 求 涂 料 本 身 性 能 适 应 汽 车 工 业 现 代 化 的 涂 装 流 水 线 (4) 极 好 的 机 械 性 能 适 应 汽 车 的 高 速 多 震 和 应 变, 要 求 漆 膜 的 附 着 力 好, 坚 硬 柔 韧 耐 冲 击 耐 弯 曲 耐 划 伤 耐 摩 擦 等 性 能 优 越 (5) 极 好 的 耐 擦 洗 性 和 耐 污 性 要 求 耐 毛 刷 肥 皂 清 洗 剂 清 洗, 与 其 他 常 见 的 污 渍 接 触 后 不 留 痕 迹 (6) 良 好 的 可 修 补 性 涂 漆 工 艺 概 要 车 身 涂 漆 工 艺 因 汽 车 级 别 而 异 例 如, 货 车 与 轻 便 汽 车 进 行 底 漆 面 漆 两 次 涂 漆, 而 轿 车 则 常 需 头 道 底 漆 二 道 底 漆 面 漆 三 次 涂 漆 图 10.1 所 示 为 轿 车 车 身 涂 漆 工 艺 涂 料 汽 车 涂 料 就 是 指 涂 装 在 轿 车 吉 普 车 大 客 车 大 卡 车 等 各 种 类 型 的 汽 车 车 身 及 零 部 件 上 的 涂 料, 有 时 也 包 括 一 些 农 机 产 品 如 拖 拉 机 联 合 收 割 机 和 摩 托 车 用 涂 料, 一 般 是 指 制 造 新 汽 车 用 的 涂 料 及 辅 助 材 料 和 车 辆 修 补 用 涂 料 219 标 准 分 享 网 免 费 下 载

229 220 汽 车 制 造 工 艺 图 10.1 轿 车 车 身 涂 漆 工 艺 1. 汽 车 漆 的 主 要 类 型 按 涂 装 对 象 的 不 同, 汽 车 漆 可 分 为 新 车 原 装 涂 料 和 汽 车 修 补 漆 按 在 汽 车 上 的 涂 层 由 下 至 上 分 类 : 汽 车 用 底 漆, 现 多 为 电 泳 漆 ; 汽 车 用 中 间 层 涂 料, 即 中 涂 ; 汽 车 用 底 色 漆 ( 包 括 实 色 底 漆 和 金 属 闪 光 底 漆 ); 汽 车 用 面 漆, 一 般 指 实 色 面 漆, 不 需 要 罩 光 ; 汽 车 用 罩 光 清 漆 ; 汽 车 修 补 漆 按 涂 料 涂 装 方 式 分 类 : 汽 车 用 电 泳 漆 ; 汽 车 用 液 体 喷 漆 ; 汽 车 用 粉 末 涂 料 ; 汽 车 用 特 种 涂 料 如 PVC 密 封 涂 料 ; 涂 装 后 处 理 材 料 ( 防 锈 蜡 保 护 蜡 等 ) 按 在 汽 车 上 的 使 用 部 位 分 类 : 汽 车 车 身 用 涂 料 ; 货 厢 用 涂 料 ; 车 轮 车 架 等 部 件 用 的 耐 腐 蚀 涂 料 ; 发 动 机 部 件 用 涂 料 ; 底 盘 用 涂 料 ; 车 内 装 饰 用 涂 料 2. 汽 车 用 底 漆 的 特 点 及 常 用 品 种 汽 车 用 底 漆 就 是 直 接 涂 装 在 经 过 表 面 处 理 的 车 身 或 部 件 表 面 上 的 第 一 道 涂 料, 它 是 整 个 涂 层 的 开 始 根 据 汽 车 用 底 漆 在 汽 车 上 的 所 用 部 位, 要 求 底 漆 与 底 材 应 有 良 好 的 附 着 力, 与 上 面 的 中 涂 或 面 漆 具 有 良 好 配 套 性, 还 必 须 具 备 良 好 的 防 腐 性 防 锈 性 耐 油 性 耐 化 学 品 性 和 耐 水 性 当 然, 汽 车 底 漆 所 形 成 的 漆 膜 还 应 具 有 合 格 的 硬 度 光 泽 柔 韧 性 和 抗 石 击 性 等 机 械 性 能 随 着 汽 车 工 业 的 快 速 发 展, 对 汽 车 底 漆 的 要 求 也 越 来 越 高 20 世 纪 50 年 代, 汽 车 还 是 喷 涂 硝 基 底 漆 或 环 氧 树 脂 底 漆, 然 后 逐 步 发 展 到 溶 剂 型 浸 涂 底 漆 水 性 浸 涂 底 漆 阳 极 电 泳 底 漆 阴 极 电 泳 底 漆 目 前 比 较 高 档 的 汽 车 尤 其 是 轿 车 一 般 采 用 阴 极 电 泳 底 漆 阴 极 电 泳 底 漆 经 过 20 多 年 的 发 展, 同 时 也 经 过 引 进 先 进 技 术 和 工 艺, 现 在 已 经 能 很 好 地 满 足 底 漆 所 要 求 的 各 项 机 械 性 能 与 其 他 涂 层 的 配 套 性, 尤 其 是 现 代 的 流 水 线 涂 装 工 艺, 目 前 轿 车 用 底 漆 几 乎 已 全 部 使 用 阴 极 电 泳 底 漆 220

230 第 10 章 涂 漆 221 汽 车 用 溶 剂 型 底 漆 主 要 选 用 硝 基 树 脂 环 氧 树 脂 醇 酸 树 脂 氨 基 树 脂 酚 醛 树 脂 等 为 基 料, 颜 料 一 般 选 用 氧 化 铁 红 钛 白 炭 黑 及 其 他 颜 料 和 填 料, 涂 装 方 式 有 喷 涂 和 浸 涂 两 种 电 泳 漆 是 在 水 性 浸 涂 底 漆 的 基 础 上 发 展 起 来 的, 它 在 水 中 能 离 解 为 带 电 荷 的 水 溶 性 成 膜 聚 合 物, 并 在 直 流 电 场 的 作 用 下 泳 向 相 反 电 极 ( 被 涂 面 ), 在 其 表 面 上 不 沉 积 析 出 采 用 电 泳 涂 装 法 要 求 被 涂 物 一 定 是 电 导 体 根 据 所 采 用 的 电 泳 涂 装 方 式 的 不 同, 电 泳 底 漆 可 分 为 阳 极 电 泳 底 漆 和 阴 极 电 泳 底 漆 电 泳 底 漆 使 用 的 成 膜 聚 合 物 是 阴 阳 离 子 型 树 脂, 中 和 剂 为 无 机 碱 有 机 胺 或 有 机 酸, 颜 料 一 般 选 用 钛 白 和 炭 黑 等 3. 汽 车 用 中 涂 漆 的 特 点 及 常 用 品 种 汽 车 用 中 涂 也 称 二 道 浆, 就 是 用 于 汽 车 底 漆 和 面 漆 或 底 色 漆 之 间 的 涂 料 要 求 它 既 能 牢 固 地 附 着 在 底 漆 表 面 上, 又 能 容 易 地 与 它 上 面 的 面 漆 涂 层 相 结 合, 起 着 重 要 的 承 上 启 下 的 作 用 中 涂 除 了 要 求 与 其 上 下 涂 层 有 良 好 的 附 着 力 和 结 合 力, 同 时 还 应 具 有 填 平 性, 以 消 除 被 涂 物 表 面 的 洞 眼 纹 路 等, 从 而 制 成 平 整 的 表 面, 使 得 涂 饰 面 漆 后 得 到 平 整 丰 满 的 涂 层, 提 高 整 个 漆 膜 的 鲜 映 性 和 丰 满 度, 以 提 高 整 个 涂 层 的 装 饰 性 ; 还 应 具 有 良 好 的 打 磨 性, 从 而 打 磨 后 能 得 到 平 整 光 滑 的 表 面 腻 子 二 道 底 漆 和 封 闭 漆 都 是 涂 料 配 套 涂 层 的 中 间 层, 即 中 涂 腻 子 是 用 来 填 补 被 施 工 物 件 的 不 平 整 的 地 方, 一 般 呈 厚 浆 状, 颜 料 含 量 高, 涂 层 的 机 械 性 能 强 度 差, 易 脱 落, 所 以 目 前 大 量 流 水 线 生 产 的 新 车 已 不 再 使 用 腻 子, 有 时 仅 用 于 汽 车 修 补 封 闭 漆 是 涂 面 漆 前 的 最 后 一 道 中 间 层 涂 料, 涂 膜 呈 光 亮 或 半 光 亮, 一 般 仅 用 于 装 饰 性 要 求 较 高 的 涂 层 中 ( 例 如 汽 车 修 补 ), 这 种 涂 层 要 求 在 涂 面 漆 之 前 涂 一 道 封 闭 漆, 以 填 平 上 述 底 层 经 打 磨 后 遗 留 的 痕 迹, 从 而 得 到 满 意 的 平 整 底 层 目 前 新 车 原 始 涂 装 一 般 采 用 二 道 底 漆 作 为 中 间 涂 层 它 所 选 用 的 基 料 与 底 漆 和 面 漆 所 用 基 料 相 似, 这 样 就 可 保 证 达 到 与 上 下 涂 层 间 牢 固 的 结 合 力 和 良 好 的 配 套 性 该 二 道 中 涂 主 要 采 用 聚 酯 树 脂 氨 基 树 脂 环 氧 树 脂 聚 氨 酯 树 脂 和 粘 结 树 脂 等 作 为 基 料 ; 颜 料 和 填 料 选 用 钛 白 炭 黑 硫 酸 钡 滑 石 粉 气 相 二 氧 化 硅 等 二 道 中 涂 一 般 固 体 分 高, 可 以 制 得 足 够 的 膜 厚 ( 大 约 40μm); 机 械 性 能 好, 尤 其 是 具 有 良 好 的 抗 石 击 性 ; 另 外 还 具 有 表 面 平 整 光 滑, 打 磨 性 好, 耐 腐 蚀 性 耐 水 性 优 良 等 特 点, 对 汽 车 整 个 漆 膜 的 外 观 和 性 能 起 着 至 关 重 要 的 作 用 4. 汽 车 用 面 漆 特 点 及 常 用 品 种 汽 车 用 面 漆 是 汽 车 整 个 涂 层 中 的 最 后 一 层 涂 料, 它 在 整 个 涂 层 中 发 挥 着 主 要 的 装 饰 和 保 护 作 用, 决 定 了 涂 层 的 耐 久 性 能 和 外 观 等 汽 车 面 漆 可 以 使 汽 车 五 颜 六 色, 焕 然 一 新 汽 车 面 漆 是 整 个 漆 膜 的 最 外 一 层, 这 就 要 求 面 漆 具 有 比 底 层 涂 料 更 完 善 的 性 能 具 体 要 求 如 下 (1) 外 观 装 饰 保 证 汽 车 车 身 具 有 高 质 量 的 优 美 的 外 观, 具 有 光 彩 亮 丽 的 外 观 装 饰 性 (2) 硬 度 和 抗 崩 裂 性 面 漆 涂 膜 应 坚 硬 耐 磨, 以 保 证 涂 层 在 汽 车 行 驶 中 经 受 路 面 砂 石 的 冲 击 和 在 擦 洗 车 身 时 不 产 生 划 痕 裂 纹 (3) 耐 候 性 按 有 关 标 准, 要 求 汽 车 用 面 漆 涂 层 在 热 带 地 区 长 期 暴 晒 不 少 于 12 个 月 221 标 准 分 享 网 免 费 下 载

231 222 汽 车 制 造 工 艺 后, 只 允 许 极 轻 微 的 失 光 和 变 色, 不 得 有 起 泡 开 裂 和 锈 点 (4) 耐 潮 湿 性 和 防 腐 蚀 性 涂 过 面 漆 的 工 件 浸 泡 在 40~50 的 温 水 中, 暴 露 在 相 对 湿 度 较 高 的 空 气 中, 面 漆 应 不 起 泡 不 变 色 或 不 失 光 整 个 涂 装 体 系 具 有 较 强 的 防 腐 蚀 性 (5) 耐 药 剂 性 面 漆 涂 层 在 使 用 过 程 中, 若 与 蓄 电 池 酸 液 润 滑 油 制 动 液 汽 油 各 种 清 洗 剂 和 路 面 沥 青 等 直 接 接 触, 擦 净 后 接 触 面 不 应 变 色 或 失 光, 也 不 应 产 生 带 色 的 印 迹 (6) 施 工 性 在 大 量 流 水 生 产 中, 面 漆 的 涂 布 方 法 多 采 用 自 动 喷 涂 或 静 电 喷 涂, 烘 干 温 度 一 般 为 120~140, 时 间 为 30~40min 为 宜 在 装 饰 性 要 求 高 时, 面 漆 涂 层 应 具 有 优 良 的 抛 光 性 能, 这 样 能 满 足 汽 车 在 使 用 中 对 漆 面 光 泽 度 翻 新 的 要 求 随 着 汽 车 工 业 的 飞 速 发 展, 汽 车 用 面 漆 在 近 50 年 来, 无 论 在 所 用 的 基 料 方 面, 还 是 在 颜 色 和 施 工 应 用 方 面, 都 经 历 了 无 数 次 质 的 变 化 二 十 世 纪 三 四 十 年 代 主 要 采 用 硝 基 磁 漆 自 干 型 醇 酸 树 脂 磁 漆 和 过 氯 乙 烯 树 脂 磁 漆, 至 八 九 十 年 代 采 用 氨 基 醇 酸 磁 漆 中 固 聚 酯 磁 漆 热 塑 性 丙 烯 酸 树 脂 磁 漆 热 固 性 丙 烯 酸 树 脂 磁 漆 和 聚 氨 基 耐 污 性 等 都 有 了 显 著 的 提 高, 从 而 大 大 改 善 了 面 漆 的 保 护 性 能 与 此 同 时 汽 车 面 漆 在 颜 色 方 面 也 逐 渐 走 向 多 样 化, 使 汽 车 外 观 更 丰 满 更 诱 人 进 入 20 世 纪 90 年 代 以 来, 为 执 行 全 球 性 和 地 区 环 保 法, 减 少 汽 车 面 漆 挥 发 分 的 排 放 量, 开 始 研 究 探 索 和 采 用 水 性 汽 车 面 漆 目 前 一 些 西 方 发 达 国 家 的 新 建 汽 车 涂 装 线 上, 已 采 用 了 水 性 汽 车 面 漆, 国 内 基 本 上 还 处 于 溶 剂 型 汽 车 面 漆 阶 段 如 上 所 述, 汽 车 面 漆 的 主 要 品 种 是 磁 漆, 一 般 具 有 鲜 艳 的 色 彩 较 好 的 机 械 性 能 以 及 满 意 的 耐 候 性 汽 车 用 面 漆 多 数 为 高 光 泽 的, 有 时 根 据 需 要 也 采 用 半 光 的 锤 纹 漆 等 面 漆 所 采 用 的 树 脂 基 料 基 本 上 与 底 层 涂 料 相 一 致, 但 其 配 方 组 成 却 截 然 不 同 例 如, 底 层 涂 料 的 特 点 是 颜 料 分 高, 配 料 预 混 后 易 增 稠, 生 产 及 贮 存 过 程 中 颜 料 易 于 沉 淀 等 而 面 漆 在 生 产 过 程 中 对 细 度 颜 色 涂 膜 外 观 光 泽 耐 候 性 方 面 的 要 求 更 为 突 出, 原 料 和 工 艺 上 的 波 动 都 会 明 显 地 影 响 涂 膜 性 能, 对 加 工 的 精 细 度 要 求 更 加 严 格 汽 车 车 身 用 面 漆 的 种 类 很 多, 按 其 成 分 主 要 有 表 10-1 所 示 的 几 大 类 目 前 高 档 汽 车 和 轿 车 车 身 主 要 采 用 氨 基 树 脂 醇 酸 树 脂 丙 烯 酸 树 脂 聚 氨 酯 树 脂 中 固 聚 酯 等 树 脂 为 基 料, 选 用 色 彩 鲜 艳 耐 候 性 好 的 有 机 颜 料 和 无 机 颜 料 如 钛 白 酞 菁 颜 料 系 列 有 机 大 红 等 另 外 还 必 须 添 加 一 些 助 剂 如 紫 外 吸 收 剂 流 平 剂 防 缩 孔 剂 电 阻 调 节 剂 等 来 达 到 更 满 意 的 外 观 和 性 能 表 10-1 汽 车 车 身 涂 装 常 用 面 漆 型 号 名 称 组 成 性 能 施 工 注 意 事 项 应 用 B01 10 B05 4 甲 基 丙 烯 酸 脂 丙 漆 膜 有 较 好 的 光 供 B05 4 面 漆 用 于 轿 车 车 身 烯 酸 脂 甲 基 丙 烯 酸 泽 硬 度 丰 满 度, 罩 光 用 丙 烯 酸 β- 烃 乙 酸 二 聚 氰 胺 以 及 防 湿 热, 防 盐 清 烘 漆 甲 醛 树 脂 增 韧 剂 雾, 防 霉 变 的 性 能, 苯 酮 类 溶 剂 保 色 保 光 性 极 好 加 颜 料, 其 余 与 丙 热 固 性 漆, 烘 干 用 B05 4 烘 漆 并 用 于 光 泽 要 求 高 及 烯 酸 清 烘 漆 组 成 相 同 后 漆 膜 丰 满, 光 泽 掺 入 质 量 分 数 为 三 防 性 能 好 的 轿 车 各 色 丙 烯 酸 和 硬 度 良 好, 保 色 50%~70% 的 B01 车 身 烘 漆 保 光 性 极 好, 三 防 10 清 烘 漆 喷 涂 罩 性 能 好 光, 作 为 最 后 工 序 222

232 第 10 章 涂 漆 223 型 号 名 称 组 成 性 能 施 工 注 意 事 项 应 用 A01 10 氨 基 树 脂 三 羟 甲 漆 膜 坚 硬, 光 泽 作 为 A05 15 面 用 于 轿 车 室 外 金 属 氨 基 清 基 丙 烷 醇 酸 丁 醇 二 平 滑, 耐 潮 及 耐 候 漆 罩 光 用 表 面 罩 光 烘 漆 甲 苯 性 好 氨 基 酸 树 脂 三 羟 漆 膜 硬 度 高, 光 与 电 泳 底 漆, 环 用 于 中 级 轿 车 车 身 A05 15 甲 基 丙 烷 脱 水 蓖 麻 亮 度 好, 漆 膜 丰 满, 氧 树 脂 底 漆 配 套, 各 色 氨 泊 醇 酸 树 脂 有 机 耐 候 性 优 良, 附 着 进 入 烘 干 室 之 前, 基 酸 烘 漆 溶 剂 力 好, 抗 水 性 强 应 在 常 温 下 静 置 15min 植 物 油 改 性 醇 酸 树 较 好 的 耐 候 性, 加 少 量 氨 基 酸 树 用 于 汽 车 驾 驶 室 表 C04 49 脂 颜 料 加 少 量 氨 附 着 力, 耐 水 耐 油 脂 起 防 皱 作 用, 故 面 涂 布 各 色 醇 基 树 脂 催 干 剂 二 性 也 较 好 可 一 次 喷 的 较 厚, 酸 磁 漆 甲 苯 烘 干 120~130, 时 间 30min 低 黏 度 硝 化 绵 有 漆 膜 光 亮 平 滑, 面 漆 总 厚 度 层 控 中 高 级 轿 车 车 身 Q04 31 硝 基 磁 漆 机 硅 改 性 椰 子 油 坚 硬 丰 满, 耐 磨, 制 100μm 以 内, 在 醇 酸 树 脂 氨 基 树 脂 耐 温 变 及 机 械 强 100~110 烘 1h, 增 韧 剂 溶 剂 ( 酯 度 较 好, 户 外 耐 久 可 提 高 耐 温 变 性 醇 苯 ) 性 好 5. 汽 车 用 金 属 闪 光 底 色 漆 的 特 点 及 主 要 品 种 所 谓 金 属 闪 光 底 色 漆 就 是 作 为 中 涂 层 和 罩 光 清 漆 层 之 间 的 涂 层 所 用 的 涂 料 它 的 主 要 功 能 是 着 色 遮 盖 和 装 饰 作 用 金 属 闪 光 底 漆 的 涂 膜 在 日 光 照 耀 下 具 有 鲜 艳 的 金 属 光 泽 和 闪 光 感, 给 整 个 汽 车 添 装 诱 人 的 色 彩 金 属 闪 光 底 漆 之 所 以 具 有 这 种 特 殊 的 装 饰 效 果, 是 因 为 该 涂 料 中 加 入 了 金 属 铝 粉 或 珠 光 粉 等 效 应 颜 料 这 种 效 应 颜 料 在 涂 膜 中 定 向 排 列, 光 线 照 过 来 后 通 过 各 种 有 规 律 的 反 射 透 射 或 干 涉, 最 后 人 们 就 会 看 到 有 金 属 光 泽 的 随 角 度 变 光 变 色 的 闪 光 效 果 溶 剂 型 金 属 闪 光 底 漆 的 基 料 有 聚 酯 树 脂 氨 基 树 脂 共 聚 蜡 液 和 CAB 树 脂 液 其 中 聚 酯 树 脂 和 氨 基 树 脂 可 提 供 烘 干 后 坚 硬 的 底 色 漆 漆 膜, 共 聚 蜡 液 使 效 应 颜 料 定 向 排 列,CAB 树 脂 液 主 要 是 用 来 提 高 底 色 漆 的 干 燥 速 率, 提 高 体 系 低 固 体 分 下 的 黏 度, 阻 止 铝 粉 和 珠 光 颜 料 在 湿 漆 膜 中 杂 乱 无 章 的 运 动 和 防 止 回 溶 现 象 有 时 底 漆 中 还 加 入 一 点 聚 氨 酯 树 脂 来 提 高 抗 石 击 性 能 目 前 国 内 汽 车 涂 装 线 一 般 采 用 溶 剂 型 闪 光 底 色 漆, 而 在 一 些 西 方 发 达 国 家 已 经 大 量 使 用 水 性 底 色 漆 典 型 的 闪 光 底 色 漆 配 方 组 成 见 表 10-2 表 10-2 典 型 闪 光 底 色 漆 配 方 续 表 基 料 溶 剂 颜 料 增 稠 剂 助 剂 15%~20% 丙 烯 酸 - 聚 氨 酯 - 氨 基 树 脂, 用 胺 进 行 水 稀 释 11%~13% 聚 酯 - 氨 基 树 脂 混 合 物 10%~15% 水 乙 二 醇 醇 ;70%~90% 酯 脂 肪 烃 1%~20% 铝 粉 珠 光 粉 着 色 颜 料 ;1%~10% 铝 粉 珠 光 粉 着 色 颜 料 <1%pH 控 制 增 稠 剂 ;1%~5% 没 有 真 的 增 稠 剂, 但 有 控 制 排 列 效 果 的 原 料 <1% 润 湿 剂 消 泡 剂 快 干 剂 ;<1% 润 湿 剂 223 标 准 分 享 网 免 费 下 载

233 224 汽 车 制 造 工 艺 6. 汽 车 用 塑 料 涂 料 的 主 要 品 种 随 着 塑 料 产 品 质 量 的 调 整 发 展, 性 能 的 不 断 提 高, 汽 车 工 业 已 经 越 来 越 多 地 采 用 工 程 塑 料 来 代 替 各 种 金 属 材 料 因 为 塑 料 的 密 度 低, 耐 腐 蚀 性 能 好, 力 学 性 能 也 不 低 于 金 属 材 料, 这 样 就 可 实 现 汽 车 的 轻 量 化 目 前 汽 车 生 产 企 业 所 用 的 塑 料 主 要 是 PP/EPDM( 聚 丙 烯 / 乙 烯 - 丙 烯 - 二 烯 三 元 共 聚 物 ) 混 合 塑 料 ( 用 做 保 险 杠 ) PP 和 ABS 混 合 塑 料 ( 用 做 其 他 车 内 部 件 如 阻 流 板 汽 闸 等 ) 聚 醚 醚 酮 (PEEK) 聚 砜 (PSF) 等 这 些 塑 料 部 件, 特 别 是 用 于 车 体 外 部 的 需 要 涂 装 涂 料, 涂 装 塑 料 部 件 的 原 因 很 多, 主 要 包 括 : 与 整 个 车 身 外 观 一 致 ; 着 色 并 达 到 所 要 求 的 光 泽 ; 遮 盖 未 精 饰 模 制 件 的 缺 陷 和 流 痕, 减 少 表 面 的 孔 隙 和 凹 槽 ; 提 高 耐 磨 性 和 耐 化 学 品 性 ; 提 高 耐 紫 外 光 性 ; 保 护 底 材, 赋 予 耐 燃 性 耐 润 滑 油 性 和 抗 划 伤 性 汽 车 生 产 一 般 使 用 耐 热 性 相 对 较 低 的 热 塑 料, 因 而 就 不 可 能 在 这 些 底 材 上 使 用 要 求 较 高 烘 烤 温 度 ( 大 于 100 ) 的 涂 料, 所 以 一 般 汽 车 漆 体 系 都 很 难 应 用 于 很 柔 韧 的 塑 料 部 件, 它 适 应 不 了 金 属 件 涂 料 所 需 的 较 高 的 温 度, 所 以 塑 料 部 件 必 须 在 线 外 施 工, 但 仍 要 求 该 汽 车 塑 料 部 件 具 有 优 异 的 耐 候 性 耐 化 学 品 侵 蚀 性 以 及 与 车 身 完 全 一 致 的 良 好 的 外 观 因 此 必 须 注 意 塑 料 部 件 应 使 用 与 金 属 件 颜 色 和 光 泽 相 匹 配 的 无 缺 陷 的 性 能 一 致 的 汽 车 塑 料 涂 料 汽 车 塑 料 涂 料 与 其 他 金 属 部 件 用 涂 料 相 似, 也 分 为 底 漆 底 色 漆 清 漆 或 面 漆 ( 面 漆 用 来 代 替 底 色 漆 / 清 漆 体 系 ) 底 漆 可 直 接 涂 在 经 表 面 处 理 过 的 塑 料 底 材 表 面 上, 一 般 要 求 膜 厚 30μm 左 右, 以 完 全 覆 盖 部 件 表 面 的 流 痕 和 缺 陷 环 氧 - 聚 酰 胺 双 组 分 塑 料 底 漆 主 要 用 于 汽 车 前 后 保 险 杠 上, 因 为 保 险 杠 一 般 是 聚 丙 烯 的, 该 底 漆 中 还 加 入 了 少 量 氯 化 聚 丙 烯 作 为 基 料 以 提 高 底 漆 的 附 着 力 另 外 还 有 溶 剂 型 单 / 双 组 分 聚 氨 酯 底 漆 用 于 汽 车 保 险 杠 和 其 他 塑 料 部 件 上 底 色 漆 一 般 多 采 用 与 金 属 部 件 用 底 色 漆 组 分 相 同 的 体 系, 膜 厚 一 般 为 10~15μm 清 漆 主 要 是 溶 剂 型 双 组 分 聚 氨 酯 体 系, 即 将 聚 丙 烯 酸 酯 及 聚 酯 类 与 多 异 氰 酸 酯 结 合, 其 漆 膜 能 达 到 所 需 的 柔 韧 度, 还 具 有 高 耐 化 学 品 性 和 良 好 的 机 械 性 能 清 漆 膜 度 一 般 要 求 约 35μm, 以 提 供 色 饱 和 度, 并 能 达 到 与 车 身 一 致 的 光 泽 塑 料 单 色 面 漆 也 是 采 用 双 组 分 聚 氨 酯 体 系 来 达 到 与 车 身 一 致 的 外 观 和 性 能 要 求 各 种 汽 车 塑 料 涂 料 的 烘 烤 温 度 均 在 80 左 右 7. 汽 车 用 阻 尼 涂 料 的 特 点 及 主 要 品 种 随 着 我 国 汽 车 特 别 是 旅 行 车 及 轿 车 向 高 档 化 发 展, 对 保 温 防 震 消 声 涂 料 的 性 能 提 出 了 更 高 的 要 求 这 种 用 来 提 高 密 闭 性 降 低 震 动 减 少 噪 声 提 高 汽 车 的 舒 适 性 和 车 身 缝 隙 间 的 耐 腐 蚀 性 车 底 涂 料 是 在 车 身 底 板 下 表 面, 尤 其 是 易 受 石 击 的 轮 罩 挡 泥 板 表 面, 增 涂 的 1~2μm 厚 的 耐 磨 ( 具 有 抗 石 击 性 ) 涂 层, 它 可 以 提 高 车 底 部 件 的 耐 撞 击 性 和 耐 冲 刷 性, 提 高 其 耐 腐 蚀 能 力 和 汽 车 的 使 用 寿 命 防 声 涂 料 是 为 减 轻 因 震 动 产 生 的 噪 声 而 涂 装 的 涂 料 20 世 纪 50 年 代, 阻 尼 涂 料 一 般 采 用 仿 苏 牌 号 580, 是 沥 青 石 棉 纤 维 厚 浆 型 阻 尼 涂 料, 后 又 开 发 了 溶 剂 型 合 成 树 脂 阻 尼 涂 料, 但 都 不 太 理 想 最 近 几 年 来, 汽 车 阻 尼 涂 料 一 般 采 用 以 聚 氯 乙 烯 树 脂 ( 即 PVC) 为 主 要 基 料 制 成 的 一 种 无 溶 剂 的 PVC 系 列 涂 料, 其 固 体 分 224

234 第 10 章 涂 漆 225 一 般 可 达 到 100% 这 种 PVC 涂 料 有 较 好 的 硬 度 伸 长 率 剪 切 强 度 和 拉 伸 强 度, 能 很 好 的 满 足 阻 尼 涂 料 的 性 能 要 求 8. 汽 车 用 粉 末 涂 料 的 特 点 及 主 要 品 种 粉 末 涂 料 是 以 固 体 树 脂 和 颜 料 填 料 及 助 剂 等 组 成 的 固 体 粉 末 状 合 成 树 脂 涂 料 和 普 通 溶 剂 型 涂 料 及 水 性 涂 料 不 同, 它 的 分 散 介 质 不 是 溶 剂 和 水, 而 是 空 气 它 具 有 无 溶 剂 污 染,100% 成 膜, 能 耗 低 的 特 点 粉 末 涂 料 有 热 塑 性 和 热 固 性 两 大 类 热 塑 性 粉 末 涂 料 的 涂 膜 外 观 ( 光 泽 和 流 平 性 ) 较 差, 与 金 属 之 间 的 附 着 力 也 差, 所 以 在 汽 车 涂 装 领 域 中 应 用 极 少, 汽 车 涂 装 一 般 采 用 热 固 性 粉 末 涂 料, 热 固 性 粉 末 涂 料 是 以 热 固 性 合 成 树 脂 为 成 膜 物 质, 在 烘 干 过 程 中 树 脂 先 熔 融, 再 经 化 学 交 联 后 固 化 成 平 整 坚 硬 的 涂 膜 该 种 涂 料 形 成 的 漆 膜 外 观 和 各 种 机 械 性 能 及 耐 腐 蚀 性 均 能 满 足 汽 车 涂 饰 的 要 求 汽 车 用 粉 末 涂 料 的 制 造 一 般 采 用 干 法 ( 干 混 法 和 熔 融 混 合 法 ), 工 艺 流 程 为 : 干 混 合 ( 树 脂 固 体 剂 颜 填 料 助 剂 ) 熔 融 混 合 冷 却 粗 粉 碎 细 粉 碎 分 级 成 品 施 工 方 法 主 要 采 用 静 电 喷 涂 汽 车 用 粉 末 涂 料 一 般 有 环 氧 粉 末 涂 料 聚 酯 粉 末 涂 料 丙 烯 酸 粉 末 涂 料 环 氧 / 聚 酯 混 合 型 粉 末 涂 料 和 聚 酯 / 聚 氨 酯 粉 末 涂 料 等 粉 末 涂 料 目 前 可 广 泛 地 用 于 汽 车 的 各 种 零 部 件 ( 如 汽 车 底 盘 车 轮 车 轴 等 ) 和 汽 车 内 外 部 装 饰 粉 末 涂 料 自 20 世 纪 70 年 代 初 期 开 始 应 用 于 汽 车 领 域 以 来, 已 经 取 得 了 很 大 的 成 功, 特 别 是 近 年 来 获 得 了 飞 快 的 发 展 它 一 方 面 大 大 减 少 了 VOC 排 放 量, 另 一 方 面 又 大 大 提 高 了 涂 料 的 利 用 率 但 目 前 汽 车 粉 末 涂 料 的 应 用 主 要 在 欧 洲 和 北 美, 而 在 我 国, 汽 车 用 粉 末 涂 料 水 平 还 远 远 落 后, 实 际 应 用 也 很 少, 绝 大 部 分 限 于 铝 轮 毂 的 涂 料, 但 发 展 前 景 十 分 广 阔 日 本 轿 车 涂 漆, 一 般 采 用 烤 漆 如 前 所 述, 其 标 准 工 艺 为 三 道 涂 漆 部 分 货 车 与 轻 便 汽 车 为 两 道 涂 漆, 而 高 级 轿 车 也 有 采 用 四 道 涂 漆 的 表 10-3 列 举 了 典 型 的 三 道 涂 漆 工 艺 所 用 的 涂 料 表 10-4 为 新 型 的 防 公 害 涂 料 表 10-3 汽 车 涂 漆 所 用 涂 料 车 身 外 护 板 涂 料 涂 漆 法 主 要 成 分 目 的 备 注 1 马 来 油 ; 2 聚 酯 ; 钢 板 结 合 部 箱 型 构 造 电 泳 应 作 废 水 处 理 3 环 氧 ; 内 部 的 防 锈 头 道 底 漆 涂 料 4 水 溶 性 聚 丁 二 烯 喷 涂 1 环 氧 改 性 醇 酸 ; 与 机 体 金 属 紧 密 结 合 应 作 溶 剂 排 气 2 酚 醛 改 性 醇 酸 防 锈 处 理 刮 腻 子 刮 涂 1 环 氧 ; 2 醇 酸 ; 3 聚 酯 ; 4 聚 氨 酯 机 体 金 属 修 整 二 道 底 漆 涂 料 喷 涂 1 三 聚 氰 胺 胺 醇 酸 ; 改 进 面 漆 质 量 与 一 般 漆 应 作 溶 剂 排 气 2 环 氧 改 性 醇 酸 ; 膜 性 能 处 理 3 酚 醛 改 性 醇 酸 225 标 准 分 享 网 免 费 下 载

235 226 汽 车 制 造 工 艺 底 盘 零 件 其 他 续 表 涂 料 涂 漆 法 主 要 成 分 目 的 备 注 面 漆 涂 料 喷 涂 1 三 聚 氰 胺 胺 醇 酸 ; 2 丙 烯 酸 树 脂 ; 3 聚 氨 酯 同 上 喷 涂 ; 底 盘 各 部 涂 料 刷 涂 防 声 涂 料 ( 胶 ) 防 喷 涂 震 涂 料 ( 胶 ) 喷 涂 ; 自 然 干 燥 型 补 修 用 刮 涂 ; 涂 料 刷 涂 防 锈 剂 漆 膜 保 护 剂 密 封 胶 喷 涂 ; 刷 涂 喷 涂 ; 刷 涂 以 特 殊 喷 枪 充 填 1 邻 苯 二 甲 酸 酐 ; 2 二 聚 氰 酰 胺 醇 酸 车 的 底 部 防 锈 1 塑 料 溶 胶 ; 底 部 的 防 声 防 震 耐 2 沥 青 冲 击 1 高 固 体 份 漆 ; 烤 漆 补 修 用 上 述 2 丙 烯 酸 漆 ; 补 修 面 漆 涂 料 3 聚 氨 酯 1 石 蜡 ; 车 的 底 部 和 箱 形 构 造 2 各 类 树 脂 的 防 锈 1 石 蜡 ; 2 粉 剂 漆 膜 保 护 塑 料 溶 剂 钢 板 锁 合 处 的 防 尘 防 水 防 锈 表 10-4 新 型 的 防 公 害 材 料 涂 料 主 要 成 分 备 注 1 氧 化 乙 烯 树 脂 ; 2 环 氧 ; 3 聚 酯 ; 粉 末 涂 料 4 聚 乙 烯 ; 是 一 种 不 使 用 溶 剂 的 完 全 无 公 害 涂 料, 必 5 聚 丙 烯 ; 须 使 用 新 的 涂 漆 设 备, 烤 漆 温 度 高 6 尼 龙 ; 7 聚 四 氟 乙 烯 ; 8 其 他 各 种 树 脂 类 涂 料 : 水 性 涂 料 1 乳 化 性 ; 以 水 为 溶 剂, 不 易 得 到 较 厚 漆 膜, 易 受 温 2 胶 化 性 ; 度 湿 度 影 响 3 水 溶 性 NAD 各 种 树 脂 使 用 无 公 害 有 机 溶 剂 溶 剂 置 换 型 涂 料 各 种 树 脂 使 用 无 公 害 有 机 溶 剂 10.2 涂 漆 工 艺 与 设 备 涂 漆 工 艺 设 计 226 设 计 涂 漆 工 艺 时, 在 充 分 理 解 各 工 序 目 的 与 作 业 内 容 的 基 础 上, 必 须 设 计 出 符 合 产 品

236 第 10 章 涂 漆 227 质 量 要 求 的 涂 漆 工 艺 以 下 着 重 介 绍 汽 车 车 身 涂 漆 各 工 序 的 目 的 与 作 业 内 容 1. 涂 漆 前 处 理 汽 车 在 涂 漆 之 前, 不 论 是 零 部 件 大 件 工 件 或 整 车, 都 要 先 将 金 属 表 面 的 油 污 锈 蚀 等 杂 物 彻 底 清 除 干 净 后, 方 可 涂 头 道 底 漆 ( 即 有 防 锈 作 用 的 底 漆 ), 这 样 才 能 使 漆 膜 直 接 附 着 于 金 属 表 面, 起 到 防 锈 作 用, 提 高 漆 膜 的 附 着 能 力, 使 漆 膜 真 正 起 到 防 锈 和 保 护 金 属 的 作 用 对 于 2mm 以 下 的 金 属 工 件, 如 型 材 蒙 皮 等, 除 应 先 除 油 除 锈 外, 还 必 须 再 经 过 磷 化, 使 表 面 形 成 一 层 薄 而 均 匀 细 致 的 磷 化 膜, 方 可 涂 头 道 底 漆 反 之, 由 于 金 属 工 件 较 薄, 不 经 磷 化 就 涂 底 漆, 很 易 使 漆 层 下 面 的 金 属 产 生 锈 蚀, 日 积 月 累, 锈 蚀 不 断 扩 大, 最 后 顶 破 漆 膜, 使 漆 层 失 去 保 护 金 属 的 作 用 严 重 时 会 蚀 透 金 属 层, 损 坏 制 件, 大 大 缩 短 制 件 的 使 用 寿 命 涂 漆 前 处 理 是 在 车 身 金 属 基 体 表 面 上 形 成 磷 化 膜, 以 提 高 其 防 锈 能 力 及 其 与 底 漆 的 结 合 能 力 前 处 理 工 序 包 括 脱 脂 磷 化 清 洗 等 内 容, 如 图 10.2 所 示 图 10.2 前 处 理 工 序 对 于 汽 车 涂 装 来 说, 根 据 交 通 部 对 汽 车 生 产 厂 或 改 装 厂 等 的 涂 装 要 求, 凡 汽 车 用 的 金 属 零 部 件, 客 车 的 整 车 的 外 壳 件, 载 重 汽 车 的 驾 驶 室 等 金 属 件, 其 厚 度 在 2mm 以 下 的, 必 须 先 经 过 磷 化 处 理 后 方 可 进 行 涂 漆 根 据 这 一 规 定, 各 种 汽 车 制 造 或 改 装 所 用 厚 度 在 2mm 以 下 的 型 材 蒙 皮 等 金 属 制 件, 都 应 先 经 过 磷 化 处 理, 才 能 进 行 涂 漆 而 对 厚 度 在 2mm 以 上 的 金 属 制 件, 如 底 盘 ( 大 梁 ) 前 后 金 属 保 险 杠 等, 可 不 经 过 磷 化 处 理, 只 要 将 表 面 的 锈 蚀 油 污 等 清 除 干 净, 可 直 接 进 行 涂 漆 现 在 汽 车 行 业 常 用 的 磷 化 处 理 工 艺 有 : 高 温 磷 化 工 艺 中 温 磷 化 工 艺 低 温 磷 化 工 艺 超 低 温 磷 化 工 艺 简 易 磷 化 工 艺 四 合 一 磷 化 工 艺 磷 化 蘸 漆 流 水 线 工 艺 磷 化 喷 漆 流 水 线 工 艺 磷 化 电 泳 涂 漆 工 艺 等 一 般 采 用 喷 淋 方 式, 也 有 和 浸 渍 移 动 方 式 并 用 的 采 用 磷 化 喷 漆 流 水 线 生 产 时, 其 除 油 除 锈 水 洗 磷 化 等 过 程, 均 应 采 用 喷 淋 方 式, 以 获 得 较 好 的 处 理 效 果 但 采 用 手 工 机 械 方 式 进 行 生 产 时, 由 于 生 产 节 拍 的 不 等, 如 除 油 除 锈 磷 化 的 时 间 较 长, 而 水 洗 的 时 间 又 很 短, 所 以, 采 用 浸 漆 方 式 比 较 适 宜 但 工 件 经 前 处 理 后, 进 入 涂 漆 工 段 时, 一 般 采 用 喷 涂 方 式 比 较 适 宜 如 客 车 的 六 大 件 ( 即 客 车 的 大 顶 件 前 后 围 件 左 右 侧 件 和 底 架 ), 在 磷 化 后 进 入 涂 漆 ( 指 底 漆 ) 工 段 时, 可 用 人 工 进 行 喷 涂 即 大 件 通 过 涂 漆 工 段 时, 每 侧 分 别 用 2~3 人 使 用 手 动 喷 枪, 迅 速 将 工 件 的 两 侧 面 和 上 下 面 喷 涂 均 匀, 喷 涂 时 两 侧 的 工 作 人 员 应 密 切 配 合, 先 后 交 替 错 开 进 行 喷 涂, 而 不 能 对 脸 同 时 喷 涂, 以 防 相 互 污 染 磷 化 膜 可 分 为 磷 酸 锌 系 与 磷 酸 铁 系, 后 者 虽 具 有 处 理 费 用 低, 与 涂 料 的 结 合 力 强, 表 面 质 量 好 等 优 点, 但 其 防 锈 能 力 差 由 于 汽 车 覆 盖 件 以 防 锈 为 主 要 目 的, 因 而 多 采 用 前 者 2. 前 处 理 的 沥 水 干 燥 一 般 在 循 环 热 风 炉 内 使 前 处 理 后 的 水 分 蒸 发 干 燥 干 燥 条 件 应 使 车 身 表 面 水 分 充 分 蒸 发 去 除, 炉 温 一 般 为 80~120, 干 燥 时 间 一 般 为 10~30min 关 于 前 处 理 是 否 需 要 干 燥, 虽 然 众 说 纷 纭, 通 常 认 为, 水 分 充 分 烘 干 有 助 于 电 泳 涂 漆, 漆 膜 性 能 也 好 227 标 准 分 享 网 免 费 下 载

237 228 汽 车 制 造 工 艺 3. 电 泳 涂 漆 作 为 头 道 底 漆 的 电 泳 涂 漆, 其 目 的 在 于 防 锈 与 喷 涂 相 比 较, 电 泳 涂 漆 可 使 钢 板 接 合 部 与 车 身 各 处 都 有 漆 料 附 着, 显 著 提 高 防 锈 能 力 此 外, 漆 膜 厚 度 也 可 通 过 调 整 通 电 时 间 和 电 压 来 控 制 4. 烘 干 电 泳 涂 漆 后 必 须 烘 干 烘 干 条 件 虽 因 涂 料 种 类 而 异, 但 一 般 高 于 面 漆 烘 干 温 度, 常 为 150~ 170, 保 温 30min 5. 涂 防 声 胶 涂 防 声 胶 的 目 的 在 于 缓 和 汽 车 行 驶 时 从 发 动 机 与 路 面 上 发 生 的 振 动 与 噪 声, 防 卫 从 路 面 上 带 起 的 沙 砾 石 块 水 泥 尘 埃 热 气 等 对 车 身 的 撞 击 与 侵 袭 胶 膜 厚 度 一 般 为 2~3mm 涂 胶 部 位 包 括 地 板 内 面 车 轮 上 方 拱 形 地 板 翼 子 板 内 面 等, 有 时 也 包 括 发 动 机 罩 与 车 门 内 面 地 板 内 面 涂 胶, 可 用 自 动 喷 涂 装 置, 其 他 部 位 则 使 用 手 提 式 空 气 喷 枪 或 无 气 喷 枪 喷 涂 6. 刮 喷 腻 子 以 腻 子 填 平 并 修 整 车 身 外 护 板 上 的 凹 坑 锉 纹 与 划 痕, 可 用 刮 与 喷 两 种 方 式 对 于 程 度 特 别 严 重 的 缺 陷, 应 先 以 砂 轮 或 锉 刀 修 整 7. 涂 密 封 胶 汽 车 车 身 上 有 许 多 钢 板 接 合 缝 和 间 隙, 对 这 些 部 位 应 涂 上 密 封 胶, 防 止 汽 车 行 驶 时 水 风 尘 埃 侵 入 车 内 此 外, 还 可 将 钢 板 接 合 缝 遮 盖 起 来, 增 进 车 身 的 美 观 二 道 底 漆 或 面 漆 不 宜 在 涂 密 封 胶 之 后 立 刻 进 行, 应 待 密 封 胶 烘 干 之 后 再 喷 涂 8. 二 道 底 漆 喷 涂 在 喷 漆 线 前 面 的 准 备 室 内, 用 压 缩 空 气 吹 掉 附 着 在 车 身 上 的 灰 尘, 并 以 抹 布 揩 拭, 用 汽 油 喷 洗 车 身 表 面 二 道 底 漆 的 喷 涂 目 的, 在 于 防 止 面 漆 涂 料 被 头 道 底 漆 吸 收 涂 漆 方 法 则 采 用 自 动 静 电 空 气 喷 涂 9. 烘 干 喷 漆 终 了 后 停 放 10min 左 右, 再 送 入 烘 干 炉 中 若 不 经 停 放 立 即 入 炉 烘 干, 容 易 产 生 气 孔 流 淌 等 涂 漆 疵 病 烘 干 炉 一 般 多 为 热 风 循 环 炉, 烘 干 温 度 常 为 140~150, 保 持 30min 10. 二 道 底 漆 水 磨 水 磨 是 以 砂 纸 转 动 砂 轮 或 摆 动 砂 轮 研 磨 涂 漆 表 面, 以 去 除 尘 粒 和 其 他 附 着 物, 而 使 表 面 平 整 ; 此 外, 并 可 在 漆 膜 表 面 上 留 下 微 细 划 痕, 增 加 了 表 面 积, 提 高 了 面 漆 的 附 着 能 力 也 有 简 单 地 采 用 干 磨 方 法 的, 货 车 即 常 用 此 法 11. 沥 水 干 燥 在 炉 温 为 100~120 的 热 风 烘 干 炉 中, 保 持 10~15min 12. 面 漆 喷 涂 面 漆 喷 涂 乃 是 车 身 涂 漆 的 最 终 工 序, 一 般 多 用 空 气 喷 涂, 也 有 采 用 静 电 涂 漆 以 及 自 动 228

238 第 10 章 涂 漆 229 化 涂 漆 的 实 例 涂 金 属 漆 时, 为 了 保 持 金 属 光 泽, 防 止 铝 粉 变 色, 有 时 未 等 金 属 涂 漆 干 燥, 即 在 其 上 再 涂 一 层 透 明 漆, 称 为 湿 碰 湿 (wef on wef ) 法 13. 烘 干 与 二 道 底 漆 的 烘 干 工 艺 相 同, 烘 干 温 度 为 140~150, 保 持 30min 14. 成 品 车 的 防 护 涂 漆 涂 漆 目 的 在 于 对 向 用 户 运 送 或 保 管 中 的 成 品 车 加 以 短 期 保 护, 所 用 的 涂 漆 方 法 有 空 气 喷 涂 和 无 气 喷 涂 等 两 种 涂 漆 车 间 平 面 布 置 进 行 涂 漆 车 间 平 面 布 置 时, 应 该 充 分 考 虑 到 未 来 车 型 变 化, 使 之 具 备 适 当 规 模 此 外, 还 应 充 分 考 虑 生 产 的 流 水 化 和 自 动 化 倾 向, 以 及 对 劳 动 环 境 改 善 和 防 止 产 业 公 害 等 要 求 一 般 来 说, 大 量 生 产 的 涂 漆 生 产 线 采 用 悬 挂 方 式 或 合 车 方 式 的 输 送 机 系 统, 各 工 序 间 也 以 分 支 输 送 机 和 叠 式 储 存 器 联 系, 以 达 到 自 动 化 此 外, 不 要 忘 记 设 置 车 辆 修 整 用 的 返 回 线, 以 及 适 应 工 艺 特 性 和 对 生 产 变 动 起 着 缓 冲 作 用 的 储 存 线 图 10.3 所 示 为 轿 车 车 身 涂 漆 车 间 平 面 布 置 的 实 例 图 10.3 涂 漆 车 间 平 面 布 置 1 烘 干 炉 区 2 沥 水 干 燥 3 烘 干 4 烘 干 5 沥 水 干 燥 6 烘 干 7 沥 水 干 燥 8 烘 干 9 内 饰 装 配 10 储 存 线 11 最 终 检 验 12 面 漆 喷 涂 线 13 沥 水 14 水 洗 15 水 磨 16 选 择 研 磨 17 检 验 18 工 道 底 漆 喷 涂 线 19 水 洗 20 沥 水 21 检 验 22 选 择 研 磨 23 水 磨 24 涂 密 封 胶 25 喷 腻 子 26 涂 腻 子 27 涂 防 声 胶 线 28 水 洗 线 29 电 泳 线 30 前 处 理 线 31 作 业 区 32 车 身 车 间 33 升 降 器 34 自 动 化 工 序 35 补 修 水 磨 36 不 合 格 品 229 标 准 分 享 网 免 费 下 载

239 230 汽 车 制 造 工 艺 前 处 理 装 置 一 般 在 大 量 生 产 条 件 下, 零 件 涂 漆 表 面 的 脱 脂 清 洗 防 锈 等 前 处 理, 多 采 用 浸 渍 式 和 喷 淋 式 的 前 处 理 自 动 线 喷 淋 式 磷 酸 锌 处 理 规 范 的 实 例 见 表 10-5 处 理 装 置 的 剖 面 图 如 图 10.4 所 示 表 10-5 磷 酸 锌 处 理 规 范 工 序 名 处 理 时 间 /min 温 度 / 压 力 /(kg/cm 2 ) 预 备 清 洗 脱 脂 第 一 次 水 洗 磷 化 第 二 次 水 洗 第 三 次 水 洗 ~ ~ ~55±3 55±3 室 温 55±3 室 温 室 温 ~ ~ 以 下 1.0~ ~2.0 图 10.4 磷 酸 锌 处 理 装 置 剖 面 图 喷 漆 室 喷 涂 时, 使 雾 化 的 喷 漆 涂 料 在 零 件 表 面 上 形 成 液 态 皮 膜 与 此 同 时, 那 些 从 涂 漆 表 面 上 溅 出 和 未 能 到 达 涂 漆 表 面 的 涂 料 微 粒, 在 喷 漆 室 内 集 结 成 涂 料 云 雾 这 种 云 雾 必 须 迅 速 排 除, 并 应 控 制 喷 漆 室 的 温 度 与 湿 度, 除 去 尘 埃, 这 样 才 能 得 到 良 好 的 漆 膜 外 观 质 量, 并 保 证 工 人 的 健 康 表 10-6 为 喷 漆 室 的 设 计 标 准, 设 计 的 要 点 是 空 气 的 供 应 与 排 气 的 净 化 必 须 具 备 充 分 的 排 气 能 力, 其 垂 直 气 流 风 速 应 为 0.3~0.6m/s 例 如, 长 40m 宽 5m 的 喷 漆 室 的 净 化 空 气 供 应 量 应 为 m 3 /h, 而 且 全 部 空 气 应 从 喷 漆 室 上 部 均 匀 输 入, 这 点 特 别 重 要 图 10.5 给 出 喷 漆 室 内 的 气 流 流 线 与 空 气 流 速 气 体 中 的 涂 料 粒 子 在 排 气 前 应 先 经 分 离 清 除, 否 则 将 有 占 总 量 30%~50% 的 涂 料 经 排 风 装 置 排 至 室 外 大 气 内 目 前 通 用 的 湿 式 分 离 方 式 有 喷 嘴 喷 水 式 ( 图 10.6) 无 泵 式 ( 图 10.7) 汾 丘 里 (Venturi) 式 ( 图 10.8) 等 三 种 230

240 第 10 章 涂 漆 231 表 10-6 喷 漆 室 设 计 标 准 项 目 标 准 进 气 温 度 底 漆 喷 涂 : 夏 季,30 以 下 ; 冬 季,20 以 上 面 漆 喷 涂 : 夏 季,28 以 下 ; 冬 季,22 以 上 室 内 温 度 夏 季,85% 以 下 ; 冬 季,40% 以 上 排 风 量 每 平 方 米 面 积 为 0.45m 3 /s 以 上, 轴 流 式 鼓 风 机 静 压 大 于 28mm 水 柱 进 风 量 较 排 风 量 大 5%, 准 备 间 及 自 干 间 的 进 风 量 较 喷 漆 间 大 10% 喷 嘴 给 水 量 每 米 120L/min 以 上 屏 幕 给 水 量 每 米 180L/min 以 上 给 水 压 力 1.5kg/cm 2 以 上 照 度 喷 漆 间 500lx 以 上, 准 备 间 300lx 以 上, 自 干 间 100lx 以 上 图 10.5 气 流 流 线 与 空 气 流 速 图 10.6 喷 嘴 喷 水 式 1 喷 漆 室 内 2 喷 嘴 3 水 分 离 板 4 排 风 装 置 5 排 水 口 图 10.7 无 泵 式 图 10.8 汾 丘 里 式 1 喷 漆 室 内 2 锯 齿 板 3 涡 流 卷 板 1 喷 漆 室 内 2 汾 丘 里 间 隙 3 排 水 口 4 水 分 离 板 5 排 风 口 4 水 分 离 板 5 出 水 口 231 标 准 分 享 网 免 费 下 载

241 232 汽 车 制 造 工 艺 烘 干 炉 涂 料 的 干 燥 条 件 可 分 为 常 温 干 燥 型 与 烘 烤 干 燥 型 两 大 类 从 提 高 生 产 效 率 出 发, 前 者 也 采 用 强 制 干 燥 目 前, 汽 车 工 业 所 用 的 涂 漆 烘 干 炉 有 红 外 线 炉 远 红 外 线 炉 和 热 风 炉 等 数 种, 它 们 在 炉 温 条 件 ( 升 温 速 度 最 高 温 度 温 度 分 布 ) 设 备 费 用 热 源 费 用 炉 内 气 氛 操 作 性 能 安 全 性 能 等 方 面 各 具 优 点 与 缺 点, 应 该 充 分 分 析 所 用 涂 料 的 性 质, 被 涂 工 件 形 状 生 产 规 模 等 条 件, 合 理 选 用 表 10-7 为 烘 干 炉 的 设 计 标 准 以 下 概 述 几 种 烘 干 方 式 1. 红 外 线 炉 目 前 所 使 用 的 红 外 线 热 源 大 都 是 钨 丝 灯 泡, 其 放 射 能 量 的 90% 为 红 外 线, 可 见 光 约 为 10% 红 外 线 的 波 长 范 围 介 0.77~400μm 之 间, 透 过 灯 泡 玻 璃 射 到 被 加 热 工 件 上 的 波 长 为 4μm 左 右 其 反 射 吸 收 效 率 因 被 加 热 物 体 的 材 料 形 状 颇 色 反 射 率 等 因 素 而 异 红 外 线 炉 的 构 造 可 分 为 开 放 式 与 密 封 式 两 类, 应 根 据 工 件 形 状 尺 寸 与 生 产 规 模 来 选 用 在 汽 车 车 身 涂 漆 方 面, 红 外 线 烘 干 炉 主 要 用 在 公 共 汽 车 各 种 变 型 车 等 少 量 生 产 的 车 辆 上, 以 及 漆 膜 的 强 制 烘 干 2. 热 风 烘 干 炉 所 用 热 源 有 城 市 煤 气 天 然 气 液 化 气 煤 油 重 油 等 燃 料, 以 及 蒸 汽 电 热 等 能 量 加 热 方 式 有 直 接 加 热 式 与 间 接 加 热 式 等 两 类 生 产 方 式 则 可 分 为 使 用 输 送 机 连 续 作 业 的 隧 道 式 驼 峰 式, 以 及 周 期 作 业 的 开 闭 炉 门 式 1) 直 接 加 热 式 将 油 或 煤 气 等 燃 料 燃 烧 的 气 体 和 炉 内 循 环 空 气 混 合, 输 入 炉 内 这 类 炉 型 的 结 构 简 单, 建 造 费 用 低, 热 损 失 少, 其 热 效 率 可 达 90% 以 上 缺 点 在 于 所 用 重 油 轻 油 煤 油 等 燃 料 于 炉 子 启 动 时, 发 生 油 烟, 而 且 当 管 理 不 当 时, 所 形 成 的 不 完 全 燃 烧 气 体 将 恶 化 炉 内 气 氛, 引 起 漆 膜 开 裂 变 色 等 缺 陷 图 10.9 所 示 为 炉 子 加 热 部 分 的 构 造 表 10-7 烘 干 炉 设 计 标 准 项 目 标 准 热 源 1 位 置 ; 从 炉 子 结 构 方 面 考 虑 ; 2 种 类 确 定 红 外 线 远 红 外 线 或 热 风 的 单 用 或 合 用 位 置 位 置 场 所 不 应 靠 近 仓 库 动 力 机 械 设 备 办 公 室 或 食 堂 结 构 1 炉 壁 炉 顶 ; 2 炉 底 ; 3 炉 门 ; 4 防 爆 措 施 ; 5 绝 热 措 施 ; 6 接 地 应 在 绝 热 材 料 外 面 包 覆 黑 皮 钢 板, 结 合 部 应 保 持 气 密 性 ; 应 为 水 平 平 面, 结 合 处 注 意 防 尘 ; 两 侧 交 互 设 置, 用 石 棉 密 封 条 保 持 密 封 炉 内 压 力 降 至 3.5kg/cm 2 以 下 时, 再 打 开 炉 门 ; 设 置 通 气 孔, 消 除 炉 内 爆 炸 压 力 ; 装 配 板 的 导 热 系 数 应 低 于 0.5kcal/m 2 h ; 炉 子 框 架 应 妥 善 接 地 烟 道 与 烟 囱 1 维 修 要 求 ; 2 闸 板 ; 3 其 他 对 于 有 可 燃 物 堆 积 的 烟 道, 应 设 置 用 于 清 扫 的 门 ; 伸 至 室 外 的 烟 道 应 设 置 平 衡 闸 板 ; 烟 囱 上 安 装 防 雨 帽 与 金 属 网 232

242 第 10 章 涂 漆 233 续 表 项 目 标 准 气 密 与 前 室 1 鼓 风 机 ; 2 轴 承 ; 3 排 气 量 气 密 用, 以 单 幅 单 一 吸 入 型 为 好 ; 90 以 下 用 滚 珠 轴 承,90~200 用 滚 珠 轴 承 与 热 抛 油 环 ; 溶 剂 蒸 发 量 应 保 持 在 爆 炸 下 限 25% 以 内 1 换 气, 排 气 ; 使 用 各 自 的 鼓 风 机 ; 换 气 2 安 全 性 ; 新 鲜 空 气 供 应 与 排 气 闸 完 全 关 闭 时, 仍 可 安 全 换 气 ; 3 最 小 安 全 换 气 量 每 升 挥 发 物 质, 在 周 期 式 炉 为 28m 3 /min 20, 在 连 续 炉 为 75m 3 /min 20 安 全 装 置 1 自 动 停 止 ; 2 不 完 全 燃 烧 ; 3 过 热 排 气 扇 停 止 时, 传 送 带 也 同 时 停 止 ; 燃 料 供 应 的 自 动 停 止 装 置 ; 设 置 过 热 报 警 装 置 图 10.9 直 接 加 热 式 炉 1 从 开 口 部 位 进 气 2 烟 道 3 耐 火 材 料 4 燃 烧 室 5 烧 嘴 6 空 气 7 不 锈 钢 板 8 已 燃 气 体 9 薄 钢 板 10 保 温 层 11 钢 板 2) 间 接 加 热 式 将 已 燃 气 体 送 至 热 交 换 器 内, 用 之 加 热 炉 内 的 循 环 空 气 由 于 已 燃 气 体 不 直 接 送 至 炉 内, 不 致 发 生 因 炉 内 气 氛 与 煤 烟 所 引 起 的 漆 膜 缺 陷 与 直 接 加 热 式 相 比 较, 其 热 效 率 降 低 虽 无 法 避 免, 也 应 注 意 燃 烧 室 与 热 交 换 器 的 设 计 炉 子 加 热 部 分 的 构 造 如 图 所 示 图 间 接 加 热 式 炉 1 已 燃 气 体 2 不 锈 钢 板 3 钢 管 4 烟 道 5 排 气 6 耐 火 砖 7 保 温 材 料 3. 远 红 外 线 炉 远 红 外 线 炉 是 一 种 在 热 风 干 燥 炉 本 体 内 部 装 设 辐 射 板, 使 炉 内 工 件 同 时 受 到 热 风 和 辐 233 标 准 分 享 网 免 费 下 载

243 234 汽 车 制 造 工 艺 射 线 加 热 的 炉 型 辐 射 板 是 以 热 风 电 热 体 蒸 汽 为 热 源, 加 热 至 150~350, 发 射 出 波 长 为 6~8μm 的 热 辐 射 线 这 种 远 红 外 线 加 热 的 特 征 是 : 能 量 分 布 均 匀, 使 工 件 均 匀 加 热 ; 辐 射 波 长 较 长, 不 受 工 件 表 面 组 织 和 颜 色 的 影 响, 皆 可 均 匀 加 热 ; 能 进 行 辐 射 效 率 与 热 效 率 高 的 表 面 烘 干, 减 少 漆 膜 起 皱, 并 可 缩 短 除 尘 时 间 ; 由 于 大 部 分 热 量 是 由 辐 射 板 直 接 供 给 漆 膜 表 面, 所 需 的 热 风 量 小, 尘 埃 发 生 与 工 件 进 出 口 处 的 热 量 损 失 也 少 一 般 最 常 使 用 的 以 热 风 或 燃 烧 气 体 加 热 的 远 红 外 线 炉 的 构 造 如 图 所 示 图 热 风 远 红 外 线 炉 1 热 风 输 出 烟 道 2 热 风 输 入 烟 道 3 送 风 机 4 铝 板 5 辐 射 板 研 磨 工 序 水 磨 工 序 不 需 要 特 殊 设 备, 但 是 为 了 能 够 确 切 判 断 前 道 工 序 的 疵 病 并 加 以 修 整, 需 要 配 备 足 用 的 照 明 装 置 在 干 磨 场 地 应 设 置 排 气 装 置, 以 使 粉 尘 不 致 伤 害 工 人 大 量 生 产 时, 采 用 自 动 研 磨 机 进 行 车 身 外 护 板 研 磨 涂 料 供 应 对 涂 料 厂 供 应 的 涂 料, 应 按 批 定 期 检 验 黏 度 不 挥 发 性 色 彩 与 漆 膜 性 能, 并 调 配 成 涂 漆 车 间 所 需 要 的 状 态 与 黏 度, 供 喷 漆 使 用 所 采 用 的 供 应 方 法, 因 涂 料 的 用 量 而 异, 可 分 为 下 列 三 种 (1) 杯 式 喷 枪 供 应 法 用 于 选 喷 与 补 喷 等 车 身 局 部 喷 涂 (2) 容 器 供 应 法 用 于 涂 漆 台 数 较 少 的 场 合 漆 箱 容 量 有 L 等 数 种 (3) 循 环 管 路 供 应 法 用 于 单 色 大 量 长 期 涂 漆, 循 环 方 式 可 分 为 终 端 式 ( 图 10.12(a)) 与 全 循 环 式 ( 图 10.12(b)) 两 类 涂 漆 车 身 储 存 线 车 身 在 涂 漆 前 后 工 序 与 涂 漆 内 部 各 工 序 中, 并 不 总 是 能 够 按 照 已 定 的 程 序 运 行 例 如, 一 旦 运 输 设 备 或 机 械 设 备 发 生 故 障, 或 是 在 某 些 工 序 上 发 生 缺 陷, 产 品 需 要 返 回 时, 生 产 周 期 就 应 做 出 相 应 的 变 动 此 外, 由 于 工 件 若 在 前 处 理 工 序 与 电 泳 涂 漆 工 序 的 中 途 停 顿 放 置, 将 对 涂 漆 质 量 发 生 恶 劣 影 响, 所 以 在 工 休 时 或 假 日 之 前 应 先 将 这 些 工 序 停 下 来 为 了 234

244 第 10 章 涂 漆 235 解 决 上 述 问 题, 应 在 涂 漆 前 后 工 序 间 与 涂 漆 内 部 工 序 间 设 置 相 应 的 储 存 线 涂 漆 完 成 后 的 储 存 线 一 般 称 为 涂 漆 车 身 储 存 线, 其 规 模 ( 车 身 储 存 量 ) 决 定 于 生 产 数 量, 涂 漆 不 合 格 率 与 设 备 开 动 率, 一 般 多 按 数 小 时 所 生 产 的 台 数 计 算 (a) 终 端 方 式 (b) 全 循 环 方 式 图 循 环 方 式 示 意 图 1 泵 2 缓 冲 罐 3 阀 门 4 过 滤 器 5 总 管 6 调 节 器 7 喷 枪 8 调 压 器 9 软 管 10 支 管 11 涂 料 压 力 调 节 器 辅 助 设 备 在 涂 漆 车 间 排 放 的 物 质 中, 有 些 已 成 为 限 制 的 对 象 为 此, 就 应 选 用 那 些 没 有 成 为 限 制 对 象 的 表 面 处 理 剂 与 涂 料 当 不 得 不 排 出 限 制 物 质 时, 必 须 安 装 处 理 设 备, 将 其 含 量 控 制 在 规 定 限 度 之 内 涂 漆 车 间 排 出 物 中 应 加 限 制 的 主 要 物 质 见 表 10-8 表 10-8 涂 漆 车 间 排 出 物 中 的 限 制 物 质 废 水 排 气 限 制 物 质 脱 脂 废 水 ; 脱 脂 清 洗 废 水 ; 磷 化 处 理 废 水 ; 喷 漆 线 废 水 ; 电 泳 涂 料 废 水 ; 水 磨 废 水 涂 漆 线 排 出 的 溶 剂 蒸 汽 ; 烘 干 炉 排 出 的 溶 剂 蒸 汽 主 要 限 制 指 标 ph n-hex COD BOD; ph n-hex COD BOD; ph n-hex Fe Zn; ph n-hex COD BOD SS; ph n-hex COD BOD SS Cr; ph SS 有 机 溶 剂 蒸 汽 量 ( 特 别 是 光 化 学 活 性 溶 剂 ); 同 上 注 :n-hex 正 己 烷 值 ;COD 化 学 耗 氧 量 ;BOD 生 化 需 氧 量 ;SS 浮 游 物 质 1. 废 水 处 理 1) 脱 脂 废 水 与 脱 脂 清 洗 废 水 脱 脂 工 序 的 限 制 指 标 主 要 是 从 油 分 中 萃 取 的 物 质 正 己 烷 ( 以 排 水 中 含 有 的 较 难 挥 发 的 烃 烃 的 衍 生 物 润 滑 脂 油 状 物 质 等 为 主 ) 油 分 在 水 中 的 存 在 状 态 有 乳 浊 液 或 浮 游 油 两 种 形 式 所 用 的 处 理 方 法 是, 先 以 油 分 离 器 按 比 重 差 异 加 以 分 离, 除 去 浮 油, 再 以 铁 或 铝 中 和 乳 浊 液 中 油 份 的 电 荷 疏 水 化, 进 行 凝 集 处 理 由 于 脱 脂 剂 中 含 有 界 面 活 性 剂, 收 集 处 理 后 的 化 学 耗 氧 量 ( 在 排 水 中 的 被 氧 化 物 质 内, 以 有 机 物 为 主 的 耗 氧 量 ) 与 生 物 需 氧 量 ( 水 中 好 气 性 微 生 物 繁 殖 呼 吸 所 用 的 需 氧 量 ) 可 能 还 有 问 题, 可 再 进 行 活 性 炭 吸 附 或 微 生 物 处 理 235 标 准 分 享 网 免 费 下 载

245 236 汽 车 制 造 工 艺 2) 磷 化 废 水 废 水 中 含 有 工 件 从 前 道 工 序 带 来 的 油 以 及 铁 与 锌 的 磷 酸 盐, 一 般 可 用 石 灰 处 理, 生 成 氢 氧 化 物, 沉 淀 分 离 此 工 序 中 的 设 备 保 养 需 短 时 酸 洗, 这 种 酸 洗 废 水 也 应 处 理 3) 喷 漆 室 废 水 本 工 序 用 水 通 常 在 清 除 浮 渣 之 后 可 循 环 使 用 废 水 形 成 有 以 下 两 种 方 式 : 其 一 是 循 环 水 的 一 部 分 排 出 成 为 废 水, 并 补 充 足 量 的 新 水 ; 其 二 是 水 经 一 定 时 期 循 环 使 用 后 全 部 更 新 两 种 方 式 的 污 染 程 度 虽 有 差 异, 但 废 水 处 理 皆 是 先 除 去 浮 渣, 而 后 以 铝 进 行 凝 集, 靠 沉 淀 或 浮 上 处 理 除 去 所 含 涂 料 中 颜 料 与 树 脂 的 大 半 部 分 和 一 部 分 界 面 活 性 剂 在 处 理 后 的 水 中 残 存 着 一 部 分 树 脂 与 溶 剂, 化 学 耗 氧 量 与 生 化 需 氧 量 仍 显 示 高 值, 应 再 经 活 性 污 泥 处 理 臭 氧 处 理 与 微 生 物 处 理 4) 电 泳 涂 料 废 水 电 泳 涂 料 废 水 主 要 是 作 为 清 洗 水 被 排 出, 含 有 水 溶 性 有 机 物 与 颜 料 在 一 部 分 涂 料 的 颜 料 中 含 有 Cr +6 离 子, 这 种 离 子 必 须 经 过 处 理 电 泳 涂 料 废 水 的 处 理 方 法 有 铝 盐 凝 集 浮 上 和 凝 集 沉 淀 处 理 Cr +6 离 子 则 利 用 还 原 反 应, 进 行 沉 淀 处 理, 近 年 来, 为 了 不 使 清 洗 用 水 作 为 废 水 被 排 出 并 回 收 涂 料, 采 用 了 超 过 滤 装 置, 使 废 水 量 极 少 然 而 这 种 超 过 滤 液 的 化 学 耗 氧 量 与 生 化 需 氧 量 较 高, 必 须 注 意 这 种 液 体 的 处 理 图 所 示 为 电 泳 涂 料 废 水 沉 淀 处 理 工 艺 流 程 图 电 泳 涂 料 废 水 沉 淀 处 理 工 艺 流 程 5) 水 磨 废 水 水 磨 废 水 是 漆 膜 水 磨 工 序 中 产 生 的 废 水, 含 有 漆 膜 的 细 粉 与 细 砂, 其 污 染 度 虽 低, 但 会 出 现 浮 游 物 质 问 题 其 处 理 方 法 是 以 铝 盐 与 高 分 子 凝 集 辅 助 剂 并 用, 进 行 沉 淀 处 理 2. 排 气 处 理 1) 吸 附 法 以 活 性 炭 为 吸 附 剂, 除 去 排 气 的 臭 味 与 有 机 溶 剂 吸 附 塔 的 式 样 有 圆 筒 形 小 室 形 平 置 形 等 数 种 一 般 而 言, 小 型 吸 附 塔 为 直 立 式, 大 型 吸 附 塔 为 平 置 式 通 常, 这 种 吸 附 处 理 方 式 适 用 于 小 排 气 量, 当 用 于 处 理 大 排 气 量 时, 由 于 压 力 损 失 增 加 和 受 吸 附 剂 吸 附 容 量 的 限 制, 并 不 适 当 236

246 第 10 章 涂 漆 237 2) 燃 烧 法 将 含 有 机 物 的 排 气 送 入 锅 炉 或 燃 烧 炉 中, 使 可 充 分 燃 烧, 形 成 H 2 O CO 2 H 2 等 无 害 无 臭 化 合 物, 是 一 种 氧 化 处 理 法 通 常 在 650~800 高 温 加 热 0.5s 以 上, 使 之 完 全 燃 烧 由 于 经 不 完 全 燃 烧 的 排 气 还 可 能 带 有 臭 味, 所 以 在 确 定 燃 烧 装 置 时, 必 须 充 分 研 究, 以 保 证 排 气 经 过 充 分 燃 烧 3) 其 他 处 理 法 包 括 以 铂 和 钴 为 触 煤, 使 排 气 在 低 温 完 全 燃 烧 的 触 媒 氧 化 法, 以 及 使 有 害 气 体 与 水 等 吸 收 液 接 触 而 被 吸 收 的 吸 收 法 等 数 种 10.3 涂 漆 方 法 1. 空 气 喷 涂 空 气 喷 涂 是 一 种 最 常 使 用 的 方 法, 是 以 压 缩 空 气 将 涂 料 雾 化 进 行 喷 涂 对 于 喷 漆 量 漆 束 形 状 漆 束 直 径 漆 粒 大 小 空 气 压 力 等 参 数, 必 须 根 据 涂 料 的 种 类 与 黏 度 加 以 适 当 调 整 其 优 点 在 于 : 能 够 任 意 选 择 喷 漆 条 件, 比 较 容 易 操 作, 适 于 重 视 喷 涂 质 量 的 工 件 其 缺 点 是 : 涂 料 利 用 率 低, 空 气 中 容 易 携 带 水 与 油 2. 无 气 喷 涂 无 气 喷 涂 是 一 种 对 涂 料 自 身 施 加 压 力, 使 之 从 特 殊 喷 嘴 中 喷 出 雾 化 的 方 法 其 优 点 在 于 : 超 喷 少, 涂 料 损 失 小 ; 排 气 装 置 简 单 ; 一 次 喷 涂 即 可 得 到 较 厚 的 漆 膜 ; 漆 雾 散 射 量 小, 环 境 卫 生 好 无 气 喷 涂 可 分 为 冷 态 无 气 喷 涂 和 热 态 无 气 喷 涂 等 两 种 方 式 前 者 只 对 涂 料 施 压, 使 之 从 特 殊 喷 嘴 喷 出, 涂 料 输 送 压 力 与 二 次 压 力 之 比 设 计 成 1 16~1 20, 后 者 对 涂 料 加 热 并 施 加 压 力, 涂 料 较 冷 态 无 气 喷 涂 者 易 雾 化, 涂 料 输 送 压 力 与 二 次 压 力 之 比 为 1 8~ 自 动 喷 涂 自 动 喷 涂 是 使 上 述 空 气 喷 涂 与 无 气 喷 涂 自 动 进 行 的 方 法, 具 有 提 高 劳 动 生 产 率, 减 少 工 人 数 量, 稳 定 涂 漆 质 量 等 优 点 但 是, 对 于 汽 车 车 身 这 类 形 状 复 杂 的 涂 漆 件, 自 动 喷 涂 后, 还 应 以 手 工 喷 涂 修 整 4. 淋 涂 淋 涂 是 将 被 涂 工 件 由 输 送 机 运 至 装 有 许 多 涂 料 喷 嘴 的 涂 漆 室 内, 涂 料 由 喷 嘴 喷 出, 沿 工 件 表 面 流 淌, 形 成 漆 膜 滴 下 的 过 剩 涂 料, 由 滴 料 槽 回 收, 并 循 环 使 用 这 种 方 法 的 优 点 是 : 不 需 要 像 浸 涂 方 式 那 样 的 大 容 量 槽, 也 不 必 装 入 大 量 的 涂 料 ; 涂 料 无 超 喷 且 能 循 环 使 用, 损 耗 少 ; 不 致 像 浸 涂 那 样, 因 空 气 排 出 受 阻 而 发 生 浸 不 上 漆 的 现 象 汽 车 车 身 地 板 的 里 面 涂 漆 常 用 此 法 5. 浸 涂 浸 涂 是 将 被 涂 工 件 浸 入 涂 料 内, 取 出 后 使 过 剩 涂 料 受 重 力 作 用 滴 落, 而 在 工 件 表 面 形 成 漆 膜 在 汽 车 工 业 中, 这 种 方 法 适 用 于 不 要 求 外 表 美 观 的 部 分 和 车 身 地 板 的 防 锈 涂 漆 其 优 点 是 : 比 喷 涂 的 涂 料 损 失 少 ; 实 现 连 续 作 业 后, 可 提 高 效 率, 节 省 人 力 ; 涂 漆 质 量 不 因 操 作 而 异, 容 易 稳 定 均 匀 其 缺 点 是 : 不 适 于 处 理 那 些 在 结 构 上 能 滞 留 涂 料 的 零 件, 或 237 标 准 分 享 网 免 费 下 载

247 238 汽 车 制 造 工 艺 那 些 具 有 许 多 不 能 浸 漆 部 位 的 零 件 ; 容 易 出 现 流 淌 痕 迹 之 类 的 缺 陷, 不 适 于 处 理 有 外 观 要 求 的 工 件 ; 锐 角 部 位 容 易 发 白, 闭 合 断 面 难 于 涂 漆 ; 必 须 一 次 购 进 大 量 涂 料 汽 车 工 业 大 量 生 产 中 的 浸 漆 主 要 使 用 水 溶 性 涂 料 其 理 由 是 : 降 低 涂 料 成 本, 不 散 发 有 害 溶 剂 蒸 汽, 无 火 灾 危 险 其 适 当 的 条 件 是 : 黏 度 低, 不 挥 发 成 分 高 ; 在 与 空 气 的 界 面 上 不 形 成 皮 膜 ; 颜 料 沉 淀 量 少 ; 长 期 使 用 时 质 量 稳 定 浸 漆 的 辅 助 装 置 包 括 消 除 滴 淌 痕 迹 的 离 心 除 滴 装 置 或 静 电 除 滴 装 置, 以 及 使 浸 漆 槽 中 涂 料 均 匀 化 的 搅 拌 器 或 循 环 装 置 6. 静 电 涂 漆 其 法 是 对 空 气 喷 涂 或 无 气 喷 涂 雾 化 的 涂 料 微 粒 施 加 伏 左 右 的 高 电 压, 使 之 带 电, 以 将 接 地 的 工 件 涂 漆 在 静 电 效 应 作 用 厂, 提 高 了 涂 料 的 微 粒 化 程 度 与 漆 膜 涂 敷 率, 并 可 减 少 喷 漆 尘 雾, 改 善 涂 漆 环 境 然 而, 由 于 采 用 高 压 电, 不 仅 被 涂 工 件, 而 且 操 作 者 及 其 四 周 器 物 也 都 需 要 采 取 接 地 等 充 分 的 安 全 措 施 7. 电 泳 涂 漆 电 泳 涂 漆 是 一 种 巧 妙 地 利 用 高 分 子 电 解 质 的 电 泳 运 动 与 析 离 现 象 的 涂 漆 方 法 其 法 是 以 被 涂 工 件 为 阳 极, 悬 挂 在 被 碱 中 和 的 稀 释 水 溶 性 涂 料 中, 而 以 电 泳 槽 为 阴 极 或 另 设 阴 极 通 电 后, 在 电 泳 现 象 作 用 下, 漆 膜 成 分 在 阳 极 上 沉 积, 进 而 在 析 离 现 象 作 用 下 脱 去 漆 膜 中 水 分, 形 成 不 溶 水 的 漆 膜, 水 洗 干 燥 后 即 可, 涂 层 质 量 均 匀 表 10-9 列 举 了 这 种 涂 漆 方 法 的 优 点, 图 所 示 为 车 身 电 泳 涂 漆 的 工 艺 过 程 表 10-9 电 泳 涂 漆 的 特 性 与 优 点 特 性 优 点 在 形 状 复 杂 的 工 件 上, 也 可 得 到 厚 度 均 匀 的 漆 膜 通 过 调 整 电 流 的 选 择 适 量 的 涂 料 与 涂 漆 条 件, 可 强 度, 可 以 改 变 漆 膜 厚 度 ; 以 保 证 漆 膜 的 良 好 附 着 力 可 使 接 缝 焊 缝 与 闭 合 段 面 内 部 涂 漆 ; 在 尖 端 边 缘 部 位, 也 可 形 成 厚 的 漆 膜 可 得 到 没 有 表 面 缺 陷 的 漆 膜 没 有 浸 漆 漆 膜 那 种 流 淌 痕 迹 涂 料 利 用 率 极 高 涂 料 浓 度 低, 被 工 件 带 走 的 损 失 少 涂 料 可 完 全 回 收 使 用 水 溶 性 涂 料 无 火 灾 中 毒 危 险 图 车 身 电 泳 涂 漆 工 艺 过 程 1 水 洗 2 滴 漏 3 电 泳 涂 漆 4 接 触 极 杆 5 电 极 安 装 6 溢 流 槽 7 热 交 换 器 8 过 滤 器 9 电 源 10 涂 料 补 充 11 溶 解 槽 12 排 水 238

248 第 10 章 涂 漆 239 从 表 10-9 所 列 举 的 优 点 可 知 : 这 种 涂 漆 方 法 正 广 泛 用 于 汽 车 车 身 及 其 他 部 件 的 底 漆 涂 漆 电 泳 涂 漆 工 艺 实 例 见 表 表 电 泳 涂 漆 工 艺 内 容 涂 漆 工 艺 备 注 脱 脂 处 理 ; 脱 脂 与 化 学 被 膜 生 成 处 理 磷 酸 盐 处 理 ; 在 金 属 基 体 上 生 成 锌 系 或 铁 系 磷 酸 盐 膜 ( 薄 膜 型 ); 纯 水 清 洗 ; 100~130 10~15min 烘 干 装 辅 助 极 与 夹 具 ; 通 电 方 式 电 流 输 向 槽 内 ; 短 路 试 验 ; 电 源 电 压 150~350V, 电 流 2000A; 电 极 电 泳 槽 或 另 设 电 极 ( 不 锈 钢 板 ); 电 泳 涂 漆 ; 涂 料 温 度 25~30 (±1 ); 涂 料 搅 拌 每 小 时 3 个 循 环 以 上 ; 极 间 距 离 300~700mm; 烘 干 热 风 烘 干 150~170 30min; 膜 厚 (25±5)μm 消 除 因 电 泳 现 象 所 生 成 并 在 槽 内 聚 集 的 碱 性 中 和 剂 的 方 法 有 离 子 隔 膜 渗 析 法 和 酸 性 涂 料 补 给 法, 有 机 氨 络 合 物 是 目 前 应 用 颇 广 的 碱 性 中 和 剂 最 近 也 有 使 用 在 低 电 压 下 涂 料 仍 保 持 良 好 附 着 性 ( 电 镀 能 力 ) 的 不 挥 发 性 强 碱 ( 苛 性 钾 ) 的 8. 粉 末 涂 漆 粉 末 涂 漆 是 使 合 成 树 脂 呈 粉 末 状 态, 进 行 涂 漆 其 优 点 是 : 可 使 用 高 分 子 合 成 树 脂, 可 得 到 厚 的 漆 膜, 省 掉 自 干 停 放 时 间, 边 缘 部 位 的 被 覆 性 好, 涂 料 可 回 收 其 缺 点 是 : 薄 层 涂 漆 困 难, 漆 面 的 平 滑 性 较 差, 烘 干 温 度 高 汽 车 车 身 粉 末 涂 漆 可 采 用 静 电 涂 漆 方 式 9. 电 子 束 漆 膜 硬 化 法 电 子 束 漆 膜 硬 化 法 是 一 种 利 用 电 子 束 能 量 硬 化 漆 膜 的 方 法 所 用 涂 料 是 将 不 饱 和 聚 酯 树 脂 或 乙 烯 树 脂 等 溶 解 在 苯 乙 烯 醋 酸 乙 烯 甲 基 丙 烯 酸 甲 酯 等 聚 合 单 体 内 形 成 的 这 种 方 法 的 特 点 是 : 反 应 可 在 以 秒 为 单 位 的 时 间 内 完 成, 设 备 以 紧 凑 为 宜 ; 触 媒 ( 游 离 基 引 发 剂 反 应 促 进 剂 ) 稳 定, 涂 料 的 适 用 期 长 ; 无 加 热 工 序, 温 度 上 升 得 少, 不 易 发 生 气 泡 微 细 裂 纹 皱 纹 等 缺 陷 ; 不 使 用 溶 剂, 不 存 在 太 多 污 染 的 问 题 10.4 涂 漆 质 量 保 证 外 貌 不 佳 如 前 所 述, 汽 车 涂 漆 时 对 美 观 的 要 求 非 常 高, 而 在 涂 漆 质 量 中, 外 貌 不 佳 又 对 漆 膜 美 观 有 很 大 影 响 外 貌 不 佳 的 缺 陷 可 能 发 生 在 制 造 过 程 中, 也 可 能 发 生 在 成 品 车 保 管 或 使 用 过 程 中 表 与 表 列 举 了 其 发 生 原 因 与 保 证 质 量 的 措 施 239 标 准 分 享 网 免 费 下 载

249 240 汽 车 制 造 工 艺 表 制 造 时 发 生 的 外 貌 不 佳 与 措 施 不 佳 项 目 发 生 原 因 防 止 措 施 流 淌 痕 迹 漆 膜 过 厚 ; 涂 料 过 稀 ; 环 境 温 度 高 工 艺 标 准 化 ; 涂 料 黏 度 管 理 ; 温 度 管 理 空 气 中 灰 尘 ; 空 气 调 节 ; 麻 点 被 涂 面 清 洗 搽 拭 不 完 全 ; 工 艺 标 准 化 ; 涂 料 或 喷 涂 空 气 中 含 灰 尘 ; 涂 料 空 气 过 滤 器 的 管 理 ; 从 涂 漆 设 备 落 下 灰 尘 设 备 保 养 光 泽 不 足 稀 释 剂 不 足 ; 被 涂 面 清 洗 搽 拭 不 完 全 ; 漆 膜 厚 度 不 足 ; 烘 干 过 度 ; 底 漆 吸 收 过 度 改 变 稀 释 剂 成 分 ; 工 艺 标 准 化 ; 膜 厚 管 理 ; 烘 干 温 度 与 时 间 管 理 ; 底 漆 涂 料 分 析 泛 白 涂 漆 间 温 度 高 ; 温 湿 度 管 理 ; 稀 释 剂 蒸 发 快 改 变 稀 释 剂 成 分 遮 盖 力 不 足 涂 料 过 稀 ; 膜 厚 不 足 ; 涂 料 搅 拌 不 匀 黏 度 管 理 ; 膜 厚 管 理 ; 工 艺 化 标 准 稀 释 剂 的 蒸 发 速 度 快 ; 涂 料 黏 度 高 ; 改 变 稀 释 剂 成 分 ; 涂 料 黏 度 管 理 ; 喷 枪 移 动 速 度 快 ; 橘 皮 皱 纹 喷 涂 气 压 低 ; 喷 漆 操 作 管 理 ; 喷 涂 间 距 大 ; 喷 漆 间 温 度 过 高 ; 喷 漆 室 内 风 速 过 快 ; 底 漆 水 磨 不 足 温 度 控 制 ; 调 整 鼓 风 机 ; 水 磨 操 作 管 理 褶 皱 底 漆 烘 干 不 足 ; 底 漆 漆 膜 粘 着 不 良 ; 底 漆 漆 膜 耐 溶 剂 性 欠 佳 烘 干 温 度 时 间 管 理 ; 金 属 基 体 调 整 作 业 管 理 ; 涂 料 分 析 气 孔 针 孔 底 漆 气 孔 ; 自 干 时 间 不 足 ; 烘 干 升 温 过 快 ; 漆 膜 过 厚 ; 稀 释 剂 不 当 金 属 基 体 调 整 作 业 管 理 ; 自 干 时 间 管 理 ; 烘 干 炉 温 度 控 制 ; 工 艺 标 准 化 ; 改 变 稀 释 剂 成 分 花 脸 涂 面 上 附 着 水 与 油 ; 附 着 硅 油 ; 喷 漆 灰 尘 附 着 喷 涂 空 气 净 化 管 理 ; 搽 拭 用 料 底 漆 用 料 检 验 ; 调 整 空 气 调 节 器 涂 料 搅 拌 不 匀 ; 工 艺 标 准 化 ; 变 色 膜 厚 不 匀 ; 工 艺 标 准 化 ; 调 色 不 匀 ; 色 相 检 验 ; 烘 干 不 匀 烘 干 温 度 时 间 管 理 240

250 第 10 章 涂 漆 241 续 表 不 佳 项 目 发 生 原 因 防 止 措 施 稀 释 剂 蒸 发 速 度 快 ; 改 变 稀 释 剂 成 分 ; 超 涂 喷 涂 空 气 过 量 ; 调 整 喷 涂 气 压 ; 涂 漆 时 间 过 长 ; 调 整 涂 漆 操 作 ; 换 气 不 良 调 整 空 气 调 节 器 磨 痕 水 磨 砂 纸 粒 度 过 大 ; 水 磨 方 法 不 当 ; 面 漆 漆 膜 厚 度 不 足 使 用 砂 纸 的 标 准 化 ; 工 艺 标 准 化 ; 膜 厚 管 理 起 泡 底 漆 漆 膜 玷 污 防 止 污 垢 附 着 表 保 管 使 用 时 发 生 的 外 貌 不 佳 与 措 施 不 佳 项 目 发 生 原 因 防 止 措 施 褪 色 变 色 光 泽 降 低 面 漆 漆 膜 的 耐 候 性 差 ; 紫 外 线 作 用 下 颜 料 分 解 斑 点 变 色 酸 碱 等 药 品 的 附 着 ; 煤 烟 虫 鸟 排 泄 物 花 粉 化 妆 品 汗 沥 青 微 粒 水 泥 粉 粒 等 污 染 物 质 的 附 着 生 锈 金 属 底 漆 处 理 不 好 ; 底 漆 漆 膜 的 防 锈 能 力 差 ; 漆 膜 不 全 ; 漆 膜 划 伤 ; 铁 粉 附 着 ; 道 路 防 冻 剂 海 水 附 着 ; 含 有 亚 硫 酸 气 体 等 排 气 的 腐 蚀 ( 制 造 时 ) 根 据 JISK 5400 与 JASO 6525 T2 检 查 涂 料 质 量, 进 行 彻 底 的 工 艺 管 理 ; ( 保 管 时 ) 涂 抹 漆 膜 保 护 剂 ; ( 使 用 时 ) 除 去 洗 车 时 的 污 染 物 ; 开 裂 漆 膜 的 耐 候 性 差 ; 漆 膜 过 厚 ; 受 紫 外 线 作 用 漆 膜 分 解 涂 石 蜡 轻 轻 搽 拭 ; 不 要 把 汽 车 放 在 污 染 环 境 中 粉 化 漆 膜 的 耐 候 性 差 ; 紫 外 线 水 分 引 起 的 风 化 起 泡 漆 膜 的 耐 候 性 差 ; 底 漆 漆 膜 上 有 污 染 物 附 着 ; 雨 水 长 期 浸 泡 潮 润 质 量 管 理 漆 膜 质 量 检 验, 除 漆 膜 外 貌 与 厚 度 外, 还 应 进 行 破 坏 性 试 验 在 涂 漆 过 程 中 验 证 质 量 是 困 难 的 因 而, 保 证 产 品 漆 膜 质 量 的 方 法 是, 严 格 执 行 设 计 阶 段 所 制 订 的 工 艺 条 件, 并 对 用 相 同 工 艺 制 成 的 试 样 进 行 破 坏 性 试 验, 作 为 质 量 验 证 试 验, 而 加 以 补 充 漆 膜 质 量 验 证 试 验 的 主 要 方 法 见 表 标 准 分 享 网 免 费 下 载

251 242 汽 车 制 造 工 艺 表 质 量 验 证 试 验 法 试 验 项 目 试 验 仪 器 检 查 法 测 定 法 目 视 检 查 法 对 比 标 准 样 板, 目 测 颜 色 偏 差 及 均 匀 性 颜 色 根 据 光 学 的 L,a,b 色 度 图 与 X,Y,Z 色 度 图, 将 颜 色 组 成 因 素 数 色 差 计 据 化, 并 加 以 测 定, 与 基 准 板 数 值 做 对 比 再 根 据 色 计 算 式 计 算 色 差 非 镜 面 反 射 式 光 泽 计 以 光 学 方 法 测 定 表 面 反 射 率 破 其 测 定 方 法 是, 根 据 根 据 光 学 原 理 在 漆 膜 表 面 成 像, 并 以 数 值 显 示 坏 光 泽 各 种 映 像 的 变 形 程 度 ; 另 一 种 测 量 方 法 是 : 移 动 与 漆 膜 表 面 保 持 一 性 像 清 晰 度 测 定 仪 定 距 离 的 膜 射 光 线, 并 以 数 值 表 示 因 表 面 凸 凹 不 平 而 使 光 线 反 射 角 试 发 生 的 变 化 验 干 燥 度 铅 笔 硬 度 试 验 法 以 6B~9H 的 各 种 铅 笔 涂 画 漆 面, 观 察 划 伤 情 况 硬 度 振 子 漆 膜 硬 度 计 测 定 在 漆 膜 面 上 往 返 运 动 振 子 的 减 震 率 膜 厚 电 磁 测 厚 仪 将 内 藏 交 流 电 磁 线 圈 的 探 测 头 放 在 漆 面 上, 由 电 感 变 化 测 定 厚 度 室 外 暴 露 试 验 将 涂 漆 面 南 向, 与 水 平 面 倾 斜 45,35,0, 在 室 外 暴 露, 观 察 光 泽 变 暗 褪 色 生 锈 开 裂 膨 胀 等 各 种 性 能 的 恶 化 情 况 耐 候 性 老 化 仪 除 紫 外 线 照 射 外, 按 照 预 订 程 序 人 工 改 变 温 度 湿 度 降 水 结 露 等 气 候 条 件, 测 定 漆 膜 的 恶 化 情 况 恒 温 器 将 漆 膜 钢 板 反 复 放 在 39 酷 暑 和 -18 严 寒 的 环 境 中, 测 定 漆 膜 发 生 裂 纹 和 附 着 性 的 恶 化 情 况 盐 雾 试 验 器 将 划 有 交 割 网 络 的 漆 膜 置 于 5% 的 食 盐 水 雾 中, 测 定 生 锈 进 行 情 况 包 括 在 上 述 条 件 下 加 入 醋 酸 的 腐 蚀 箱 实 验 方 法, 盐 水 浸 渍 法, 在 耐 蚀 性 破 其 他 方 法 100% 湿 度 环 境 中 进 行 试 验 的 湿 润 实 验 法, 在 亚 硫 酸 气 氛 中 进 行 试 验 坏 的 亚 硫 酸 气 实 验 法 等 性 耐 水 性 耐 或 是 将 涂 漆 钢 板 浸 入 水 硫 酸 苛 性 钠 挥 发 油 等 物 质 中, 或 是 将 这 试 油 性 耐 药 恒 温 水 槽 些 物 质 涂 于 漆 面 上, 测 定 漆 膜 软 化 生 锈 变 色 剥 落 膨 胀 等 情 况 验 品 性 柔 韧 性 弯 曲 试 验 仪 在 2~9mm 直 径 的 各 种 芯 棒 上 做 180 弯 曲 以 1/8"~1" 的 各 种 冲 击 头, 对 漆 膜 施 加 各 种 冲 击 载 荷, 观 察 漆 膜 剥 杜 邦 冲 击 试 验 仪 耐 冲 击 性 落 情 况 敲 击 试 验 仪 用 压 缩 空 气 吹 10mm 大 小 石 块 敲 击 漆 膜, 观 察 剥 落 情 况 附 着 性 交 错 划 线 试 验 器 在 漆 膜 上 刻 画 纵 横 相 距 1mm 的 网 纹, 粘 上 塑 胶 带, 随 后 揭 下, 观 察 漆 膜 的 剥 落 情 况 耐 磨 性 刷 洗 试 验 器 向 漆 面 上 淋 水, 并 用 刷 子 毛 毡 擦 拭, 观 察 漆 面 划 伤 与 磨 耗 情 况 落 砂 试 验 器 向 漆 膜 上 撒 砂 粒, 测 定 其 耐 磨 性 10.5 汽 车 车 身 涂 装 的 典 型 工 艺 汽 车 涂 装 属 于 多 层 涂 装 由 于 各 种 汽 车 的 使 用 条 件 及 外 观 要 求 不 一 样, 涂 装 工 艺 也 各 不 相 同 国 内 外 汽 车 车 身 涂 装 工 艺 可 以 分 为 以 下 三 个 基 本 体 系 242

252 第 10 章 涂 漆 涂 三 层 烘 三 次 体 系 / 涂 层 总 膜 厚 70~100μm 碱 性 脱 脂 锌 盐 磷 化 [ 有 的 涂 装 线 采 Ro Dip-Tochnology( 全 旋 反 向 浸 渍 输 送 技 术 )] 干 燥 (120,10min) 底 漆 涂 层 [ 喷 涂 溶 剂 型 环 氧 树 脂 底 漆, 膜 厚 15~25μm, 烘 干 (150, 30min)] 干 或 湿 打 磨 干 燥 中 间 涂 层 [ 静 电 自 动 喷 涂 溶 剂 型 三 聚 氰 胺 醇 酸 树 脂 漆, 膜 厚 20~30μm, 烘 干 (150,30min)] 湿 打 磨 干 燥 面 漆 涂 层 [ 喷 涂 三 聚 氰 胺 醇 酸 树 脂 系 面 漆 ( 金 属 闪 光 色 用 丙 烯 酸 树 脂 系 ), 膜 厚 35~45μm, 烘 干 (130~140 ),30min] 外 观 装 饰 性 要 求 高 的 乘 用 车 车 身 一 般 都 采 用 这 一 涂 装 体 系 2. 涂 三 层 烘 两 次 体 系 / 涂 层 总 膜 厚 70~100μm 碱 性 脱 脂 锌 盐 磷 化 干 燥 (120,10min) 底 漆 涂 层 [ 电 泳 底 漆, 膜 厚 15~25μm, 不 烘 干 ( 仅 晾 干 水 分 )] 中 间 涂 层 [ 静 电 自 动 喷 涂 与 电 泳 底 漆 相 适 应 的 水 性 涂 料, 膜 厚 20~ 30μm, 烘 干 (100,10min ) ( 预 烘 );(160,30min) ( 与 底 漆 一 起 烘 干 )] 面 漆 涂 层 [ 喷 涂 三 聚 氰 胺 醇 酸 树 脂 系 面 漆 ( 金 属 闪 光 色 用 丙 烯 酸 树 脂 系 ), 膜 厚 35~45μm, 烘 干 (130~ 140 ),30min] 对 于 外 观 要 求 不 太 高 的 旅 行 车 和 大 客 车 车 身 及 轻 型 载 货 汽 车 的 驾 驶 室 等 一 般 采 用 这 一 涂 装 体 系 3. 涂 两 层 烘 两 次 体 系 / 涂 层 总 膜 厚 55~75μm 碱 性 脱 脂 锌 盐 磷 化 干 燥 (120,10min) 底 漆 涂 层 [ 电 泳 底 漆, 膜 厚 20~30μm 烘 干 (160,30min)] 干 或 湿 打 磨 干 燥 面 漆 涂 层 [ 喷 涂 三 聚 氰 胺 醇 酸 树 脂 系 面 漆 ( 金 属 闪 光 色 用 丙 烯 酸 树 脂 系 ), 膜 厚 35~45μm, 烘 干 (130~140 ),30min] 中 重 型 载 货 汽 车 的 驾 驶 室 一 般 采 用 这 一 涂 装 体 系 习 题 1. 涂 漆 质 量 的 要 求 是 什 么? 对 汽 车 漆 具 有 哪 些 特 性 要 求? 2. 汽 车 漆 的 主 要 类 型 有 哪 些? 3. 简 述 汽 车 车 身 涂 漆 的 各 个 工 序 4. 常 用 的 涂 漆 方 法 有 哪 些? 5. 国 内 外 汽 车 车 身 涂 装 工 艺 有 哪 些 体 系? 243 标 准 分 享 网 免 费 下 载

253 第 11 章 装 配 工 艺 教 学 提 示 : 在 汽 车 制 造 过 程 中, 装 配 作 业 的 任 务 在 于 将 汽 车 各 个 部 分 装 成 整 车 装 配 生 产 方 式, 因 所 装 汽 车 的 种 类 生 产 量 和 厂 址 条 件 等 因 素 而 异, 各 具 特 点 教 学 目 标 : 了 解 汽 车 装 配 工 序 与 车 间 平 面 布 置 方 法, 学 习 装 配 工 作 法, 学 会 车 辆 检 查 整 修 方 法, 掌 握 车 身 安 装 特 征 生 产 方 式 等, 了 解 车 身 安 装 质 量 保 证 的 几 大 要 点 11.1 装 配 生 产 方 式 在 汽 车 制 造 过 程 中, 装 配 作 业 的 任 务 在 于 将 动 力 - 传 动 系 统 部 分 车 内 总 成 部 分 车 外 总 成 部 分, 以 及 近 年 来 从 轿 车 开 始 采 用 的 电 子 装 置 部 分 等, 装 成 整 车 装 配 作 业 由 总 装 配 线 和 车 辆 行 驶 性 能 检 查 调 整 线 等 两 部 分 组 成 表 11-1 及 表 11-2 所 列 分 别 为 装 配 作 业 的 组 成 和 各 装 配 部 分 的 代 表 实 例 表 11-1 装 配 作 业 的 组 成 总 装 配 线 车 内 总 成 部 分 动 力 - 传 动 系 统 部 分 电 子 装 置 部 分 车 外 总 成 部 分 整 车 检 查 调 整 线 表 11-2 总 装 配 线 上 转 配 的 代 表 性 部 件 的 名 称 部 件 名 称 车 内 总 成 部 分 动 力 - 传 动 系 统 部 分 电 子 装 置 部 分 车 外 总 成 部 分 代 表 性 部 件 名 称 仪 表 板 座 椅 加 热 与 冷 却 装 置 车 顶 内 饰 件 车 门 内 饰 件 发 动 机 变 速 器 传 动 轴 前 悬 架 系 统 后 悬 架 系 统 转 向 系 统 散 热 器 车 轮 电 子 燃 料 喷 射 装 置 OK 检 测 系 统 电 子 防 滑 控 制 器 电 子 自 动 变 速 器 座 椅 安 全 连 锁 装 置 散 热 器 护 栅 大 灯 风 窗 玻 璃 门 窗 玻 璃 保 险 杆 后 组 合 灯 反 射 镜 标 示 器 等 装 配 生 产 方 式, 因 轿 车 货 车 客 车 特 种 用 途 车 等 所 装 汽 车 的 种 类, 以 及 生 产 量 和 厂 址 条 件 等 因 素 而 异, 各 具 特 点 因 产 量 关 系, 轿 车 装 配 多 采 用 同 型 车 辆 专 用 生 产 线 的 方 式 由 于 同 型 轿 车 拥 有 多 种 不 同 规 格, 总 装 配 线 上 待 装 部 件 的 种 类 繁 多, 为 此 采 用 电 子 计 算 机 以 发 出 装 配 部 件 的 指 示, 并 同 步 供 应 装 配 汽 车 所 需 要 的 各 类 部 件 此 外, 这 种 装 配 线 的 特 征 是, 变 动 装 配 车 辆 的 投 入 顺 序, 可 使 不 同 规 格 汽 车 的 装 配 时 间 达 到 平 衡 货 车 客 车 与 特 殊 用 途 车 的 装 配, 根 据 产 量, 常 采 用 多 种 车 型 混 合 生 产 的 方 式 即 在 一 条 生 产 线 上, 装 配 不 同 型 式 的 各 种 车 辆 这 种 生 产 方 式 的 特 征 是, 能 够 根 据 车 型 变 动 来 供 应 部 件, 所 用 设 备 的 附 件 也 能 共 用 或 相 互 交 换

254 第 11 章 装 配 工 艺 装 配 工 艺 与 设 备 装 配 工 序 与 车 间 平 面 布 置 1. 汽 车 装 配 工 序 装 配 工 序 包 括 总 装 配 工 序 与 性 能 检 修 工 序 两 部 分 总 装 配 工 序 一 般 采 用 流 水 作 业 方 式, 由 各 种 输 送 机 构 成 的 主 装 配 线 及 其 附 属 的 分 装 配 线 所 组 成 性 能 检 修 工 序 的 作 用 在 于 检 查 调 整 车 辆, 使 之 具 备 各 种 行 驶 性 能, 通 常 是 一 条 由 各 种 检 查 机 器 按 工 艺 顺 序 排 列 的 生 产 线 图 11.1 所 示 为 常 用 的 装 配 工 艺 过 程 图 由 于 受 到 装 配 车 间 空 间 和 车 辆 装 配 流 动 方 向 的 限 制, 地 板 下 面 动 力 系 统 部 分 的 装 配, 有 时 先 于 车 外 前 部 总 成 部 分 的 装 配 此 外, 基 于 同 样 理 由, 也 可 将 车 外 前 部 总 成 部 分 的 装 配 工 序 与 性 能 调 整 工 序 相 混 合 电 子 装 置 部 分 的 装 配 一 般 分 散 到 各 工 序 之 内, 而 在 作 为 总 装 配 最 后 工 序 的 性 能 综 合 调 整 工 序 内, 接 通 全 部 线 路 图 11.1 装 配 工 艺 过 程 图 1 发 动 机 变 速 器 分 装 线 2 仪 表 盘 分 装 配 线 3 车 轴 分 装 线 4 坐 椅 分 装 线 5 主 装 配 线 6 除 地 板 外 车 内 总 成 部 分 的 装 配 工 序 7 除 前 部 外, 车 外 总 成 部 分 的 装 配 工 序 8 地 板 以 下 部 位 的 动 力 - 传 动 系 统 部 分 的 装 配 工 序 9 地 板 部 位 车 内 总 成 部 分 的 装 配 工 序 10 前 部 车 外 各 总 成 部 分 的 装 配 工 序 11 性 能 综 合 调 整 工 序 12 前 内 饰 线 13 车 轮 部 分 装 配 线 14 后 内 饰 线 2. 汽 车 装 配 车 间 的 平 面 布 置 装 配 车 间 平 面 布 置 决 定 于 厂 址 条 件 生 产 能 力 部 件 供 应 方 式 车 辆 构 造 等 因 素 因 此, 根 据 装 配 作 业 内 容, 装 配 车 间 可 由 前 内 饰 线 车 轮 部 分 装 配 线 后 内 饰 线, 以 及 附 属 于 它 们 的 分 装 线 和 检 查 调 整 线 组 成, 如 图 11.2 所 示 布 置 车 间 时, 还 应 考 虑 车 辆 装 配 的 流 动 方 向 部 件 的 供 应 方 法 车 间 外 面 各 种 油 脂 类 储 罐 的 配 置 等 情 况, 然 后 加 以 确 定 货 车 装 配 车 间 的 特 点 是 车 轮 部 分 装 配 线 较 长, 以 适 应 车 辆 构 造 的 要 求 货 车 装 配 车 间 平 面 布 置 举 例 如 图 11.3 所 示 装 配 工 作 法 1. 螺 钉 紧 固 法 螺 钉 螺 帽 连 接 是 部 件 装 配 的 基 本 方 法, 可 使 用 图 11.4 所 示 的 各 种 气 动 套 筒 扳 手 此 外, 为 了 使 紧 固 扭 矩 保 持 稳 定, 多 使 用 螺 帽 拧 紧 器 如 果 在 许 多 部 位 上 同 时 安 装 螺 帽, 可 以 使 用 装 有 多 点 螺 帽 拧 紧 器 的 工 具 对 于 那 些 因 安 全 和 性 能 需 要 必 须 保 证 一 定 紧 固 力 的 部 位, 应 以 扭 力 扳 手 将 螺 帽 拧 紧 245 标 准 分 享 网 免 费 下 载

255 246 汽 车 制 造 工 艺 图 11.2 轿 车 装 配 车 间 平 面 布 置 图 11.3 货 车 装 配 车 间 平 面 布 置 近 年 来, 一 种 能 使 紧 固 扭 矩 保 持 稳 定 的 机 动 套 筒 扳 手, 已 为 装 配 工 艺 所 采 用 例 如, 可 在 图 11.4(a) 所 示 机 动 扳 手 的 前 端 装 一 个 由 扭 力 杆 起 滑 动 机 能 的 接 头, 这 种 接 头 可 根 据 所 需 扭 矩 的 大 小 来 选 择 通 过 不 同 规 格 的 接 头, 即 可 用 同 一 机 动 扳 手, 得 到 各 种 不 同 的 扭 矩 (a) 单 头 机 动 板 手 (b) 双 头 机 动 扳 手 图 11.4 各 类 机 动 扳 手 粘 结 法 车 内 总 成 部 分 多 使 用 乙 烯 基 类 人 造 革 和 填 料, 这 些 材 料 可 用 粘 结 剂 贴 牢 粘 结 乙 烯 基

256 第 11 章 装 配 工 艺 247 人 造 革 时, 由 于 加 工 后 的 形 状 受 加 热 温 度 的 影 响, 应 该 使 用 红 外 线 灯 或 单 元 加 热 器 升 温 使 用 高 压 空 气 泵 压 送, 而 以 喷 枪 涂 敷 粘 结 剂 近 年 来, 开 始 采 用 将 窗 玻 璃 直 接 粘 到 车 身 上 的 方 法 此 法 乃 是 将 由 两 三 种 高 分 子 材 料 按 固 定 比 例 混 合 成 的 粘 结 剂, 呈 串 珠 状 涂 敷 在 玻 璃 上, 然 后 把 玻 璃 紧 压 在 车 身 上 经 过 一 定 时 间, 即 可 把 玻 璃 粘 牢 粘 结 处 可 保 持 橡 皮 那 样 的 弹 性 这 种 粘 结 方 法 所 用 的 设 备 有 压 送 材 料 的 空 气 泵 计 量 材 料 比 率 的 测 量 计 混 合 材 料 用 的 混 合 机 和 涂 敷 材 料 用 的 喷 枪 3. 液 体 注 入 法 液 体 注 入 法 是 指 装 配 时 注 入 发 动 机 油 变 速 器 油 汽 油 散 热 器 冷 却 液 制 动 液 等 各 种 液 体 的 方 法 为 了 能 够 定 量 注 入 发 动 机 油 与 变 速 器 油, 使 用 油 脂 类 定 量 供 给 装 置 由 于 汽 油 注 入 时 易 起 火, 应 使 用 气 控 启 闭 注 入 阀 的 加 油 枪 冬 季, 散 热 器 中 应 注 入 防 冻 液, 采 用 定 比 混 合 供 给 装 置, 按 固 定 比 率 供 应 水 和 防 冻 液 注 入 制 动 液 时 使 用 真 空 泵, 以 加 速 排 气 过 程 4. 动 力 - 传 动 系 统 部 分 安 装 法 这 部 分 的 安 装 方 法 因 车 身 构 造 不 同 而 异 对 于 有 车 架 的 车 辆, 可 用 起 重 机 将 后 桥 发 动 机 等 部 件 安 装 在 车 架 上, 然 后 再 将 车 身 装 上 车 架 对 于 无 车 架 单 壳 体 车 身 结 构 的 车 辆, 先 将 前 悬 架 系 统 发 动 机 后 桥 等 部 件 一 同 装 在 气 动 或 油 压 驱 动 的 升 降 机 上, 而 后 将 这 个 整 体 部 装 件 从 地 板 下 方 安 装 到 车 身 上 图 11.5 所 示 为 油 压 驱 动 升 降 机 的 一 个 例 子 图 11.5 油 压 驱 动 升 降 机 内 饰 装 配 线 前 内 饰 装 配 线 的 输 送 机 有 两 种 方 式 : 一 种 是 将 车 身 装 在 台 车 上, 台 车 则 由 地 板 式 输 送 机 运 载, 称 为 台 车 方 式 ; 另 一 种 是 将 车 身 挂 在 吊 架 上, 吊 架 由 高 架 输 送 机 运 送, 称 为 吊 架 方 式 台 车 方 式 的 优 点 在 于 作 业 的 稳 定 性 高, 但 台 车 返 回 困 难, 常 成 为 部 件 供 应 的 障 碍 吊 架 方 式 具 有 可 以 充 分 利 用 空 间 的 优 点, 但 作 业 的 稳 定 性 差 车 轮 部 分 装 配 线 的 方 式 因 车 身 结 构 而 异, 单 壳 体 车 身 结 构 采 用 吊 架 方 式, 有 车 架 车 身 结 构 采 用 具 有 装 载 车 架 辅 助 装 置 的 地 板 式 输 送 机 方 式 后 内 饰 线 采 用 装 有 轮 胎 的 双 滑 板 输 送 机 为 了 进 行 车 辆 地 板 下 面 的 装 配 作 业, 滑 板 可 与 地 板 同 一 高 度, 并 设 置 检 修 坑, 也 可 不 设 检 修 坑, 而 提 高 输 送 机 的 高 度 后 面 这 种 方 式 的 设 备 费 用 高, 但 可 提 高 部 件 堆 放 场 地 的 利 用 率, 并 可 改 善 在 车 辆 下 面 操 作 工 人 的 劳 动 条 件 247 标 准 分 享 网 免 费 下 载

257 248 汽 车 制 造 工 艺 根 据 所 装 部 件 的 具 体 情 况, 分 装 线 分 别 采 用 辊 道 链 板 输 送 机 输 送 带 辊 道 输 送 机 等 种 种 装 置 此 外, 根 据 分 装 总 成 的 情 况, 也 可 形 成 闭 环 式 分 装 线 图 11.6 即 为 载 有 前 悬 架 系 统 的 升 降 机 按 等 距 分 布 组 成 的 闭 环 式 分 装 线 图 11.6 分 装 线 举 例 1 前 悬 架 总 成 2 装 上 发 动 机 变 速 器 总 成 3 将 前 悬 架 总 成 装 在 车 身 上 车 架 装 配 线 通 常 采 用 装 有 辅 助 装 置 的 辊 道 链 板 输 送 机 先 在 倒 置 的 车 架 上 安 装 前 悬 架 总 成 和 后 悬 架 总 成, 而 后 翻 转 为 正 置 状 态 在 车 身 翻 转 前 后 的 装 配 线 上, 使 用 装 有 辅 助 装 置 的 辊 道 链 板 输 送 机 车 架 翻 转 使 用 平 衡 锤 ( 块 ) 和 起 重 机 车 辆 检 查 调 整 线 对 于 总 装 配 线 上 装 配 完 了 的 汽 车, 根 据 公 路 运 输 车 辆 安 全 标 准 所 规 定 的 项 目, 检 查 其 主 要 性 能 与 机 能, 并 做 必 要 的 调 整 图 11.7 所 示 为 车 辆 检 查 调 整 线 的 组 成 车 辆 检 查 线 上 的 检 查 项 目 与 试 验 机 如 下 述 图 11.7 车 辆 检 查 调 整 线 的 组 成 1 前 轮 定 位 ( 前 束 前 轮 外 倾 ) 2 转 向 角 3 大 灯 4 粗 糙 路 面 模 拟 5 转 鼓 6 制 动 力 7 防 雨 性 1. 前 轮 定 位 把 前 轮 装 在 转 鼓 上, 使 之 具 有 与 行 驶 中 相 同 的 回 转 状 态 随 着 车 轮 定 位 的 改 变, 车 轮 在 转 鼓 上 将 发 生 侧 滑 根 据 侧 滑 量 可 以 测 定 前 束 与 前 轮 外 倾 角 由 此 可 求 得 包 括 车 胎 扭 转 角 在 内 的 平 均 定 位 值, 以 确 定 转 向 盘 的 正 确 安 装 位 置 2. 转 向 角 在 每 只 前 轮 上 装 一 个 转 盘, 以 检 查 转 向 角, 并 以 主 销 后 倾 角 规 检 查 主 销 后 倾 3. 大 灯 焦 点 在 车 前 一 定 距 离 处 设 置 光 屏, 其 上 开 有 上 下 左 右 四 个 受 光 口 旋 转 调 整 对 光 螺 钉, 使 大 灯 焦 点 恰 好 位 于 受 光 口 处 此 后, 进 一 步 检 查 照 度 是 否 符 合 规 定 值 4. 模 拟 粗 糙 路 面 与 转 鼓 把 汽 车 装 在 转 鼓 试 验 台 上, 以 汽 车 本 身 的 动 力 驱 动 转 鼓, 进 行 不 改 变 车 辆 位 置 的 行 驶 248

258 第 11 章 装 配 工 艺 249 试 验 在 转 鼓 上 施 加 相 当 于 受 试 汽 车 惯 性 的 等 值 惯 性 矩 通 过 这 项 试 验, 可 以 检 查 在 各 种 车 速 下 速 度 计 读 数 的 精 度, 并 可 测 定 加 速 度 值, 测 定 从 某 一 速 度 开 始 至 停 车 时 的 滑 行 时 间 测 定 各 车 速 噪 声, 观 察 变 速 器 的 状 况 5. 制 动 力 把 车 轮 放 在 两 只 滚 轮 上 转 动, 通 过 踏 力 计, 接 规 定 的 踏 力 操 作 制 动 器, 检 查 制 动 力 6. 防 雨 性 从 车 辆 的 上 下 左 右 方 向 喷 水, 检 查 车 辆 在 暴 雨 环 境 中 的 漏 水 情 况 应 将 车 辆 装 在 输 送 机 上 向 前 移 动, 以 使 汽 车 各 处 都 受 到 水 柱 喷 射 在 喷 水 区 前 后 设 空 气 帘 幕, 防 止 水 花 飞 溅 到 车 内 部 车 辆 修 整 出 厂 线 应 将 在 车 辆 检 查 调 整 线 上 发 现 的 不 合 格 车 辆, 送 至 车 辆 修 整 出 厂 线 此 处 设 有 冲 洗 间 及 烘 干 炉, 可 以 进 行 包 括 涂 漆 在 内 的 各 种 修 整 工 序 在 出 厂 线 上, 把 由 外 协 厂 供 应 的 等 待 安 装 的 毛 毯 和 轮 罩 等 零 部 件, 装 在 车 辆 上 部 件 搬 运 机 械 一 般 来 说, 只 向 装 配 线 送 交 所 需 数 量 的 部 件 当 部 件 生 产 工 厂 临 近 总 装 配 线 时, 可 以 及 时 得 到 需 要 数 量 的 部 件 如 果 两 地 相 距 过 远, 此 点 不 易 办 到, 则 应 先 储 存 在 部 件 库 内, 再 用 吊 运 输 送 机 输 送 器 拖 车 台 车 铲 车 等 运 到 装 配 线 旁 部 件 供 应 应 根 据 控 制 室 的 搬 运 指 示 进 行 发 动 机 车 轴 变 速 器 等 大 型 总 成, 以 及 轮 胎 坐 椅 等 大 型 零 部 件, 皆 由 专 用 输 送 机 运 至 装 配 线 旁 至 于 小 型 零 部 件, 应 视 需 要 量 与 线 旁 堆 放 面 积, 用 铲 车 或 牵 引 车 搬 运 到 所 要 安 装 的 装 配 线 旁 11.3 车 身 安 装 工 艺 车 身 安 装 一 般 是 指, 在 汽 车 制 造 厂 所 生 产 的 货 车 底 盘 上, 安 装 适 应 不 同 用 途 车 身 的 工 序 装 好 车 身 的 成 品 车 可 大 致 区 分 为 以 下 两 类 : 一 类 是 运 输 一 般 货 物 用 的 普 通 车 厢 货 车 或 大 篷 货 车 ; 另 一 类 是 安 装 特 种 车 身 器 具 的 特 殊 用 途 车, 或 是 装 有 特 殊 机 械 具 有 其 他 功 能 的 特 殊 装 备 车 普 通 货 车 的 车 厢 大 都 是 在 专 门 的 车 身 ( 厢 ) 制 造 厂 内 安 装 的 此 外, 从 广 义 上 说, 客 车 也 属 于 车 身 安 装 的 范 围 车 身 安 装 的 特 征 随 着 汽 车 运 输 的 近 代 化 和 汽 车 用 途 的 扩 大, 近 年 来 对 特 种 用 途 车 或 特 殊 装 备 车 的 需 要 量 急 剧 增 加, 其 种 类 与 型 式 也 日 益 增 多 1. 大 量 生 产 的 困 难 性 尽 管 车 身 安 装 厂 在 大 量 生 产 化 的 方 向 上 作 过 种 种 努 力, 但 在 许 多 方 面, 至 今 还 不 得 不 249 标 准 分 享 网 免 费 下 载

259 250 汽 车 制 造 工 艺 按 指 定 规 格 生 产 的 方 法 实 行 其 原 因 在 于 : 用 户 强 烈 要 求 适 合 使 用 情 况 的 专 用 特 种 规 格 车, 必 须 适 应 各 底 盘 制 造 厂 所 生 产 的 种 类 繁 多 的 底 盘 结 构, 自 动 倾 卸 车 与 搅 拌 车 等 必 须 装 备 动 力 输 出 机 构, 用 户 对 漆 色 与 公 司 名 称 标 牌 等 细 节 也 常 作 出 规 定 为 此, 通 常 采 用 多 品 种 少 量 生 产 的 方 式 2. 与 底 盘 制 造 厂 的 联 系 最 近, 从 货 车 底 盘 设 计 阶 段 开 始, 汽 车 制 造 厂 就 致 力 于 如 何 生 产 出 方 便 车 身 安 装 的 底 盘, 以 提 高 汽 车 的 性 能 此 外, 还 在 安 全 与 公 害 问 题 方 面, 采 取 必 要 措 施 由 于 装 好 车 身 的 汽 车 必 须 符 合 道 路 运 输 车 辆 法 等 法 规 的 规 定, 底 盘 制 造 厂 与 车 身 安 装 厂 之 间 的 紧 密 联 系 日 益 重 要 3. 标 准 化 的 努 力 在 设 计 与 制 造 方 面 所 进 行 的 合 理 化 努 力 的 过 程 中, 应 逐 渐 做 到 设 计 规 格 与 零 部 件 的 标 准 化 例 如, 陆 续 制 订 了 各 种 团 体 规 格 并 加 以 标 准 化, 这 些 规 格 有 : 货 车 车 架 宽 度 规 格 (JASOB101), 动 力 输 出 口 的 形 状 与 尺 寸 规 格 (JASOE001), 客 车 车 身 各 部 分 的 构 造 部 件 与 材 料 规 格 ( 客 车 车 身 规 格 ), 货 车 车 身 小 型 零 件 规 格 ( 车 身 工 业 协 会 规 格 ) 等 车 身 安 装 的 生 产 方 式 车 身 安 装 的 基 本 工 序 可 大 致 分 为 : 底 盘 改 装 作 业, 车 身 的 钣 金 焊 接 作 业, 机 构 部 分 的 机 械 加 工 和 装 配 作 业, 车 身 与 机 构 的 安 装 作 业, 车 身 涂 漆 作 业 五 种 这 些 工 序 几 乎 为 各 种 车 辆 所 共 有 各 工 序 的 生 产 方 式 如 下 所 述 (1) 车 身 安 装, 一 般 采 用 汽 车 底 盘 自 行 走 动 的 流 水 生 产 方 式 (2) 对 于 车 身 与 附 属 装 置 等 可 以 标 准 化 的 部 件, 尽 量 进 行 批 量 生 产 ( 如 搅 拌 车 的 转 鼓, 油 罐 车 的 油 罐 车 厢, 驱 动 装 置 等 ) (3) 安 装 部 分 必 须 制 成 能 和 各 种 底 盘 相 适 应 的 形 式, 这 样 做 有 时 也 会 成 为 装 配 作 业 流 水 化 的 障 碍 车 身 安 装 作 业 顺 序 的 实 例 如 图 11.8 所 示 在 大 量 生 产 的 情 况 下, 预 先 制 成 车 身 与 功 能 部 件 的 总 成, 等 底 盘 运 进 并 完 成 改 造 工 作 后, 即 可 将 这 些 总 成 装 到 底 盘 上 去 这 是 一 种 车 辆 在 安 装 中 可 缩 短 停 留 时 间 的 生 产 方 式 在 这 种 情 况 下, 确 保 底 盘 数 量 及 其 搬 运 计 划 的 执 行, 成 为 提 高 工 厂 生 产 率 的 关 键 为 此, 必 须 进 行 严 密 细 致 的 生 产 管 理 车 身 安 装 的 生 产 规 模 车 身 安 装 生 产 规 模 的 差 异 很 大, 其 范 围 包 括 : 从 把 车 身 安 装 仅 仅 作 为 汽 车 翻 造 过 程 的 一 个 组 成 部 分 ( 例 如 小 型 货 车 客 车 一 部 分 自 动 倾 卸 车 等 ) 的 产 量 为 辆 / 月 的 生 产 水 平 起, 直 至 由 汽 车 制 造 厂 供 应 底 盘 的 比 较 大 型 汽 车 的 车 身 安 装, 产 量 为 50~100 辆 / 月 为 止 此 外, 在 一 车 一 样 的 情 况 下, 由 于 车 身 的 特 殊 性, 其 产 量 可 能 每 月 只 有 数 辆 按 车 身 种 类 区 分, 目 前 车 身 安 装 的 生 产 规 模 概 况 见 表 11-3 在 属 于 大 批 量 生 产 的 厢 式 货 车 之 类 的 车 辆 中, 正 积 极 进 行 车 厢 的 标 准 化 与 单 一 化, 以 提 高 其 大 量 生 产 性, 降 低 生 产 成 本 250

260 第 11 章 装 配 工 艺 251 (a) 普 通 车 厢 货 车 (b) 搅 拌 车 (c) 垃 圾 装 运 车 图 11.8 车 身 安 装 作 业 顺 序 的 实 例 1 车 厢 装 配 2 转 鼓 总 成 装 配 3 泵 的 装 配 4 动 力 输 出 装 置 驱 动 装 置 与 其 他 部 件 装 配 5 动 力 输 出 控 制 装 置 副 车 架 装 配 6 车 身 装 配 表 11-3 各 类 车 辆 的 生 产 规 模 大 量 生 产 批 量 生 产 少 量 生 产 普 通 车 厢 货 车 ; 自 动 倾 卸 车 ; 搅 拌 车 ; 油 罐 车 ; 起 重 车 ; 垃 圾 装 运 车 ; 救 护 车 ; 牵 引 车 挂 具 安 装 普 通 车 厢 通 用 车 ; 散 装 车 ; 厢 式 货 车 ; 冷 藏 车 冷 冻 车 ; 旅 游 宿 车 ; 混 凝 土 泵 车 ; 拖 车 消 防 车 ; 各 种 车 身 的 客 车 ; 电 视 中 继 车 ; 道 路 清 扫 车 11.4 车 身 安 装 质 量 保 证 在 一 些 情 况 下, 可 把 车 身 看 成 是 汽 车 的 一 个 部 分, 但 在 另 一 些 情 况 下, 应 把 车 身 作 为 大 型 安 装 件 追 加 到 汽 车 上 去 属 于 第 一 种 情 况 的 有 小 型 货 车 小 型 普 通 车 厢 货 车 等 这 些 车 辆 由 汽 车 制 造 厂 单 独 提 出 指 定 型 式 的 汽 车 申 请, 质 量 也 主 要 由 该 汽 车 制 造 厂 保 证 大 型 自 动 倾 卸 车 等 属 于 第 二 种 情 况, 由 汽 车 制 造 厂 与 车 身 安 装 厂 联 名 提 出 指 定 型 式 的 汽 车 申 请 另 外 还 有 无 需 指 定 型 式 的 一 般 车 身 的 车 辆, 对 于 这 些 车 辆 用 户 的 质 量 保 证, 由 汽 车 销 售 店 出 面, 而 包 括 安 装 件 在 内 的 整 部 汽 车 的 质 量 保 证, 则 由 汽 车 制 造 厂 承 担 对 于 车 身 安 装, 由 车 身 安 装 厂 直 接 对 汽 车 制 造 厂 或 汽 车 销 售 店 负 责, 结 果 还 是 对 用 户 间 接 做 出 质 量 保 证 以 下 扼 要 叙 述 车 身 安 装 厂 对 车 身 安 装 质 量 保 证 的 内 容 251 标 准 分 享 网 免 费 下 载

261 252 汽 车 制 造 工 艺 质 量 保 证 体 制 由 于 安 装 车 身 车 辆 的 类 型 千 差 万 别, 生 产 数 量 少, 协 作 工 厂 多, 加 工 与 装 配 方 式 多 种 多 样, 生 产 内 容 极 为 复 杂 因 此, 质 量 保 证 也 比 大 量 连 续 装 配 的 汽 车 生 产 要 复 杂 得 多 然 而, 质 量 保 证 的 基 本 内 容 并 无 变 化, 只 不 过 在 综 合 运 用 方 面 增 添 了 困 难 因 此, 从 商 品 规 划 开 始 直 到 售 出 后 的 技 术 服 务 为 止 的 各 阶 段, 都 必 须 明 确 各 有 关 工 作 部 门 底 盘 制 造 厂 与 各 协 作 企 业 的 质 量 保 证 事 项, 建 立 有 关 质 量 保 证 的 作 业 ( 标 准 化 规 范 化 ), 并 进 行 教 育, 指 定 负 责 人 并 进 行 替 理 必 须 切 实 建 立 能 够 开 展 上 述 各 项 工 作 的 体 制 车 身 安 装 质 量 保 证 要 点 1. 产 品 规 划 与 质 量 改 进 关 于 车 身 安 装 的 改 进 以 及 对 新 产 品 研 制 要 求 的 构 想 极 多, 在 产 品 规 划 阶 段 决 定 取 舍 时, 市 场 调 查 与 产 品 需 求 预 测 工 作 极 为 重 要 这 些 工 作 的 正 确 与 否, 关 系 到 商 品 规 划 乃 至 产 品 质 量 保 证 能 否 实 现 2. 安 装 车 身 成 品 车 的 质 量 保 证 不 仅 应 该 保 证 安 装 车 身 与 安 装 件 本 身 的 质 量, 还 应 保 证 已 装 车 身 的 成 品 车 的 质 量 为 此, 在 研 究 试 制 阶 段, 常 常 在 有 代 表 性 的 底 盘 上 安 装 车 身, 并 在 有 代 表 性 的 实 验 场 地 上 进 行 实 际 车 辆 道 路 试 验, 以 评 定 其 质 量 这 种 试 验 的 要 点 在 于 对 试 验 场 所 的 选 择 试 验 条 件 的 掌 握 与 鉴 定 标 准 的 制 订 此 外, 能 否 将 在 代 表 性 底 盘 上 安 装 车 身 的 车 辆 试 验 结 果, 应 用 到 在 其 他 种 类 底 盘 上 安 装 车 身 的 车 辆 上, 是 车 身 安 装 试 验 研 究 过 程 中 最 困 难 的 工 作 3. 售 出 产 品 的 技 术 服 务 与 对 索 赔 的 掌 握 在 大 量 生 产 车 辆 开 始 销 售 后 的 技 术 服 务 阶 段, 车 身 安 装 厂 通 过 自 己 的 一 系 列 服 务 网 与 巡 回 服 务 班 收 集 产 品 情 报 和 损 坏 索 赔 情 报 属 于 底 盘 制 造 厂 的 索 赔 情 报 居 多, 而 有 些 情 报 对 车 身 安 装 厂 也 是 重 要 的 这 项 通 过 售 出 产 品 技 术 服 务 收 集 情 报 的 工 作, 具 有 重 要 意 义 4. 与 底 盘 制 造 厂 共 同 进 行 质 量 保 证 车 身 安 装 厂 与 底 盘 制 造 厂 在 每 个 阶 段 上 的 通 力 协 作, 是 保 证 车 身 安 装 质 量 的 关 键 协 作 内 容 的 要 点 是 : 在 规 划 阶 段, 对 车 辆 规 格 的 调 整 和 确 定 ; 在 试 验 研 究 阶 段, 对 设 计 试 验 方 面 的 情 报 交 流, 对 图 面 和 检 查 标 准 的 制 订, 对 生 产 车 辆 的 会 同 检 查 等 成 品 检 查 方 式 的 协 商 ; 在 售 出 产 品 服 务 阶 段, 对 索 赔 处 理 的 分 担, 对 补 偿 零 部 件 的 处 理, 以 及 对 损 坏 索 赔 情 报 的 交 流 等 不 言 而 喻, 有 关 指 定 型 式 汽 车 的 申 请 事 项, 就 法 规 上 所 规 定 的 内 容, 也 必 须 明 确 与 底 盘 制 造 厂 之 间 的 分 担 体 制 习 题 1. 装 配 工 作 法 有 哪 些? 2. 简 述 汽 车 车 身 安 装 的 基 本 工 序 3. 汽 车 车 身 安 装 质 量 保 证 要 点 有 哪 些? 252

262 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 在 现 代 制 造 战 略 的 指 导 下, 传 统 制 造 技 术 不 断 吸 取 计 算 机 信 息 自 动 化 新 材 料 和 现 代 系 统 管 理 技 术, 并 将 其 综 合 应 用 于 产 品 的 研 究 与 开 发 设 计 生 产 管 理 和 市 场 开 发 售 后 服 务, 并 取 得 社 会 经 济 效 益 的 综 合 技 术, 统 称 为 先 进 制 造 技 术 (AMT) 12.1 精 益 生 产 精 益 生 产 基 本 概 念 精 益 生 产 又 称 精 良 生 产, 是 20 世 纪 50 年 代 由 日 本 工 程 师 丰 田 英 二 和 大 野 耐 一 根 据 当 时 日 本 的 实 际 情 况 : 国 内 市 场 很 小, 所 需 的 汽 车 种 类 繁 多, 而 又 没 有 足 够 的 资 金 和 外 汇 购 买 西 方 最 新 技 术, 在 丰 田 汽 车 公 司 创 造 的 一 种 新 的 生 产 方 式 这 种 生 产 方 式 既 不 同 于 欧 洲 的 单 件 生 产 方 式, 也 不 同 于 美 国 的 大 批 量 生 产 方 式, 它 综 合 了 单 件 生 产 与 大 批 量 生 产 方 式 的 优 点, 使 工 厂 的 一 切 投 入 都 大 大 减 少, 新 产 品 的 开 发 时 间 大 大 缩 短, 生 产 出 的 产 品 更 多, 而 且 质 量 更 好 这 种 生 产 方 式 到 了 20 世 纪 60 年 代 已 经 成 熟, 从 而 不 仅 使 丰 田, 而 且 使 整 个 日 本 的 汽 车 工 业 受 益 匪 浅 进 入 20 世 纪 80 年 代, 日 本 产 品 依 靠 高 质 量 低 价 格 多 品 种 优 性 能 等 优 势, 势 不 可 挡 地 进 入 世 界 市 场, 欧 美 市 场 面 临 着 严 峻 挑 战 为 了 探 索 其 秘 密,1985 年 美 国 麻 省 理 工 学 院 MIT 启 动 了 一 个 具 有 重 要 意 义 的 研 究 计 划 国 际 汽 车 研 究 计 划 整 个 计 划 历 时 五 年, 耗 资 500 万 美 元, 参 加 研 究 人 员 116 名, 他 们 对 世 界 各 地 的 近 100 家 汽 车 制 造 厂 经 过 研 究 分 析, 提 出 了 精 益 生 产 (Lean Production,LP) 的 概 念, 并 得 出 一 个 非 常 重 要 的 结 论 : 日 本 经 济 的 腾 飞 在 很 大 程 度 上 依 赖 于 一 种 新 的 生 产 方 式 ( 精 益 生 产 ) 精 益 生 产 的 基 本 概 念 一 经 提 出, 立 即 在 全 世 界 掀 起 一 股 研 究 和 推 广 应 用 的 热 潮 研 究 人 员 认 为, 大 量 流 水 线 的 生 产 方 式 是 旧 时 代 工 业 化 的 象 征, 而 精 益 生 产 则 是 新 时 代 工 业 化 的 标 志 人 们 普 遍 认 为, 精 益 生 产 的 基 本 哲 理 和 方 法 对 各 种 企 业 都 适 用, 不 仅 花 钱 少, 而 且 见 效 快 精 益 生 产 方 式 对 制 造 业 及 人 类 社 会 都 会 产 生 巨 大 而 深 远 的 影 响 精 益 生 产 的 内 涵 1. 精 益 生 产 的 基 本 概 念 精 益 生 产, 英 文 原 意 是 瘦 型 生 产 方 式 精 益 生 产 简 练 的 含 义 就 是 运 用 多 种 现 代 管 理 方 法 和 手 段, 以 社 会 需 求 为 依 托, 以 充 分 发 挥 人 的 作 用 为 根 本, 有 效 配 置 和 合 理 使 用 企 业 资 源 为 企 业 谋 求 经 济 效 益 的 一 种 新 型 企 业 生 产 方 式 精 益 生 产 方 式 的 资 源 配 置 原 则, 是 以 彻 底 消 除 无 效 劳 动 和 浪 费 为 目 标 精 益 的 精 就 是 精 干 ( 瘦 型 ), 益 就 是 效 益, 合 起 来 就 是 少 投 入, 多 产 出, 把 成 果 最 终 落 实 到 经 济 效 益 上, 追 求 单 位 投 入 产 出 量 可 见, 实 施 精 益 生 产 方 式 要 以 去 除 肥 肋 为 先 导, 改 进 标 准 分 享 网 免 费 下 载

263 254 汽 车 制 造 工 艺 原 有 的 臃 肿 组 织 机 构 大 量 非 生 产 人 员 宽 松 的 厂 房 超 量 的 库 存 储 备 等 状 况 2. 精 益 生 产 方 式 的 思 维 特 点 之 所 以 能 产 生 精 益 生 产 方 式, 是 由 于 精 益 生 产 发 明 人 有 一 套 完 全 的 与 众 不 同 的 思 维 方 式 做 指 导 主 要 的 思 维 方 式 有 下 述 三 点 (1) 逆 向 思 维 方 式 精 益 生 产 的 思 维 方 式 大 多 都 是 逆 向 思 维 风 险 思 维, 很 多 问 题 都 是 倒 过 来 看, 也 是 倒 过 来 干 的 比 如, 我 们 一 般 认 为 销 售 是 生 产 经 营 的 终 点, 而 精 益 生 产 却 把 销 售 看 成 是 起 点, 而 且 把 用 户 看 成 是 生 产 制 造 过 程 的 组 成 部 分 ; 传 统 的 生 产 方 式 一 直 是 推 动 式 的, 从 上 到 下 发 指 令, 从 前 工 序 送 到 后 工 序 一 道 道 往 后 推, 而 精 益 生 产 却 是 由 后 道 工 序 拉 动 前 道 工 序 ; 过 去 总 认 为 超 前 生 产 是 好 事, 而 精 益 生 产 却 认 为 超 前 生 产 是 无 效 劳 动, 是 一 种 浪 费 (2) 逆 境 中 的 拼 搏 精 神 精 益 生 产 方 式 是 市 场 竞 争 的 产 物, 来 自 于 逆 境 中 的 拼 搏 精 神 丰 田 公 司 在 开 始 13 年 的 轿 车 累 计 产 量 不 及 福 特 公 司 一 天 产 量 的 40%, 在 相 差 这 样 悬 殊 的 条 件 下, 他 们 却 敢 于 提 出 赶 上 美 国, 走 出 一 条 新 路 子 经 过 20 年 努 力, 终 于 把 理 想 变 成 现 实 (3) 无 止 境 的 追 求 尽 善 尽 美 在 思 维 方 法 上, 精 益 生 产 与 以 往 生 产 经 营 目 标 的 根 本 差 别 在 于 追 求 尽 善 尽 美, 这 是 丰 田 公 司 的 精 神 动 力 大 量 生 产 追 求 的 是 有 限 目 标, 可 以 容 忍 一 定 的 废 品 率 和 最 大 限 度 库 存 而 精 益 生 产 则 追 求 的 是 完 全 目 标 低 成 本 无 废 品 零 库 存 和 产 品 多 种 多 样, 而 且 永 无 止 境 的 提 高, 不 断 奋 斗 精 益 生 产 认 为, 允 许 出 错 误, 错 误 就 会 不 断 发 生, 所 以 从 开 始 就 不 应 出 错 3. 精 益 生 产 方 式 的 特 征 精 益 生 产 方 式 综 合 了 单 件 生 产 与 大 量 生 产 的 优 点, 既 避 免 了 前 者 的 高 成 本, 又 避 免 了 后 者 的 僵 化, 在 内 容 和 应 用 上 具 有 如 下 的 特 征 (1) 以 销 售 部 门 作 为 企 业 生 产 过 程 的 起 点, 产 品 开 发 与 产 品 生 产 均 以 销 售 为 起 点, 按 订 货 合 同 组 织 多 品 种 小 批 量 生 产 (2) 产 品 开 发 采 用 并 行 工 程 方 法 和 主 查 制, 确 保 高 质 量 低 成 本, 缩 短 产 品 开 发 周 期, 满 足 用 户 要 求 (3) 在 生 产 制 造 过 程 中 实 行 拉 动 式 的 准 时 化 生 产, 把 上 道 工 序 推 动 下 道 工 序 的 生 产 变 为 下 道 工 序 要 求 拉 动 上 道 工 序 的 生 产, 杜 绝 一 切 超 前 超 量 生 产 (4) 以 人 为 中 心, 充 分 调 动 人 的 潜 能 和 积 极 性, 普 遍 推 行 多 机 器 操 作, 多 工 序 管 理, 并 把 工 人 组 成 作 业 小 组, 不 仅 完 成 生 产 任 务, 而 且 参 与 企 业 管 理, 从 事 各 种 革 新 活 动, 提 高 劳 动 生 产 率 (5) 追 求 无 废 品 零 库 存 零 故 障 等 目 标, 降 低 产 品 成 本, 保 证 产 品 多 样 化 (6) 消 除 一 切 影 响 工 作 的 松 弛 点, 以 最 佳 工 作 环 境 最 佳 条 件 和 最 佳 工 作 态 度 从 事 最 佳 工 作, 从 而 全 面 追 求 尽 善 尽 美, 适 应 市 场 多 元 化 要 求, 用 户 需 要 什 么 就 生 产 什 么, 需 要 多 少 就 生 产 多 少, 达 到 以 尽 可 能 少 的 投 入 获 取 尽 可 能 多 的 产 出 (7) 把 主 机 厂 与 协 作 厂 之 间 存 在 的 单 纯 买 卖 关 系 变 成 利 益 共 同 的 共 存 共 荣 的 血 缘 关 系, 把 70% 左 右 零 部 件 的 设 计 制 造 委 托 给 协 作 厂 进 行, 主 机 厂 只 完 成 约 30% 的 设 计 制 造 任 务 254

264 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 精 益 生 产 模 式 精 益 生 产 要 求 不 仅 是 在 技 术 上 实 现 制 造 过 程 和 信 息 流 的 自 动 化 及 其 集 成, 而 更 重 要 的 是 从 系 统 工 程 的 角 度 对 企 业 的 活 动 及 其 社 会 影 响 进 行 全 面 的 整 体 的 优 化 精 益 生 产 不 仅 着 眼 于 技 术, 还 充 分 考 虑 到 组 织 和 人 的 因 素, 在 企 业 的 受 益 者 顾 客 职 工 顾 主 ( 所 有 者 ) 供 应 方 和 社 会 五 方 面 的 推 动 下 建 立 其 精 益 生 产 体 系 通 过 上 述 分 析 可 以 看 出, 提 高 企 业 的 竞 争 力 不 仅 取 决 于 新 技 术 新 的 经 营 管 理 模 式 和 组 织 结 构, 而 且 还 与 能 否 最 大 限 度 地 调 动 和 发 挥 人 的 作 用 相 关, 以 人 这 个 最 具 柔 性 和 潜 力 的 因 素 为 中 心, 是 先 进 制 造 技 术 发 展 的 必 然 结 果 精 益 生 产 方 式 把 人 作 为 这 个 体 系 的 中 心, 从 此 取 代 了 过 去 那 种 机 器 中 心 论 全 盘 自 动 化 以 及 无 人 化 工 厂 的 思 想 精 益 生 产 实 质 上 是 以 尽 善 尽 美 为 理 想 目 标, 通 过 精 简, 促 使 企 业 达 到 更 有 效 的 集 成, 并 将 企 业 作 为 一 个 有 机 整 体, 对 其 进 行 持 续 不 断 的 优 化, 进 而 不 断 提 高 企 业 的 竞 争 力 如 果 把 精 益 生 产 体 系 看 作 一 幢 大 厦, 大 厦 的 基 础 就 是 在 计 算 机 信 息 网 络 支 持 下 的 小 组 工 作 方 式 和 并 行 工 程, 大 厦 的 支 柱 就 是 准 时 生 产 成 组 技 术 (GT) 和 全 面 质 量 管 理 精 益 生 产 是 屋 顶, 如 图 12.1 所 示 准 时 生 产 指 的 是 在 需 要 的 时 候 按 需 求 量 生 产 和 搬 运 所 需 产 品 的 生 产 方 式 避 免 了 因 需 要 的 变 化 而 造 成 的 大 量 产 品 的 积 压 贬 值, 以 及 由 于 次 品 在 流 水 线 上 未 被 发 现 所 造 成 的 浪 费, 消 除 大 量 库 存, 避 免 无 效 劳 动 和 浪 费, 从 而 达 到 缩 短 生 产 周 期 加 快 资 金 周 转 和 降 低 生 产 成 本 的 目 的 看 板 作 为 保 证 准 时 生 产 的 工 具, 通 过 生 产 指 令 取 货 指 令 运 输 指 令 来 控 制 和 微 调 生 产 活 动, 使 生 产 储 备 趋 向 于 零 准 时 生 产 要 求 工 人 成 为 多 面 手, 强 调 集 体 协 作, 注 重 团 队 精 神 的 实 现 图 12.1 精 益 生 产 体 系 结 构 成 组 技 术 已 经 成 为 生 产 现 代 化 不 可 缺 少 的 组 成 部 分 成 组 技 术 是 实 现 多 品 种 小 批 量 低 成 本 高 柔 性, 按 顾 客 订 单 组 织 生 产 的 技 术 基 础 通 过 采 用 成 组 技 术 就 能 够 组 织 混 流 生 产, 优 化 车 间 布 置, 减 少 产 品 品 种 的 多 样 化, 并 可 以 通 过 产 品 的 模 块 化 标 准 化 来 减 少 企 业 复 杂 度, 提 高 企 业 的 反 应 能 力 和 竞 争 能 力 等 另 外, 精 益 管 理 中 的 面 向 过 程 的 团 队 组 织 也 与 成 组 单 元 类 似 255 标 准 分 享 网 免 费 下 载

265 256 汽 车 制 造 工 艺 质 量 是 企 业 生 存 之 本, 全 面 质 量 管 理 (TQM) 是 保 证 产 品 质 量 树 立 企 业 形 象 和 达 到 零 缺 陷 的 主 要 措 施, 是 实 现 精 益 生 产 方 式 的 重 要 保 证 全 面 质 量 管 理 认 为 产 品 质 量 不 是 检 验 出 来 的, 而 是 制 造 出 来 的 它 采 用 预 防 型 的 质 量 控 制, 强 调 精 简 机 构, 优 化 管 理, 赋 予 基 层 单 位 以 高 度 自 治 权 力, 全 员 参 与 和 关 心 质 量 工 作 质 量 保 证 不 再 作 为 一 个 专 业 岗 位, 而 是 职 工 本 职 工 作 的 一 部 分 预 防 型 的 质 量 控 制 要 求 尽 早 排 除 产 品 和 生 产 过 程 中 的 潜 在 缺 陷 源, 全 面 质 量 管 理 体 现 在 质 量 发 展 质 量 维 护 和 质 量 改 进 等 方 面, 从 而 使 企 业 生 产 出 低 成 本 用 户 满 意 的 产 品 精 益 生 产 在 组 织 结 构 上 打 破 了 传 统 模 式 采 用 工 作 小 组 方 式, 面 向 任 务 或 项 目 组 建 工 作 小 组, 即 在 产 品 开 发 和 生 产 过 程 中 将 设 计 生 产 检 验 等 各 方 面 人 员 集 中 在 一 起, 形 成 集 成 的 面 向 过 程 的 团 队 组 织, 从 而 简 化 了 产 品 开 发 与 生 产 的 整 个 过 程, 简 化 了 组 织 机 构 并 行 工 程 是 精 益 生 产 方 式 的 基 础 它 要 求 产 品 开 发 人 员 从 设 计 开 始 就 考 虑 产 品 寿 命 周 期 的 全 过 程, 不 仅 要 考 虑 产 品 的 各 项 性 能, 如 质 量 成 本 和 用 户 要 求, 还 应 考 虑 与 产 品 有 关 的 各 工 艺 过 程 的 质 量 及 服 务 的 质 量 它 通 过 提 高 设 计 质 量 来 缩 短 设 计 周 期, 通 过 优 化 生 产 过 程 来 提 高 生 产 效 率, 通 过 降 低 产 品 整 个 寿 命 周 期 的 消 耗, 如 产 品 生 产 过 程 中 原 材 料 消 耗 工 时 消 耗 等, 以 降 低 生 产 成 本 通 过 改 善 团 队 组 织 单 元 间 的 相 互 通 信 信 息 交 流 与 共 享 关 系, 有 助 于 改 善 团 队 中 人 员 之 间 以 及 团 队 之 间 的 合 作 与 协 同, 消 除 生 产 活 动 中 的 不 协 调 情 况, 全 面 提 高 整 个 系 统 的 柔 性 和 生 产 效 率 精 益 生 产 的 主 要 内 容 精 益 生 产 方 式 的 应 用 涉 及 企 业 的 产 品 开 发 制 造 和 经 营 管 理 的 各 个 方 面, 主 要 是 改 进 企 业 生 产 劳 动 组 织 和 现 场 管 理, 彻 底 消 除 生 产 制 造 过 程 中 的 无 效 劳 动 和 浪 费, 科 学 合 理 地 组 织 与 配 置 生 产 要 素, 增 强 企 业 适 应 市 场 的 应 变 能 力, 取 得 更 高 的 经 济 效 益 1. 主 查 制 的 开 发 组 织, 并 行 式 的 开 发 程 序 精 益 生 产 的 产 品 开 发 组 织 是 比 较 紧 密 的 矩 阵 工 作 组, 由 主 查 负 责 领 导 所 谓 主 查 就 是 项 目 负 责 人 工 作 组 成 员 是 由 各 部 门 抽 调 来 的, 根 据 与 开 发 任 务 的 关 系 分 为 核 心 成 员 和 非 核 心 成 员, 核 心 成 员 自 始 至 终 不 变 动, 非 核 心 成 员 在 各 自 部 门 里, 只 有 在 紧 急 情 况 下 才 聚 在 一 起, 业 务 上 受 主 查 和 所 在 部 门 双 重 领 导 精 益 生 产 的 主 查 比 大 量 生 产 的 项 目 经 理 具 有 更 大 的 实 权, 对 产 品 开 发 所 需 的 一 切 资 源, 包 括 对 人 力 物 力 财 力 拥 有 支 配 权 ; 对 产 品 设 计 方 向 和 开 发 计 划 有 决 定 权 和 指 挥 权 ; 对 小 组 成 员 有 评 价 权 推 荐 权, 并 影 响 其 职 务 及 工 资 的 晋 升 主 查 虽 不 具 有 行 政 权 力, 但 绝 对 应 该 是 权 威, 由 其 权 威 性 来 左 右 主 查 通 过 联 席 会 议 来 协 调 问 题, 通 报 信 息 无 论 什 么 样 生 产 方 式, 汽 车 开 发 都 要 经 过 概 念 设 计, 产 品 规 划, 零 部 件 图 样 设 计, 样 车 试 制, 工 艺 设 计 工 装 和 设 备 设 计 与 制 造, 批 量 试 生 产, 正 式 大 批 量 生 产 等 阶 段 问 题 是 如 何 组 织 好 这 些 必 要 的 阶 段, 传 统 大 批 量 生 产 采 用 的 是 串 行 式 程 序 一 阶 段 工 作 完 成 之 后 才 进 行 下 一 阶 段, 他 们 各 自 独 立 工 作 互 不 协 调, 整 个 工 作 被 拖 得 很 长 精 益 生 产 采 用 并 行 式 工 作 程 序, 产 品 开 发 从 一 开 始 设 计, 相 关 工 艺 质 量 成 本 销 售 人 员 就 联 手 参 加 有 关 工 作, 尽 早 进 行 阶 段 衔 接, 尽 可 能 地 同 时 工 作, 从 而 改 变 了 以 往 接 力 棒 式 的 推 动 做 法, 而 256

266 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 257 是 从 后 面 向 前 面 提 出 各 种 各 样 的 要 求 在 产 品 设 计 过 程 就 要 确 定 制 造 工 艺, 用 工 艺 保 证 达 到 质 量 标 准 生 产 效 率 目 标 成 本 和 各 项 指 标 2. 拉 动 式 的 生 产 管 理 精 益 生 产 组 织 生 产 制 造 过 程 的 基 本 做 法 是 用 拉 动 式 管 理 代 替 传 统 的 推 动 式 管 理, 即 每 一 道 工 序 的 生 产 都 是 由 其 下 道 工 序 的 需 要 拉 动 的, 生 产 什 么, 生 产 多 少, 什 么 时 候 生 产 都 是 以 正 好 满 足 下 道 工 序 的 需 要 为 前 提 拉 动 式 方 法 的 特 点 : 一 是 坚 持 一 切 以 后 道 工 序 要 求 出 发, 宁 可 中 断 生 产 也 不 搞 超 前 生 产, 用 拉 动 式 保 证 生 产 的 准 时 化 即 在 需 要 的 时 候 生 产 需 要 的 产 品 和 数 量 ; 二 是 生 产 指 令 不 仅 是 生 产 作 业 计 划, 而 且 还 用 看 板 进 行 微 调, 即 以 计 划 为 指 导, 以 看 板 为 现 场 指 令 看 板 成 为 拉 动 式 生 产 的 重 要 指 挥 手 段 拉 动 式 方 式 在 生 产 制 造 过 程 中 的 具 体 应 用, 主 要 表 现 在 几 方 面 :1 以 市 场 需 求 拉 动 企 业 生 产, 即 市 场 需 要 什 么 就 生 产 什 么, 需 要 多 少 就 生 产 多 少, 超 前 超 量 生 产 都 是 不 允 许 的 ; 2 在 企 业 内 部, 以 后 道 工 序 拉 动 前 道 工 序, 以 总 装 配 拉 动 总 成 装 配, 以 总 成 拉 动 零 件 加 工, 以 零 件 拉 动 毛 坯 生 产 ;3 以 前 方 生 产 拉 动 后 方, 准 时 服 务 于 生 产 现 场 ;4 以 主 机 厂 拉 动 协 作 配 套 厂 生 产, 把 协 作 配 套 厂 的 生 产 看 成 是 主 机 厂 生 产 制 造 体 系 的 一 个 组 成 部 分, 尽 可 能 地 采 用 直 达 送 货 方 式 3. 以 人 本 管 理 为 根 本 的 劳 动 组 织 体 制 精 益 生 产 方 式 把 雇 员 看 成 比 机 器 更 为 重 要 的 固 定 资 产, 在 企 业 中 的 所 有 工 作 人 员 都 是 企 业 的 终 身 雇 员, 不 能 随 意 淘 汰 生 产 工 人 是 企 业 的 主 人, 在 生 产 中 享 有 充 分 的 自 主 权, 在 生 产 线 上 的 每 一 个 工 人 在 生 产 中 出 现 故 障 时 都 有 权 拉 铃 让 工 区 的 生 产 停 下 来, 并 立 即 与 小 组 人 员 一 起 查 找 故 障 原 因, 做 出 决 策, 解 决 问 题, 消 除 故 障 在 精 益 生 产 方 式 中, 企 业 不 仅 将 任 务 和 责 任 最 大 限 度 地 托 付 在 生 产 线 上 创 造 实 际 价 值 的 工 人, 给 他 们 施 加 工 作 压 力, 而 且 还 通 过 培 训 等 方 式 为 工 人 们 创 造 条 件, 扩 大 他 们 的 知 识 面, 提 高 他 们 的 技 能, 使 他 们 学 会 作 业 组 的 所 有 工 作, 不 仅 是 产 品 加 工, 设 备 保 养, 简 单 修 理, 甚 至 还 包 括 材 料 的 订 购 职 工 在 这 种 既 受 到 工 厂 重 视 又 能 掌 握 多 种 生 产 技 能, 而 且 又 不 是 在 枯 燥 无 味 地 重 复 一 个 同 样 动 作 的 情 况 下, 必 然 会 以 主 人 公 的 态 度 积 极 地 创 造 性 地 对 待 自 己 的 工 作 4. 简 化 产 品 检 验 环 节, 强 调 一 体 化 的 现 场 质 量 管 理 精 益 生 产 方 式 对 产 品 质 量 观 点 是 : 质 量 是 制 造 出 来 的, 而 不 是 检 查 出 来 的, 认 为 一 切 生 产 线 外 的 检 查 把 关 及 返 修 都 不 能 创 造 附 加 价 值, 而 把 保 证 产 品 质 量 的 职 能 和 责 任 转 移 到 直 接 生 产 操 作 人 员, 要 求 每 一 个 作 业 人 员 尽 职 尽 责, 精 心 完 成 工 序 内 的 每 一 项 作 业 由 每 一 个 操 作 工 自 己 保 证 和 检 验 产 品 质 量, 取 消 了 昂 贵 的 检 验 场 所 和 修 补 加 工 区, 这 不 仅 简 化 了 产 品 的 检 验, 保 证 了 产 品 的 高 质 量, 而 且 节 省 了 生 产 费 用 5. 总 装 厂 与 协 作 厂 之 间 的 相 互 依 存 精 益 生 产 方 式 主 张 在 总 装 厂 与 协 作 厂 之 间 建 立 起 一 种 相 互 依 存 的 信 任 关 系, 以 代 替 单 纯 订 货 式 的 买 卖 关 系 总 装 厂 与 协 作 厂 之 间 的 全 部 关 系 除 了 规 定 在 基 本 合 同 文 件 之 外, 还 组 织 协 作 厂 协 会, 协 会 定 期 开 会, 交 换 意 见, 沟 通 信 息, 帮 助 协 作 厂 培 训 干 部, 提 高 质 量, 257 标 准 分 享 网 免 费 下 载

267 258 汽 车 制 造 工 艺 降 低 成 本, 改 善 经 营 管 理 此 外, 总 装 厂 还 常 常 派 高 级 经 理 人 员 去 协 作 厂 任 职, 对 主 要 的 协 作 厂 还 采 取 参 股 控 股 办 法, 建 立 起 资 金 联 合 纽 带 的 血 缘 关 系 协 作 厂 参 与 总 装 厂 的 产 品 开 发, 使 总 装 厂 与 协 作 厂 协 作 厂 与 协 作 厂 之 间 的 技 术 交 流 得 以 实 现, 有 利 于 保 证 整 机 和 各 个 总 成 的 性 能, 并 大 大 缩 短 了 产 品 开 发 时 间 精 益 生 产 力 方 式 建 立 了 总 装 厂 与 协 作 厂 共 同 分 析 成 本 确 定 目 标 价 格 合 理 分 享 利 润 的 体 系, 放 弃 了 以 势 压 人 讨 价 还 价 的 做 法 首 先 由 总 装 厂 通 过 市 场 预 测 确 定 产 品 的 目 标 价 格, 然 后, 与 协 作 厂 家 一 起 反 过 来 研 究 如 何 在 这 个 条 件 下 制 造 出 这 种 产 品, 使 总 装 厂 与 协 作 厂 都 能 获 得 利 润 精 益 生 产 方 式 几 乎 普 遍 采 用 直 达 供 应 和 直 送 工 位 的 体 制 协 作 厂 定 时 定 量 直 接 将 配 套 件 送 到 总 装 厂, 取 消 了 缓 冲 环 节 这 样 的 供 货 方 式 实 行 起 来 有 很 大 风 险, 在 日 本 协 作 厂 一 般 就 近 就 地 选 择, 距 总 装 厂 很 近, 大 体 在 50km 半 径 范 围 内, 实 行 直 达 供 应 比 较 容 易 6. 以 顾 客 为 中 心 的 销 售 策 略 精 益 生 产 改 变 了 由 经 销 人 员 在 经 销 点 坐 等 用 户 上 门 购 买 的 被 动 销 售 方 式, 而 是 由 经 销 人 员 登 门 拜 访, 挨 家 挨 户 推 销 的 主 动 销 售 如 丰 田 公 司, 每 个 经 销 点 由 多 个 小 组 组 成, 除 一 个 小 组 留 守 负 责 问 询 工 作 外, 其 他 小 组 大 部 分 时 间 都 去 挨 家 挨 户 推 销 汽 车 了 解 经 销 点 地 区 每 家 基 本 情 况, 把 信 息 反 馈 给 产 品 开 发 小 组 ; 向 用 户 提 出 最 贴 切 的 购 车 建 议, 满 足 用 户 特 定 的 要 求 ; 当 用 户 拿 不 定 主 意 时, 还 要 带 来 样 车 进 行 演 示 总 之, 用 真 诚 感 动 用 户, 为 了 适 应 这 种 登 门 服 务, 经 销 点 越 来 越 多 地 雇 用 女 推 销 员 此 外, 通 过 完 善 的 售 后 服 务 培 养 产 品 的 忠 诚 用 户, 建 立 和 培 养 用 户 毕 生 的 忠 诚, 新 车 卖 给 用 户 后, 车 主 便 成 了 经 销 网 络 的 一 个 成 员, 会 经 常 得 到 经 销 人 员 问 询 服 务, 保 证 汽 车 正 常 运 行 为 了 保 持 联 系, 还 给 车 主 寄 生 日 卡, 帮 助 办 红 白 喜 事, 这 样 一 种 忠 诚 关 系, 使 别 的 厂 家 很 难 打 进 去 精 益 生 产 极 为 重 视 经 销 人 员 素 质 的 提 高, 认 为 这 是 精 益 生 产 销 售 方 式 的 原 动 力 精 益 生 产 销 售 人 员 的 素 质 包 括 两 个 方 面 : 一 是 思 想 素 质, 经 销 人 员 要 对 企 业 绝 对 忠 诚, 端 正 对 工 作 的 态 度, 树 立 正 确 的 价 值 观 ; 培 养 自 我 管 理 的 能 力 和 实 践 能 力 ; 妥 善 安 排 时 间 不 间 断 地 学 习, 具 有 遇 困 难 不 退 缩, 坚 忍 不 拔 的 毅 力 二 是 业 务 素 质, 不 但 要 掌 握 销 售 知 识 与 技 巧 还 要 非 常 了 解 产 品, 懂 技 术 会 修 理 如 何 培 养 选 用 经 销 人 员? 精 益 生 产 销 售 部 门 对 每 年 招 来 的 大 学 毕 业 新 职 工, 首 先 在 安 排 工 作 之 前 要 对 其 进 行 六 个 月 基 本 训 练, 包 括 在 进 行 销 售 业 务 一 般 教 育 后 送 到 工 厂 去, 接 受 两 周 的 实 习 教 育 ; 接 下 来 是 接 受 老 维 修 人 员 的 维 修 实 习, 然 后 再 进 入 销 售 实 习, 就 是 到 直 接 销 售 点 进 行 为 期 三 个 月 的 推 销 工 作 此 外, 在 每 次 职 务 晋 升 之 前, 还 要 进 行 与 各 自 岗 位 相 应 的 进 修 销 售 部 门 设 立 了 设 施 精 良 现 代 化 的 进 修 中 心 12.2 敏 捷 制 造 敏 捷 制 造 的 提 出 二 十 世 纪 六 七 十 年 代, 随 着 日 本 工 业 经 济 的 发 展, 日 本 的 各 种 生 产 管 理 技 术 和 理 论 也 在 不 断 地 走 向 成 熟,JIT( 准 时 生 产 ) TQC( 全 面 质 量 管 理 ) 等 管 理 方 法 与 理 论 陆 续 提 出 这 些 不 断 发 展 的 理 论 又 反 过 来 支 撑 着 日 本 经 济 特 别 是 工 业 经 济 的 飞 速 发 展, 将 美 国 等 老 牌 资 258

268 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 259 本 主 义 国 家 抛 在 了 身 后 因 此,1991 年, 由 美 国 国 防 制 造 技 术 计 划 秘 书 办 公 室 资 助, 由 美 国 海 军 制 造 技 术 办 公 室 和 美 国 里 海 (Lehigh) 大 学 的 亚 柯 卡 (Iacocca) 研 究 所 签 订 合 同, 开 展 未 来 制 造 技 术 发 展 战 略 的 研 究 为 此, 由 亚 柯 卡 研 究 所 和 美 国 13 家 大 公 司 的 行 政 首 脑 组 成 核 心 组 进 行 深 入 研 究, 并 邀 请 100 多 家 企 业 和 著 名 的 咨 询 公 司 参 与 研 讨, 历 时 半 年, 形 成 了 一 份 名 为 21 世 纪 制 造 企 业 发 展 战 略 的 研 究 报 告, 在 其 中 首 次 提 出 了 敏 捷 制 造 的 新 概 念 其 基 本 的 思 想 是 通 过 把 动 态 灵 活 的 虚 拟 组 织 机 构 (virtual organization) 或 动 态 联 盟 先 进 的 柔 性 制 造 技 术 和 高 素 质 的 人 员 进 行 全 面 的 集 成, 从 而 使 企 业 能 够 从 容 应 付 快 速 变 化 和 不 断 变 化 的 市 场, 获 得 长 期 效 益 这 是 一 种 提 高 企 业 竞 争 能 力 的 全 新 的 制 造 组 织 模 式 其 核 心 观 点 是 除 了 学 习 日 本 的 成 功 经 验 外, 更 要 利 用 美 国 信 息 技 术 的 优 势, 夺 回 制 造 工 业 的 世 界 领 先 地 位 这 一 新 的 制 造 哲 理 在 全 世 界 产 生 了 巨 大 的 反 响, 并 且 已 经 取 得 了 引 人 瞩 目 的 实 际 效 果 敏 捷 制 造 的 内 涵 1. 敏 捷 制 造 的 基 本 概 念 美 国 工 程 师 学 会 (ASME) 主 办 的 机 械 工 程 杂 志 对 敏 捷 制 造 进 行 了 如 下 定 义 : 敏 捷 制 造 就 是 指 制 造 系 统 在 满 足 低 成 本 和 高 质 量 的 同 时, 对 变 幻 莫 测 的 市 场 需 求 的 快 速 反 应 敏 捷 制 造 是 在 无 法 预 测 和 持 续 变 化 的 市 场 环 境 中 保 持 并 不 断 提 高 企 业 的 快 速 反 应 和 竞 争 能 力, 通 过 综 合 运 用 在 计 算 机 技 术 基 础 下 迅 猛 发 展 的 产 品 制 造 信 息 集 成 和 通 信 技 术, 充 分 利 用 企 业 之 间 以 及 企 业 内 部 的 各 种 资 源, 结 成 针 对 某 种 产 品 开 发 设 计 与 制 造 的 全 球 企 业 动 态 联 盟 并 以 最 快 最 经 济 的 方 式 开 发 产 品, 推 向 市 场 敏 捷 制 造 是 一 种 结 构, 每 个 公 司 都 能 在 这 个 结 构 中 开 发 自 己 的 产 品, 并 实 施 自 己 的 经 营 战 略 构 成 这 个 结 构 的 基 石 是 三 种 基 本 资 源 : 先 进 的 生 产 技 术 先 进 的 管 理 技 术 和 高 素 质 的 人 员 敏 捷 性 源 于 这 几 种 制 造 资 源 的 最 优 配 置 其 中, 生 产 技 术 包 括 敏 捷 的 技 术 支 持 工 作 过 程 并 行 化, 设 计 面 向 产 品 的 整 个 生 命 期, 在 互 联 网 上 采 用 通 用 的 数 据 交 换 标 准, 实 现 分 布 式 企 业 集 成 和 分 布 式 并 行 操 作 等 特 点 管 理 技 术 包 括 多 变 的 动 态 组 织 结 构 动 态 联 盟 等 领 域 敏 捷 制 造 强 调 人 的 决 定 性 作 用, 有 知 识 有 技 术 的 人 是 企 业 成 功 的 关 键 因 素, 因 此 通 过 继 续 教 育 和 激 励 机 制 培 养 企 业 雇 员 的 丰 富 想 象 力 主 动 性 创 造 性 和 专 业 技 能 是 敏 捷 制 造 不 断 发 展 的 基 础 企 业 的 敏 捷 性 是 企 业 获 得 竞 争 优 势, 进 而 取 得 成 功, 生 存 下 去 的 综 合 能 力 的 表 现 敏 捷 制 造 作 为 一 种 战 略, 它 提 供 了 一 个 基 本 框 架, 按 照 此 框 架 组 织 的 企 业 具 有 敏 捷 性 的 基 本 素 质 ; 同 时, 敏 捷 制 造 还 是 一 种 哲 理 一 种 指 导 思 想, 按 照 此 指 导 思 想 企 业 可 进 行 不 断 的 调 整 与 开 拓 创 新 ; 因 此, 企 业 所 采 取 的 任 何 不 断 增 强 自 身 敏 捷 性 的 一 切 活 动 都 可 以 算 作 是 实 施 了 敏 捷 制 造 2. 敏 捷 制 造 的 特 点 敏 捷 制 造 (Agile Manufacturing,AM) 是 美 国 为 重 振 其 在 制 造 业 中 的 领 导 地 位 而 提 出 的 一 种 新 的 制 造 模 式 它 的 特 点 可 概 括 为 : 通 过 先 进 生 产 技 术 先 进 的 管 理 技 术 和 高 素 质 人 员 的 集 成, 着 眼 于 获 取 企 业 的 长 期 经 济 效 益 ; 用 全 新 的 产 品 设 计 和 产 品 生 产 的 组 织 管 理 方 法, 来 对 市 场 需 求 和 用 户 要 求 做 出 灵 敏 和 有 效 的 响 应 具 体 地 讲, 它 具 有 以 下 特 点 (1) 对 产 品 开 发 设 计 制 造 全 过 程 的 要 求 敏 捷 制 造 采 用 柔 性 化 模 块 化 的 产 品 设 计 方 法 和 可 重 组 的 工 艺 设 备, 使 产 品 能 根 据 用 户 的 需 求 进 行 改 变, 并 借 助 仿 真 技 术 进 行 产 品 259 标 准 分 享 网 免 费 下 载

269 260 汽 车 制 造 工 艺 性 能 和 制 造 过 程 仿 真, 让 用 户 很 方 便 地 参 与 设 计, 从 而 很 快 地 生 产 出 满 足 用 户 需 要 的 产 品 (2) 多 变 的 动 态 组 织 结 构 21 世 纪 衡 量 竞 争 优 势 的 准 则 在 于 企 业 对 市 场 反 应 的 速 度 和 满 足 用 户 的 能 力 而 要 提 高 这 种 速 度 和 能 力, 必 须 以 最 快 的 速 度 与 最 佳 的 方 式 把 企 业 内 部 的 优 势 和 企 业 外 部 不 同 公 司 的 优 势 组 织 起 来, 成 为 灵 活 的 经 营 实 体, 即 虚 拟 公 司 所 谓 虚 拟 公 司, 是 一 种 利 用 信 息 技 术 打 破 时 空 阻 隔 的 新 型 企 业 组 织 形 式 它 一 般 是 某 个 企 业 为 完 成 一 定 项 目 任 务 而 与 供 货 商 销 售 商 设 计 单 位 或 设 计 师, 甚 至 与 用 户 所 组 成 的 经 营 组 织 选 择 这 些 合 作 伙 伴 的 依 据 是 他 们 的 专 长 竞 争 能 力 和 商 誉 这 样, 虚 拟 公 司 能 把 与 项 目 任 务 有 关 的 各 领 域 的 精 华 力 量 集 中 起 来 形 成 最 佳 组 合, 单 个 公 司 是 无 法 比 拟 的 当 既 定 项 目 一 旦 完 成, 公 司 即 行 解 体 一 旦 出 现 新 的 市 场 机 会, 再 重 新 组 建 新 的 虚 拟 公 司 虚 拟 公 司 这 种 动 态 组 织 结 构, 加 速 了 产 品 的 开 发 速 度 与 产 品 更 新 换 代 的 速 度, 大 大 缩 短 了 产 品 上 市 时 间, 产 品 质 量 也 会 大 大 提 高, 也 能 大 大 降 低 公 司 开 支, 增 加 收 益 虚 拟 公 司 不 仅 已 成 为 企 业 重 新 建 造 自 己 生 产 经 营 过 程 的 一 个 步 骤, 而 且 虚 拟 公 司 是 企 业 创 新 发 展 与 可 持 续 发 展 的 一 种 手 段 (3) 战 略 着 眼 点 在 于 长 期 获 取 经 济 效 益 传 统 的 大 批 量 生 产 企 业, 其 竞 争 优 势 在 于 规 模 生 产, 产 生 规 模 效 益, 即 依 靠 大 量 生 产 同 一 产 品, 以 减 少 每 个 产 品 所 分 摊 的 制 造 费 用 和 人 工 费 用, 来 达 到 降 低 产 品 的 成 本, 使 企 业 具 有 较 好 的 效 益 敏 捷 制 造 是 采 用 先 进 制 造 技 术 和 具 有 高 度 柔 性 的 生 产 线 进 行 生 产, 这 些 具 有 高 柔 性 可 重 组 的 生 产 线 可 用 于 多 种 产 品, 不 需 要 像 大 批 量 生 产 那 样 要 求 在 短 期 内 收 回 投 资 可 在 较 长 的 一 段 时 间 内 获 取 经 济 效 益, 所 以 它 可 以 使 生 产 成 本 与 批 量 无 关, 能 做 到 完 全 按 需 生 产, 充 分 把 握 市 场 中 的 每 一 个 盈 利 时 机, 使 企 业 长 期 有 能 力 获 取 经 济 效 益 (4) 实 现 技 术 管 理 和 人 的 有 效 集 成 敏 捷 制 造 企 业 需 要 充 分 利 用 分 布 在 各 地 的 各 种 资 源, 把 这 些 资 源 有 效 地 集 中 在 一 起, 以 及 把 企 业 中 的 生 产 技 术 管 理 和 人 员 有 效 相 互 协 调 地 集 成 到 一 起 为 此, 必 须 建 立 新 的 标 准 结 构 来 支 持 这 一 集 成 这 些 标 准 结 构 内 容 包 括 大 范 围 的 通 信 基 础 结 构 信 息 交 换 标 准 等 硬 件 和 软 件 (5) 充 分 利 用 人 的 因 素, 强 调 以 人 为 中 心 敏 捷 制 造 提 倡 以 人 为 中 心 的 管 理 有 研 究 表 明, 影 响 敏 捷 制 造 企 业 竞 争 力 的 最 重 要 因 素 是 工 作 人 员 的 专 业 技 能 和 创 造 力, 而 不 是 设 备 工 作 人 员 的 积 极 性 越 高, 创 造 和 响 应 能 力 越 强, 企 业 取 得 成 功 的 可 能 性 就 越 大 因 此, 敏 捷 制 造 企 业 为 了 充 分 发 挥 人 的 主 动 性 和 创 造 性, 强 调 用 分 散 决 策 代 替 集 中 控 制, 用 协 商 机 制 代 替 递 阶 控 制 机 制 把 权 力 下 放 到 项 目 组, 提 倡 基 于 统 观 全 局 的 管 理 模 式, 要 求 各 个 项 目 组 都 能 了 解 全 局 的 远 景, 胸 怀 企 业 全 局, 明 确 工 作 目 标 和 任 务 的 时 间 要 求, 但 完 成 任 务 的 中 间 过 程 则 由 项 目 组 自 主 决 定 敏 捷 制 造 的 一 般 实 施 方 法 从 系 统 化 的 角 度 看, 敏 捷 制 造 的 一 般 实 施 方 法 可 由 五 个 层 次 组 成, 即 企 业 敏 捷 制 造 战 略 层, 企 业 的 敏 捷 化 建 设 及 经 营 策 略 变 更 层, 企 业 技 术 准 备 层, 敏 捷 制 造 系 统 构 建 层, 敏 捷 制 造 系 统 运 行 与 管 理 层 企 业 敏 捷 制 造 战 略 层 的 主 要 任 务 是 进 行 企 业 的 竞 争 优 势 分 析 与 评 估, 以 便 确 认 企 业 在 实 施 敏 捷 化 工 程 中 的 目 标 体 系 企 业 的 敏 捷 化 建 设 及 经 营 策 略 变 更 层 的 主 要 任 务 则 是 分 析 企 业 的 过 程 与 功 能, 以 便 判 260

270 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 261 断 是 否 及 如 何 对 企 业 资 源 尤 其 是 核 心 资 源 进 行 调 整, 为 企 业 重 组 提 供 必 要 的 工 程 依 据 此 外, 如 何 建 立 适 应 于 相 应 的 调 整 策 略 的 员 工 培 训 体 系 也 占 据 重 要 位 置 企 业 技 术 准 备 层 的 主 要 任 务 就 是 完 成 企 业 的 敏 捷 化 改 造 相 关 的 内 容 包 括 企 业 信 息 化 与 标 准 化 工 作 企 业 重 组 基 础 信 息 框 架 建 立 各 种 使 能 技 术 的 应 用 等 敏 捷 制 造 系 统 构 建 层 的 主 要 任 务 则 是 从 结 构 化 分 析 与 结 构 化 设 计 的 角 度 出 发, 进 行 系 统 逻 辑 层 面 的 建 模 及 物 理 系 统 的 构 建, 从 而 形 成 功 能 过 程 组 织 信 息 资 源 间 的 交 互 与 集 成 敏 捷 制 造 系 统 运 行 与 管 理 层 的 主 要 任 务 则 是 控 制 调 度 管 理 实 际 的 敏 捷 制 造 系 统, 实 现 产 品 的 制 造 及 向 市 场 的 投 放 图 12.2 展 示 了 上 述 五 个 层 面 所 涉 及 的 基 本 内 容 以 及 敏 捷 制 造 环 境 建 立 的 一 般 流 程 敏 捷 制 造 对 制 造 业 的 影 响 敏 捷 制 造 不 是 凭 空 产 生 的, 是 制 造 型 企 业 为 适 应 经 济 全 球 化 和 先 进 制 造 技 术 及 其 相 关 技 术 发 展 的 必 然 产 物, 它 的 基 本 思 想 和 方 法 可 以 应 用 于 绝 大 多 数 类 型 的 行 业 和 企 业 制 造 型 企 业 采 用 敏 捷 制 造 策 略 后, 将 在 以 下 几 个 方 面 会 引 起 明 显 的 变 革 图 12.2 敏 捷 制 造 实 施 的 一 般 流 程 261 标 准 分 享 网 免 费 下 载

271 262 汽 车 制 造 工 艺 (1) 联 合 竞 争 不 同 行 业 和 规 模 的 企 业 将 会 联 合 起 来 构 造 敏 捷 制 造 环 境 在 这 个 环 境 下, 每 一 个 企 业 可 以 扬 长 避 短, 可 以 利 用 企 业 外 部 资 源 和 技 术 发 展 自 己 可 以 与 工 业 发 达 国 家 企 业 之 间 进 行 合 作 在 这 种 形 势 下, 一 个 企 业 将 无 法 单 独 与 组 成 敏 捷 制 造 环 境 的 企 业 集 团 进 行 竞 争, 而 导 致 某 些 敏 捷 制 造 集 团 将 会 主 导 若 干 行 业 的 技 术 和 产 品 的 发 展 主 流 (2) 技 术 和 能 力 交 叉 敏 捷 制 造 策 略 将 促 进 制 造 技 术 和 管 理 模 式 的 交 流 和 发 展, 促 进 各 类 行 业 中 生 产 技 术 的 双 重 转 换 和 多 种 利 用 企 业 内 部 的 柔 性 制 造 单 元 将 不 受 企 业 产 品 类 型 的 限 制, 可 以 加 工 更 多 的 零 件, 充 分 发 挥 各 个 制 造 单 元 的 生 产 能 力 (3) 环 境 意 识 加 强 企 业 将 采 用 绿 色 设 计 和 绿 色 制 造 技 术, 自 觉 地 保 护 生 态 环 境 (4) 信 息 成 为 商 品 在 构 成 敏 捷 制 造 支 撑 环 境 的 计 算 机 网 络 上 会 出 现 各 种 信 息 中 介 服 务 机 构, 它 们 将 向 企 业 和 顾 客 提 供 各 种 咨 询 服 务 某 些 中 介 机 构 还 可 以 向 企 业 提 供 标 准 零 件 库, 进 一 步 就 能 出 现 独 立 的 设 计 服 务 机 构, 在 获 得 认 可 后 加 入 敏 捷 制 造 环 境, 向 企 业 提 供 各 种 设 计 服 务 12.3 并 行 工 程 随 着 信 息 时 代 的 到 来, 世 界 大 大 变 小 了, 这 一 切 极 大 地 加 速 了 世 界 市 场 的 形 成 和 发 展 ; 而 世 界 市 场 的 形 成 与 发 展 又 使 得 在 世 界 范 围 内 的 市 场 竞 争 变 得 越 来 越 激 烈 竞 争 有 利 于 推 动 社 会 的 进 步, 使 技 术 得 到 空 前 的 发 展 ; 但 同 时, 竞 争 也 是 残 酷 无 情 的, 适 者 生 存, 给 企 业 造 成 了 严 酷 的 生 存 环 境 不 论 一 个 企 业 原 来 的 基 础 如 何, 是 处 于 先 进 落 后 还 是 中 间, 都 遵 循 着 同 一 竞 争 尺 度, 即 用 户 选 择 原 则 随 着 竞 争 的 激 烈, 竞 争 的 焦 点 变 为 在 最 短 的 时 间 (Time) 开 发 出 高 质 量 (Quality) 低 成 本 (Cost) 环 境 污 染 最 小 (Environment) 的 产 品 并 提 供 良 好 的 服 务 (Service), 即 所 谓 的 企 业 核 心 竞 争 力 TQCSE 传 统 的 串 行 开 发 模 式, 致 使 设 计 的 早 期 阶 段 不 能 很 好 地 考 虑 生 命 周 期 的 各 种 因 素, 不 可 避 免 地 造 成 了 较 多 的 设 计 返 工, 在 一 定 程 度 上 影 响 了 企 业 TQCSE 目 标 的 实 现 对 产 品 的 开 发 成 本 一 周 期 的 统 计 分 析 表 明, 产 品 开 发 的 早 期 阶 段 决 定 了 产 品 开 发 成 本 的 83% 以 上, 而 这 一 阶 段 的 费 用 则 仅 占 产 品 开 发 费 用 的 7% 以 下 如 何 在 产 品 早 期 阶 段 就 考 虑 产 品 生 命 周 期 的 各 种 因 素, 对 企 业 获 得 最 佳 的 TQCSE 至 关 重 要 为 改 进 由 于 串 行 工 程 带 来 的 缺 陷,1986 年, 美 国 正 式 提 出 了 并 行 工 程 概 念 并 行 工 程 (Concurrent Engineering,CE) 是 运 用 新 的 知 识, 在 计 算 机 技 术 支 持 下, 对 产 品 设 计 及 其 相 关 过 程 ( 包 括 制 造 过 程 和 支 持 过 程 ) 进 行 并 行 的 一 体 化 的 设 计 的 系 统 化 工 作 模 式 这 种 工 作 模 式 力 图 使 产 品 开 发 者 从 一 开 始 就 考 虑 到 产 品 整 个 生 命 周 期 中 的 所 有 重 要 因 素, 诸 如 产 品 的 质 量 成 本, 以 及 产 品 的 可 制 造 性 可 装 配 性 可 靠 性 可 维 护 性 按 照 并 行 工 程 方 法, 在 新 产 品 的 设 计 阶 段 及 时 进 行 仿 真 评 价, 包 括 产 品 设 计 及 性 能 仿 真 工 艺 设 计 及 加 工 仿 真 装 配 设 计 及 装 配 仿 真 检 验 设 计 及 检 验 仿 真 等 这 样 将 产 生 新 产 品 的 一 个 软 原 型, 软 原 型 经 过 评 估 再 进 入 一 个 新 的 循 环, 对 软 原 型 进 行 改 进 最 后 可 以 得 到 投 放 生 产 一 次 成 功 的 最 终 设 计 这 种 并 行 的 思 想 保 证 了 在 产 品 开 发 过 程 的 早 期 就 能 作 出 正 确 的 决 策, 从 而 有 效 地 减 少 了 设 计 的 修 改, 缩 短 了 产 品 的 开 发 周 期, 降 低 了 产 品 的 总 成 本, 因 而 受 到 了 世 界 各 国 的 高 度 重 视, 并 被 越 来 越 多 的 企 业 和 产 品 开 发 人 员 接 受 和 采 纳 262

272 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 并 行 工 程 的 概 念 并 行 工 程 是 对 产 品 及 其 相 关 过 程 ( 包 括 制 造 和 支 持 过 程 ) 进 行 并 行 一 体 化 设 计 的 一 种 系 统 化 的 工 作 模 式, 这 种 模 式 力 图 使 开 发 者 从 一 开 始 就 考 虑 到 产 品 全 生 命 周 期 中 的 所 有 因 素, 包 括 质 量 成 本 进 度 和 用 户 需 求 图 12.3 和 图 12.4 所 示 为 传 统 串 行 设 计 和 并 行 设 计 的 框 图 图 12.3 串 行 设 计 流 程 图 图 12.4 并 行 设 计 过 程 图 并 行 工 程 的 主 要 目 标 是 缩 短 产 品 开 发 周 期, 提 高 产 品 质 量, 降 低 产 品 成 本, 从 而 增 强 企 业 的 核 心 竞 争 力 并 行 工 程 是 对 传 统 的 串 行 产 品 开 发 模 式 的 一 次 变 革 它 对 传 统 的 模 式 冲 击 主 要 表 现 在 如 下 几 个 方 面 263 标 准 分 享 网 免 费 下 载

273 264 汽 车 制 造 工 艺 (1) 组 织 方 面 组 建 多 学 科 小 组 不 但 要 克 服 来 自 传 统 的 按 功 能 划 分 部 门 的 习 惯 及 狭 隘 的 局 部 利 益 等 方 面 的 阻 力, 还 要 使 形 成 的 多 学 科 小 组 间 便 于 合 作, 并 在 此 组 织 结 构 下 获 得 优 化 的 过 程 模 型, 使 得 产 品 开 发 过 程 具 有 合 理 的 信 息 传 递 关 系 及 短 的 产 品 开 发 周 期 (2) 管 理 方 面 并 行 工 程 通 过 结 构 重 组, 将 以 前 不 属 于 同 一 时 间 域 的 问 题 提 前 集 中 到 设 计 阶 段 考 虑, 这 使 得 在 设 计 阶 段 面 临 了 跨 时 域 跨 功 能 多 目 标 及 需 要 群 决 策 等 冲 突 这 些 都 要 求 新 的 合 作 关 系 及 相 应 的 管 理 方 法 和 手 段 的 支 持 (3) 技 术 方 面 并 行 工 程 不 仅 包 含 继 承 了 许 多 传 统 的 CIMS 技 术, 而 且 还 提 出 了 一 些 新 的 并 行 工 程 技 术, 如 各 种 并 行 工 程 使 能 工 具 ( 如 各 种 DFx 工 具 等 ) 及 各 种 集 成 技 术 等 进 一 步 完 善 和 发 展 这 些 技 术 是 提 高 并 行 工 程 效 益 的 根 本 保 证 2. 并 行 工 程 的 特 点 采 用 并 行 工 程 技 术 进 行 产 品 开 发 具 有 以 下 一 些 特 点 (1) 在 产 品 设 计 期 间, 并 行 地 处 理 整 个 产 品 生 命 周 期 中 的 关 系, 体 现 了 小 组 合 作 信 任 及 其 共 享 的 价 值, 因 而 消 除 了 由 串 行 过 程 引 起 的 孤 立 分 散 及 其 抛 过 墙 综 合 症 (2) 在 产 品 开 发 过 程 中, 开 发 人 员 被 划 分 成 许 多 小 组, 通 过 并 行 规 划, 这 些 小 组 将 并 行 工 作 最 大 限 度 地 集 中 起 来 作 并 行 处 理, 因 而 缩 短 了 产 品 开 发 周 期, 进 而 可 使 产 品 早 日 投 放 市 场 (3) 在 设 计 一 开 始 就 考 虑 到 影 响 产 品 质 量 的 所 有 因 素 可 以 在 产 品 开 发 过 程 早 期 发 现 不 同 工 程 学 科 设 计 人 员 功 能 可 制 造 性 可 装 配 性 及 可 维 修 性 等 因 素 之 间 的 冲 突 关 系, 最 大 限 度 地 避 免 设 计 错 误, 减 少 设 计 的 更 改 和 重 复 次 数, 提 高 质 量, 降 低 成 本, 使 得 产 品 开 发 过 程 接 近 一 次 成 功 的 目 标 (4) 这 种 方 法 强 调 用 户 呼 声, 对 用 户 更 加 负 责 销 售 者 与 用 户 在 产 品 设 计 阶 段 参 与 工 作, 对 生 产 的 有 关 要 求 在 相 当 早 的 时 期 就 已 提 出 并 明 确 下 来 大 量 的 实 践 表 明, 并 行 工 程 能 使 企 业 取 得 明 显 的 TQCSE 效 益 以 赢 得 市 场 竞 争, 典 型 的 效 益 包 括 如 下 几 点 (1) 设 计 质 量 改 进, 使 得 生 产 中 工 程 变 更 的 次 数 减 少 一 半 以 上 (2) 产 品 设 计 及 其 有 关 过 程 的 并 行 进 行, 使 得 产 品 开 发 周 期 缩 短 40%~60% (3) 多 专 业 小 组 一 体 化 进 行 产 品 及 其 有 关 过 程 的 设 计, 使 得 制 造 成 本 降 低 30%~40% (4) 产 品 及 其 有 关 过 程 的 优 化, 使 得 产 品 的 报 废 及 返 工 率 下 降 75% 3. 并 行 工 程 的 四 个 关 键 要 素 1) 产 品 开 发 队 伍 重 构 并 行 工 程 首 先 必 须 将 传 统 的 部 门 制 或 专 业 组 变 成 以 产 品 为 主 线 的 多 功 能 集 成 产 品 开 发 团 队 (Integrated Product Team,IPT) IPT 包 含 三 类 人 员 : 企 业 管 理 决 策 者 团 队 领 导 和 团 队 成 员 在 并 行 工 程 的 机 构 中, 企 业 管 理 决 策 者 的 主 要 作 用 是 提 出 指 导 路 线 任 务 和 目 标, 组 织 产 品 开 发 团 队, 指 定 团 队 领 导 并 授 权 给 他 们, 以 及 参 与 和 支 持 他 们 的 决 策 制 定 而 产 品 开 发 团 队 必 须 对 他 们 所 做 的 决 策 负 责, 并 时 刻 把 顾 客 的 需 求 作 为 首 先 考 虑 的 问 题 团 队 成 员 的 行 为 应 该 与 整 个 团 队 保 持 一 致 团 队 的 数 量 和 他 们 需 要 包 括 的 学 科 由 产 品 的 复 杂 程 度 及 其 相 应 的 过 程 所 决 定 IPT 的 规 模 一 般 可 以 分 成 如 下 几 个 级 别 264

274 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 265 (1) 任 务 级 (Task) 小 的 单 一 学 科 的 团 队, 运 用 不 太 复 杂 的 过 程 来 开 发 一 个 相 当 简 单 的 产 品 这 种 产 品 一 般 来 说 只 有 一 个 主 要 的 部 件, 几 乎 没 有 顾 客 需 求 一 个 集 中 的 团 队 就 能 最 好 地 完 成 任 务 (2) 项 目 级 (Program) 中 等 规 模 的 团 队, 包 含 了 一 个 或 更 多 的 学 科, 产 品 的 开 发 过 程 由 许 多 任 务 组 成 虽 然 一 个 集 中 的 团 队 也 可 能 是 成 功 的, 但 是 一 个 分 散 的 多 学 科 的 团 队 可 以 改 进 产 品, 使 之 能 更 好 地 满 足 顾 客 的 需 求 (3) 工 程 级 (Project) 大 型 的 群 组, 包 含 了 很 多 学 科 的 成 员, 产 品 相 当 复 杂, 包 含 主 要 部 件 和 许 多 采 用 不 同 工 艺 的 零 部 件 每 一 种 部 件 都 可 能 需 要 一 个 独 立 的 开 发 团 队 一 个 分 散 的 多 学 科 团 队 最 适 用 于 这 种 复 杂 的 工 程 (4) 企 业 级 (Enterprise) 有 一 个 非 常 庞 大 的 人 员 机 构, 有 多 个 工 程 团 队, 其 中 还 可 能 包 含 外 部 的 供 应 商 产 品 非 常 复 杂, 以 至 于 只 能 以 子 系 统 的 方 式 来 描 述 和 开 发 2) 产 品 开 发 过 程 重 构 并 行 工 程 与 传 统 产 品 开 发 方 式 的 本 质 区 别 在 于 它 把 产 品 开 发 的 各 个 活 动 视 为 一 个 集 成 的 过 程, 从 全 局 优 化 的 角 度 出 发 对 该 集 成 过 程 进 行 管 理 和 控 制, 并 且 对 已 有 的 产 品 开 发 过 程 进 行 不 断 地 改 进 和 提 高, 这 种 方 法 被 称 为 产 品 开 发 过 程 重 构 (Product Development Process Re-engineering) 并 行 工 程 产 品 开 发 的 本 质 是 过 程 重 构 企 业 要 实 施 并 行 工 程, 就 要 对 企 业 现 有 的 产 品 开 发 流 程 进 行 深 入 的 分 析, 找 到 影 响 产 品 开 发 进 展 的 根 本 原 因, 重 新 构 造 一 个 能 为 有 关 各 方 所 接 受 的 新 模 式 实 现 新 的 模 式 需 要 两 个 保 证 条 件 : 一 是 组 织 上 的 保 证 ; 二 是 计 算 机 工 具 和 环 境 的 支 持 产 品 开 发 过 程 重 构 的 基 础 是 过 程 模 型, 并 行 工 程 过 程 模 型 是 实 施 并 行 工 程 的 重 要 基 础 在 深 入 分 析 企 业 传 统 的 串 行 产 品 开 发 流 程 中 对 TQSCE 构 成 障 碍 的 各 种 因 素 之 后, 企 业 决 策 者 必 须 下 决 心 对 产 品 开 发 模 式 进 行 改 革 它 包 含 市 场 分 析 确 定 产 品 开 发 信 息 流 程 和 开 发 进 程 过 程 重 构 按 任 务 级 项 目 级 工 程 级 和 企 业 级 分 层 次 实 施 随 着 团 队 规 模 的 增 大, 过 程 重 构 的 复 杂 程 度 成 倍 增 长 过 程 重 构 应 当 考 虑 下 列 因 素 (1) 明 确 责 任, 划 分 产 品 开 发 数 据 流 程 (2) 产 品 开 发 过 程 由 串 行 改 为 并 行 (3) 对 IPT 成 员 素 质 的 要 求 (4) 不 同 层 次 的 IPT 对 协 同 环 境 的 要 求 (5) 尽 量 利 用 已 有 的 资 源 其 主 要 工 作 有 如 下 几 点 (1) 确 定 任 务 规 划 树 从 传 统 的 串 行 产 品 开 发 流 程 转 变 到 集 成 的 并 行 的 产 品 开 过 程 将 设 计 任 务 逐 步 分 解 成 不 同 层 次 上 的 子 任 务, 形 成 任 务 树, 从 实 现 总 任 务 的 功 能 上 划 分 的 子 任 务 之 间 存 在 逻 辑 与 的 关 系, 它 体 现 了 完 成 产 品 开 发 的 串 并 行 工 作 机 制 集 成, 即 并 行 产 品 开 发 过 程 存 在 着 有 序 性 和 可 并 行 性 (2) 制 定 信 息 流 根 据 确 定 的 任 务 规 划 树, 可 制 订 出 并 行 产 品 开 发 过 程 中 的 信 息 流 程 图, 以 改 进 过 程, 使 得 信 息 流 动 与 共 享 的 效 率 更 高 3) 数 字 化 产 品 定 义 其 工 作 内 容 包 括 服 务 于 产 品 整 个 生 命 周 期 诸 进 程 的 数 字 化 产 品 模 型 和 产 品 生 命 周 期 数 据 管 理 以 及 数 据 化 工 具 集 成 和 信 息 集 成 265 标 准 分 享 网 免 费 下 载

275 266 汽 车 制 造 工 艺 (1) 产 品 数 据 定 义 与 管 理 建 立 和 使 用 产 品 数 据 库 是 设 计 过 程 中 的 一 个 关 键 工 作, 这 些 数 据 库 将 工 作 任 务 工 具 和 人 员 集 成 到 一 起 产 品 数 据 库 中 单 个 元 件 的 规 格 和 说 明 可 以 随 时 提 供 所 有 的 工 具 和 人 员 产 品 数 据 管 理 系 统 (PDM) 已 成 为 一 种 重 要 的 支 持 系 统 (2) 工 具 集 成 和 信 息 集 成 要 实 现 产 品 并 行 开 发, 必 须 采 用 各 种 先 进 的 计 算 机 辅 助 工 具, 即 广 义 的 CAD/DFX 数 字 化 工 具 集, 如 质 量 功 能 配 置 (QFD, Quality Function Deployment) 面 向 制 造 的 设 计 (DFM,Design For Manufacturing) 面 向 装 配 的 设 计 (DFA, Design For Assembly) 计 算 机 辅 助 工 装 设 计 (CAFD,Computer Aided Fixture Design) 这 些 工 具 通 过 统 一 的 产 品 数 字 化 模 型 定 义, 在 PDM 技 术 的 支 持 下, 实 现 各 团 队 之 间 的 协 同 工 作 及 各 阶 段 部 门 之 间 的 过 程 集 成 和 信 息 集 成 4) 协 同 工 作 环 境 协 同 工 作 环 境 是 用 于 支 持 IPT 协 同 工 作 的 网 络 与 计 算 机 平 台 它 必 须 支 持 用 于 产 品 开 发 的 特 定 信 息 类 型 和 信 息 容 量, 把 正 确 的 信 息 在 正 确 的 时 间 以 正 确 的 方 式 传 递 给 正 确 的 人 在 一 般 情 况 下, 任 务 工 具 和 人 员 越 多, 数 据 就 越 多 样 化, 对 通 信 技 术 的 要 求 就 越 高 对 不 同 规 模 的 团 队, 可 以 建 立 不 同 层 次 的 支 持 环 境 电 子 邮 件 系 统 可 以 使 得 集 中 于 任 务 的 每 一 位 团 队 成 员 随 时 得 知 任 务 的 进 展 情 况 对 于 规 模 较 大 一 些 的 项 目 团 队, 一 个 有 调 查 和 报 告 能 力 的 数 据 库 将 成 为 通 信 基 本 设 施 的 重 要 组 成 部 分 团 队 成 员 和 他 们 的 设 计 工 具 都 应 该 可 以 使 用 这 个 数 据 库 这 些 系 统 能 够 将 有 关 设 计 的 信 息 编 译 成 各 种 可 用 的 形 式 交 互 式 浏 览 功 能 的 数 据 库 管 理 系 统 (DBMS) 将 有 利 于 工 程 级 并 行 工 程 群 组 进 行 信 息 交 换 这 个 系 统 应 该 被 团 队 成 员 和 他 们 的 设 计 工 具 用 来 实 现 快 速 交 互 的 信 息 存 取 比 较 理 想 的 是,DBMS 应 该 能 够 从 各 个 不 同 的 学 科 所 维 护 的 不 同 的 数 据 库 中 存 取 与 设 计 相 关 的 数 据 对 设 计 数 据 的 管 理 应 该 包 含 正 在 使 用 的 和 不 使 用 的 数 据 包 含 了 设 计 知 识 库 的 功 能 非 常 强 的 通 信 基 本 设 施 将 支 持 企 业 范 围 的 并 行 工 程 团 队 知 识 库 对 进 行 中 的 产 品 开 发 过 程 提 供 自 动 的 交 互 的 决 策 支 持 这 种 通 信 设 施 可 以 支 持 团 队 在 任 何 地 方 进 行 设 计 12.4 快 速 成 型 技 术 快 速 成 型 概 述 1. 快 速 成 型 技 术 产 生 背 景 随 着 全 球 市 场 一 体 化 的 形 成, 制 造 业 的 竞 争 越 来 越 激 烈, 产 品 的 开 发 速 度 日 益 成 为 市 场 竞 争 的 主 要 焦 点 在 此 情 况 下, 自 主 快 速 开 发 产 品 ( 快 速 设 计 和 快 速 工 模 具 制 造 ) 的 能 力, 成 为 制 造 业 全 球 竞 争 的 实 力 基 础 同 时, 制 造 业 为 满 足 日 益 变 化 的 用 户 需 求, 又 要 求 制 造 技 术 有 较 强 的 灵 活 性, 能 够 以 小 批 量 甚 至 单 件 生 产 而 不 增 加 产 品 的 成 本 因 此, 开 发 产 品 的 速 度 和 制 造 技 术 的 柔 性 就 显 得 十 分 重 要 从 技 术 发 展 角 度 看, 计 算 机 CAD 材 料 激 光 等 技 术 的 发 展 为 新 的 制 造 技 术 的 产 生 奠 定 了 基 础 快 速 成 型 制 造 技 术 (Rapid Prototyping Manufacturing,RPM) 就 是 在 这 种 社 会 背 景 下, 于 20 世 纪 80 年 代 后 期 产 生 于 美 国, 并 很 快 扩 展 到 日 本 及 欧 洲, 是 近 20 年 来 制 造 技 术 领 域 的 一 项 重 大 突 破 266

276 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 快 速 成 型 定 义 目 前, Rapid Prototyping 一 词 已 不 能 完 全 表 达 出 各 种 成 型 系 统 成 型 材 料 及 成 型 工 艺 等 所 包 含 的 内 容 因 此, 关 于 什 么 是 Rapid Prototyping, 美 国 制 造 工 程 师 协 会 (SME) 对 RP 技 术 进 行 了 定 义 : RP 系 统 依 据 二 维 CAD 模 型 数 据 CT 和 MRI 扫 描 数 据 和 由 三 维 实 物 数 字 化 系 统 创 建 的 数 据, 把 所 得 数 据 分 成 一 系 列 二 维 平 面, 又 按 相 同 序 列 沉 积 或 固 化 出 物 理 实 体 3. 快 速 成 型 原 理 首 先 由 三 维 CAD 软 件 设 计 出 所 需 要 零 件 的 计 算 机 二 维 曲 面 或 实 体 模 型 ( 也 称 电 子 模 型 ); 然 后 根 据 工 艺 要 求, 按 一 定 的 规 则 将 其 按 某 一 厚 度 进 行 分 层, 将 原 来 的 三 维 电 子 模 型 变 成 一 系 列 的 二 维 平 面 信 息 ; 再 将 分 层 后 的 数 据 进 行 一 定 的 处 理, 加 入 合 适 的 加 工 参 数, 产 生 数 控 代 码 ; 最 后 在 微 机 控 制 下, 数 控 系 统 以 平 面 加 工 方 式, 连 续 有 序 地 加 工 出 每 个 层 片, 并 使 它 们 自 动 粘 接 而 成 型 图 12.5 所 示 为 快 速 成 型 原 理 框 图 图 12.5 快 速 成 型 原 理 框 图 快 速 成 型 工 艺 方 法 RPM 技 术 的 具 体 工 艺 不 下 30 余 种, 最 为 成 熟 的 有 以 下 四 种 1. 立 体 印 刷 (Stereo Lithography,SL) SL 快 速 成 型 技 术 最 早 是 由 美 国 3D System 公 司 开 发 的, 它 的 工 作 原 理 为 : 如 图 12.6 所 示, 由 一 个 扫 描 激 光 头, 发 出 紫 外 激 光 束 在 液 态 紫 外 光 敏 树 脂 的 表 层 进 行 扫 描, 扫 描 的 轨 迹 及 激 光 的 有 无 均 由 计 算 机 控 制, 液 态 树 脂 表 层 受 光 束 照 射 的 那 些 点 发 生 聚 合 反 应 形 成 固 态 成 型 开 始 时, 工 作 平 台 在 液 面 下 一 个 确 定 的 深 度, 液 面 始 终 处 于 激 光 的 聚 焦 平 面, 聚 焦 后 的 光 斑 在 液 面 上 按 计 算 机 的 指 令 逐 点 扫 描, 即 逐 点 固 化 当 一 层 扫 描 完 成 后, 未 被 照 射 的 地 方 仍 是 液 态 树 脂 然 后 升 降 台 带 动 平 台 下 降 一 层 高 度, 已 成 型 的 层 面 上 又 布 满 一 层 树 脂, 以 便 进 行 第 二 次 扫 描, 新 固 化 的 一 层 牢 固 地 粘 在 前 一 层 上 如 此 重 复 进 行 直 至 三 267 标 准 分 享 网 免 费 下 载

277 268 汽 车 制 造 工 艺 维 零 件 制 作 完 毕 2. 分 层 实 体 制 造 (Laminated Object Manufacturing,LOM) LOM 快 速 成 型 技 术 最 早 是 由 美 国 Helisys 公 司 开 发 的 该 项 技 术 将 薄 片 材 料, 如 纸 塑 料 薄 膜 等 一 层 一 层 地 堆 叠 起 来, 激 光 束 只 需 扫 描 和 切 割 每 一 层 的 边 沿, 而 不 必 像 SL 技 术 那 样, 要 对 整 个 表 面 层 进 行 扫 描, 如 图 12.7 所 示 它 的 工 作 原 理 是 : 片 材 表 面 事 先 涂 覆 上 一 层 热 熔 胶, 加 工 时, 热 压 辊 热 压 片 材, 使 之 与 下 面 已 成 型 的 工 件 粘 接 ; 在 计 算 机 控 制 下,CO 2 激 光 器 在 刚 粘 接 的 新 层 上 切 割 出 零 件 截 面 轮 廓 和 工 件 外 框, 并 在 截 面 轮 廓 与 外 框 之 间 多 余 的 区 域 内 切 割 出 上 下 对 齐 的 网 格 ; 激 光 切 割 完 成 后, 工 作 台 带 动 已 成 型 的 工 件 下 降, 与 带 状 片 材 分 离 ; 供 料 机 构 转 动 收 料 轴 和 供 料 轴, 带 动 料 带 移 动, 使 新 层 移 到 加 工 区 域 ; 工 作 台 上 升 到 加 工 平 面 ; 热 压 辊 热 压, 工 件 的 层 数 增 加 一 层, 高 度 增 加 一 个 料 厚 ; 再 在 新 层 上 切 割 截 面 轮 廓 如 此 反 复 直 至 零 件 的 所 有 截 面 粘 接 切 割 完 毕, 从 而 得 到 分 层 制 造 的 实 体 零 件 LOM 模 型 相 当 坚 固, 它 可 以 进 行 机 械 加 工 打 磨 抛 光 绘 制 加 涂 层 等 各 种 形 式 的 加 工 目 前 用 于 LOM 技 术 的 箔 材 主 要 有 涂 覆 纸 覆 膜 塑 料 覆 蜡 陶 瓷 箔 覆 膜 金 属 箔 等 图 12.6 SL 工 艺 方 法 原 理 图 图 12.7 LOM 法 原 理 图 1 激 光 束 2 扫 描 镜 3 z 轴 升 降 方 向 1 x-y 扫 描 系 统 2 光 路 系 统 3 CO 2 激 光 器 4 树 脂 槽 5 升 降 台 6 光 敏 树 脂 7 零 件 4 热 压 滚 筒 5 原 料 片 6 原 料 回 收 供 应 卷 7 工 作 平 台 8 外 形 机 剖 面 线 9 零 件 原 型 3. 选 择 性 激 光 烧 结 (Selective Laser Sintering,SLS) SLS 技 术 最 早 由 美 国 得 克 萨 斯 大 学 开 发, 并 由 DTM 公 司 将 其 推 向 市 场 SLS 工 艺 是 利 用 粉 末 状 材 料 成 型 的 其 原 理 为 : 如 图 12.8 所 示, 将 材 料 粉 末 铺 洒 在 已 成 型 零 件 的 上 表 面, 并 刮 平 ; 在 计 算 机 的 控 制 下, 用 高 强 度 的 CO 2 激 光 器 在 刚 铺 的 新 层 上 扫 描 出 零 件 截 面 ; 材 料 粉 末 在 高 强 度 的 激 光 照 射 下 被 烧 结 在 一 起, 得 到 零 件 的 截 面, 并 与 下 面 已 成 型 的 部 分 粘 接 ; 一 层 完 成 后 再 进 行 下 一 层, 循 环 往 复, 全 部 烧 结 完 成 后, 去 除 多 余 的 粉 末, 便 得 到 烧 结 成 的 零 件 4. 熔 融 沉 积 成 型 (Fused Deposition Modeling,FDM) 熔 融 沉 积 成 型 FDM 工 艺 由 美 国 学 者 Dr. Scott Crump 于 1988 年 研 制 成 功 它 是 一 种 不 268

278 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 269 使 用 激 光 器 加 工 的 方 法 其 原 理 如 图 12.9 所 示, 喷 头 在 计 算 机 控 制 下 作 x-y 联 动 及 z 向 运 动, 丝 材 在 喷 头 中 被 加 热 到 温 度 略 高 于 其 熔 点, 通 过 带 有 一 个 微 细 喷 嘴 的 喷 头 挤 喷 出 来 热 熔 性 材 料 的 温 度 始 终 稍 高 于 固 化 温 度, 而 成 型 的 部 分 温 度 稍 低 于 固 化 温 度 热 熔 性 材 料 挤 喷 出 喷 嘴 后, 随 即 与 前 一 个 层 面 熔 结 在 一 起 一 个 层 面 沉 积 完 成 后, 工 作 台 按 预 定 的 增 量 下 降 一 个 层 的 厚 度, 再 继 续 熔 喷 沉 积, 直 至 完 成 整 个 实 体 零 件 FDM 工 艺 的 热 熔 性 材 料 一 般 为 ABS 蜡 聚 乙 烯 聚 丙 烯 等 图 12.8 SLS 法 原 理 图 图 12.9 FDM 法 原 理 图 1 扫 描 镜 2 透 镜 3 CO 2 激 光 器 1 加 热 装 置 2 料 丝 3 z 向 运 动 4 平 整 锟 5 零 件 原 型 6 激 光 束 4 x-y 联 动 5 零 件 原 型 快 速 成 型 技 术 的 特 点 及 应 用 领 域 由 以 上 各 种 工 艺 的 原 理 可 以 看 出, 快 速 成 型 技 术 有 一 个 共 同 的 特 点, 即 先 将 产 品 零 件 做 分 层 处 理, 然 后 再 一 层 层 地 叠 加, 这 决 定 了 快 速 成 型 技 术 有 以 下 特 点 (1) 可 以 加 工 出 任 意 形 状 的 产 品 零 部 件 (2) 可 以 加 工 多 种 材 料, 以 得 到 不 同 的 机 械 性 能 和 热 特 性 的 工 件 (3) 不 需 要 制 造 专 用 的 模 具 夹 具 (4) 不 需 要 专 门 设 计 图 纸 (5) 不 需 要 编 制 工 艺 文 件 (6) 非 常 适 合 于 计 算 机 集 成 制 造 (7) 速 度 快, 传 统 法 失 蜡 铸 造 生 产 四 缸 发 动 机 铝 质 缸 体, 需 要 10 个 月 到 1 年 时 间, 用 快 速 成 型 机 制 造 失 蜡 熔 模, 缸 体 生 产 周 期 缩 短 到 5 个 星 期 (8) 成 本 几 乎 与 零 件 的 复 杂 程 度 和 生 产 批 量 无 关, 因 此 快 速 成 型 制 造 技 术 适 合 于 小 批 量 零 部 件, 尤 其 是 一 些 独 特 的 零 部 件 由 于 快 速 成 型 技 术 的 特 点, 它 一 经 出 现 就 得 到 了 广 泛 的 应 用 目 前 已 广 泛 应 用 于 汽 车 机 械 电 子 电 器 航 空 航 天 医 学 建 筑 玩 具 工 艺 品 等 许 多 领 域 快 速 成 型 制 造 的 第 一 类 用 途 是 最 早 应 用 于 机 械 零 件 或 产 品 整 体 设 计 效 果 的 直 观 物 理 效 果 实 现, 因 为 只 是 用 来 审 查 最 终 产 品 的 造 型 结 构 和 装 配 关 系 等 目 的, 由 此, 造 型 材 料 要 求 较 低 快 速 成 型 的 第 二 类 用 途 是 制 造 用 于 造 型 的 模 型 如 陶 瓷 型 精 铸 模 熔 模 铸 造 模 冷 喷 模 269 标 准 分 享 网 免 费 下 载

279 270 汽 车 制 造 工 艺 和 电 铸 模 等 第 三 类 用 途 则 为 应 用 于 最 终 产 品, 如 采 用 金 属 粉 直 接 成 型 机 械 零 件 和 压 力 加 工 模 具 等 最 近, 快 速 成 型 技 术 因 其 不 可 比 拟 的 优 势 而 被 用 来 进 行 组 织 工 程 材 料 的 人 体 器 官 诱 导 成 型 研 究 组 织 工 程 材 料 是 与 生 命 体 相 容 的 能 够 参 与 生 命 体 代 谢 并 在 一 定 时 间 内 逐 渐 降 解 的 特 种 材 料 用 快 速 成 型 技 术 并 采 用 这 种 材 料 制 成 的 细 胞 载 体 框 架 结 构 能 够 创 造 一 种 微 环 境, 以 利 于 细 胞 的 黏 附 增 殖 和 功 能 发 挥 它 是 一 种 极 其 复 杂 的 非 均 质 多 孔 结 构, 是 一 种 充 满 生 机 的 蛋 白 和 细 胞 活 动 繁 衍 的 环 境 在 新 的 组 织 器 官 生 长 完 毕 后, 组 织 工 程 材 料 随 代 谢 而 降 解 消 失 在 细 胞 载 体 框 架 结 构 支 撑 下 生 长 的 新 器 官 完 全 是 天 然 器 官 这 一 技 术 将 为 人 们 的 健 康 提 供 更 强 有 力 的 保 证 快 速 成 型 技 术 经 过 十 几 年 的 发 展, 已 经 显 示 出 无 限 的 生 命 力, 成 功 实 现 了 CAD/CAM 的 集 成 该 项 技 术 以 其 不 可 比 拟 的 优 势 必 将 成 为 21 世 纪 占 有 重 要 地 位 的 先 进 制 造 技 术 快 速 成 型 技 术 的 发 展 趋 势 快 速 成 型 (RPM) 是 面 向 产 业 界 的 高 新 综 合 技 术, 它 无 疑 将 继 续 获 得 越 来 越 广 泛 的 应 用 国 外 有 人 预 测 : 快 速 成 型 技 术 将 成 为 一 种 一 般 性 的 加 工 方 法 这 一 技 术 在 我 国 许 多 行 业 也 有 巨 大 的 的 潜 在 市 场 目 前, 快 速 成 型 技 术 最 突 出 的 问 题 是, 所 制 成 型 零 件 的 物 理 性 能 较 差, 成 型 机 的 价 格 较 高, 运 行 成 本 较 高, 零 件 精 度 低, 表 面 粗 糙 度 高, 成 型 材 料 仍 然 有 限 因 此 从 上 述 RP 技 术 的 发 展 现 状 来 看, 未 来 几 年 的 趋 势 叙 述 如 下 (1) 提 高 RP 系 统 的 速 度 控 制 精 度 和 可 靠 性, 优 化 设 备 结 构, 选 用 性 能 价 格 比 高 寿 命 长 的 元 器 件, 使 系 统 更 简 洁, 操 作 更 方 便, 可 靠 性 更 高, 速 度 更 快 开 发 不 同 档 次 不 同 用 途 的 机 型 也 是 RP 系 统 发 展 的 一 个 方 面 例 如, 一 方 面 开 发 高 精 度 高 性 能 的 机 型, 以 满 足 对 制 件 尺 寸 形 状 和 表 面 质 量 要 求 很 高 或 有 特 殊 要 求 的 用 户 ; 另 一 方 面, 开 发 专 门 用 于 检 验 设 计 模 拟 制 品 可 视 化, 而 对 尺 寸 精 度 形 状 精 度 和 表 面 粗 糙 度 要 求 不 高 的 概 念 机 (2) 提 高 数 据 处 理 速 度 和 精 度, 研 究 开 发 用 CAD 原 始 数 据 直 接 切 片 方 法, 减 少 数 据 处 理 量 以 及 由 STL 格 式 转 换 过 程 而 产 生 的 数 据 缺 陷 和 轮 廓 失 真 (3) 研 究 开 发 成 本 低 易 成 型 变 形 小 强 度 高 耐 久 及 无 污 染 的 成 型 材 料 将 现 有 的 材 料, 特 别 是 功 能 材 料 进 行 改 造 或 预 处 理, 使 之 适 合 于 RP 技 术 的 工 艺 要 求, 从 RP 特 点 出 发, 结 合 各 种 应 用 要 求, 发 展 全 新 的 RP 材 料, 特 别 是 复 合 材 料, 例 如 纳 米 材 料 非 均 质 材 料 其 他 方 法 难 以 制 造 的 复 合 材 料 等 降 低 RP 材 料 的 成 本, 发 展 新 的 更 便 宜 的 材 料 (4) 开 发 新 的 成 型 能 源 前 述 的 主 流 成 型 技 术 中,SLA LOM 和 SLS 均 以 激 光 作 为 能 源, 而 激 光 系 ( 包 括 激 光 器 冷 却 器 电 源 和 外 光 路 ) 的 价 格 及 维 护 费 昂 贵, 传 输 效 率 ( 输 出 激 光 能 量 / 输 入 电 能 ) 较 低, 影 响 制 件 的 成 本 新 成 型 能 源 方 面 的 研 究 也 是 RP 技 术 的 一 个 重 要 方 向 (5) 研 究 开 发 新 的 成 型 方 法 在 过 去 的 10 年 中, 许 多 研 究 者 开 发 出 了 十 几 种 成 型 方 法, 基 本 上 都 基 于 立 体 平 面 化 离 散 堆 积 的 思 路 这 种 方 法 还 存 在 着 许 多 不 足, 今 后 有 可 能 研 究 集 堆 积 和 切 削 于 一 体 的 快 速 成 型 方 法, 即 RP 与 CNC 机 床 和 其 他 传 统 的 加 工 方 式 相 结 合, 以 提 高 制 件 的 性 能 和 精 度, 降 低 生 产 成 本 还 可 能 从 RP 原 理 延 伸, 产 生 一 些 新 的 快 速 成 型 方 法 270

280 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 271 (6) 继 续 研 究 快 速 制 模 (RT) 和 快 速 制 造 (RM) 技 术 一 方 面 研 究 开 发 RP 制 件 的 表 面 处 理 技 术, 提 高 表 面 质 量 和 耐 久 性 ; 另 一 方 研 究 开 发 与 注 塑 技 术 精 度 铸 造 技 术 相 结 合 的 新 途 径 和 新 工 艺, 快 速 经 济 地 制 造 金 属 模 具 金 属 零 件 和 塑 料 件 (7) 在 应 用 方 面, 通 过 对 现 有 RP 系 统 的 改 进 和 新 材 料 的 开 发, 使 之 能 够 经 济 地 生 产 出 直 接 可 用 的 模 具 工 业 产 品 和 民 用 消 费 品 ; 造 出 人 工 器 官, 用 于 治 疗 疾 病 (8) 向 大 型 制 造 与 微 型 制 造 进 军 分 析 各 大 公 司 的 产 品 系 列 可 以 发 现, 原 型 的 制 造 尺 寸 呈 增 大 的 趋 势 由 于 大 型 模 具 的 制 造 难 度 和 RPM 在 模 具 制 造 方 面 的 优 势, 可 以 预 测 将 来 的 RPM 市 场 将 有 一 定 比 例 为 大 型 成 型 制 造 所 占 据 与 此 形 成 鲜 明 对 比 的 将 是 RPM 向 微 型 领 域 的 进 军,SL 的 一 个 重 要 发 展 方 向 是 微 米 印 刷 (Microlithograghy) 制 造 微 米 零 件 (Microscale Parts) 日 本 Nagoya University 在 这 方 面 领 先, 激 光 光 斑 可 达 5μm, 成 型 时 原 型 不 动, 激 光 束 通 过 透 明 板 精 密 聚 焦 在 被 成 型 的 原 型 上 x-y 扫 描 全 停 位 精 度 为 mm, z 向 停 位 精 度 为 mm, 可 制 造 5μm 5μm 3μm 零 件, 如 静 脉 阀 集 成 电 路 零 件 等 (9) RPM 行 业 标 准 化, 并 且 与 整 个 产 品 制 造 体 系 相 融 合 RP 技 术 经 过 十 几 年 的 发 展, 设 备 与 材 料 两 方 面 都 有 了 长 足 的 进 步, 但 目 前 由 于 该 技 术 的 成 本 高, 加 以 制 件 的 精 度 强 度 和 耐 久 性 能 还 不 能 满 足 用 户 的 要 求, 暂 时 阻 碍 了 RP 技 术 的 推 广 普 及 此 外, 近 年 来, CNC 切 削 机 床 也 在 大 步 向 前 发 展, 一 方 面, 价 格 大 幅 度 下 降 ; 另 一 方 面, 高 速 高 精 的 CNC 机 床 问 世, 制 件 时 间 缩 短, 精 度 及 表 面 质 量 提 高 因 此, 不 少 企 业 使 用 CNC 切 削 机 床 快 速 制 造 金 属 或 非 金 属 模 具 及 零 件, 向 RP 技 术 提 出 了 新 的 挑 战, 但 是 在 成 型 复 杂 中 空 的 零 件 方 面,CNC 切 削 机 床 是 不 能 取 代 RP 技 术 的 这 种 直 接 从 概 念 设 计 迅 速 转 为 产 品 的 设 计 生 产 模 式, 必 然 是 21 世 纪 的 制 造 技 术 的 主 流 随 看 技 术 的 进 步,RP 技 术 还 会 大 踏 步 地 向 前 发 展, 并 将 成 为 许 多 设 计 公 司 制 造 公 司 研 究 机 构 和 教 育 机 构 等 的 基 本 技 术 和 装 备 12.5 虚 拟 制 造 技 术 20 世 纪 90 年 代 以 来, 对 市 场 的 快 速 响 应 ( 交 货 期 ) 成 为 企 业 竞 争 的 焦 点, 于 是 敏 捷 制 造 智 能 制 造 虚 拟 制 造 (VM) 等 新 概 念 新 的 生 产 组 织 方 式 新 的 生 产 模 式 相 继 出 现 企 业 的 柔 性 和 快 速 响 应 市 场 的 能 力 成 为 竞 争 能 力 的 主 要 标 志 一 些 学 者 预 测,21 世 纪 初 是 技 术 创 新 的 年 代, 就 是 以 高 新 技 术 新 颖 的 产 品 去 开 拓 市 场, 创 新 将 是 主 要 标 志 因 此, 知 识 的 获 取 和 创 新 信 息 的 交 流 和 技 术 的 合 作 都 是 本 世 纪 市 场 竞 争 的 热 点 问 题 虚 拟 制 造 技 术 就 是 根 据 企 业 竞 争 的 需 求, 在 强 调 柔 性 和 快 速 的 前 提 下, 于 20 世 纪 80 年 代 提 出 来 的, 并 随 着 计 算 机 技 术, 特 别 是 信 息 技 术 的 迅 速 发 展, 在 90 年 代 得 到 了 人 们 的 极 大 重 视, 获 得 迅 速 发 展 虚 拟 制 造 概 述 1. 虚 拟 制 造 技 术 与 虚 拟 制 造 系 统 虚 拟 制 造 技 术 (Virtual Manufacturing Technolog,VMT) 是 由 多 学 科 先 进 知 识 形 成 的 综 合 系 统 技 术, 是 以 计 算 机 仿 真 技 术 为 前 提, 对 设 计 制 造 等 生 产 过 程 进 行 统 一 建 模, 在 产 品 271 标 准 分 享 网 免 费 下 载

281 272 汽 车 制 造 工 艺 设 计 阶 段, 实 时 地 并 行 地 模 拟 出 产 品 未 来 制 造 全 过 程 及 其 对 产 品 设 计 的 影 响, 预 测 产 品 性 能 产 品 制 造 成 本 产 品 的 制 造 性, 从 而 更 有 效 更 经 济 地 灵 活 地 组 织 制 造 生 产, 使 工 厂 和 车 间 的 资 源 得 到 合 理 配 置, 以 达 到 产 品 的 开 发 周 期 和 成 本 的 最 小 化, 产 品 设 计 质 量 的 最 优 化, 生 产 效 率 的 最 高 化 之 目 的 虚 拟 制 造 系 统 (Virtual Manufacturing System,VMS) 是 基 于 虚 拟 制 造 技 术 实 现 的 制 造 系 统, 是 现 实 制 造 系 统 RMS(Real Manufacturing System) 在 虚 拟 环 境 下 的 映 射 VMS 生 产 的 产 品 是 可 视 的 虚 拟 产 品, 是 一 个 数 字 化 产 品, 它 具 有 真 实 产 品 所 必 须 具 有 的 特 征, 并 具 有 动 态 结 构 及 决 策 控 制 调 度 管 理 等 四 个 机 制 VMT 和 VMS 涉 及 整 个 产 品 开 发 和 制 造 过 程 的 方 方 面 面, 对 于 产 品 来 说, 涉 及 整 个 产 品 生 命 周 期 的 各 个 方 面, 对 于 制 造 过 程 来 说, 涉 及 整 个 工 厂 的 各 个 方 面 2. 虚 拟 制 造 的 特 点 (1) 虚 拟 制 造 是 实 际 制 造 过 程 在 计 算 机 上 的 映 射 和 本 质 表 现, 即 采 用 计 算 机 仿 真 与 虚 拟 现 实 技 术, 在 计 算 机 上 群 组 协 同 工 作, 实 现 产 品 的 设 计 工 艺 规 划 加 工 制 造 性 能 分 析 质 量 检 验, 以 及 企 业 各 级 过 程 的 管 理 与 控 制 等 产 品 制 造 的 本 质 过 程, 以 增 强 制 造 过 程 各 个 过 程 的 决 策 与 控 制 能 力 (2) 虚 拟 制 造 虽 然 不 是 实 际 的 制 造, 但 却 实 现 实 际 制 造 的 本 质 过 程, 是 一 种 通 过 计 算 机 虚 拟 模 型 来 模 拟 和 预 估 产 品 功 能 性 能 及 可 加 工 性 等 各 方 面 可 能 存 在 的 问 题, 提 高 人 们 的 预 测 和 决 策 水 平, 使 得 制 造 技 术 走 出 主 要 依 赖 于 经 验 的 狭 小 天 地, 发 展 到 了 全 方 位 预 报 的 新 阶 段 (3) 产 品 设 计 与 制 造 是 在 虚 拟 环 境 下 进 行 的, 在 计 算 机 上 进 行 产 品 设 计 制 造 测 试, 甚 至 设 计 人 员 或 用 户 可 进 入 虚 拟 的 制 造 环 境 检 验 其 设 计 加 工 装 配 和 操 作, 而 不 依 赖 于 传 统 的 原 型 样 机 的 反 复 修 改 ; 还 可 将 已 开 发 的 产 品 ( 部 件 ) 存 放 在 计 算 机 里, 不 但 大 大 节 省 仓 储 费 用, 更 能 根 据 用 户 需 求 或 市 场 变 化 快 速 改 变 设 计, 快 速 投 入 批 量 生 产, 从 而 能 大 幅 度 压 缩 新 产 品 的 开 发 时 间, 提 高 质 量, 降 低 成 本 (4) 可 使 分 布 在 不 同 地 点 不 同 部 门 的 不 同 专 业 人 员 在 同 一 个 产 品 模 型 上 协 同 工 作, 相 互 交 流, 信 息 共 享, 减 少 大 量 的 文 档 生 成 及 传 递 的 时 间 和 误 差, 从 而 使 产 品 开 发 以 快 捷 优 质 低 耗 响 应 市 场 变 化 3. 虚 拟 制 造 的 内 涵 如 果 将 实 际 制 造 系 统 RMS 抽 象 成 由 实 际 物 理 系 统 RPS(Real Physical System) 实 际 信 息 系 统 RIS(Real Information System) 实 际 控 制 系 统 RCS(Real Control System) 组 成 的, 可 以 简 单 表 示 为 RMS={RPS,RIS,RCS} RPS 包 括 所 有 的 制 造 物 理 实 体, 例 如 材 料 机 床 机 器 人 夹 具 控 制 器 等,RIS 包 括 信 息 处 理 和 决 策, 如 调 度 计 划 设 计 RIS 通 过 RCS 与 RPS 交 换 信 息 那 么, 可 以 将 实 际 制 造 系 统 映 射 到 基 于 虚 拟 制 造 技 术 的 虚 拟 制 造 系 统, 虚 拟 制 造 系 统 可 以 表 示 为 VMS = {VPS,VIS,VCS} 其 中,VPS 是 虚 拟 物 理 系 统,VIS 为 虚 拟 信 息 系 统,VCS 是 虚 拟 控 制 系 统 按 照 与 生 产 各 阶 段 的 关 系, 有 些 文 献 将 虚 拟 制 造 分 成 三 类, 即 以 设 计 为 核 心 的 虚 拟 制 272

282 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 273 造 以 生 产 为 核 心 的 虚 拟 制 造 和 以 控 制 为 中 心 的 虚 拟 制 造 以 设 计 为 中 心 的 VM 这 类 研 究 是 将 制 造 信 息 加 入 到 产 品 设 计 和 工 艺 设 计 过 程 中 去, 并 在 计 算 机 中 进 行 数 字 化 制 造, 仿 真 多 种 制 造 方 案, 检 验 其 制 造 性 或 装 配 性, 预 测 产 品 的 性 能 和 报 价 成 本 其 主 要 目 的 是 通 过 制 造 仿 真 来 优 化 产 品 设 计 和 工 艺 过 程, 尽 早 发 现 设 计 中 的 问 题 以 生 产 为 中 心 的 VM 这 类 研 究 是 将 仿 真 能 力 加 入 到 生 产 计 划 模 型 中, 其 目 的 是 方 便 和 快 捷 地 评 价 多 种 生 产 计 划, 检 验 新 工 艺 流 程 的 可 信 度 产 品 的 生 产 效 率 二 资 源 的 需 求 状 况 ( 包 括 购 置 新 设 备 征 询 盟 友 等 ), 从 而 优 化 制 造 环 境 的 配 置 和 生 产 的 供 给 计 划 以 控 制 为 中 心 的 VM 这 类 研 究 是 将 仿 真 能 力 增 加 到 控 制 模 型 中, 提 供 对 实 际 生 产 过 程 仿 真 的 环 境 其 目 的 是 在 考 虑 车 间 控 制 的 基 础 上, 评 估 新 的 或 改 进 的 产 品 设 计 及 与 生 产 车 间 相 关 的 活 动, 从 而 优 化 制 造 过 程, 改 进 制 造 系 统 虚 拟 制 造 从 根 本 上 讲 就 是 要 利 用 计 算 机 生 产 出 虚 拟 产 品 我 们 不 难 看 出, 虚 拟 制 造 技 术 是 一 个 跨 学 科 的 综 合 性 技 术, 它 涉 及 仿 真 可 视 化 虚 拟 现 实 数 据 继 承 优 化 等 领 域 4. 虚 拟 制 造 的 效 果 虚 拟 制 造 可 以 为 企 业 带 来 以 下 六 个 方 面 的 主 要 效 果 (1) 提 供 影 响 产 品 性 能 制 造 成 木 生 产 周 期 的 相 关 信 息, 以 便 使 决 策 者 能 够 正 确 地 处 理 产 品 的 性 能 制 造 成 本 生 产 进 度 和 风 险 之 间 的 平 衡 关 系, 做 出 正 确 的 设 计 和 管 理 决 策 (2) 提 高 产 品 的 设 计 质 量, 减 少 设 计 缺 陷, 优 化 产 品 性 能 (3) 提 高 工 艺 规 划 和 加 工 过 程 的 合 理 性, 优 化 制 造 过 程 及 提 高 制 造 质 量 (4) 通 过 生 产 计 划 的 仿 真, 可 以 优 化 资 源 配 置 和 物 流 管 理, 实 现 柔 性 制 造 和 敏 捷 制 造, 缩 短 制 造 周 期, 降 低 生 产 成 本 (5) 通 过 提 高 产 品 质 量, 降 低 生 产 成 本, 缩 短 开 发 周 期 以 及 提 高 企 业 的 柔 性, 以 适 应 用 户 的 特 殊 要 求 和 快 速 响 应 市 场 的 变 化, 形 成 企 业 的 市 场 竞 争 优 势 (6) 通 过 虚 拟 企 业 的 概 念 以 及 具 体 的 实 践 组 成 的 快 速 响 应 部 队, 能 在 竞 争 中 为 企 业 把 握 机 遇 和 带 来 优 势 虚 拟 制 造 的 研 究 内 容 虚 拟 制 造 的 主 要 研 究 内 容 可 以 分 为 三 个 方 面 : 虚 拟 制 造 的 理 论 体 系 虚 拟 产 品 设 计 虚 拟 产 品 制 造 1. 虚 拟 制 造 的 理 论 体 系 合 理 的 体 系 能 为 虚 拟 制 造 的 后 续 发 展 提 供 一 个 逻 辑 严 密 开 放 性 强 结 构 紧 凑 的 基 础, 同 时 有 助 于 理 顺 VM 单 元 技 术 间 的 关 联 机 制 (1) 开 放 机 理 虚 拟 制 造 首 先 是 一 个 支 撑 环 境 与 平 台, 和 基 于 其 使 能 技 术 的 开 发 工 具 集, 对 已 有 CIMS 并 行 工 程 的 哲 理 敏 捷 制 造 与 VM 技 术 综 合 考 虑, 建 立 基 于 即 插 即 用 技 术 和 异 种 软 件 间 标 准 数 据 接 口 的 体 系, 以 实 现 体 系 的 开 放 性 具 体 表 现 为 系 统 功 能 的 易 扩 展 性 系 统 硬 件 的 开 放 性 系 统 软 件 的 开 放 性 273 标 准 分 享 网 免 费 下 载

283 274 汽 车 制 造 工 艺 (2) 分 布 机 理 通 过 Internet/Intranet 连 接 的 位 于 不 同 的 网 址 上 的 工 程 人 员 共 享 产 品 设 计 制 造 和 管 理 所 需 的 数 据 知 识 资 源 信 息, 使 用 分 布 性 的 应 用 工 具, 进 行 虚 拟 产 品 开 发 (3) 动 态 机 理 基 于 虚 拟 制 造 技 术 构 建 的 虚 拟 制 造 系 统 可 以 动 态 地 运 行 操 作, 以 支 持 产 品 开 发 过 程 中 的 所 有 活 动 企 业 的 不 同 资 源 可 以 分 别 属 于 开 发 不 同 产 品 的 不 同 VMS, VMS 应 能 灵 活 地 根 据 产 品 实 施 方 案, 进 行 企 业 对 象 和 生 产 活 动 的 映 射 和 构 建 (4) 并 行 机 理 在 虚 拟 制 造 环 境 的 分 布 式 特 性 的 控 制 下, 由 于 制 造 资 源 共 享 和 开 发 过 程 的 并 行, 故 可 以 虚 拟 并 行 运 作 描 述 这 个 过 程, 其 核 心 要 素 是 基 于 工 作 流 程 思 想 的 活 动 (5) 集 成 机 理 虚 拟 制 造 环 境 下 的 数 据 管 理 是 一 项 综 合 性 的 技 术, 模 型 和 数 据 管 理 就 是 要 以 有 效 手 段 管 理 产 品 开 发 过 程 中 的 相 关 模 型 数 据 和 知 识, 并 提 供 宏 观 信 息 管 理 和 控 制 的 机 制 也 包 括 模 型 的 标 准 化 和 可 重 用 性 技 术 模 型 间 的 信 息 交 互 和 共 享 (6) 人 机 和 谐 机 理 虚 拟 现 实 技 术 的 应 用 极 大 地 增 强 人 与 计 算 机 的 交 互 方 式, 使 人 可 以 融 入 制 造 系 统 的 虚 拟 环 境 中, 强 调 人 在 虚 拟 制 造 系 统 运 行 中 的 作 用 2. 虚 拟 产 品 设 计 建 立 产 品 的 功 能 和 结 构 信 息 模 型, 同 时 对 产 品 的 结 构 功 能 性 能 进 行 仿 真, 作 为 对 设 计 的 指 导 和 对 用 户 需 求 的 预 评 估 (1) 虚 拟 产 品 建 模 理 论 建 立 支 持 设 计 工 艺 制 造 装 配 等 多 层 次 开 发 活 动 的 信 息 交 互 与 共 享 的 统 一 虚 拟 产 品 模 型, 该 模 型 应 反 映 用 户 需 求, 支 持 设 计 者 思 维 和 决 策 活 动, 融 合 现 代 设 计 方 法 学 和 人 工 智 能, 是 一 种 全 数 字 化 的 特 征 信 息 共 享 的 虚 拟 产 品 模 型 (2) 并 行 设 计 过 程 及 管 理 研 究 设 计 过 程 建 模, 解 决 设 计 任 务 和 活 动 的 形 式 化, 研 究 设 计 过 程 知 识 的 表 达 和 组 织, 建 立 设 计 活 动 运 作 模 型, 研 究 设 计 活 动 串 并 行 实 施 的 预 规 划 策 略, 并 根 据 虚 拟 产 品 设 计 仿 真 评 价 结 果 提 出 重 设 计 策 略 (3) 面 向 设 计 过 程 的 智 能 仿 真 研 究 虚 拟 产 品 在 设 计 过 程 中 的 演 变 历 程 及 其 相 关 信 息 的 触 发 机 制, 进 行 虚 拟 产 品 过 程 演 化 仿 真 研 究 虚 拟 产 品 的 工 程 分 析 模 型 和 面 向 设 计 过 程 的 仿 真 评 价 体 系, 探 讨 评 价 结 果 应 对 策 略 及 对 设 计 过 程 的 反 馈 设 计 机 制 3. 虚 拟 产 品 制 造 虚 拟 产 品 制 造 在 真 实 产 品 投 产 之 前, 就 是 在 VMS 中 模 拟 出 产 品 未 来 的 制 造 过 程 (1) 建 立 统 一 的 虚 拟 制 造 分 布 式 仿 真 模 型 以 支 持 产 品 制 造 全 过 程, 研 究 在 虚 拟 产 品 制 造 过 程 中, 制 造 系 统 与 各 个 加 工 制 造 过 程 之 间 产 品 制 造 与 产 品 设 计 之 间 的 关 系, 建 立 既 支 持 制 造 系 统 建 模 仿 真, 又 支 持 制 造 过 程 建 模 仿 真, 同 时 还 支 持 统 一 的 虚 拟 制 造 分 布 式 仿 真 模 型 (2) 制 造 系 统 离 散 事 件 建 模 与 仿 真 在 制 造 系 统 模 型 的 支 持 下, 调 度 方 案 通 过 面 向 对 象 的 离 散 事 件 仿 真 器 进 行 调 度 全 过 程 的 仿 真 运 行, 提 供 工 艺 和 调 度 的 集 成 以 及 并 行 决 策 的 反 馈 支 持, 同 时 预 测 调 度 成 本 和 调 度 时 间, 建 立 虚 拟 生 产 调 度 的 方 法 规 则 模 糊 判 断 等 知 识 库 (3) 多 级 分 布 式 仿 真 集 成 基 础 结 构 根 据 统 一 的 虚 拟 制 造 分 布 式 仿 真 模 型, 建 立 分 布 式 仿 真 集 成 基 础 结 构, 为 制 造 系 统 仿 真 工 具 和 各 个 加 工 制 造 过 程 仿 真 工 具 的 有 机 集 成 提 供 274

284 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 275 支 持, 研 究 面 向 设 计 方 案 评 价 的 集 成 方 法, 建 立 面 向 生 产 的 虚 拟 产 品 制 造 集 成 体 系 虚 拟 制 造 的 技 术 体 系 虚 拟 制 造 涉 及 整 个 产 品 生 命 周 期 中 的 各 个 方 面, 即 产 品 设 计 制 造 的 所 有 活 动, 不 仅 要 用 到 制 造 企 业 的 所 有 传 统 技 术, 而 且 还 需 要 开 发 VMS 特 有 的 新 技 术 与 新 方 法, 尤 其 是 需 要 虚 拟 制 造 环 境 下 新 的 建 模 与 仿 真 技 术 1994 年 7 月 12~13 日 在 美 国 俄 亥 俄 (Ohio) 的 代 顿 (Dayton) 召 开 的 Virtual Manufacturing User Workshop 会 议 上 提 出 了 9 个 技 术 领 域,16 项 技 术 1994 年 10 月 25~26 日 在 同 一 地 点 召 开 的 Virtual Manufacturing Technical Workshop 会 议 上 又 将 技 术 领 域 扩 展 为 13 个, 技 术 项 目 扩 展 为 44 项 如 何 有 效 地 组 织 开 发 这 许 许 多 多 的 虚 拟 制 造 技 术 是 实 施 虚 拟 制 造 系 统 的 关 键 之 一 为 了 有 效 地 管 理 组 织 开 发 使 用 虚 拟 制 造 技 术, 确 保 虚 拟 制 造 系 统 的 实 施, 构 建 了 虚 拟 制 造 的 体 系, 如 图 所 示 VMT 的 体 系 结 构 由 三 大 主 体 技 术 群 ( 建 模 技 术 群 仿 真 技 术 群 控 制 技 术 群 ) 和 一 个 支 撑 技 术 群 ( 为 三 大 主 体 技 术 群 的 实 施 提 供 支 持 ) 组 成 由 于 VMT 是 一 个 有 机 的 整 体, 所 以, 三 大 主 体 技 术 群 不 是 相 互 孤 立 的, 它 们 之 间 有 大 量 的 信 息 交 换 为 了 使 各 种 技 术 具 有 可 操 作 性, 保 证 各 项 技 术 的 实 施, 还 需 要 一 定 的 计 算 机 软 硬 件 环 境, 如 各 种 计 算 机 及 外 围 设 备 网 络 设 备 各 种 计 算 机 软 件 企 业 文 化 氛 图 企 业 的 管 理 制 度 等 此 外, 要 在 全 球 范 围 内 实 现 敏 捷 制 造, 创 建 虚 拟 公 司, 建 立 全 球 VMS, 还 需 要 信 息 高 速 公 路 的 支 持, 目 前 的 做 法 可 以 在 Internet 上 实 现 图 虚 拟 制 造 的 技 术 体 系 1. 建 模 技 术 群 建 模 技 术 群 是 指 用 来 开 发 VMS 中 各 种 模 型 的 所 有 技 术 与 方 法 275 标 准 分 享 网 免 费 下 载

285 276 汽 车 制 造 工 艺 建 模 技 术 是 VM 的 关 键 技 术 之 一 建 模 问 题 包 括 : 表 达 表 述 语 言 抽 象 联 合 标 准 重 用 性 多 用 性 和 配 置 控 制 重 要 的 建 模 技 术 有 : 基 于 约 束 的 参 数 化 特 征 3D 建 模 技 术, 具 有 变 量 推 理 的 产 品 定 义 模 型 技 术, 面 向 CE 适 用 于 VMS 的 产 生 式 工 艺 设 计 技 术, 基 于 物 理 学 的 过 程 建 模 技 术, 面 向 对 象 的 动 态 功 能 语 言 和 基 于 事 件 的 建 模 技 术, 制 造 过 程 的 计 算 机 特 征 化 技 术 ( 包 括 制 造 过 程 中 影 响 材 料 转 化 变 量 的 捕 捉 测 量 和 分 析, 以 及 创 建 基 于 实 际 车 间 数 据 的 这 些 过 程 的 通 用 模 型 的 技 术 和 方 法 ) 根 据 建 模 对 象 的 不 同, 建 模 技 术 可 以 分 为 :1 产 品 和 过 程 模 型 的 建 模 技 术 ;2 虚 拟 车 间 的 建 模 技 术 ;3 虚 拟 公 司 的 建 模 技 术 1) 产 品 和 过 程 模 型 的 建 模 技 术 产 品 和 过 程 建 模 是 虚 拟 制 造 技 术 与 系 统 的 核 心 技 术 之 一 在 VMS 中, 产 品 和 过 程 模 型 以 虚 拟 产 品 主 模 型 的 方 式 构 造 与 组 织 产 品 模 型 是 动 态 的, 它 是 制 造 过 程 中 各 类 实 体 对 象 模 型 的 集 合, 包 括 物 料 中 期 产 品 ( 半 成 品 ) 目 标 产 品 ( 成 品 ) 等 这 些 制 造 对 象 有 许 多 方 面 ( 即 产 品 模 型 的 不 同 视 图 ), 在 某 一 阶 段 只 有 其 中 一 部 分 与 某 一 特 定 的 实 际 应 用 有 关, 如 在 总 体 设 计 阶 段 只 有 概 念 化 的 形 状 信 息 是 重 要 的, 而 在 详 细 设 计 阶 段 必 须 具 备 有 工 程 分 析 的 结 构 模 型 这 些 方 面 相 互 关 联 并 以 适 当 的 方 式 表 示, 一 般 采 用 对 象 层 次 和 谱 义 网 络 模 型 表 示 这 些 方 面 产 品 模 型 用 各 个 一 方 面 的 层 次 / 网 络 表 示 ; 各 层 次 或 网 络 节 点 中 的 信 息 应 为 过 程 模 型 所 理 解 因 此, 产 品 模 型 是 各 类 符 号 化 方 面 的 结 构 表 示, 各 方 面 的 语 义 由 对 应 的 过 程 模 型 给 定 过 程 模 型 表 示 所 有 用 于 代 表 产 品 行 为 和 制 造 过 程 的 物 理 过 程 在 虚 拟 制 造 系 统 VMS 中, 过 程 模 型 的 主 要 目 的 是 预 测 未 来 的 产 品 行 为 和 评 估 生 产 过 程 中 产 品 的 制 造 性 2) 虚 拟 车 间 模 型 的 建 模 技 术 虚 拟 车 间 模 型 主 要 由 设 备 模 型 车 间 布 局 模 型 生 产 调 度 模 型 制 造 过 程 模 型 过 程 监 控 模 型 以 及 这 些 模 型 之 间 的 关 联 模 型 ( 元 模 型 ) 等 组 成 虚 拟 车 间 模 型 的 建 模 技 术 主 要 包 括 现 实 制 造 系 统 与 虚 拟 制 造 系 统 之 间 的 映 射, 虚 拟 设 备 虚 拟 传 感 器 虚 拟 单 元 虚 拟 生 产 线 虚 拟 车 间 的 建 立, 以 及 各 种 虚 拟 设 备 的 重 用 性 和 重 组 性 技 术 3) 虚 拟 公 司 的 建 模 技 术 虚 拟 公 司 建 模 技 术 是 指 开 发 和 建 立 经 营 决 策 模 型 生 产 决 策 模 型 产 品 决 策 模 型 以 及 决 策 评 价 模 型 组 织 管 理 模 型 市 场 预 测 与 分 析 模 型 产 品 性 能 分 析 与 评 价 模 型 成 本 分 析 与 评 价 模 型 效 益 / 风 险 分 析 与 评 价 模 型 等 的 方 法 与 技 术 2. 仿 真 技 术 群 仿 真 技 术 群 是 指 运 行 和 操 作 构 成 VMS 各 种 模 型 的 所 有 方 法 与 技 术 VM 是 基 于 模 型 的 制 造, 仿 真 技 术 是 VM 的 关 键 技 术 之 一 仿 真 技 术 是 在 计 算 机 中 表 达 一 个 物 理 系 统 或 环 境 的 能 力 仿 真 是 指 通 过 对 系 统 模 型 的 运 算 来 表 达 或 研 究 一 个 存 在 或 正 在 设 计 的 系 统 计 算 机 仿 真 就 是 利 用 计 算 机 运 算 系 统 的 数 学 模 型 来 表 达 对 被 仿 真 系 统 的 分 析 研 究 设 计 培 训 等 3. 控 制 技 术 群 控 制 技 术 群 是 指 建 模 过 程 仿 真 过 程 所 用 到 的 各 种 管 理 组 织 与 控 制 技 术 与 方 法 主 276

286 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 277 要 包 括 :1 模 型 部 件 的 组 织 调 度 策 略 及 交 换 技 术 ;2 仿 真 过 程 的 工 作 流 程 与 信 息 流 程 控 制 ;3VMS 方 法 论 ;4 概 念 设 计 与 制 造 方 法 加 工 过 程 成 本 估 计 集 成 技 术 ;5 集 成 动 态 的 分 布 式 的 协 作 模 型 的 集 成 技 术 ;6 实 现 最 佳 设 计 的 冲 突 求 解 技 术 ;7 基 于 仿 真 的 推 理 技 术 ;8 模 型 及 仿 真 结 果 的 验 证 确 认 技 术 4. 支 撑 技 术 群 支 撑 技 术 群 是 指 支 持 VMS 开 发 控 制 与 运 行 取 得 进 步 的 基 础 性 技 术 主 要 包 括 :1 数 据 库 技 术 ;2 人 工 智 能 技 术 ;3 系 统 集 成 技 术 ;4 分 布 式 并 行 智 能 协 同 求 解 技 术 ;5 综 合 可 视 化 技 术 等 虚 拟 制 造 系 统 的 体 系 结 构 虚 拟 制 造 系 统 的 体 系 结 构 由 三 层 构 成, 分 别 是 : 经 营 决 策 层 产 品 决 策 层 和 生 产 决 策 层, 如 图 所 示 图 虚 拟 制 造 系 统 的 体 系 结 构 (1) 经 营 决 策 层 根 据 用 户 需 求 和 市 场 信 息 本 企 业 的 资 源 及 技 术 条 件 等 情 况, 做 出 生 产 产 品 的 种 类 规 模 性 能 规 格 等 决 策 (2) 产 品 决 策 层 根 据 上 层 所 做 出 的 生 产 产 品 的 性 能 规 格 做 出 产 品 总 体 方 案 决 策, 并 对 其 性 能 做 出 初 步 评 价, 对 其 成 本 做 出 初 步 预 估 (3) 生 产 决 策 层 根 据 下 层 决 策 和 企 业 人 力 物 力 及 技 术 资 源 与 水 平 等 情 况, 做 出 产 品 开 发 计 划 生 产 任 务 规 划 生 产 调 度 计 划 等 决 策, 并 在 计 算 机 上 实 现 其 制 造 过 程, 生 产 出 数 字 产 品, 通 过 对 数 字 产 品 的 工 作 过 程 仿 真, 对 产 品 性 能 做 出 合 理 的 评 价 通 过 对 数 字 277 标 准 分 享 网 免 费 下 载

287 278 汽 车 制 造 工 艺 产 品 的 构 成 和 形 成 过 程 进 行 分 析, 做 出 产 品 成 本 的 分 析 报 告 同 时, 数 字 产 品 可 以 展 示 给 用 户 让 用 户 对 该 产 品 进 行 评 价 综 合 各 方 面 的 因 素, 对 产 品 投 产 的 风 险 和 效 益 做 出 评 价 上 述 三 个 层 次 的 决 策 是 在 统 一 的 软 硬 件 支 持 环 境 下, 协 同 工 作, 求 得 全 局 最 优 的 决 策 虚 拟 制 造 环 境 与 平 台 从 产 品 生 产 的 全 过 程 来 看, 虚 拟 制 造 应 包 括 产 品 的 制 造 性 生 产 性 和 合 作 性 的 支 持 所 谓 制 造 性 是 指 所 设 计 的 产 品 ( 包 括 零 件 部 件 和 整 机 ) 的 加 工 性 ( 铸 造 冲 压 焊 接 切 削 等 ) 和 装 配 性 ; 而 生 产 性 是 指 在 企 业 已 有 资 源 ( 广 义 资 源, 如 设 备 人 力 原 材 料 等 ) 的 约 束 条 件 下, 如 何 优 化 生 产 计 划 和 调 度, 以 满 足 市 场 或 顾 客 的 要 求 ; 虚 拟 制 造 还 应 对 敏 捷 制 造 提 供 支 持, 即 为 企 业 动 态 联 盟 (Virtual Enterprise,VE) 的 合 作 性 提 供 支 持 而 且, 上 述 三 个 方 面 对 一 个 企 业 来 说 是 相 互 关 联 的, 应 该 形 成 一 个 集 成 的 环 境 因 此, 应 从 三 个 层 次, 即 虚 拟 制 造 虚 拟 生 产 虚 拟 企 业 开 展 产 品 全 过 程 的 虚 拟 制 造 技 术 及 其 集 成 的 虚 拟 制 造 环 境 的 研 究, 包 括 产 品 全 信 息 模 型 支 持 各 层 次 虚 拟 制 造 的 技 术 并 开 发 相 应 的 支 撑 平 台, 以 及 支 持 三 个 平 台 及 其 集 成 的 产 品 数 据 管 理 (PDM) 技 术 虚 拟 制 造 环 境 与 平 台 体 系 如 图 所 示 图 虚 拟 制 造 环 境 与 平 台 体 系 1. 虚 拟 制 造 平 台 该 平 台 支 持 产 品 的 并 行 设 计 工 艺 规 划 加 工 装 配 及 维 修 等 过 程, 进 行 制 造 性 分 析 它 是 以 全 信 息 模 型 为 基 础 的 众 多 仿 真 分 析 软 件 的 集 成, 虚 拟 制 造 平 台 应 具 有 统 一 的 框 架 278

288 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 279 统 一 的 数 据 模 型, 并 具 有 开 放 的 体 系 结 构 它 具 有 以 下 特 征 (1) 支 持 虚 拟 制 造 的 产 品 数 据 模 型, 提 供 虚 拟 制 造 环 境 下 产 品 全 局 数 据 模 型 定 义 的 规 范, 多 种 产 品 信 息 ( 设 计 信 息 几 何 信 息 加 工 信 息 装 配 信 息 等 ) 的 一 致 组 织 方 式 的 环 境 (2) 基 于 产 品 数 据 管 理 (PDM) 的 虚 拟 制 造 集 成 技 术 提 供 在 PDM 环 境 下, 零 件 / 部 件 虚 拟 制 造 平 台 虚 拟 生 产 平 台 虚 拟 企 业 平 台 的 集 成 技 术 环 境 (3) 基 于 PDM 的 产 品 开 发 过 程 集 成 提 供 研 究 PDM 应 用 接 口 技 术 及 过 程 管 理 技 术, 实 现 虚 拟 制 造 环 境 下 产 品 开 发 全 寿 命 周 期 的 过 程 集 成 2. 虚 拟 生 产 平 台 该 平 台 将 支 持 生 产 环 境 的 布 局 设 计 及 设 备 集 成 产 品 远 程 虚 拟 测 试 企 业 生 产 计 划 及 调 度 的 优 化, 进 行 生 产 性 分 析 (1) 虚 拟 生 产 环 境 布 局 根 据 产 品 的 工 艺 特 征 生 产 场 地 加 上 设 备 等 信 息, 三 维 真 实 地 模 拟 生 产 环 境, 并 允 许 用 户 交 互 地 修 改 有 关 布 局, 对 生 产 动 态 过 程 进 行 模 拟, 统 计 相 应 评 价 参 数, 对 生 产 环 境 的 布 局 进 行 优 化 (2) 虚 拟 设 备 集 成 为 不 同 厂 家 制 造 的 生 产 设 备 实 现 集 成 提 供 支 撑 环 境, 对 不 同 集 成 方 案 进 行 比 较 (3) 虚 拟 计 划 与 调 度 根 据 产 品 的 工 艺 特 征 和 生 产 环 境 布 局, 模 拟 产 品 的 生 产 过 程, 并 允 许 用 户 以 交 互 方 式 修 改 生 产 过 程 和 进 行 动 态 调 度, 统 计 有 关 评 价 参 数, 以 找 出 最 满 意 的 生 产 作 业 计 划 与 调 度 方 案 3. 虚 拟 企 业 平 台 被 预 言 为 21 世 纪 制 造 模 式 的 敏 捷 制 造, 利 用 虚 拟 企 业 的 形 式, 以 实 现 劳 动 力 资 源 资 本 技 术 管 理 和 信 息 等 的 最 优 配 置, 这 给 企 业 的 运 行 带 来 了 一 系 列 新 的 技 术 要 求 虚 拟 企 业 平 台 为 敏 捷 制 造 的 合 作 性 分 析 提 供 支 持 (1) 虚 拟 企 业 协 同 工 作 环 境 支 持 异 地 设 计 异 地 装 配 异 地 测 试 的 环 境, 特 别 是 基 于 广 域 网 的 三 维 图 形 的 异 地 快 速 传 送 过 程 控 制 人 机 交 互 等 环 境 (2) 虚 拟 企 业 动 态 组 合 及 运 行 支 持 环 境, 特 别 是 Internet 与 Intranet 下 的 系 统 集 成 与 任 务 协 调 环 境 习 题 1. 精 益 生 产 方 式 的 特 征 主 要 内 容 各 是 什 么? 2. 敏 捷 制 造 的 特 点 及 一 般 实 施 方 法 各 是 什 么? 3. 并 行 工 程 的 特 点 及 关 键 要 素 各 是 什 么? 4. 最 为 成 熟 的 快 速 成 型 工 艺 方 法 有 哪 些? 5. 虚 拟 制 造 的 主 要 研 究 内 容 是 什 么? 279 标 准 分 享 网 免 费 下 载

289 参 考 文 献 [1] 王 怀 琳. 汽 车 典 型 零 部 件 的 铸 造 工 艺 [M]. 北 京 : 北 京 理 工 大 学 出 版 社,2003. [2] 李 梦 群, 庞 学 慧, 王 凡. 先 进 制 造 技 术 导 论 [M]. 北 京 : 国 防 工 业 出 版 社,2005. [3] 周 达 飞, 吴 张 永, 王 婷 兰. 汽 车 用 塑 料 [M]. 北 京 : 化 学 工 业 出 版 社,2003. [4] 何 涛, 杨 竞, 范 云. 先 进 制 造 技 术 [M]. 北 京 : 北 京 大 学 出 版 社,2006. [5] 周 长 庚, 胡 书 琴. 汽 车 涂 漆 装 饰 [M]. 太 原 : 山 西 科 学 技 术 出 版 社,1996. [6] 韩 英 淳. 汽 车 制 造 工 艺 学 [M]. 北 京 : 人 民 交 通 出 版 社,2005. [7] 王 英 杰. 金 属 材 料 及 热 处 理 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,2006. [8] 徐 关 庆, 郑 允 熙. 汽 车 电 镀 实 用 技 术 [M]. 北 京 : 北 京 理 工 大 学 出 版 社,1999. [9] 曲 卫 涛. 铸 造 工 艺 学 [M]. 西 安 : 西 北 工 业 大 学 出 版,1996. [10] 吕 炎. 锻 造 工 艺 学 [M]. 北 京 : 机 械 工 艺 出 版 社,1995. [11] [ 日 ] 小 林 明. 汽 车 工 程 手 册 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,1985. [12] 吴 伯 杰. 冲 压 工 艺 与 模 具 [M]. 北 京 : 电 子 工 业 出 版 社,2004. [13] 肖 景 容. 冲 压 工 艺 学 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,1994. [14] 肖 智 清. 机 械 制 造 基 础 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,2003. [15] 姚 贵 升. 汽 车 工 程 手 册 : 制 造 篇 [M]. 北 京 : 人 民 交 通 出 版 社,2001. [16] 郑 修 本. 机 械 制 造 工 艺 学 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,1999. [17] 王 宝 玺. 汽 车 拖 拉 机 制 造 工 艺 学 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,2004. [18] 曾 东 建. 汽 车 制 造 工 艺 学 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,2006. [19] 王 新 华. 汽 车 冲 压 技 术 [M]. 北 京 : 北 京 理 工 大 学 出 版 社,1999. [20] 邓 仕 珍, 范 淼 海. 汽 车 车 身 制 造 工 艺 学 [M]. 北 京 : 北 京 理 工 大 学 出 版 社,1997. [21] 崔 令 江. 汽 车 覆 盖 件 冲 压 成 型 技 术 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,2003. [22] 华 健. 现 代 汽 车 制 造 工 艺 学 [M]. 上 海 : 上 海 交 通 大 学 出 版 社,2005. [23] 王 启 平. 机 械 制 造 工 艺 学 [M]. 哈 尔 滨 : 哈 尔 滨 工 业 大 学 出 版 社,1990. [24] 李 海 国. 现 代 发 动 机 及 关 键 零 部 件 最 新 制 造 技 术 和 应 用 [J]. 汽 车 制 造 技 术,2006(10). [25] 顾 永 生. 现 代 轿 车 先 进 制 造 工 艺 [M]. 上 海 : 上 海 交 通 大 学 出 版 社,1999. [26] 郭 春 生, 汤 宝 骏, 孙 继 名. 汽 车 大 型 覆 盖 件 模 具 [M]. 北 京 : 国 防 工 业 出 版 社,1993. [27] 陈 家 起, 罗 虹, 张 伟. 汽 车 车 身 制 造 工 艺 学 [M]. 重 庆 : 重 庆 大 学 出 版 社,1993. [28] 王 贵 成. 机 械 制 造 学 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,2001. [29] 王 先 逵. 机 械 制 造 工 艺 学 [M]. 北 京 : 机 械 工 业 出 版 社,2003. [30] 杨 智 勇. 汽 车 涂 装 技 术 [M]. 北 京 : 北 京 理 工 大 学 出 版 社,2005.