第8章 汽车制造工程

沈阳大学凌永成,汽车工程概论,配套教材信息,教材名称：汽车工程概论教材作者：凌永成教材定价：48RMB出版社：机械工业出版社出版时间：2015年10月第1版国际标准书号（ISBN）：978-7-111-51174-8教材所属系列：普通高等教育“十三五”汽车类规划教材,第8章汽车制造工程,8.1汽车制造的特点,8.1.1汽车制造的技术特点,1.高度分工的专业化生产2.零部件全球采购3.互换制,8.1.2汽车制造的社会特点,1.汽车生产的社会化2.汽车生产的规模经济性3.汽车工业新陈代谢快,4.流水作业5.生产过程自动化,8.1.3汽车制造的组织特点,1.集中化2.跨国化3.自由化,8.1.4未来汽车制造技术展望,1.制造智能化2.制造敏捷化3.制造虚拟化,4.制造网络化5.制造全球化6.制造绿色化,8.2汽车制造工艺流程,8.2.1典型的汽车制造工艺流程,图8-1汽车生产工艺流程简图,8.2.2铸造工艺,铸造（casting，founding）是一种将金属熔炼成符合一定要求的液体并浇进铸型里，经冷却凝固、清整处理后得到有预定形状、尺寸和性能的铸件的工艺过程。,铸造毛坯因近乎成形，而达到免机械加工或少量加工的目的，降低了成本并在一定程度上节省了时间。铸造是现代制造工业的基础工艺之一。,铸造而成的零件称为铸件。铸件通常用作汽车总成的基础件，在汽车制造中占有重要地位。,在汽车制造过程中，采用铸铁制成毛坯的零件很多，占全车重量的10左右，如汽车发动机的汽缸体、汽缸盖、曲轴，汽车底盘的变速器壳体、后桥壳、制动鼓，各种支架等。,砂型铸造工艺过程主要包括以下几个工序：模样与芯盒准备型砂与芯砂配制造型、造芯熔炼、浇注落砂、清理铸件检验入库。,图8-2砂型铸造生产工艺流程,常用于铸造的是灰口铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁等浇铸性能好的材料。,在铸造工艺方面，原始的手工造型根本不能适应工业化大生产的要求，现代汽车厂都采用各种铸造自动线，开发了振动造型、金属型铸造、气化模铸造、树脂砂铸造、压力铸造（图8-3）、低压铸造等新技术。,图8-3常见的汽车压力铸造零件,图8-4长安汽车发动机铸造生产线,8.2.3锻造工艺,1.锻造,锻造（forging，smithing，blacksmithing，图8-5）是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的机械加工方法。,图8-5锻造,通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时由于保存了完整的金属流线，锻件的机械性能一般优于同样材料的铸件。,机械设备中负载高、工作条件严峻的重要零件，除形状较简单的可用轧制的板材、型材或焊接件外，多采用锻件。,随着温度的升高，金属易于变形，因此常将金属加热到高温状态进行锻造。锻造可分为自由锻造、模型锻造和胎模锻造几种。,2.自由锻造,自由锻造简称自由锻，是指不使用锻模，只用简单的通用性工具（具有平面或曲面形状的工具），或在锻造设备的上、下砧铁（抵铁）之间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。自由锻造俗称打铁。,由于用人力锻打只能得到较小的变形，利用锤的冲击力或压力机的静压力可得到较大的变形，故在汽车制造中常采用操作轻便的气锤或水压机。,采用自由锻方法生产的锻件称为自由锻件。汽车的齿轮（图8-6）、轴（图8-7）等毛坯可用自由锻造的方法加工。,图8-6齿轮自由锻件（毛坯）,图8-7轴自由锻件（毛坯）,自由锻的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。,3.模型锻造,模型锻造简称模锻，是将金属坯料放在锻模的模膛内承受冲击或压力而成型的加工方法。模型锻造类似面团在模子内被压成饼干形状的过程。与自由锻造相比，模型锻造所制造的工件形状更复杂，尺寸更精确。,金属材料通过模具锻造变形而得到的工件或毛坯称为模锻件。汽车上的模锻件的典型例子是发动机连杆、曲轴和摇臂、汽车前轴、转向节等。,图8-8连杆模锻件（毛坯）,图8-9曲轴模锻件（毛坯）,汽车零件模锻件（成品）,4.胎模锻造,胎模锻造是在自由锻设备上使用可移动模具（胎模）生产模锻件的一种锻造方法。,在生产中、小型锻件时，广泛采用自由锻制坯、胎模锻成形的工艺方法。,5.汽车零部件的锻造,在汽车制造过程中，广泛采用锻造加工方法。就一般轿车而言，锻件就有50种以上，而且通常这些锻件的形状复杂、精度高。,为了提高锻造生产的生产率和毛坯质量，汽车锻件生产除了采用普通的模锻工艺外，还大量采用精锻、热挤、冷挤、热墩、轧制等工艺。,如变速器同步器齿环采用精锻工艺后，齿形可不再做机械加工；等速万向节壳采用锻造机械加工冷挤压工艺后，使得这一形状复杂、精度高、尺寸大的工件在冷挤压后，基本上不需要再做机械加工便可直接装车。,一些直径小、法兰大的零件可采用热挤，花键、齿轮等齿形件可采用冷、热成型轧制工艺，轴类零件可用楔横轧工艺,总之，锻件生产已出现各种特种工艺、专用设备纷呈的局面，有效地提高了锻件质量和生产率。,图8-10曲轴锻造车间,8.2.4冲压工艺,1.冲压,冲压（punching，stamping）加工是借助于常规或专用冲压设备的动力，使板料在模具里直接受到变形力并进行变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的产品（零件）的生产技术。,冲压加工是一种金属冷变形加工方法。所以，被称之为冷冲压或板料冲压，简称冲压。它是金属塑性加工（或压力加工）的主要方法之一，也隶属于材料成型工艺技术。,板料冲压的坯料厚度一般小于4mm，通常在常温下冲压，故又称为冷冲压。,对于近年来兴起的汽车车身结构件热成形钢板（图8-11）而言，则需要采用热冲压成形技术。,图8-11热成形钢板在汽车车身结构件中的应用,（1）多用于形状复杂的薄壁零件，并且能使其强度高，刚度大，重量轻。,（2）冲压件表面光滑且有足够的尺寸精度，尺寸一致性好（“一模一样”），可满足一般互换性要求。,（3）操作简单迅速，易于实现自动化，生产率高且原材料消耗低。,（4）冲模制造复杂，大批量生产时才能使冲压件成本降低。,3.冲压的基本工序,生产中常用的冲压工序可分为两大类。一类是分离工序，主要包括切断、落料、冲孔、切口、切边等。另一类是变形工序，主要包括弯曲、拉深、翻边、起伏、缩口和胀形等。,2.冲压的特点,4.汽车上的冲压件,汽车上的许多结构件广泛采用冲压件。据统计，汽车上有6070的零件是用冲压工艺生产出来的。,冲压产品包括车身的内、外覆盖件和骨架件；车架的纵梁、横梁和保险杠等；车轮的轮辐、轮辋和挡圈等；散热器的散热片、冷却水管和储水室等；发动机的汽缸垫、油底壳和滤清器等；底盘上的制动器零件、减振器零件等；座椅的骨架、滑轨和调角器等；车厢的侧板和底板等；车锁及其他附件上的零件等。,图8-12地板,汽车冲压件（油箱、门板）,5.冲压工艺装备,冲压工艺装备主要需要开卷落料及开卷剪切自动线；全自动（或半自动）冲压生产线；大型三坐标多工位压机和上下料自动化，实现压力机的自动化连线生产；另外需要钣料清洗、涂油机、拆垛机、堆垛机、中间传送装置及冲压机器人等先进装备。,汽车工业用的冲压设备具有吨位大、台面尺寸大、性能要求高、生产效率高等特点。压力机吨位从16040000kN不等，覆盖件拉伸多采用双动压力机。,为了适应流水生产的要求，减少换模时间，广泛采用活动台面的压力机。为了满足大量生产的要求，还采用多工位压力机。机械化、自动化的冲压生产线被广泛采用。,通常，货车冲压件的型面公差和轮廓公差为1mm，而轿车则要求0.5mm。因此，乘用车冲压件的模具制造水平同货车相比要相应提高。,车身冲压覆盖件生产车间,奇瑞汽车公司第二冲压车间,奇瑞汽车公司第一冲压车间,8.2.5机械加工工艺,1.金属切削加工,金属切削（metalcutting）加工是指用刀具（cutter）将金属毛坯逐层切削而使工件得到所需要的形状尺寸和表面粗糙度的加工方法。,金属切削加工包括钳工和机械加工两种方法。钳工是工人用手工工具进行切削的加工方法，操作灵活方便，在装配和修理中广泛应用。机械加工是借助于机床来完成切削的，包括车、刨、铣、钻、磨等方法。,机械加工方法不同，其切削运动方式就不同，采用的机床和刀具亦不同。切削所选择的刀具材料应比工件材料的硬度更高，主要选择碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金等材料。,2.金属切削机床,（1）机床的分类,按机床（machinetool）的加工性质和所用刀具来划分，可将机床分为12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其它机床。每一类机床，又可其结构、性能和工艺特点的不同细分为若干组。,1）车床。,车床（lathe，图8-15）是主要用车刀对旋转的工件进行车削加工的机床。在车床上还可用钻头、扩孔钻、铰刀、丝锥、板牙和滚花工具等进行相应的加工。,车床主要用于加工轴、盘、套和其他具有回转表面的工件，是机械制造和修配工厂中使用最广的一类机床。铣床和钻床等旋转加工的机械都是从车床引伸出来的。,图8-15车床,2）刨床。,刨床（planingandshapingmachine）是一种用刨刀对工件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。,使用刨床加工，刀具较简单，但生产率较低（加工长而窄的平面除外），因而主要用于单件，小批量生产及机修车间，在大批量生产中往往被铣床所代替。,根据结构和性能，刨床主要分为牛头刨床、龙门刨床、单臂刨床及专门化刨床（如刨削大钢板边缘部分的刨边机、刨削冲头和复杂形状工件的刨模机）等。,图8-16重型龙门刨床,3）铣床。,铣床（millingmachine）系指主要用铣刀在工件上加工各种表面的机床。通常铣刀旋转运动为主运动，工件（和）铣刀的移动为进给运动。它可以加工平面、沟槽，也可以加工各种曲面、齿轮等。,铣床是用铣刀对工件进行铣削加工的机床。铣床除能铣削平面、沟槽、轮齿、螺纹和花键轴外，还能加工比较复杂的型面，效率较刨床高，在机械制造和修理部门得到广泛应用。,图8-17HKX57型万能升降台铣床,4）钻床。,钻床（drillingmachine）系指主要用钻头在工件上加工孔的机床。通常钻头旋转为主运动，钻头轴向移动为进给运动。,钻床结构简单，加工精度相对较低，可钻通孔、盲孔，更换特殊刀具，可扩孔、锪孔、铰孔或进行攻丝等加工。,图8-18摇臂钻床,5）镗床。,镗床（boringmachine，boringlathe）系指主要用镗刀在工件上加工已有预制孔的机床。通常，镗刀旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。,镗床主要用于加工高精度孔或一次定位完成多个孔的精加工，此外还可以从事与孔精加工有关的其他加工面的加工。,图8-19镗床,镗床在加工过程中工件不动，让刀具移动，将刀具中心对正孔中心，并使刀具转动（主运动）。,6）磨床。,磨床（grinder,grindingmachine）是利用磨具对工件表面进行磨削加工的机床。,大多数磨床使用高速旋转的砂轮进行磨削加工，少数磨床使用油石、砂带等其他磨具和游离磨料进行加工，如珩磨机、超精加工机床、砂带磨床、研磨机和抛光机等。,磨床能加工硬度较高的材料，如淬硬钢、硬质合金等；也能加工脆性材料，如玻璃、花岗岩石等。,磨床能作高精度和表面粗糙度很小的磨削，也能进行高效率的磨削，如强力磨削等。,图8-20磨床,7）齿轮加工机床。,圆柱齿轮加工机床,圆柱齿轮加工机床主要用于加工各种圆柱齿轮、齿条、蜗轮。常用的有滚齿机、插齿机、铣齿机、剃齿机等。,滚齿机用滚刀按展成法粗、精加工直齿、斜齿、人字齿轮和蜗轮等，加工范围广，可达到高精度或高生产率。,图8-21滚齿机,展成法亦称范成法、共扼法或包络法，是目前齿轮加工中最常用的一种方法。,它是根据一对齿轮啮合传动时，两齿轮的齿廓互为共轭曲线的原理来加工的。,其刀具分齿轮型刀具（如齿轮插刀）和齿条型刀具（如齿条插刀和齿轮滚刀等）两大类。,插齿机用插齿刀按展成法加工直齿、斜齿齿轮和其他齿形件，主要用于加工多联齿轮和内齿轮。,图8-22Y5132A插齿机,铣齿机用成形铣刀按分度法加工，主要用于加工特殊齿形的仪表齿轮。,剃齿机是用齿轮式剃齿刀精加工齿轮的一种高效机床。,磨齿机是用砂轮精加工淬硬圆柱齿轮或齿轮刀具齿面的高精度机床。,珩齿机是利用珩轮与被加工齿轮的自由啮合，消除淬硬齿轮毛刺和其他齿面缺陷的机床。,挤齿机是利用高硬度无切削刃的挤轮与工件的自由啮合，将齿面上的微小不平碾光，以提高精度和光洁程度的机床。,图8-23剃齿机,齿轮倒角机是对内外啮合的滑移齿轮的齿端部倒圆的机床，是生产齿轮变速器和其他齿轮移换机构不可缺少的加工设备。,圆柱齿轮加工机床还包括齿轮热轧机和齿轮冷轧机等。,锥齿轮加工机床,锥齿轮加工机床主要用于加工直齿、斜齿、弧齿和延长外摆线齿等锥齿轮的齿部。,锥齿轮加工机床主要有直齿锥齿轮刨齿机、双刀盘直齿锥齿轮铣齿机、直齿锥齿轮拉铣机、弧齿锥齿轮铣齿机、弧齿锥齿轮磨齿机、延长外摆线齿锥齿轮铣齿机、准渐开线齿锥齿轮铣齿机等。,图8-24弧齿伞齿轮铣齿机,锥齿轮加工机床的配套设备有磨削铣刀盘和拉刀盘刀刃的磨刀机，配研成对锥齿轮的研齿机，检验成对锥齿轮啮合接触情况的锥齿轮滚动检查机和防止齿部热处理变形的淬火压床等。,（2）机床在汽车工业中的应用,金属切削机床在汽车工业中主要用于发动机、变速器、底盘、零部件及模具制造。,由于近年金切机床高速化、柔性化、精益化发展趋势明显，国内汽车行业对金切机床的需求有了新的变化。,对于发动机缸体、缸盖及变速器壳体等箱体类零件制造，现在除关键工序外基本上由高速加工中心替代原专用机床，其他设备还有一些专用机床，如珩磨机（图8-25）、精镗机床、精铣机床等。,立式珩磨机,图8-25珩磨机,发动机曲轴生产线需要的主要生产设备有数控车床、内铣床、高速外铣床、车-车拉机床、高效柔性两端孔钻床、高效柔性油孔钻床（或高速加工中心）、主轴径磨床、连杆径磨床、随动磨床、端面外圆磨床、抛光机床、圆角滚压机床、动平衡机等。,发动机凸轮轴生产线需要的主要生产设备有数控车床、高效柔性两端孔钻床、凸轮轴无心磨床、凸轮磨床、端面外圆磨床、抛光机床、重熔硬化设备等。,发动机连杆生产线需要的主要生产设备有双端面磨床、胀断设备、立式拉床、钻镗专机或加工中心、精镗机床、珩磨机等。,加工齿轮需要的设备有数控滚齿机（图8-26）、数控插齿机（图8-27）、数控珩齿机、数控磨齿机、立式拉床、内孔端面磨床、综合检查机等。,图8-26YHK3180数控滚齿机,图8-27数控插齿机,YK5132数控插齿机,3.典型机械加工工艺,（1）车削,车削（turning）是在车床上用车刀加工工件的工艺过程，其运动特点是工件作旋转主运动而刀具作直行的进给运动。,车床适于切削各种旋转表面，如内、外圆柱和圆锥面，还可以车削端面。在车削时若进给速度较大，就可以加工螺纹。,图8-28车刀,（2）刨削,刨削（planing）是在刨床上用刨刀加工工件的工艺过程，其运动特点是刀具相对于工件作直线主运动，而进给运动则是垂直于主运动的横向直线运动。,汽车上的汽缸体和汽缸盖的平面、变速器箱体和盖的配合平面等都是用刨床加工的。,刨床适于加工水平面、垂直面、斜面、沟槽等。,图8-29四面刨刀,（3）铣削,铣削（milling）是在铣床上用铣刀加工工件的工艺过程，其运动特点是铣刀作旋转主运动而工件作直线进给运动。,计算机操纵的数控铣床可以加工形状很复杂的工件，是现代化加工的一种主要机床。,铣床可以加工平面、斜面、沟槽，甚至可加工齿轮和曲面等。与刨削相比，铣削生产率较高而且加工得精细，几乎可全部代替刨削。,铣削广泛地应用于加工各种汽车零件。汽车车身冲压模具都是铣削加工的。,图8-30盘状铣刀,（4）钻削及镗削,钻削（drilling）及镗削是加工孔的主要切削方法，其运动特点是刀具绕自身轴线做旋转主运动并沿轴线做直行进给运动。,钻头呈麻花形（俗称麻花钻头），有两条螺旋槽，其主切削刃在钻头顶尖的两侧，副切削刃在螺旋槽的边缘。,图8-31麻花钻头,铰孔（reaming）是应用较广的孔的精加工方法，铰刀比铰孔用的钻头齿数更多而且导向好。,铰孔时，切削速度低而且切削量小，因而可获得精度高而且光整的孔。,镗削（boring）用于加工直径较大的孔，通常在铸件的毛坯中已铸出孔形，再将工件放在镗床上用镗刀切削成准确的尺寸。汽车发动机汽缸的孔和变速器箱体的轴承孔等都用镗削加工。,图8-32铰刀,图8-33镗刀,（5）磨削和抛光,磨削（grinding）是在磨床上用砂轮（grindstone）加工工件的工艺过程，其运动特点是砂轮做旋转的主运动而工件做直线的进给运动。,磨削是一种精加工方法，可以获得尺寸精确且光洁的工件，而且可以磨硬度很高的工件。一些经过热处理的汽车零件，往往用磨床进行精加工，如发动机曲轴等。,抛光（polishing）是利用涂上磨膏的软轮对工件表面细磨的工艺过程。抛光可以获得光泽的镜面，但不能维持或提高原来的加工精度，所以主要用于装饰性加工，如电镀装饰前的准备工序等。,图8-34砂轮,（6）齿轮加工,齿轮的种类很多，加工原理也较复杂。通俗地说，相配对的两个齿轮，如果把一个齿轮制成具有切削能力的刀具，就可以将另一个齿轮制造出来。,图8-35汽车用高精度齿轮,汽车用高精度齿轮,汽车用高精度齿轮,汽车用高精度齿轮,齿轮加工主要有插齿、铣齿、滚齿、磨齿等方法。,图8-36插齿,图8-37锥齿轮铣齿,图8-38滚齿,图8-39磨齿,（7）工装与定位,工件在切削加工时必须在机床上安装夹持牢固，避免串动和振动而影响精度。此外，在切削加工时还必须使工件和刀具保持正确的相对位置。,因此，除了机床、刀具和工件外，还需要有夹具。夹具不但可使工件夹持牢固，还可以正确定位。例如，车床床头上的卡盘就是典型的夹具，不但可牢固地夹住工件旋转，还能保证工件的轴线与车床的轴线对正。,以大批量生产为特征的汽车零件的机加工，走过了从普通机床到专用机床和组合机床，再到数控机床（图8-40）、加工自动线、加工中心这样一条发展道路。,现在，汽车零件机加工的自动化水平相当高，绝大部分都采用计算机控制的全自动生产线，少量采用单机生产的设备也都是数控机床，只有少量辅助工序由人工操作。,图8-40数控机床,8.2.6特种加工与热处理工艺,1.特种加工,特种加工（specialprocessing）亦称非传统加工（non-traditionalmachining，NTM）或现代加工方法，泛指用电能、热能、光能、电化学能、化学能、声能及特殊机械能等能量达到去除或增加材料的加工方法，从而实现材料被去除、变形、改变性能或被镀覆等。,特种加工的方法有电火花加工、电子束加工、激光加工、等离子弧加工、电解加工等。特种加工的加工能量非常集中，可用于对材料进行切削、打孔、切槽等加工。,图8-41电火花加工机床,2.热处理,（1）热处理的目的与分类,热处理（heattreatment）是将固态的钢加热、保温、冷却而改变其组织结构，以满足零件的使用要求或工艺要求的方法。,图8-42热处理,根据加热、保温和冷却工艺方法的不同，热处理工艺大致分为整体热处理、表面热处理、化学热处理三类。,表8-1热处理工艺的类别和特点,归纳为由加热、保温和冷却三个阶段组成的工艺过程。热处理工艺可用温度时间坐标图表示，即热处理工艺曲线。,图8-43热处理工艺曲线,加热温度的高低、保温时间的长短、冷却速度的快慢，可使钢产生不同的组织变化。热处理工艺包括退火、正火、淬火、回火等。,（2）整体热处理,对工件整体进行穿透加热的热处理称为钢的整体热处理工艺。根据在一般零件的加工工艺路线中所处的位置和作用，热处理可分为预备热处理（退火、正火）和最后热处理（淬火、回火）。,一般零件的热处理工艺路线为：毛坯（铸造或锻造）退火或正火机械（粗）加工淬火+回火（或表面热处理）机械（精）加工。,退火与正火常作为预备热处理，其目的是为消除毛坯的组织缺陷，或为以后的加工作准备；淬火和回火工艺配合可强化钢材，提高零件或工具的使用性能，可作为最终热处理。,1）退火。,退火（annealing）是将钢件加热，保温一定时间，随后连同炉子一起缓慢冷却，以获得较细而均匀的组织，降低硬度，以利于切削加工。,常用退火方法有完全退火、球化退火、去应力退火等。,根据不同情况，退火的作用可归纳为降低硬度，改善钢的成形和切削加工性能；均匀钢的化学成分和组织；消除内应力等。,2）正火。,正火（normalizing）是将钢件加热，保温后从炉中取出，随后在空气中冷却，适于对低碳钢进行细化处理。,正火冷却方式最常用的是将钢件从加热炉中取出，然后在空气中自然冷却。对于大件也可采用吹风、喷雾和调节钢件堆放距离等方法控制钢件的冷却速度，达到要求的组织和性能。,正火可以作为预备热处理，为机械加工提供适宜的硬度，又能细化晶粒、消除内应力，并为最终热处理提供合适的组织状态；正火也可作为最终热处理，为某些受力较小，性能要求不高的碳素钢结构零件提供合适的力学性能。,正火还能消除过共析钢的网状碳化物，为球化退火作好组织准备。,常用退火与正火的加热温度和热处理工艺曲线如图8-44所示。,图8-44常用退火与正火的加热温度和热处理工艺曲线,3）淬火。,淬火（quenching，hardening）是将钢件加热，保温后在水中或油中快速冷却，以提高硬度。,目前应用最广泛的淬火冷却介质是水和油。,常用淬火方法主要有单介质淬火、双介质淬火、马氏体等温淬火、贝氏体等温淬火。选择适当的淬火方法可以保证在获得所要求的淬火组织和性能条件下，尽量减小淬火应力，减少工件变形和开裂倾向。,淬火,4）回火。,回火（tempering）通常是淬火的后续工序，将淬火后的钢件重新加热，保温后冷却，使组织稳定，消除脆性。回火又包括调质处理和时效处理。,淬火后的零件必须进行回火才能使用。回火的目的是：减少或消除淬火内应力；稳定组织，稳定尺寸；降低脆性、获得所需要的力学性能。,常用回火方法有低温回火、中温回火和高温回火等几种。,低温回火,低温回火（500）后得到回火索氏体组织。工件淬火并高温回火的复合热处理工艺称为调质（hardeningandtempering）。调质处理后，钢具有优良的综合力学性能（一般硬度为220230HBS）。,高温回火主要适用于中碳结构钢或低合金结构钢制作的曲轴、连杆、螺栓、汽车半轴、机床主轴及齿轮等重要的机器零件。,中温回火主要用于各种弹性元件及热作模具。,表8-2常用的回火方法、特点和适用范围,时效处理（aging）,为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后（低温回火温度150250）精加工前，把工件重新加热到100150，保持520h，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效处理。,对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，尤为重要。,需要指出的是，在机械生产中，为了稳定铸件尺寸，常将铸件在室温下长期放置，然后才进行切削加工。这种措施也被称为时效。但这种时效不属于金属热处理工艺。,（3）表面热处理,表面热处理（surfaceheattreatment）是指通过快速加热，仅对钢件表面进行热处理，以改变表面层组织和性能的热处理工艺。,常用的表面热处理工艺为表面淬火，是强化材料表面的重要手段，特别适合于要求表面具有较高硬度和耐磨性、芯部具有一定强度的零件（如齿轮、活塞销、曲轴、凸轮等）。,1）感应加热表面淬火。,感应加热多用于工业金属零件表面淬火，是一种使工件表面产生一定的感应电流，迅速加热零件表面，然后迅速淬火的金属热处理方法。,图8-46感应加热的效果,图8-47感应加热表面淬火基本原理,感应加热表面淬火最适宜的钢种是中碳钢（如40、45钢）和中碳合金钢（如40Cr、40MnB钢等），常用零件有齿轮、轴、销类等，也可用于高碳工具钢、含合金元素较少的合金工具钢及铸铁等。,感应淬火后一般应采用180200低温回火。,一般中碳钢感应淬火件的典型加工工序为：锻件正火机械加工（粗加工）调质处理机械加工（半精加工）感应淬火精加工。,调质处理能获得良好的芯部强韧性，以承受复杂的交变应力。感应淬火能获得表面高硬度，一般为5055HRC，具有良好的耐磨性。,感应淬火方法有高频淬火、中频淬火、工频淬火三种，其具体应用见表8-3。电流频率越高，淬硬层越薄，一般中小型零件采用高频淬火，大中型件采用中频或工频淬火。,图8-48中频感应淬火,表8-3感应淬火方法与应用,2）火焰加热表面淬火。3）电接触加热表面淬火。4）激光表面加热淬火。,图8-49激光表面加热淬火,（4）化学热处理,化学热处理是指金属或合金工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入工件表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。,常见的化学热处理工艺有渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗铝、渗硼等。,化学热处理的目的主要是提高钢件表面的硬度、耐磨性、抗蚀性、抗疲劳强度和抗氧化性等。,图8-50井式气体渗碳炉,8.2.7焊接工艺,焊接（welding）是通过加热或加压或两者并用，并且用（或不用）填充材料，使工件达到结合的一种工艺方法。,焊接和其他连接方法最基本的区别在于：被焊的两部分金属产生了原子之间的互相溶解与扩散，并形成了共同晶体，在宏观上建立了永久性的连接。,按焊接过程的特点不同，焊接可分熔焊、压焊、钎焊三大类。,1.熔焊,熔焊（fusionwelding）又称熔化焊，是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。,熔焊在多数情况下同时还要向焊接部位加入熔化状态的填充金属，待冷却凝固后，两部分被焊金属即结合成不可分离的整体。,1）焊接电弧。,焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。,用直流弧焊电源焊接时，工件接正极，焊条接负极，称为正接，适于焊接厚件；工件接负极，焊条接正极，称为反接。反接适于焊接薄件。,用交流弧焊电源焊接时，因阳极与阴极不断交替变化，故不存在正、反接问题。,图8-51所焊条电弧焊焊接过程,（1）焊条电弧焊,2）焊接设备。,焊条电弧焊的主要设备是弧焊机。,图8-52直流弧焊机,图8-53交流直流两用弧焊机,3）焊条。,焊条（electrode）由焊芯和药皮两部分组成。,焊芯的作用是与焊件之间产生电弧并熔化作为焊缝的填充金属。焊芯的化学成分将直接影响焊缝质量，且对其各合金元素含量有一定的限制，保证焊缝的性能不低于母材。,图8-54焊条,（2）埋弧自动焊,埋弧焊（submerged-arcwelding，SAW）是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。,埋弧自动焊（automaticsubmerged-arcwelding）是埋弧焊的一种自动化焊接方法。在焊接过程中电弧被焊剂覆盖，用机械装置自动控制送丝和电弧移动，如图8-55所示。,图8-55埋弧自动焊原理,（3）气体保护焊,气体保护电弧焊（gasshieldedarcwelding）是利用外加气体作为电弧介质并保护焊接区的电弧焊，简称气体保护焊。常用的有氩弧焊、CO气体保护焊两种。,1）氩弧焊。,氩弧焊（argonarcwelding）是使用氩气作为保护气体的气体保护焊。,2）CO气体保护焊。,CO气体保护焊（COarcwelding）是利用CO作为保护气体的气体保护焊。,CO气体保护焊主要用于焊接低碳钢和强度等级不高的低合金结构钢。,氩弧焊常用于不锈钢、耐热钢和非铁金属的焊接。,图8-56CO气体保护焊示意图,（4）气焊与气割,1）气焊。,气焊（gaswelding）是利用气体火焰作热源的焊接方法，常用的是氧-乙炔焊（oxy-acetylenwelding）。,气焊通常只适用于焊接厚度小于5mm的薄板件、非铁金属及其合金和铸铁件的补焊，还可作为钎焊及钢件表面淬火的热源。,2）气割。,气割（gascutting）是利用气体火焰的热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使其燃烧并放出热量，进而实现切割的方法。,气割只适用于纯铁、低碳钢、中碳钢和低合金结构钢的切割。,8-57氧-乙炔焰,2.压焊,压焊（pressurewelding）又称压力焊，是指在焊接过程中必须对工件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。,电阻焊（resistancewelding）是工件组合后通过电极施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。,电阻焊通常分为电阻点焊、缝焊和对焊。,3.钎焊,钎焊（solderingandbrazing）是指采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材、填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接工件的方法。,压焊最常用的是电阻焊。,4.汽车车身焊装,汽车车身焊接通常称焊装，是将车身冲压零件组装和焊接成符合产品设计要求的白车身（即未经油漆的车身）的工艺过程。,在轿车车身焊装过程中，一般是先将整个车身分成几个大的总成进行焊装，如地板总成、发动机舱总成、左侧围总成、右侧围总成、后围总成、顶盖总成、左车门总成、右车门总成、发动机罩总成、行李箱盖总成、左、右翼子板总成等；然后再将这几个大的总成焊装成白车身。,车身上的小分总成一般在单机上进行焊装，各大总成的焊装和车身焊装则在流水生产线上完成。,因此，通常车身焊装需建立十几条生产线。生产线上配备各种焊接设备和工具、定位和夹紧工装、机械化运输系统、生产过程控制和质量检测与控制系统、安全防护设施等。生产线之间的运输通常用悬挂式输送机和搬运机械手等完成。,图8-61车身底板焊装,图8-62焊装完毕的白车身,车身焊装所用的焊接方法以电阻焊居多，一般占焊接总量的90以上，主要是点焊和凸焊，其生产率高、成本低。,车身焊装所用的设备有悬挂式点焊机、固定点焊机、多点焊机、螺柱焊机、焊接机器人等。,图8-63悬挂式点焊机,焊接机器人的应用越来越广泛，并出现了机器人焊装线和无人操作机器人焊装车间。采用焊接机器人可使焊接质量稳定，但投资较大。发展中的点焊逆变电源变压器将使焊接变压器的体积大大缩小，会进一步推进自动化焊接技术的发展。,图8-64汽车车身焊接机器人,8.2.8涂装工艺,汽车涂装工艺一般可分为涂装前金属的表面处理（亦称前处理，pretreatment）和涂装施工工艺两大部分。,1.表面处理,表面处理（surfacetreatment）是防锈涂装的重要工序之一。,表面处理工艺流程为：预脱脂脱脂热水洗冷水洗酸洗冷水洗中和冷水洗表面调整磷化冷水洗热水洗纯水洗干燥。,涂漆有好几道工序，先经电泳底漆，后喷中间涂料，最后作面漆施工，面漆施工是决定车身美观的最后一关。,通常用高速旋转静电喷枪喷涂，其厚度单色面漆为3035m，金属闪光漆为15m，要求得到较高的光泽和鲜