汽车生产用工程材料课件

1、汽车生产用工程材料1 2.1汽车生产用工程材料汽车生产用工程材料 2.1.12.1.1钢钢 （1 1）钢是以铁和碳为基本元素的铁碳合金）钢是以铁和碳为基本元素的铁碳合金 （2 2）以铁为主要元素、含碳量一般在）以铁为主要元素、含碳量一般在2%2%以下，并以下，并 含有其他元素的材料含有其他元素的材料 * * *结构钢应用场合：制造汽车结构件（车身、底盘）结构钢应用场合：制造汽车结构件（车身、底盘） 和汽车零件（齿轮、连杆）和汽车零件（齿轮、连杆） * * *按化学成分、力学性能分类：按化学成分、力学性能分类：碳素结构钢碳素结构钢、低合低合 金高强度结构钢金高强度结构钢、优质碳素结构钢优质碳素结

2、构钢、合金结构钢合金结构钢 汽车生产用工程材料2 v1）碳素结构钢）碳素结构钢 v价格便宜、具有一定力学性能、大量用于制造各种金属构件价格便宜、具有一定力学性能、大量用于制造各种金属构件 和要求不高的汽车零件和要求不高的汽车零件 v2）低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢 v加入少量合金元素（加入少量合金元素（MnMn、SiSi等）形成强度较高、加工性能良等）形成强度较高、加工性能良 好的低合金高强度结构钢。好的低合金高强度结构钢。 v使用时不能进行热处理使用时不能进行热处理 v制成板材、型材、无缝钢管等，被广泛用于桥梁、船舶、锅制成板材、型材、无缝钢管等，被广泛用于桥梁、船舶、锅 炉、车辆及

3、重要建筑结构中炉、车辆及重要建筑结构中 汽车生产用工程材料3 v3）优质碳素结构钢优质碳素结构钢 v含有有害杂质（硫、磷）含有有害杂质（硫、磷） v塑性及韧性较高，可通过热处理强化。用于重要零件塑性及韧性较高，可通过热处理强化。用于重要零件 v按含碳量不同：按含碳量不同： v低碳钢低碳钢：含碳量一般小于：含碳量一般小于0.25%0.25%，如，如1010、2020钢等；钢等； v塑性、韧性好，但强度硬度低。冲压件、焊接件塑性、韧性好，但强度硬度低。冲压件、焊接件 v中碳钢中碳钢-含碳量一般在含碳量一般在0.250.250.60%0.60%之间，如之间，如3535、4545钢等；钢等； v较高的

4、强度、硬度和较好的塑性、韧性。齿轮、轴类及套较高的强度、硬度和较好的塑性、韧性。齿轮、轴类及套 筒筒 v高碳钢高碳钢-含碳量一般大于含碳量一般大于0.60%0.60%。此类钢一般不用于制造钢。此类钢一般不用于制造钢 管。管。 v较高的硬度及耐磨性。弹性好。耐磨零件及弹簧。较高的硬度及耐磨性。弹性好。耐磨零件及弹簧。 汽车生产用工程材料4 v4 4）合金结构钢）合金结构钢 v这类钢这类钢, ,由于具有合适的由于具有合适的淬透性淬透性，经适宜的，经适宜的金属热处理金属热处理后，后， 显微组织为均匀的索氏体、显微组织为均匀的索氏体、贝氏体贝氏体或极细的或极细的珠光体珠光体，因而具，因而具 有较高的抗

5、拉强度和屈强比有较高的抗拉强度和屈强比 v按热处理特点分：合金渗碳钢、合金调质钢、合金按热处理特点分：合金渗碳钢、合金调质钢、合金 弹簧钢弹簧钢 v合金渗碳钢：合金渗碳钢：C%=0.15%0.25%;C%=0.15%0.25%;渗碳淬火后，心部韧渗碳淬火后，心部韧 性，表面高硬度，良好的耐磨性性，表面高硬度，良好的耐磨性 v合金调质钢：合金调质钢：C%=0.25%0.5.%C%=0.25%0.5.%；高强度、高韧性、；高强度、高韧性、 像齿轮、各种轴类像齿轮、各种轴类 v合金弹簧钢：合金弹簧钢：C%=0.45%0.75%C%=0.45%0.75%；加入微量；加入微量B B，制造截，制造截 面尺

6、寸大的弹簧面尺寸大的弹簧 汽车生产用工程材料5 v1、概念：装配模具时、概念：装配模具时,将与某项精度指标有关的各个零件尺寸依次排序，形将与某项精度指标有关的各个零件尺寸依次排序，形 成一个封闭的链形尺寸组合成一个封闭的链形尺寸组合,称为装配尺寸链。尺寸链具有如下两个特性：称为装配尺寸链。尺寸链具有如下两个特性： v （1）封闭性）封闭性 组成尺寸链的各个尺寸按一定顺序构成一个封闭系统。组成尺寸链的各个尺寸按一定顺序构成一个封闭系统。 v 用用A0表示。表示。 v（2）相关性）相关性 其中一个尺寸变动将影响其他尺寸变动。用其中一个尺寸变动将影响其他尺寸变动。用Ai表示。表示。 汽车生产用工程材

7、料6 v2、环及其分类：构成尺寸链的各个尺寸称为环。尺寸链的环分为封闭环和组成环。环及其分类：构成尺寸链的各个尺寸称为环。尺寸链的环分为封闭环和组成环。 v （1）封闭环）封闭环 加工或装配过程中最后自然形成的那个尺寸。如图加工或装配过程中最后自然形成的那个尺寸。如图1中的中的A0。 v （2）组成环）组成环 尺寸链中除封闭环以外的其他环。根据它们对封闭环影响的不同，尺寸链中除封闭环以外的其他环。根据它们对封闭环影响的不同， 又分为增环和减环。又分为增环和减环。 v与封闭环同向变动的组成环称为增环，即当该组成环尺寸增大（或减小）而其它与封闭环同向变动的组成环称为增环，即当该组成环尺寸增大（或减

8、小）而其它 组成环不变时，封闭环也随之增大（或减小），组成环不变时，封闭环也随之增大（或减小）， v与封闭环反向变动的组成环称为减环，即当该组成环尺寸增大（或减小）而其他与封闭环反向变动的组成环称为减环，即当该组成环尺寸增大（或减小）而其他 组成环不变时，封闭环的尺寸却随之减小（或增大）。组成环不变时，封闭环的尺寸却随之减小（或增大）。 v注意：注意：为了快速确定组成环的性质，可先在尺寸链图上平行于封闭环，沿任意方为了快速确定组成环的性质，可先在尺寸链图上平行于封闭环，沿任意方 向划一箭头，然后沿此箭头方向环绕尺寸链一周，平行于每一个组成环尺寸依次向划一箭头，然后沿此箭头方向环绕尺寸链一周，平

9、行于每一个组成环尺寸依次 画出箭头，画出箭头，箭头指向与封闭环方向相反的组成环为增环箭头指向与封闭环方向相反的组成环为增环，反之，反之箭头指向与封闭环箭头指向与封闭环 方向相同的组成环方向相同的组成环为减环。为减环。 汽车生产用工程材料7 二、二、 尺寸链的建立与分析尺寸链的建立与分析 v 1、建立尺寸链建立尺寸链 v 正确建立和描述尺寸链是进行尺寸链综合精度分析计算的基础。应根据正确建立和描述尺寸链是进行尺寸链综合精度分析计算的基础。应根据 实际应用情况查明和建立尺寸链关系。建立装配尺寸时，应了解产品的装配实际应用情况查明和建立尺寸链关系。建立装配尺寸时，应了解产品的装配 关系、产品装配方法

10、及产品装配性能要求；建立装配尺寸链时应了解零部件关系、产品装配方法及产品装配性能要求；建立装配尺寸链时应了解零部件 的设计要求及其制造工艺过程，同一零件的不同工艺过程所形成的尺寸链是的设计要求及其制造工艺过程，同一零件的不同工艺过程所形成的尺寸链是 不同的。不同的。 v 正确建立和分析尺寸链的正确建立和分析尺寸链的首要条件是要正确地确定封闭环首要条件是要正确地确定封闭环。 v 在装配尺寸链中，封闭环就是产品上有装配精度要求的尺寸。如同一部件在装配尺寸链中，封闭环就是产品上有装配精度要求的尺寸。如同一部件 中各零件之间相互位置要求的尺寸或保证相互配合零件配合性能要求的间隙中各零件之间相互位置要求

11、的尺寸或保证相互配合零件配合性能要求的间隙 或过盈量。或过盈量。 汽车生产用工程材料8 v 零件尺寸链的零件尺寸链的封闭环应为公差等级要求最低的环封闭环应为公差等级要求最低的环，一般在零件图上，一般在零件图上不进行标不进行标 注注，以免引起加工中的混乱。，以免引起加工中的混乱。 v 工艺尺寸链的工艺尺寸链的封闭环是在加工中最后自然形成的环封闭环是在加工中最后自然形成的环，一般为被加工零件要求，一般为被加工零件要求 达到的设计尺寸或工艺过程中需要的余量尺寸。加工顺序不同，封闭环也不同。达到的设计尺寸或工艺过程中需要的余量尺寸。加工顺序不同，封闭环也不同。 所以工艺尺寸链的封闭环必须在加工顺序确定

12、之后才能判断。所以工艺尺寸链的封闭环必须在加工顺序确定之后才能判断。 v 在确定封闭环之后，应确定对封闭环有影响的各个组成环，使之与封闭环形在确定封闭环之后，应确定对封闭环有影响的各个组成环，使之与封闭环形 成一个封闭的尺寸回路。成一个封闭的尺寸回路。 v 在建立尺寸链时，形位公差也可以是尺寸链的组成环。在一般情况下，形位在建立尺寸链时，形位公差也可以是尺寸链的组成环。在一般情况下，形位 公差可以理解为基本尺寸为零的线性尺寸。形位公差参与尺寸链分析计算的情况公差可以理解为基本尺寸为零的线性尺寸。形位公差参与尺寸链分析计算的情况 较为复杂，应根据形位公差项目及应用情况分析确定。较为复杂，应根据形

13、位公差项目及应用情况分析确定。 v 必须指出，必须指出，在建立尺寸链时应遵守在建立尺寸链时应遵守“最短尺寸链原则最短尺寸链原则”，即对于某一封闭环，即对于某一封闭环， 若存在多个尺寸链时，应选择组成环数最少的尺寸链进行分析计算。若存在多个尺寸链时，应选择组成环数最少的尺寸链进行分析计算。 v 一个尺寸链中只有一个封闭环。一个尺寸链中只有一个封闭环。 汽车生产用工程材料9 v2、查找组成环、查找组成环 v 组成环是对封闭环有直接影响的那些尺寸，与此无关的尺寸要排除在组成环是对封闭环有直接影响的那些尺寸，与此无关的尺寸要排除在 外。一个尺寸链的环数应尽量少。外。一个尺寸链的环数应尽量少。 v 查找

14、装配尺寸链的组成环时，先从封闭环的任意一端开始，找相邻零查找装配尺寸链的组成环时，先从封闭环的任意一端开始，找相邻零 件的尺寸，然后再找与第一个零件相邻的第二个零件的尺寸，这样一环件的尺寸，然后再找与第一个零件相邻的第二个零件的尺寸，这样一环 接一环，直到封闭环的另一端为止，从而形成封闭的尺寸组。接一环，直到封闭环的另一端为止，从而形成封闭的尺寸组。 v 如图如图a所示的车床主轴轴线与尾架轴线高度差的允许值所示的车床主轴轴线与尾架轴线高度差的允许值A0是装配技术是装配技术 要求，为封闭环。组成环可从尾架顶尖开始查找，尾架顶尖轴线到底面要求，为封闭环。组成环可从尾架顶尖开始查找，尾架顶尖轴线到底

15、面 的高度的高度A1、与床面相连的底板的厚度、与床面相连的底板的厚度A2、床面到主轴轴线的距离、床面到主轴轴线的距离A3，最，最 后回到封闭环。后回到封闭环。A1、A2和和A3均为组成环。均为组成环。 v v v v a） b） v 车床顶尖高度尺寸链车床顶尖高度尺寸链 汽车生产用工程材料10 v3、特点：、特点： v 一个尺寸链中最少要有两个组成环。组成环中，可能只有增环没有减一个尺寸链中最少要有两个组成环。组成环中，可能只有增环没有减 环，但不可能只有减环没有增环。环，但不可能只有减环没有增环。 v 在封闭环有较高技术要求或形位误差较大的情况下，建立尺寸链时，还在封闭环有较高技术要求或形位

16、误差较大的情况下，建立尺寸链时，还 要考虑形位误差对封闭环的影响。要考虑形位误差对封闭环的影响。 汽车生产用工程材料11 三、分析计算尺寸链的任务和方法三、分析计算尺寸链的任务和方法 v1任务任务 v 分析和计算尺寸链是为了正确合理地确定尺寸链中各环的尺寸和精度，主分析和计算尺寸链是为了正确合理地确定尺寸链中各环的尺寸和精度，主 要解决以下三类任务：要解决以下三类任务： v （1）正计算）正计算 已知各组成环的极限尺寸，求封闭环的极限尺寸。这类计算已知各组成环的极限尺寸，求封闭环的极限尺寸。这类计算 主要用来验算设计的正确性，故又叫校核计算。主要用来验算设计的正确性，故又叫校核计算。 v （2

17、）反计算）反计算 已知封闭环的极限尺寸和各组成环的基本尺寸，求各组成环已知封闭环的极限尺寸和各组成环的基本尺寸，求各组成环 的极限偏差。这类计算主要用在设计上，即根据机器的使用要求来分配各零的极限偏差。这类计算主要用在设计上，即根据机器的使用要求来分配各零 件的公差。件的公差。 v （3）中间计算）中间计算 已知封闭环和部分组成环的极限尺寸，求某一组成环的极已知封闭环和部分组成环的极限尺寸，求某一组成环的极 限尺寸、这类计算常用在工艺上。限尺寸、这类计算常用在工艺上。 v 反计算和中间计算通常称为设计计算。反计算和中间计算通常称为设计计算。 汽车生产用工程材料12 v 2方法方法 v （1）完

18、全互换法（极值法）完全互换法（极值法） v 从尺寸链各环的最大与最小极限尺寸出发进行尺寸链计算，不考虑各环实从尺寸链各环的最大与最小极限尺寸出发进行尺寸链计算，不考虑各环实 际尺寸的分布情况。按此法计算出来的尺寸加工各组成环，装配时各组成环不际尺寸的分布情况。按此法计算出来的尺寸加工各组成环，装配时各组成环不 需挑选或辅助加工，装配后即能满足封闭环的公差要求，即可实现完全互换。需挑选或辅助加工，装配后即能满足封闭环的公差要求，即可实现完全互换。 v 完全互换法是尺寸链计算中最基本的方法。完全互换法是尺寸链计算中最基本的方法。 v （2）大数互换法（概率法）大数互换法（概率法） v 该法是以保证

19、大数互换为出发点的。该法是以保证大数互换为出发点的。 v 生产实践和大量统计资料表明，在大量生产且工艺过程稳定的情况下，各生产实践和大量统计资料表明，在大量生产且工艺过程稳定的情况下，各 组成环的实际尺寸趋近公差带中间的概率大，出现在极限值的概率小，增环与组成环的实际尺寸趋近公差带中间的概率大，出现在极限值的概率小，增环与 减环以相反极限值形成封闭环的概率就更小。所以，用极值法解尺寸链，虽然减环以相反极限值形成封闭环的概率就更小。所以，用极值法解尺寸链，虽然 能实现完全互换，但往往是不经济的。能实现完全互换，但往往是不经济的。 v 采用概率法，不是在全部产品中，而是在绝大多数产品中，装配时不需

20、要采用概率法，不是在全部产品中，而是在绝大多数产品中，装配时不需要 挑选或修配，就能满足封闭环的公差要求，即保证大数互换。挑选或修配，就能满足封闭环的公差要求，即保证大数互换。 v 按大数互换法，在相同封闭环公差条件下，可使组成环的公差扩大，从而按大数互换法，在相同封闭环公差条件下，可使组成环的公差扩大，从而 获得良好的技术经济效益，也比较科学合理，获得良好的技术经济效益，也比较科学合理，常用在大批量生产的情况。常用在大批量生产的情况。 v （3）其他方法）其他方法 v 在某些场合，为了获得更高的装配精度，而生产条件又不允许提高组成环在某些场合，为了获得更高的装配精度，而生产条件又不允许提高组

21、成环 的制造精度时，可采用分组互换法、修配法和调整法等来完成这一任务。的制造精度时，可采用分组互换法、修配法和调整法等来完成这一任务。 汽车生产用工程材料13 四、四、 用完全互换法解尺寸链用完全互换法解尺寸链 v1、基本公式、基本公式 v设尺寸链的组成环数为设尺寸链的组成环数为m，其中，其中n个增环，个增环，mn个减环，个减环，AO为封闭环的基本为封闭环的基本 尺寸，尺寸，A 为组成环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式： 为组成环的基本尺寸，则对于直线尺寸链有如下公式： v 1封闭环的基本尺寸封闭环的基本尺寸 v A0 = v即封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本

22、尺寸即封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸 之和。之和。 v 11 m ni i n i i AA += 汽车生产用工程材料14 v2封闭环的极限尺寸封闭环的极限尺寸 v A0max = v A0min = v v即即封闭环的最大极限尺寸封闭环的最大极限尺寸等于所有等于所有增环的最大极限尺寸增环的最大极限尺寸之和减去所有之和减去所有减环最减环最 小极限尺寸小极限尺寸之和；封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和之和；封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和 减去所有减环的最大极限尺才之和。减去所有减环的最大极限尺才之和。 1 min 1 max

23、m ni i n i i AA += 1 max 1 min m ni i n i i AA += 汽车生产用工程材料15 v 3封闭环的极限偏差封闭环的极限偏差 v ES0 = v EI0 = v v即即封闭环的上偏差封闭环的上偏差等于所有等于所有增环上偏差增环上偏差之和减去所有之和减去所有减环下偏差减环下偏差之和；封闭环的下偏之和；封闭环的下偏 差等于所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和。差等于所有增环下偏差之和减去所有减环上偏差之和。 v4封闭环的公差封闭环的公差 v T0= v 即封闭环的公差等于所有组成环公差之和即封闭环的公差等于所有组成环公差之和。 11 m ni i n i i EIES += 11 m ni i n i i ESEI +=