第二章 汽車生產用工程材料

1、2.1汽車生產用工程材料汽車生產用工程材料2.1.12.1.1鋼鋼（1 1）鋼是以鐵和碳為基本元素的鐵碳合金）鋼是以鐵和碳為基本元素的鐵碳合金（2 2）以鐵為主要元素、含碳量一般在）以鐵為主要元素、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 * * *結構鋼應用場合：制造汽車結構件（車身、底盤）結構鋼應用場合：制造汽車結構件（車身、底盤）和汽車零件（齒輪、連桿）和汽車零件（齒輪、連桿）* * *按化學成分、力學性能分類：按化學成分、力學性能分類：碳素結構鋼碳素結構鋼、低合低合金高強度結構鋼金高強度結構鋼、優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼、合金結構鋼合金結構鋼v1）碳素

2、結構鋼）碳素結構鋼v價格便宜、具有一定力學性能、大量用于制造各種金屬構件價格便宜、具有一定力學性能、大量用于制造各種金屬構件和要求不高的汽車零件和要求不高的汽車零件v2）低合金高強度結構鋼低合金高強度結構鋼v加入少量合金元素（加入少量合金元素（MnMn、SiSi等）形成強度較高、加工性能良等）形成強度較高、加工性能良好的低合金高強度結構鋼。好的低合金高強度結構鋼。v使用時不能進行熱處理使用時不能進行熱處理v制成板材、型材、無縫鋼管等，被廣泛用于橋梁、船舶、鍋制成板材、型材、無縫鋼管等，被廣泛用于橋梁、船舶、鍋爐、車輛及重要建筑結構中爐、車輛及重要建筑結構中 v3）優(yōu)質碳素結構鋼優(yōu)質碳素結構鋼v

3、含有有害雜質（硫、磷）含有有害雜質（硫、磷）v塑性及韌性較高，可通過熱處理強化。用于重要零件塑性及韌性較高，可通過熱處理強化。用于重要零件v按含碳量不同：按含碳量不同：v低碳鋼低碳鋼：含碳量一般小于：含碳量一般小于0.25%0.25%，如，如1010、2020鋼等；鋼等； v塑性、韌性好，但強度硬度低。沖壓件、焊接件塑性、韌性好，但強度硬度低。沖壓件、焊接件v中碳鋼中碳鋼-含碳量一般在含碳量一般在0.250.250.60%0.60%之間，如之間，如3535、4545鋼等；鋼等；v較高的強度、硬度和較好的塑性、韌性。齒輪、軸類及套較高的強度、硬度和較好的塑性、韌性。齒輪、軸類及套筒筒 v高碳鋼高

4、碳鋼-含碳量一般大于含碳量一般大于0.60%0.60%。此類鋼一般不用于制造鋼。此類鋼一般不用于制造鋼管。管。v較高的硬度及耐磨性。彈性好。耐磨零件及彈簧。較高的硬度及耐磨性。彈性好。耐磨零件及彈簧。 v4 4）合金結構鋼）合金結構鋼v這類鋼這類鋼, ,由于具有合適的由于具有合適的淬透性淬透性，經(jīng)適宜的，經(jīng)適宜的金屬熱處理金屬熱處理后，后，顯微組織為均勻的索氏體、顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體貝氏體或極細的或極細的珠光體珠光體，因而具，因而具有較高的抗拉強度和屈強比有較高的抗拉強度和屈強比 v按熱處理特點分：合金滲碳鋼、合金調質鋼、合金按熱處理特點分：合金滲碳鋼、合金調質鋼、合金彈簧鋼彈簧鋼v

5、合金滲碳鋼：合金滲碳鋼：C%=0.15%0.25%;C%=0.15%0.25%;滲碳淬火后，心部韌滲碳淬火后，心部韌性，表面高硬度，良好的耐磨性性，表面高硬度，良好的耐磨性v合金調質鋼：合金調質鋼：C%=0.25%0.5.%C%=0.25%0.5.%；高強度、高韌性、；高強度、高韌性、像齒輪、各種軸類像齒輪、各種軸類v合金彈簧鋼：合金彈簧鋼：C%=0.45%0.75%C%=0.45%0.75%；加入微量；加入微量B B，制造截，制造截面尺寸大的彈簧面尺寸大的彈簧v1、概念：裝配模具時、概念：裝配模具時,將與某項精度指標有關的各個零件尺寸依次排序，形將與某項精度指標有關的各個零件尺寸依次排序，形

6、成一個封閉的鏈形尺寸組合成一個封閉的鏈形尺寸組合,稱為裝配尺寸鏈。尺寸鏈具有如下兩個特性：稱為裝配尺寸鏈。尺寸鏈具有如下兩個特性：v （1）封閉性）封閉性 組成尺寸鏈的各個尺寸按一定順序構成一個封閉系統(tǒng)。組成尺寸鏈的各個尺寸按一定順序構成一個封閉系統(tǒng)。v 用用A0表示表示。v（2）相關性）相關性 其中一個尺寸變動將影響其他尺寸變動。其中一個尺寸變動將影響其他尺寸變動。用用Ai表示。表示。v2、環(huán)及其分類：構成尺寸鏈的各個尺寸稱為環(huán)。尺寸鏈的環(huán)分為封閉環(huán)和組成環(huán)。環(huán)及其分類：構成尺寸鏈的各個尺寸稱為環(huán)。尺寸鏈的環(huán)分為封閉環(huán)和組成環(huán)。v （1）封閉環(huán)）封閉環(huán) 加工或裝配過程中最后自然形成的那個尺寸

7、。如圖加工或裝配過程中最后自然形成的那個尺寸。如圖1中的中的A0。v （2）組成環(huán)）組成環(huán) 尺寸鏈中除封閉環(huán)以外的其他環(huán)。根據(jù)它們對封閉環(huán)影響的不同，尺寸鏈中除封閉環(huán)以外的其他環(huán)。根據(jù)它們對封閉環(huán)影響的不同，又分為增環(huán)和減環(huán)。又分為增環(huán)和減環(huán)。v與封閉環(huán)同向變動的組成環(huán)稱為增環(huán)，即當該組成環(huán)尺寸增大（或減?。┒渌c封閉環(huán)同向變動的組成環(huán)稱為增環(huán)，即當該組成環(huán)尺寸增大（或減?。┒渌M成環(huán)不變時，封閉環(huán)也隨之增大（或減小），組成環(huán)不變時，封閉環(huán)也隨之增大（或減小），v與封閉環(huán)反向變動的組成環(huán)稱為減環(huán)，即當該組成環(huán)尺寸增大（或減?。┒渌c封閉環(huán)反向變動的組成環(huán)稱為減環(huán)，即當該組成環(huán)尺寸增大（或

8、減?。┒渌M成環(huán)不變時，封閉環(huán)的尺寸卻隨之減?。ɑ蛟龃螅?。組成環(huán)不變時，封閉環(huán)的尺寸卻隨之減?。ɑ蛟龃螅?。v注意：注意：為了快速確定組成環(huán)的性質，可先在尺寸鏈圖上平行于封閉環(huán)，沿任意方為了快速確定組成環(huán)的性質，可先在尺寸鏈圖上平行于封閉環(huán)，沿任意方向劃一箭頭，然后沿此箭頭方向環(huán)繞尺寸鏈一周，平行于每一個組成環(huán)尺寸依次向劃一箭頭，然后沿此箭頭方向環(huán)繞尺寸鏈一周，平行于每一個組成環(huán)尺寸依次畫出箭頭，畫出箭頭，箭頭指向與封閉環(huán)方向相反的組成環(huán)為增環(huán)箭頭指向與封閉環(huán)方向相反的組成環(huán)為增環(huán)，反之，反之箭頭指向與封閉環(huán)箭頭指向與封閉環(huán)方向相同的組成環(huán)方向相同的組成環(huán)為減環(huán)。為減環(huán)。 二、二、 尺寸鏈的建

9、立與分析尺寸鏈的建立與分析v 1、建立尺寸鏈建立尺寸鏈v 正確建立和描述尺寸鏈是進行尺寸鏈綜合精度分析計算的基礎。應根據(jù)正確建立和描述尺寸鏈是進行尺寸鏈綜合精度分析計算的基礎。應根據(jù)實際應用情況查明和建立尺寸鏈關系。建立裝配尺寸時，應了解產品的裝配實際應用情況查明和建立尺寸鏈關系。建立裝配尺寸時，應了解產品的裝配關系、產品裝配方法及產品裝配性能要求；關系、產品裝配方法及產品裝配性能要求；建立裝配尺寸鏈時應了解零部件建立裝配尺寸鏈時應了解零部件的設計要求及其制造工藝過程，同一零件的不同工藝過程所形成的尺寸鏈是的設計要求及其制造工藝過程，同一零件的不同工藝過程所形成的尺寸鏈是不同的。不同的。v 正

10、確建立和分析尺寸鏈的正確建立和分析尺寸鏈的首要條件是要正確地確定封閉環(huán)首要條件是要正確地確定封閉環(huán)。v 在裝配尺寸鏈中，封閉環(huán)就是產品上有裝配精度要求的尺寸。如同一部件在裝配尺寸鏈中，封閉環(huán)就是產品上有裝配精度要求的尺寸。如同一部件中各零件之間相互位置要求的尺寸或保證相互配合零件配合性能要求的間隙中各零件之間相互位置要求的尺寸或保證相互配合零件配合性能要求的間隙或過盈量?；蜻^盈量。v 零件尺寸鏈的零件尺寸鏈的封閉環(huán)應為公差等級要求最低的環(huán)封閉環(huán)應為公差等級要求最低的環(huán)，一般在零件圖上，一般在零件圖上不進行標不進行標注注，以免引起加工中的混亂。，以免引起加工中的混亂。v 工藝尺寸鏈的工藝尺寸鏈的

11、封閉環(huán)是在加工中最后自然形成的環(huán)封閉環(huán)是在加工中最后自然形成的環(huán)，一般為被加工零件要求，一般為被加工零件要求達到的設計尺寸或工藝過程中需要的余量尺寸。加工順序不同，封閉環(huán)也不同。達到的設計尺寸或工藝過程中需要的余量尺寸。加工順序不同，封閉環(huán)也不同。所以工藝尺寸鏈的封閉環(huán)必須在加工順序確定之后才能判斷。所以工藝尺寸鏈的封閉環(huán)必須在加工順序確定之后才能判斷。v 在確定封閉環(huán)之后，應確定對封閉環(huán)有影響的各個組成環(huán)，使之與封閉環(huán)形在確定封閉環(huán)之后，應確定對封閉環(huán)有影響的各個組成環(huán)，使之與封閉環(huán)形成一個封閉的尺寸回路。成一個封閉的尺寸回路。v 在建立尺寸鏈時，形位公差也可以是尺寸鏈的組成環(huán)。在一般情況下

12、，形位在建立尺寸鏈時，形位公差也可以是尺寸鏈的組成環(huán)。在一般情況下，形位公差可以理解為基本尺寸為零的線性尺寸。形位公差參與尺寸鏈分析計算的情況公差可以理解為基本尺寸為零的線性尺寸。形位公差參與尺寸鏈分析計算的情況較為復雜，應根據(jù)形位公差項目及應用情況分析確定。較為復雜，應根據(jù)形位公差項目及應用情況分析確定。v 必須指出，必須指出，在建立尺寸鏈時應遵守在建立尺寸鏈時應遵守“最短尺寸鏈原則最短尺寸鏈原則”，即對于某一封閉環(huán)，即對于某一封閉環(huán)，若存在多個尺寸鏈時，應選擇組成環(huán)數(shù)最少的尺寸鏈進行分析計算。若存在多個尺寸鏈時，應選擇組成環(huán)數(shù)最少的尺寸鏈進行分析計算。v 一個尺寸鏈中只有一個封閉環(huán)。一個尺

13、寸鏈中只有一個封閉環(huán)。v2、查找組成環(huán)、查找組成環(huán)v 組成環(huán)是對封閉環(huán)有直接影響的那些尺寸，與此無關的尺寸要排除在組成環(huán)是對封閉環(huán)有直接影響的那些尺寸，與此無關的尺寸要排除在外。一個尺寸鏈的環(huán)數(shù)應盡量少。外。一個尺寸鏈的環(huán)數(shù)應盡量少。v 查找裝配尺寸鏈的組成環(huán)時，先從封閉環(huán)的任意一端開始，找相鄰零查找裝配尺寸鏈的組成環(huán)時，先從封閉環(huán)的任意一端開始，找相鄰零件的尺寸，然后再找與第一個零件相鄰的第二個零件的尺寸，這樣一環(huán)件的尺寸，然后再找與第一個零件相鄰的第二個零件的尺寸，這樣一環(huán)接一環(huán)，直到封閉環(huán)的另一端為止，從而形成封閉的尺寸組。接一環(huán)，直到封閉環(huán)的另一端為止，從而形成封閉的尺寸組。v 如圖如

14、圖a所示的車床主軸軸線與尾架軸線高度差的允許值所示的車床主軸軸線與尾架軸線高度差的允許值A0是裝配技術是裝配技術要求，為封閉環(huán)。組成環(huán)可從尾架頂尖開始查找，尾架頂尖軸線到底面要求，為封閉環(huán)。組成環(huán)可從尾架頂尖開始查找，尾架頂尖軸線到底面的高度的高度A1、與床面相連的底板的厚度、與床面相連的底板的厚度A2、床面到主軸軸線的距離、床面到主軸軸線的距離A3，最，最后回到封閉環(huán)。后回到封閉環(huán)。A1、A2和和A3均為組成環(huán)。均為組成環(huán)。v v v v a） b）v 車床頂尖高度尺寸鏈車床頂尖高度尺寸鏈v3、特點：、特點：v 一個尺寸鏈中最少要有兩個組成環(huán)。組成環(huán)中，可能只有增環(huán)沒有減一個尺寸鏈中最少要有

15、兩個組成環(huán)。組成環(huán)中，可能只有增環(huán)沒有減環(huán)，但不可能只有減環(huán)沒有增環(huán)。環(huán)，但不可能只有減環(huán)沒有增環(huán)。v 在封閉環(huán)有較高技術要求或形位誤差較大的情況下，建立尺寸鏈時，還在封閉環(huán)有較高技術要求或形位誤差較大的情況下，建立尺寸鏈時，還要考慮形位誤差對封閉環(huán)的影響。要考慮形位誤差對封閉環(huán)的影響。三、分析計算尺寸鏈的任務和方法三、分析計算尺寸鏈的任務和方法v1任務任務v 分析和計算尺寸鏈是為了正確合理地確定尺寸鏈中各環(huán)的尺寸和精度，主分析和計算尺寸鏈是為了正確合理地確定尺寸鏈中各環(huán)的尺寸和精度，主要解決以下三類任務：要解決以下三類任務：v （1）正計算）正計算 已知各組成環(huán)的極限尺寸，求封閉環(huán)的極限尺寸

16、。這類計算已知各組成環(huán)的極限尺寸，求封閉環(huán)的極限尺寸。這類計算主要用來驗算設計的正確性，故又叫校核計算。主要用來驗算設計的正確性，故又叫校核計算。v （2）反計算）反計算 已知封閉環(huán)的極限尺寸和各組成環(huán)的基本尺寸，求各組成環(huán)已知封閉環(huán)的極限尺寸和各組成環(huán)的基本尺寸，求各組成環(huán)的極限偏差。這類計算主要用在設計上，即根據(jù)機器的使用要求來分配各零的極限偏差。這類計算主要用在設計上，即根據(jù)機器的使用要求來分配各零件的公差。件的公差。v （3）中間計算）中間計算 已知封閉環(huán)和部分組成環(huán)的極限尺寸，求某一組成環(huán)的極已知封閉環(huán)和部分組成環(huán)的極限尺寸，求某一組成環(huán)的極限尺寸、這類計算常用在工藝上。限尺寸、這類

17、計算常用在工藝上。v 反計算和中間計算通常稱為設計計算。反計算和中間計算通常稱為設計計算。 v 2方法方法v （1）完全互換法（極值法）完全互換法（極值法）v 從尺寸鏈各環(huán)的最大與最小極限尺寸出發(fā)進行尺寸鏈計算，不考慮各環(huán)實從尺寸鏈各環(huán)的最大與最小極限尺寸出發(fā)進行尺寸鏈計算，不考慮各環(huán)實際尺寸的分布情況。按此法計算出來的尺寸加工各組成環(huán)，裝配時各組成環(huán)不際尺寸的分布情況。按此法計算出來的尺寸加工各組成環(huán)，裝配時各組成環(huán)不需挑選或輔助加工，裝配后即能滿足封閉環(huán)的公差要求，即可實現(xiàn)完全互換。需挑選或輔助加工，裝配后即能滿足封閉環(huán)的公差要求，即可實現(xiàn)完全互換。v 完全互換法是尺寸鏈計算中最基本的方法

18、。完全互換法是尺寸鏈計算中最基本的方法。v （2）大數(shù)互換法（概率法）大數(shù)互換法（概率法）v 該法是以保證大數(shù)互換為出發(fā)點的。該法是以保證大數(shù)互換為出發(fā)點的。v 生產實踐和大量統(tǒng)計資料表明，在大量生產且工藝過程穩(wěn)定的情況下，各生產實踐和大量統(tǒng)計資料表明，在大量生產且工藝過程穩(wěn)定的情況下，各組成環(huán)的實際尺寸趨近公差帶中間的概率大，出現(xiàn)在極限值的概率小，增環(huán)與組成環(huán)的實際尺寸趨近公差帶中間的概率大，出現(xiàn)在極限值的概率小，增環(huán)與減環(huán)以相反極限值形成封閉環(huán)的概率就更小。所以，用極值法解尺寸鏈，雖然減環(huán)以相反極限值形成封閉環(huán)的概率就更小。所以，用極值法解尺寸鏈，雖然能實現(xiàn)完全互換，但往往是不經(jīng)濟的。能實

19、現(xiàn)完全互換，但往往是不經(jīng)濟的。v 采用概率法，不是在全部產品中，而是在絕大多數(shù)產品中，裝配時不需要采用概率法，不是在全部產品中，而是在絕大多數(shù)產品中，裝配時不需要挑選或修配，就能滿足封閉環(huán)的公差要求，即保證大數(shù)互換。挑選或修配，就能滿足封閉環(huán)的公差要求，即保證大數(shù)互換。v 按大數(shù)互換法，在相同封閉環(huán)公差條件下，可使組成環(huán)的公差擴大，從而按大數(shù)互換法，在相同封閉環(huán)公差條件下，可使組成環(huán)的公差擴大，從而獲得良好的技術經(jīng)濟效益，也比較科學合理，獲得良好的技術經(jīng)濟效益，也比較科學合理，常用在大批量生產的情況。常用在大批量生產的情況。v （3）其他方法）其他方法v 在某些場合，為了獲得更高的裝配精度，而

20、生產條件又不允許提高組成環(huán)在某些場合，為了獲得更高的裝配精度，而生產條件又不允許提高組成環(huán)的制造精度時，可采用分組互換法、修配法和調整法等來完成這一任務。的制造精度時，可采用分組互換法、修配法和調整法等來完成這一任務。四、四、 用完全互換法解尺寸鏈用完全互換法解尺寸鏈v1、基本公式、基本公式v設尺寸鏈的組成環(huán)數(shù)為設尺寸鏈的組成環(huán)數(shù)為m，其中，其中n個增環(huán)，個增環(huán)，mn個減環(huán)，個減環(huán)，AO為封閉環(huán)的基本為封閉環(huán)的基本尺寸，尺寸，A為組成環(huán)的基本尺寸，則對于直線尺寸鏈有如下公式：為組成環(huán)的基本尺寸，則對于直線尺寸鏈有如下公式：v 1封閉環(huán)的基本尺寸封閉環(huán)的基本尺寸v A0 = v即封閉環(huán)的基本尺寸

21、等于所有增環(huán)的基本尺寸之和減去所有減環(huán)的基本尺寸即封閉環(huán)的基本尺寸等于所有增環(huán)的基本尺寸之和減去所有減環(huán)的基本尺寸之和。之和。v 11mniiniiAA+=v2封閉環(huán)的極限尺寸封閉環(huán)的極限尺寸v A0max = v A0min = v v即即封閉環(huán)的最大極限尺寸封閉環(huán)的最大極限尺寸等于所有等于所有增環(huán)的最大極限尺寸增環(huán)的最大極限尺寸之和減去所有之和減去所有減環(huán)最減環(huán)最小極限尺寸小極限尺寸之和；封閉環(huán)的最小極限尺寸等于所有增環(huán)的最小極限尺寸之和之和；封閉環(huán)的最小極限尺寸等于所有增環(huán)的最小極限尺寸之和減去所有減環(huán)的最大極限尺才之和。減去所有減環(huán)的最大極限尺才之和。 1min1maxmniiniiAA+=1max1minmniiniiAA+=v 3封閉環(huán)的極限偏差封閉環(huán)的極限偏差v ES0 = v EI0 = v v即即封閉環(huán)的上偏差封閉環(huán)的上偏差等于所有等于所有增環(huán)上偏差增環(huán)上偏差之和減去所有之和減去所有減環(huán)下偏差減環(huán)下偏差之和；封閉環(huán)的下偏之和；封閉環(huán)的下偏差等于所有增環(huán)下偏差之和減去所有減環(huán)上偏差之和。差等于所有增環(huán)下偏差之和減去所有減環(huán)上偏差之和。v4封閉環(huán)的公差封閉環(huán)的公差v T0= v 即封閉環(huán)的公差等于所有組成環(huán)公差之和即封閉環(huán)的公差等于所有組成環(huán)公差之和。 11mniiniiEIES+=11mniiniiE