2015年4月第10卷第2期
失效分析与预防
April ,2015Vol.10,No.2
[收稿日期]2014年12月28日
[修订日期]2015年2月27日
[作者简介]孔文(1983年-),男,工程师,主要从事汽车车桥材料及零部件失效分析等方面的研究。
汽车焊接桥壳失效原因分析
孔
文,代天才,詹嘉勇,邹米清
(东风德纳车桥有限公司产品研发中心,湖北襄阳441057)
[摘
要]汽车焊接桥壳在台架试验中发生早期断裂。对桥壳的开裂位置、断口的宏微观特征进行观察分析,对桥壳材料的
化学成分、硬度和金相组织进行了测试和分析,结合有限元模拟方法,分析桥壳受力。结果表明:断裂发生在下板托焊缝端部,断口呈现明显的疲劳特征;造成断裂的主要原因是板托焊缝端部的应力水平较高,以及焊缝存在未焊透缺陷加剧应力集中,名义应力较大,诱发了疲劳疲劳裂纹源的萌生,提出了提升焊接质量、优化桥壳附件设计等措施,对延长桥壳的疲劳寿命具有指导意义。
[关键词]焊接桥壳;断裂;疲劳;有限元[中图分类号]U463
[文献标志码]A
doi :10.3969/j.issn.1673-6214.2015.02.011
[文章编号]1673-
6214(2015)02-0118-05Failure Analysis of Automobile Welding Axle Housing
KONG Wen ,DAI Tian-cai ,ZHAN Jia-yong ,ZOU Mi-qing
(Product Research and Design Center of Dongfeng Dana Axle Co.,Ltd.,Hubei Xiangyang 441057,China )
Abstract :Fracture occurred to a automobile welding axle housing in the fatigue test.In order to find out the failure mode and cause ,macro and micro observation ,chemical composition and hardness testing ,metallographic examination and finite element analysis were carried out.The results show that the fracture is fatigue fracture occurring at the weld edge of the lower shell supporter.There was higher stress at the weld edge ,and the incomplete penetration aggravated the stress concentration ,which was the main cause for the initiation of fatigue crack.Based on the analysis results ,some measures were put forward ,such as improving welding quality and optimizing the design of the axle housing.Key words :welding axle housing ;fracture ;fatigue ;finite element
0引言
车桥桥壳是中重型商用汽车的重要零件之
一,不仅起着支承汽车荷重的作用,还是主减速器、差速器及驱动车轮传动装置(如半轴)的外壳。在动载荷条件下,要求桥壳在具有足够的强度和刚度的条件下还应力求减小桥壳的质量。
车桥桥壳根据制造工艺大体分2种:铸造桥壳和焊接桥壳。由于焊接桥壳制造水平高,使用性能优越,除工作环境恶劣的部分工程车采用铸钢桥外,焊接桥壳被国内外的各汽车制造企业相继采用,重型、中型、轻型和微型车桥上等均广泛使用
[1]
。
焊接桥壳总成在台架试验时发生早期断裂。
该桥壳本体材质为16MnL 钢板冲压焊接成型,板
托材质为ZG270-480H ,正火处理;板托与桥壳
的连接采用CO 2气体保护焊,为保证焊接质量,采用机器人焊接。由于桥壳是汽车行驶安全性和可靠性的重要部件,如发生意外断裂,会导致严重后果。本研究通过对断裂桥壳的宏观检查,对断口形貌、化学成分、硬度和金相组织进行分析,同时结合有限元受力分析,以找出其断裂原因,并提出改进措施,从而为次此失效的分析提供借鉴。
1
试验过程与结果
1.1
断口宏观观察
图1为桥壳的失效实物的局部形貌,断裂发
生于桥壳一端,从桥壳的下方断裂(为了便于拍
照和观察,图1中桥壳状态与实际相反),断裂部位位于桥壳下方板托(简称“下板托”)的内侧。断
第2期孔文,代天才,詹嘉勇,等:汽车焊接桥壳失效原因分析
图1焊接桥壳的断裂实物
Fig.1Macro appearance of the welding axle housing
裂部位的外表面未见明显的损伤或缺陷。
图2为桥壳断口形貌,断口占桥壳整体截面
的1/2,断面上存在2个光滑区域(区域A、B)为
疲劳扩展区,分别位于桥壳两侧,各约占断口总面
积的1/6,而在桥壳下方呈纤维状,为瞬断区[2-3]。
图3为2个光滑区的宏观形貌,2个疲劳扩展区
的裂纹均从焊缝处起源,并且有多处起源。
图2失效桥壳的断口形貌
Fig.2Macro appearance of the fracture surface
1.2断口微观观察
将桥壳断口经超声波清洗后,在扫描电子显
微镜下进行观察。在焊缝根部区域比较粗糙,存
在未焊透原始缺陷。沿着未焊透缺陷方向及其表
面产生疲劳裂纹,为线源特征(图4a);扩展区主
要位于桥壳本体上,该区域比较光滑且扩展充分,
有明显的疲劳条带特征(图4b);瞬断区的微观形
貌为韧窝特征(图4c)。
图3断口的局部形貌
Fig.3Macro appearance of the fatigue fracture surface
1.3化学成分分析
分别从桥壳和下板托基体上取样进行化学成
分分析,采用直读光谱仪检测的结果见表1。可
见,桥壳和板托的化学成分分别满足GB/T
3273—2005和GB/T7659—2010中对16MnL、
ZG270-480H的要求。
1.4硬度检测
沿垂直于焊缝方向,在靠近断口处取样,经过
制样→打磨→抛光,再用4%(体积分数)硝酸酒
精溶液浸蚀2 3s后,采用显微硬度计进行硬度
测试。检测桥壳本体、桥壳侧热影响区、焊缝、下
板托热影响区、下板托本体的显微硬度,分别测量
3个点取其平均值,结果见表2。由表可以看到,
桥壳和板托基体的硬度正常,焊缝和热影响未见
高硬度区,各项硬度均满足企业标准要求。
911
失效分析与预防第10卷
图4
断口的微观形貌
Fig.4Micro appearance of the fracture surface 表1
化学成分分析结果(质量分数/%)
Table 1
Results of chemical composition analysis (mass fraction /%)
Item C Si Mn P S Cr Housing 0.130.261.570.0080.0030.026GB /T 3273—2005
0.12 0.20
0.20 0.60
1.20 1.60
≤0.004≤0.004Spring seat 0.190.451.040.0160.0050.031GB /T 7659—2010
0.17 0.25
≤0.600.80 1.20
≤0.025
≤0.025
≤0.035
表2显微硬度的测量结果
Table 2
Results of micro hardness analysis HV 0.3
Checked position
Housing Heat-affected
Weld Heat-affected
Shell supporter
No.1189224229263163No.2191217224257155No.3188219210280157Average 189220221266158Enterprise standard
160 200
≤300
200 240
≤300
≥150
1.5金相检验
在靠近断口处垂直于焊缝取样,磨制金相样
品,经4%(体积分数)硝酸酒精浸蚀后,在金相显微镜下观察,发现裂纹多出现在桥壳侧的熔合线及过渡区(图5);对焊缝在稍远离断口处取样,采取与上述相同的方法磨抛、浸蚀后观察,可以看到一条较宽的裂缝,裂缝两侧较粗糙,为原始缺陷,其形成原因是焊接时母材金属(桥壳与板托)之间应该熔合而未焊上的部分,产生在焊缝根部,为未焊透缺陷。沿着未焊透形成的裂缝一端向里衍生疲劳裂纹,裂纹较细且两侧光滑,是使用过程中产生的(图6)。可以认为,主裂纹是从焊缝的未焊透缺陷裂缝的尖端产生,沿着熔合线方向扩展;主裂纹处衍生次级裂纹,向焊缝和桥壳本体方向扩展,由于桥壳的硬度(或强度)较低,因此向桥壳本体扩展的速率较快
[4-5]
。
桥壳基体金相组织为细晶粒铁素体和珠光体,呈带状分布;板托基体金相组织为均匀的铁素体和珠光体组织,为正火态;焊缝组织为柱状晶组织,热影响区为珠光体、铁素体和粒状贝氏体混合
组织。
2受力及有限元模拟分析
在建立有限元模型前,
用Pro /E 建立桥壳的初步实体模型。对桥壳模型划分网格时,为了提
高网格质量、节约计算时间,将桥壳上不影响其结构和强度的部件省略。根据有限元分析的简化原则,略去衬环、气室支架底座、减振器支架总成、通气孔以及各处螺纹孔和一些小的倒角,并将不规则的后桥壳盖总成简化为球面。桥壳中含有的焊缝连接按接近实际焊缝的几何形状进行处理
[6-8]
。
桥壳的材料牌号为16MnL ,其弹性模量E =2.12?105MPa ,泊松比μ=0.31。板托的材料牌
号为ZG270-480H ,其弹性模量E =2.06?10
5
MPa ,泊松比μ=0.34。
由于桥壳的台架试验归属于准静态工况,故首先计算了静态结构应力。模拟桥壳台架试验状态,在轮距处约束,板簧座按照额定载荷施加,桥壳受到循环波动载荷,
FEA 模型如图7所示。0
21
第2期孔文,代天才,詹嘉勇,等:汽车焊接桥壳失效原因分析
利用ANSYS软件对桥壳进行计算,应力分布
情况见图8。从分析结果可见,下板托焊缝两端
部存在明显的应力集中,内侧的最大应力σ=
141MPa,此应力值远小于该桥壳用钢的屈服极限
345MPa。
图5断口附近的裂纹形态
Fig.5Appearance of the crack
图6桥壳侧的未焊透缺陷
Fig.6Appearance of the incomplete penetration
图7桥壳的有限元模型
Fig.7Finite element model of the axle housing
为了进一步验证,增加了改进方案:对板托两
侧高度增加10mm,其余均不变。对改进方案进
行台架静态模拟分析,分析方法同原方案,计算结
果见图9。改进后的下板托内侧的最大应力σ=
101MPa,下降了28%。
根据上述分析,可以得到以下结论:1)在静
态工况下,下板托焊缝端部应力值远小于桥壳的
屈服极限,但是存在明显的应力集中。2)通过对
图8原方案桥壳计算结果
Fig.8Stress of the original axle housing
图9改进方案桥壳计算结果
Fig.9Stress of the improved axle housing
结构上进行优化,增加板托两侧高度,可降低下板
托焊缝端部的应力水平。
3分析与讨论
综合上述分析,桥壳和下板托的材质和热处
理工艺正常,且采用16MnL钢板和ZG270-480H
附件在焊接结构桥壳的设计中广泛使用,因此材
料的选用上没有问题。
桥壳的断裂与焊缝有关,疲劳裂纹起源在下
板托焊缝的端部,该部位是焊接起弧或收弧位置,
受焊接工艺及操作人员的技能影响,外表面不可
能平滑过渡,存在截面突变且表面质量差,应力集
中严重[9]。另外,板托和桥壳配合面间的尺寸公
差是由成型精度保证的,因成本因素,不再进行机
械加工,因此生产上为了保证便于装配,板托两侧
与桥壳间的间隙较大,从而导致焊接工艺性变差,
焊接时易形成焊瘤、未焊透等焊接缺陷。而未焊
透相当于原始裂纹,危害极大,容易成为疲劳裂纹
的发源地。疲劳裂纹从焊缝未焊透处形成的裂
121
失效分析与预防第10卷
缝,沿着熔合线向内扩展,主裂纹处衍生次级裂纹,向焊缝和桥壳本体方向扩展,最后导致桥壳疲劳断裂。
ANSYS有限元模拟分析可以看出,桥壳的整体应力水平不高,远未达到材料的强度极限,但下板托焊缝端部的应力值较高,存在明显的应力集中。通过有限元模拟分析还可知,其它结构保持不变的情况下,焊缝两端部的应力值与板托的结构有关,增加板托两侧的高度,则应力值降低。
通过对焊缝和金相组织的检测,未发现高硬度或脆性组织。
以上的分析表明,桥壳的失效与焊缝所处的应力水平以及各种应力集中因素有关。焊缝是桥壳疲劳寿命最薄弱的部位,在实际工程应用中,提高焊缝的焊接质量,杜绝各种焊接缺陷对提高桥壳的疲劳寿命尤为重要。另外,在焊接桥壳的设计上,应尽可能的避免应力集中。
4结论
1)桥壳为疲劳开裂,主要与下板托焊缝端部的应力水平较高,以及桥壳侧的未焊透缺陷有关。
2)为延长桥壳的疲劳寿命,达到相关标准要求,建议在桥壳的设计上应尽可能避免应力集中,对于桥壳-板托焊缝,可通过适当增加板托两侧高度,来降低焊缝端的应力水平;通过现场质量控制,提升焊接质量。
参考文献
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檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶
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驱动桥壳有限元分析 汽车驱动桥壳的功用是支承并保护主减速器,差速器和半轴等,使左右驱动车轮的轴向相对位置固定,并且支承车架及其上的各总成质量。 1 驱动桥壳设计要求 在设计选用驱动桥壳时,要满足以下设计要求: (1)应该具有足够的强度和刚度,以保证主减速器齿轮啮合正常,并不使半轴产生附加弯曲应力。 (2)在保证强度和刚度的情况下,尽量减小质量以提高汽车行驶的平顺性。 (3)保证足够的离地间隙。 (4)结构工艺性好,成本低。 (5)保护装于其中的传动系统部件和防止泥水浸入。 (6)拆装,调整,维修方便。 2 驱动桥壳类型确定和材料选择 驱动桥壳通常分为整体式桥壳、分段式桥壳,前者强度和钢度较大,便于主减速的装配、调整和维修。普遍用于各类汽车上;多段式桥壳较整体式易于铸造,加工简便,但维修保养不便,汽车较少采用。 本设计选用整体式桥壳。后桥壳体为整体铸造,半轴套管从两端压入桥壳中。后桥壳前部和主减速器连接,后部为可拆式后盖,后桥壳上装有通气塞。 图1 驱动桥壳结构尺寸 1 1
2 本设计中的驱动桥壳总长为1800mm ,簧板距为970mm ,桥壳厚度为8mm ,选用材料为可锻铸铁,牌号为KT350-10,弹性模量为Mpa 61055.1 ,泊松比为0.23,密度为3/7200m kg ,抗拉强度为350Mpa ,屈服强度为200Mpa 。 这种材料有着较高的强度、塑性和冲击韧度,可用于承受较高的冲击,振动及扭转载荷下工作的零件。 3 对驱动桥壳进行有限元分析 ABAQUS 是一套功能强大的有限元分析软件,特别是在非线性分析领域,其技术和特点更是突出,它融结构、流体、传热学、声学、电学及热固耦合、流固耦合等于一体,由于其功能强大,再加上其操作界面人性化,越来越受到人们的欢迎。 在对桥壳进行有限元分析,首先将CATIA 软件设计的驱动桥壳模型导入ABAQUS 软件中,并将上述材料属性添加到模型。 图2 将模型导入ABAQUS 并赋予属性 由于本设计的桥壳为整体式桥壳,整体式桥壳与轮辋在凸缘盘外侧位置通过轴承相连接,因此可以将此处位置的约束看成全自由度约束。桥壳通过板簧座位置与车体相连接,此处位置承受车体载荷。 本设计中车体满轴载荷(后)为6910kg ,考虑到车满载状况下行驶通过不平路面,将受冲击载荷,所以取2.5倍满轴载荷加于板簧座上,即总质量为17275kg ,每个板簧座承受86375kg 。
浅析汽车车身的焊接工艺设计 在汽车厂中,焊接生产线相对于涂装线和总装线来说,刚性强,多品种车型的通用性差,每更新换代一种车型,均需要更新车间大量专用设备和生产工艺。焊接工艺设计可以称得上是焊接生产线的“灵魂”,涉及的专业知识较多,如机械化、电控、非标设备、建筑、结构、水道、暖通、动力、电气、计算机、环保和通讯等,从宏观上决定车间的工艺水平、物流、投资和预留发展,具体决定着生产线的工艺设备种类和数量、夹具形式、物流工位器具形式、机械化输送方式及控制模式等。因此,焊接工艺设计在焊接生产线的开发中占有举足轻重的地位,是产生高性价比焊接生产线 的关键。 1、车身焊接工艺设计的前提条件 1.1产品资料 a.产品的数学模型(简称数模)。在汽车制造行业中,一般情况下用 UG,Catia,ProE等三维软件均能打开数模(如图1),并在其中获取数据或进行深人的工作。在工艺设计过程中,将所有数模装配在一起就构成了一个整车数模,从数模中可以获得零部件的结构尺寸、位置关系。由数模还可以生成整车、分总成、冲压件的各种视图(包括轴测图),以及可以输出剖面图。 b.全套产品图纸。 c.样车、样件(包括整车车身总成、各大总成、分总成和冲压件)。
d.产品零部件明细表(包括各部件的名称、编号,冲压件的名称、编号、数量,标准件的规格、数量)。 工艺设计时,业主必须提供上述a、b、c中至少1项,d项可以从前3项中分析出来,正常状态下d项(如图2)早在汽车设计结束时就已经确定了。如果仅提供b 项,那么需要增加大量的车身拆解、分析工作。
1.2工厂设计的参数 工厂设计的参数包括以下几方面: a.生产纲领即年产量; b.年时基数即生产班次、生产线的利用率等; c.生产线的自动化程度(机器人+自动焊钳焊点数/全车身焊点数x 100%=自动化率); d.生产线的工艺水平要求(如主要设备选用原则、生产线的输送方式,电气控制水平等); e.各种材料、外购件的选用原则(如型材、控制元件、气动元件、电机、减速器); f.各种公用动力介质的供应方式、能力、品质等参数,建厂所在地的环境状况如温度、湿度等; g.当生产线布置在原有厂房内时,应收集原有房的土建、公用有关资料,如厂房柱顶标高、屋架承载能力、电力和动力介质的余富程度等。 2、工艺分析 2.1工艺线路分析 根据业主提供的产品资料进行产品工艺线路分析(如业主仅提供样车及样件则需经过样车分析→样车拆解→样车测量→样车再装配过程),完成装焊工艺线路图或爆炸图设计。 2.1.1产品分块 同类型车身的分块基本相同(一般车身均由地板、侧围、前/后围、门、顶盖等大总成组成),但各总成之间的连接方式及顺序往往有较大区别,合理的分块才能保
《汽车制造工艺》 三级项目报告书 载荷1.5吨桥壳结构设计及制造工艺制定 班级:12级车辆工程卓越班 组员:梁宏宇陈尔康黄业兴 指导教师:董国疆 日期:2014年12月22日
一、汽车桥壳的功能及特征分析 (1)驱动桥壳的功用 1、和从动桥一起承受汽车质量 2、使左、右驱动车轮的轴向相对位置固定 3、汽车行驶时,其作为行驶系的组成部分时功用主要是安装悬架或轮毂,支撑汽车悬架以上各部分重量,承受驱动轮传来的反力和力矩,并在驱动轮与悬架之间传力 (2)桥壳的特征 桥壳是安装主减速器、差速器、半轴、轮毂和悬架的基础件,主要作用是支承并保护主减速器、差速器和半轴等。同时,桥壳又是行驶系的主要组成件之一。 驱动桥壳应有足够的强度和刚度,质量小,并便于主减速器的拆装和调整。 (3)驱动桥壳的设计要求 ⑴应具有足够的强度和刚度,以保证主减速器齿轮啮合正常并不使半轴产生附加弯曲应力。 ⑵在保证强度和刚度的前提下,尽量减轻质量以提高行驶的平顺性。 ⑶结构工艺性好,成本低。 ⑷拆装、调整、维修方便 ⑸保护装于其上的传动系部件和防止泥水侵入。 ⑹保证足够的离地间隙。
二、汽车桥壳制造方法的确定 驱动桥壳可分为整体式桥壳和分段式桥壳,分段式桥壳一般分为两段,因而易于铸造加工,但检修及拆卸很不方便。目前较少采用分段式桥壳,使用较为广泛的是整体式桥壳。 常见的整体式桥壳制造方式有整体铸造式、钢板冲压焊接式、钢管扩张成形式以及液压涨形式等. 1.整体铸造式 整体铸造式桥壳的主要优点在于刚性好、塑性变形小、强度高、易铸成等强度梁,可根据各截面不同的强度要求设计铸造不一样的壁厚。其缺点是弹性及韧性较冲焊桥壳差、铸造质量不易保证,且整体质量大、成本较高,不适合整车进行轻量化及降成本设计。整体铸造式桥壳在现今的汽车工业市场上仍有大量的应用,世界范围内的重型车辆上仍普遍采用铸造桥壳,只是材料及结构作了一些变化,包括采用高强度QT及高牌号铸钢,结构设计更加合理等。 铸造整体桥壳通常采用球墨铸铁、可锻铸铁或铸钢铸造。铸造整体桥壳的主要优点在于可制成复杂面和理想的形状,壁厚可以变化,易得到理想的应力分布,其强度及刚度均较好,工作可靠,故要求负载较大的中型重型汽车,适于采用这种。然而由于其质量大、加工面多、制造工艺复杂。且需要相当规模的铸造设备,在铸造时质量不易控制,也容易出现废品,故仅用于载荷大的重型汽车,不适用于载重1.5吨的货车。 2.钢板冲压焊接式 钢板冲压焊接式桥壳具有质量小、制造工艺简单、材料利用率
学科门类:单位代码: 毕业设计说明书(论文) 汽车后桥壳体的工艺规程及工装夹具设计 学生姓名 所学专业 班级 学号 指导教师
XXXXXXXXX系二○**年X X月 开题报告
填表说明:题目类型:1.工程设计;2.应用研究;3.理论研究;4.其它题目来源: A.自拟课题B.民用科研课题C.国防科研课题
摘要 毕业设计的课题基本分为三大类,即工艺工装设计类、组合机床设计类和计算机课题类。本课题所涉及的是第一类,设计任务为汽车后桥壳体的工艺工装设计,在壳体内部装有主传动器、差速器、半轴等传动机构。 壳体起保证和支撑的作用,其主要加工表面为端面外圆、法兰平面、弹簧座平面、以及内孔等。 本次设计主要包括工艺规程、夹具、刀具和量具的设计。此次设计共分三个阶段,即:(1)毕业实习阶段(2)课题设计阶段(3)考核答辩阶段。结合本次设计零件的特点,在设计中完成工艺规程一套,夹具两套:(1)铣床夹具(2)钻床夹具,其中,前者为手动夹紧。另外还据任务书分别设计刀具——铣刀一把和量具——单头双极限卡规一套,共完成图纸近5张,基本完成老师所交给的任务。 关键词:汽车后桥;工艺分析;设计任务
ABSTRACT The subject of the graduation project is divided into three big classes,namely the frock designing type of craft ,making up the designingtype of lathe and comper subjects basically.What this subject involved is the first kind,designing the task for the rear axle of automobile,the craft frock of the shell is designed.Equipped with the organizations of the transmission,such as main hammer mechanism actuator,differential mechanism,semi-axis,ect,within the shell.The shell plays a role in guatanteeing and support,it processes flange,spring seat plane,and interior hole round for outside of the terminal surface of surface,ect,mainly. This design includes the design of rules of craft,jig,cutter and measuring tool mainly.This design divides three stages altogether,namely:(1)Graduation field work stage(2)Ddeign phase of subject(3)Examine the stage of https://www.wendangku.net/doc/1f14493411.html,bine this charateristic of designing the part,finisshes one set of rules of craft in the design,two sets of jigs:(1)Jig of the milling machine(2)The jig of the drilling machine,among them,the former,in order to clamp manually.Still design the cutter sepatately according to the task book in addition—One milling cutter is with measuring,finish drawing amount nearlu 5 altogether,finish the task that a teacher assigns basically. Key word:The rear axle of automobile;the crafu analuses;designs the task
基于ANSYS的汽车驱动桥壳的有限元分 析 武汉理工…-icad 有限元法是一种在工程分析中常用的解决复杂问题的近似数值分析方法,以其在机械结构强度和刚度分析方面具有较高的计算精度而得到普遍应用,特别是在材料应力、应变的线性范围更是如此。在汽车设计领域,无论是车身、车架的计算仿真,还是发动机的曲轴以及传动系统的计算均 使用到该方法。 有限元分析最基本的研究方法就是“结构离散→单元分析→整体求解”的过程。经过近50年的发展,有限元法的理论日趋完善,已经开发出了一批通用和专用的有限元软件。ANSYS是当前国际上流行的有限元分析软件,广泛地应用于各行各业,是一种通用程序,可以用它进行所有行业的几乎任何类型的有限元分析,如汽车、宇航、铁路、机械和电子等行业。ANSYS软件将实体建模、系统组装、有限元前后处理、有限元求解和系统动态分析等集成一体,最大限度地满足工程设计分析的需要。通过结合ANSYS软件,能高效准确地建立分析构件的三维实体模型,自动生成有限元网格,建立相应的约束及载荷工况,并自动进行有限元求解,对模态分析计算结果进行图形显示和结果输出,对结构的动态特性作出评价。它包括结构分析、模态分析、磁场分析、热分析和多物理场分析等众多功能模块。 汽车驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一,其作用主要有:支撑并保护主减速器、差速器和半轴等,使左右驱动车轮的轴向相对位置固定;同从动桥一起支撑车架及其上的各总成质量;汽车行驶时,承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架等。驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小,并便于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和质量比较大,制造较困难,故其结构型式应在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造。驱动桥壳分为整体式桥壳,分段式桥壳和组合式桥壳三类。整体式桥壳具有较大的强度和刚度,且便于主减速器的装配、调整和维修,因此普遍应用于各类汽车上。但是由于其形状复杂,因此应力计算比较困难。根据汽车设计理论,驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值,然后考虑一个安全系数来确定工作应力,这种设计方法有很多局限性。因此近年来,许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析。本文中所研究的对象是在某型号货车上使用的整体式桥壳。 一、驱动桥壳强度分析计算 可将桥壳视为一空心横梁,两端经轮毂轴承支撑于车轮上,在钢板弹簧座处桥壳承受汽车的簧上载荷,而沿左右轮胎中心线,地面给轮胎以反力(双胎时则沿双胎中心),桥壳承受此力与车轮重 力之差,受力如图1所示。
车身焊接工艺 一、车身装焊工艺的特点 汽车车身壳体是一个复杂的结构件,它是由百余种、甚至数百种薄板冲压件经焊接、铆接、机械联结及粘接等方法联结而成的。由于车身冲压件的材料大都是具有良好焊接性能的低碳钢,所以焊接是现代车身制造中应用最广泛的联结方式。表1列举了车身制造中常用的焊接方法: 几乎全部采用电阻焊。除此之外就是二氧化碳碳气体保护焊,它主要用于车身骨
架和车身总成的焊接中。 由于车身零件大都是薄壁板件或薄壁杆件,其刚性很差,所以在装焊过程中必须使用多点定位夹紧的专用装焊夹具,以保证各零件或合件在焊接处的贴合和相互位置,特别是门窗等孔洞的尺寸等。这也是车身装焊工艺的特点之一。 为便于制造,车身设计时,通常将车身划分为若干个分总成,各分总成. 又划分为若干个合件,合件由若干个零件组成。车身装焊的顺序则是上述过程的逆过程,即先将最后将分总若干个零件装焊成合件,再将若干个合件和零件装焊成分总成, 1成和合件、零件装焊成车身总成。轿车白车身装焊大致的程序图为如图所示:前底板分总成 前内挡泥板总成 前轮胎挡泥板总成前端分总成 前围板总成 散热器罩总成底板分总成 中底板分总成 后底板分总成 门框总成 后轮胎挡泥板总成 后翼子板总成侧围分总成 车身总成 顶盖侧流水槽 门锁加强板 前风挡下盖板总成 后围上盖板总成 后围下盖板总成 仪表板总成 白车身 顶盖总成 发动机盖总成 前翼子板总成 行李箱盖总成 车门总成 图1 轿车白车身装焊程序图 二、电阻焊 1.电阻焊及其特点 将置于两电极之间的工件加压,并在焊接处通以电流,利用电流通过工件本身产的的热量来加热而形成局部熔化,断电冷却时,在压力继续作用下而形成牢固接头。这种工艺过程称为电阻焊。电阻焊的种类很多,按接头形式可分为搭接电阻焊和对接电阻焊两种。结合工艺方法,搭接电阻焊又可分为点焊、缝焊和凸焊三种,对接电阻焊一般有电阻对焊和闪光对焊两种。 特点: (1)利用电流通过工件焊接处的电阻而产生的热量对工件加热。即热量不是来源于工件之外,而是内部热源。 (2)整个焊接过程都是在压力作用校完成的,即必须施加压力。
摘要 汽车后桥壳是汽车的重要组成部分,它与主减速器、差速器和车轮传动装置组成驱动桥。驱动桥处于动力传动系的末端,其机动功能是增大由传动轴或变速器传来的转矩,并将动力合理的分配给左、右驱动轮,另外驱动桥桥壳是汽车上重要的承载件和传力件。驱动桥的桥壳不仅支承汽车重量,将载荷传递给车轮,而且还承受由驱动车轮传递过来的牵引力、制动力、侧向力、垂向力的反力以及反力矩,并经悬架传给车架或车身。在汽车行驶过程中,由于道路条件的千变万化,桥壳受到车轮与地面间产生的冲击载荷的影响,可能引起桥壳变形或折断。因此,驱动桥壳应具有足够的强度、刚度和良好的动态特性,合理地设计制造驱动桥壳是提高汽车行驶稳定性的重要措施,汽车后桥壳广泛应用于各种车辆当中。 所设计的后桥壳夹具可广泛应用于卡车的后桥壳加工中,后桥壳起保护和支撑的作用,其主要加工表面为端面外圆、法兰平面、弹簧座平面、以及内孔等。 本次设计的内容主要包括机械加工工艺规程、夹具的设计。结合本次设计零件的特点,在设计中完成工艺规程一套,夹具一套。铣床夹具,采用手动夹紧。通过对汽车后桥壳夹具的学习和设计,可以更好的学习并掌握现代夹具设计与机械设计的全面知识和技能。 关键词:汽车后桥;工艺规程;夹具 、
Abstract ! Automobile rear bridge is an important part of the car, with the main reducer, differential and integral drive axle wheel transmission device. Drive bridge at the end of power transmission lines, the motor function is increased by transmission or gearbox transmission of torque, and power distribution to the left and right driving wheel, and the automobile drive axle housing is the important load bearing and power transmission. Drive axle housing not only supports the weight of the car, will load to the wheel, and also bear the drive wheels pass over the traction force, braking force, lateral force, vertical force reaction force and torque, and the suspension to the frame or body. In the process of moving vehicle, the myriads of changes due to road conditions, the bridge shell under wheel and the ground produces effect of impact load, may cause the axle casing deformation or breaking. Therefore, drive axle housing should have enough strength, stiffness and good dynamic characteristics, reasonable design and manufacture of drive axle housing is the important measure to improve vehicle stability, auto rear bridge shell is widely used in various vehicles. The design of rear axle housing clamp can be widely used in truck rear axle shell processing, rear axle housing for protection and support role, its main working surface to face circular, flat flange, spring seat, and the inner hole of the plane. This design content mainly includes the process, fixture design. Combined with the design of parts of the characteristics, in the design of a set of complete procedure, a set of clamps. Milling fixture, manually clamping. The automobile rear axle housing clamp study and design, can be a better learning and mastery of modern design and the mechanical design of the comprehensive knowledge and skills. Key words: the rear axle of automobile;the crafu analuses;machine tool fixture (
《汽车制造工艺》课程三级项目 6.5t汽车桥壳的结构设计及制造工艺制定 2016年11月6日
目录 一、汽车桥壳的功能及特征分析 (3) 1.汽车桥壳的主要功能 (3) 2.汽车桥壳的种类及特征 (3) 二、汽车桥壳冲压焊接制造方法简述 (5) 三、汽车桥壳冲压焊接工艺设计 (6) 四、汽车桥壳冲压焊接工艺工序图的绘制 (9) 五、材料利用率计算及成本预测 (10) 1.材料利用率计算 (10) 2.成本预测 (10) 六、汽车桥壳的强度计算及校核 (10) 七、汽车桥壳的结构设计 (13) 八、项目心得体会 (14) 九、参考资料 (15)
一、汽车桥壳的功能及特征分析 1.汽车桥壳的主要功能 1、和从动桥一起承受汽车质量 2、使左、右驱动车轮的轴向相对位置固定 3、汽车行驶时,其作为行驶系的组成部分时功用主要是安装悬架或轮毂,支撑汽车悬架以上各部分重量,承受驱动轮传来的反力和力矩,并在驱动轮与悬架之间传力 2.汽车桥壳的种类及特征 1、铸造式桥壳 整体铸造式桥壳是汽车发展史上最早采用的结构,整体铸造桥壳优缺点都较为明显。整体铸造式桥壳可采用可锻铸铁、球墨铸铁以及铸钢铸造,为进一步提高整体铸造式桥壳的刚度和强度,还可以在整体铸造式桥壳两端压入较长的无缝钢管作为半轴套管,并用销钉固定。整体铸造式桥壳的主要优点在于刚性好、塑性变形小、强度高、易铸成等强度梁,可根据各截面不同的强度要求设计铸造不一样的壁厚。其缺点是弹性及韧变较冲焊桥壳差、铸造质量不易保证,且整体质量大、成本较高,不适合整车进行轻量化及降低成本设计。 2、冲压焊接式 钢板冲压焊接式整体桥壳主要组成部分包括上下对焊的一对桥壳主件、两个突缘、四块三角钢板、两个半轴套管、加强圈、一个后盖以及两个钢板弹簧座,整体沿其间接缝组焊而成。桥壳主件是由钢板冲压而成的上下两半桥壳,具体焊
毕业设计(论文)汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析毕业设计(论文)汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析 JIU JIANG UNIVERSITY 毕业论文 题目汽车驱动桥壳UG建模及有限元分析英文题目 Modeling by UG and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axle Housing 院系机械与材料工程学院 专业车辆工程 姓名 班级 指导教师 摘要 本篇毕业设计(论文)题目是《汽车驱动桥壳建模UG及有限元分析》。作为汽车的主要承载件和传力件,驱动桥壳承受了载货汽车满载时的大部分载荷,而且还承受由驱动车轮传递过来的驱动力、制动力、侧向力等,并经过悬架系统传递给车架和车身。因此,驱动桥壳的研究对于整车性能的控制是很重要的。 本课题以重型货车驱动桥壳为对象,详细论述了从UG软件中的参数化建模,到ANSYS中有限元模型的建立、边界条件的施加等研究。并且通过对桥壳在不同工况下的静力分析和模态分析,直观地得到了驱动桥壳在各对应工况的应力分布及变形情况。从而在保证驱动桥壳强度、刚度与动态性能要求的前提下,为 桥壳设计提出可行的措施和建议。 【关键词】有限元法,UG,ANSYS ,驱动桥壳,静力分析,模态分析
Abstract This graduation project entitled “Modeling and Finite Element Analyzing of Automobile Drive Axle Housing”. As the mainly carrying and passing components of the vehicle, the automobile drive axle housing supports the weight of vehicle, and transfer the weight to the wheel. Through the drive axle housing, the driving force, braking force and lateral force act on the wheel transfer to the suspension system, frame and carriage. The article studies based on heavy truck driver axle ,discusses in detail from the UG software parametric modeling, establish of ANSYS FEM model, and the boundary conditions imposed, etc. And through drive axle housing of the different main conditions of static analysis and modal analysis, it can access the stress distribution and deformation in the corresponding status of drive axle directly. Thus, under the premise of ensuring the strength of drive axle housing, stiffness and dynamic performance requirements, the analysis can raise feasible measures and recommendations in drive axle housing design.Plans to establish thet hree---dimensional model by UG, to make all kinds of emulation analysis by Ansys. 【Key words】 Finite element method,UG,ANSYS,Drive axle housing,Static analysis,Modal analysis 目录 前言 1 第一章绪论 2
汽车车身焊装工艺技术(DOCX 51页)
汽车车身焊装工艺 汽车车身装配主要采用焊接方式,在汽车车身结构设计时就必须考虑零部件的装配工艺性。焊装工艺设计与车身产品设计及冲压工艺设计是互相联系、互相制约的,必须进行综合考虑,它是影响车身制造质量的重要因素。 第一节焊装工艺分析 工艺性好坏的客观评价标准就是在一定的生产条件和规模下,能否保证以最少的原材料和加工劳动量,最经济地获得高质量的产品。影响车身焊装工艺性的主要因素有生产批量、车身产品分块、焊接结构、焊点布置等。 一.生产批量 车身的焊装工艺主要由生产批量的大小确定的。一般来说,批量越小,夹具的数量越少,自动化程度越低,每台夹具上所焊的车身产品件数量越多;反之,批量越大,焊装工位越多,夹具数量越多,自动化程度越高,每台夹具上所焊的车身产品件数量越少。 1.生产节拍的计算 生产节拍是指设备正常运行过程中,单位产品生产所需要的时间。 假设某车年生产纲领是30000辆份 / 年 工作制:双班,250个工作日,每个工作日时间为8小时
设备开工率:85% 则生产节拍的计算为: 2.时序图设计 时序图(TIME CHART)是指一个工位从零部件上料到焊好后合件取料的整个过程中所有动作顺序、时间分配以及相互间互锁关系,这些动作包括上下料(手动或自动),夹具夹紧松开,自动焊枪到位、焊接、退回以及传送装置的运动等。生产线上每个工位的时序图设计总时间以满足生产节拍为依据,同时时序图也是焊装线电气控制设计的技术文件和依据,是机电的交互接口。 如图4-1所示为一张时序图,它的内容包括: (1)设备名称,它是以完成动作的单元来划分。例如移动装置,夹具单元1,焊接,车身零部件名称等。其中车身零件名称表示上料动作,组件名称表示取料动作。 2)相应设备的动作名称,它是以动力源的动作来划分的。例如移动装置是由气缸驱动上下运动和电机驱动工位间前后运动组成,它的动作名称分别为上升,下降,前进,后退;再例如夹具是由夹紧气缸驱动夹紧,它的动作名称分为夹紧,打开等。 (3)各动作顺序及时间分配,动作时间表分配是以坐标网格的形式标记,每格单位为5秒,一个循环总时间为生产节拍,各动作之间的前后顺序关系图用箭头线标识。一般气缸
汽车制造中的焊接工艺 汽车制造四大工艺中,焊装尤其重要,而在焊装的前期规划中,车身焊接夹具的设计又是关键环节。工装夹具的设计是一门经验性很强的综合性技术,在设计时首先应考虑的是生产纲领,同时还必须熟悉产品结构,了解钣金件变形特点,把握零部件装配精度及容差分配,通晓工艺要求。只有做到这些,才能对焊接夹具进行全方位的设计,满足生产制造要求。汽车焊接生产线也是是汽车制造中的关键,焊接生产线中的各种工装夹具又是焊装线的重中之重,焊接夹具的设计则是前提和基础。设计工装夹具时,不仅要考虑生产纲领,还必须要熟悉产品结构,了解钣金件变形特点,通晓工艺要求等诸多内容。 生产纲领即合格产品的年产量,它决定了焊接夹具的自动化水平及焊接工位的配置,是通过生产节拍体现的,是焊接夹具设计首先应考虑的问题。生产节拍由夹具动作时间、装配时间、焊接时间、搬运时间等组成。夹具动作时间主要取决于夹具的自动化程度;装配时间主要取决于冲压件精度、工序件精度、操作者的熟练程度;焊接时间主要取决于焊接工艺水平、焊接设备的自动化程度、焊钳选型的合理化程度等;搬运时间主要取决于搬运的自动化程度、物流的合理化程度及生产现场管理水平等。只要把握以上几点,就能合理地解决焊接夹具的自动化水平与制造成本的矛盾。 汽车车身的结构特点与焊接的关系 汽车车身一般由外覆盖件、内覆盖件和骨架件组成,覆盖件的钢板厚度一般为0.8~1.2mm,有的车型外覆盖件钣金厚度仅有0.6mm、0.7mm,骨架件的钢板厚度多为1.2~2.5mm,也就是说它们大都为薄板件。对焊接夹具设计来说,应考虑如下特点: 1. 刚性差、易变形 经过成型的薄板冲压件有一定的刚性,但与机械加工件相比,刚性要差得多,而且单个大型冲压件容易变形,只有焊接成车身壳体后,才具有较强的刚性。以轿车车身大侧围外板为例,一
优秀设计 引言 毕业设计是学生的最后一个教学环节,我这次毕业设计的题目是某汽车后桥减速器壳工艺规程设计及其夹具设计。 汽车在正常行驶时,发动机的转速很高,只靠变速箱来降低,会使变速箱的尺寸增大。同时,转速下降,扭矩必然增加,也就加大了变速箱与变速箱后一级传动机构的传动负荷。因此,在动力向左右驱动轮分流的差速器之前需要设置一个主减速器。而主减速器壳是汽车后桥主减速器的一部分。主减速器壳体加工精度的高低直接影响着差速器壳及主、被动齿轮的配合精度,因而其加工工艺直接影响车桥和整车质量。 我此次毕业设计的任务是对汽车后桥减速器壳进行工艺分析并且设计其夹具。经过查阅相关资料,并且结合所学的机械知识,对该零件进行工艺分析,确定出合理的加工工艺方案,并选择切削用量及其工艺装备。了解零件的结构特点及技术要求,查阅相关书籍,例如夹具方面的教材及图册,经过反复的研究、设计、比较、试验,最终设计出一套合理的夹具,即车法兰止口的夹具。 最后在老师和同学的帮助下,经过不断地修改、检查,最终完成了汽车后桥减速器壳工艺规程及其夹具设计。 本次毕业设计使我在机械方面受益匪浅。特别是刘老师在工作中对我的耐心辅导,他对学生强烈的责任感和严谨的治学态度,无不给我以深刻的影响。 由于类似的大型课题很少接触,经验能力方面的欠缺,错误之处一定存在,恳请各位老师给予批评指正,以便今后的工作尽善尽美。
目录 目录 (2) 第1章零件的分析 (4) 1.1减速器壳在汽车上的位置及功用 (4) 1.2减速器壳的结构特点及技术要求 (4) 1.2.1结构特点 (4) 1.2.2技术要求分析 (5) 第2章工艺规程的设计 (7) 2.1生产类型的确定 (7) 2.1.1生产纲领的确定 (7) 2.1.2零件年产量的确定 (7) 2.1.3生产类型的确定 (7) 2.1.4生产类型对应的工艺特征 (7) 2.2毛坯的选择 (8) 2.2.1铸件的精度等级选择: (8) 2.2.2毛坯余量及偏差的选择 (8) 2.3各加工表面的加工方法的选择 (10) 2.3.1加工方法的确定 (10) 2.3.2加工阶段的划分 (12) 2.4制定加工工艺路线 (13) 2.5工艺方案的分析 (17) 2.6确定各工序的加工余量、工序尺寸、切削用量及工时定额 (18) 2.6.1确定各工序的加工余量 (18) 2.6.2确定各工序的工序尺寸 (19) 2.6.3确定各工序的切削用量 (20) 2.6.4确定各工序的工时定额 (26) 2.7确定各工序的工艺装备和机床的选择 (43) 2.7.1刀具的选择 (43) 2.7.2量具的选择: (44) 2.7.3夹具的选择 (45) 2.7.4机床设备的选择: (46) 2.8选择定位基准的原则 (46) 2.8.1粗基准的选择 (46) 2.8.2精基准的选择 (47) 2.9合理夹紧方法的确定 (48) 2.9.1夹紧力的方向 (48) 2.9.2夹紧力的作用点 (48) 第3章夹具的设计 (50)
《汽车制造工艺》课程三级项目6.5t汽车桥壳的结构设计及制造工艺制定 2016年11月6日
目录 一、汽车桥壳的功能及特征分析 (3) 1.汽车桥壳的主要功能 (3) 2.汽车桥壳的种类及特征 (3) 二、汽车桥壳冲压焊接制造方法简述 (5) 三、汽车桥壳冲压焊接工艺设计 (6) 四、汽车桥壳冲压焊接工艺工序图的绘制 (9) 五、材料利用率计算及成本预测 (10) 1.材料利用率计算 (10) 2.成本预测 (10) 六、汽车桥壳的强度计算及校核 (11) 七、汽车桥壳的结构设计 (14) 八、项目心得体会 (14) 九、参考资料 (15)
一、汽车桥壳的功能及特征分析 1.汽车桥壳的主要功能 1、和从动桥一起承受汽车质量 2、使左、右驱动车轮的轴向相对位置固定 3、汽车行驶时,其作为行驶系的组成部分时功用主要是安装悬架或轮毂,支撑汽车悬架以上各部分重量,承受驱动轮传来的反力和力矩,并在驱动轮与悬架之间传力 2.汽车桥壳的种类及特征 1、铸造式桥壳 整体铸造式桥壳是汽车发展史上最早采用的结构,整体铸造桥壳优缺点都较为明显。整体铸造式桥壳可采用可锻铸铁、球墨铸铁以及铸钢铸造,为进一步提高整体铸造式桥壳的刚度和强度,还可以在整体铸造式桥壳两端压入较长的无缝钢管作为半轴套管,并用销钉固定。整体铸造式桥壳的主要优点在于刚性好、塑性变形小、强度高、易铸成等强度梁,可根据各截面不同的强度要求设计铸造不一样的壁厚。其缺点是弹性及韧变较冲焊桥壳差、铸造质量不易保证,且整体质量大、成本较高,不适合整车进行轻量化及降低成本设计。 2、冲压焊接式 钢板冲压焊接式整体桥壳主要组成部分包括上下对焊的一对桥壳主件、两个突缘、四块三角钢板、两个半轴套管、加强圈、一个后盖以及两个钢板弹簧座,
基于ANSYS的汽车驱动桥壳的有限元分析 有限元法是一种在工程分析中常用的解决复杂问题的近似数值分析方法,以其在机械结构强度和刚度分析方面具有较高的计算精度而得到普遍应用,特别是在材料应力、应变的线性范围更是如此。在汽车设计领域,无论是车身、车架的计算仿真,还是发动机的曲轴以及传动系统的计算均使用到该方法。 有限元分析最基本的研究方法就是“结构离散→单元分析→整体求解”的过程。经过近50年的发展,有限元法的理论日趋完善,已经开发出了一批通用和专用的有限元软件。ANSYS是当前国际上流行的有限元分析软件,广泛地应用于各行各业,是一种通用程序,可以用它进行所有行业的几乎任何类型的有限元分析,如汽车、宇航、铁路、机械和电子等行业。ANSYS软件将实体建模、系统组装、有限元前后处理、有限元求解和系统动态分析等集成一体,最大限度地满足工程设计分析的需要。通过结合ANSYS软件,能高效准确地建立分析构件的三维实体模型,自动生成有限元网格,建立相应的约束及载荷工况,并自动进行有限元求解,对模态分析计算结果进行图形显示和结果输出,对结构的动态特性作出评价。它包括结构分析、模态分析、磁场分析、热分析和多物理场分析等众多功能模块。 汽车驱动桥壳是汽车上的主要承载构件之一,其作用主要有:支撑并保护主减速器、差速器和半轴等,使左右驱动车轮的轴向相对位置固定;同从动桥一起支撑车架及其上的各总成质量;汽车行驶时,承受由车轮传来的路面反作用力和力矩并经悬架传给车架等。驱动桥壳应有足够的强度和刚度且质量小,并便于主减速器的拆装和调整。由于桥壳的尺寸和质量比较大,制造较困难,故其结构型式应在满足使用要求的前提下应尽可能便于制造。驱动桥壳分为整体式桥壳,分段式桥壳和组合式桥壳三类。整体式桥壳具有较大的强度和刚度,且便于主减速器的装配、调整和维修,因此普遍应用于各类汽车上。但是由于其形状复杂,因此应力计算比较困难。根据汽车设计理论,驱动桥壳的常规设计方法是将桥壳看成一个简支梁并校核几种典型计算工况下某些特定断面的最大应力值,然后考虑一个安全系数来确定工作应力,这种设计方法有很多局限性。因此近年来,许多研究人员利用有限元方法对驱动桥壳进行了计算和分析。本文中所研究的对象是在某型号货车上使用的整体式桥壳。 一、驱动桥壳强度分析计算 可将桥壳视为一空心横梁,两端经轮毂轴承支撑于车轮上,在钢板弹簧座处桥壳承受汽车的簧上载荷,而沿左右轮胎中心线,地面给轮胎以反力(双胎时则沿双胎中心),桥壳承受此力与车轮重力之差,受力如图1所示。
汽车制造过程 1. 铸造铸造是将熔化的金属浇灌入铸型空腔中,冷却凝固后而获得产品的生产方法。在汽车制造过程中,采用铸铁制成毛坯的零件很多,约占全车重量10%左右,如气缸体、变速器箱体、转向器壳体、后桥壳体、制动鼓、各种支架等。制造铸铁件通常采用砂型。砂型的原料以砂子为主,并与粘结剂、水等混合而成。砂型材料必须具有一定的粘合强度,以便被塑成所需的形状并能抵御高温铁水的冲刷而不会崩塌。为了在砂型内塑成与铸件形状相符的空腔,必须先用木材制成模型,称为木模。炽热的铁水冷却后体积会缩小,因此,木模的尺寸需要在铸件原尺寸的基础上按收缩率加大,需要切削加工的表面相应加厚。空心的铸件需要制成砂芯子和相应的芯子木模(芯盒)。有了木模,就可以翻制空腔砂型(铸造也称为“翻砂”)。在制造砂型时,要考虑上下砂箱怎样分开才能把木模取出,还要考虑铁水从什么地方流入,怎样灌满空腔以便得到优质的铸件。砂型制成后,就可以浇注,也就是将铁水灌入砂型的空腔中。浇注时,铁水温度在1250—1350度,熔炼时温度更高。 2.锻造在汽车制造过程中,广泛地采用锻造的加工方法。锻造分为自由锻造和模型锻造。自由锻造是将金属坯料放在铁砧上承受冲击或压力而成形的加工方法(坊间称“打铁”)。汽车的齿轮和轴等的毛坯就是用自由锻造的方法加工。模型锻造是将金属坯料放在锻模的模膛内,承受冲击或压力而成形的加工方法。模型锻造有点像面团在模子内被压成饼干形状的过程。与自由锻相比,模锻所制造的工件形状更复杂,尺寸更精确。汽车的模锻件的典型例子是:发动机连杆和曲轴、汽车前轴、转向节等。 3.冷冲压冷冲压或板料冲压是使金属板料在冲模中承受压力而被切离或成形的加工方法。日常生活用品,女口铝锅、饭盒、脸盆等就是采用冷冲压的加工方法制成。例如制造饭盒,首先需要切出长方形并带有4个圆角的坯料(行家称为“落料”),然后用凸模将这块坯料压入凹模而成形(行家称为“拉深”)。在拉深工序,平面的板料变为盒状,其4边向上垂直弯曲,4个拐角的材料产生堆聚并可看到皱褶。采用冷冲压加工的汽车零件有:发动机油底壳,制动器底板,汽车车架以及大多数车身零件。这些零件一般都经过落料、冲孔、拉深、弯曲、翻边、修整等工序而成形。为了制造冷冲压零件,必须制备冲模。冲模通常分为2块,其中一块安装在压床上方并可上下滑动,另一块安装在压床下方并固定不动。生产时,坯料放在2块冲模之间,当上下模合拢时,冲压工序就完成了。冲压加工的生产率很高,并可制造形状复杂而且精度较高的零件o 4。焊接焊接是将两片金属局部加热或同时加热、加压而接合在一起的加工方法。我们常见工人一手拿着面罩,另一手拿着与电线相连的焊钳和焊条的焊接方法称为手工电弧焊,这是利用电弧放电产生的高温熔化焊条和焊件,使之接合。手工电弧焊在汽车制造中应用得不多。在汽车车身制造中应用最广的是点焊。点焊适于焊接薄钢板,操作时,2个电极向2块钢板加压力使之贴合并同时使贴合点(直径为5—6甽的圆形)通电流加热熔化从而牢固接合。2块车身零件焊接时,其边缘每隔50—100甽焊接一个点,使2零件形成不连续的多点连接。焊好整个轿车车身,通常需要上千个焊点。焊点的强度要求很高,每个焊点可承受5kN的拉力,甚至将钢板撕裂,仍不能将焊点部位分离。在修理车间常见的气焊,是用乙炔燃烧并用氧气助燃而产生高温火焰,使焊条和焊件熔化并接合的方法。还可以采用这种高温火焰将金属割开,称为气割。气焊和气割应用较灵活,但气焊的热影响区较大,使焊件产生变形和金相组织变化,性能下降。因此,气焊在汽车制造中应用极少。