汽車上那麼多零部件,到底怎麼造出來的?

2020-12-11 騰訊網

大家看汽車上的各種零部件,形狀是千姿百態、千差萬別,每一個零件形狀都是獨特的,幾乎沒有完全一樣的。在材質上也有很多種,有鐵的、銅的、鋁的,還有各種非金屬材料的,比如橡膠、塑料、陶瓷、其它複合材料等等。很多人就感到非常奇怪:究竟是什麼樣的工藝方法,使得一塊塊金屬、塑料等變成形狀各異的零部件的?

其實這涉及到一個非常複雜的學科:汽車製造工藝學。這些零部件就是汽車製造工藝中的一部分,稱為汽車零部件製造工藝。從原材料變成零部件的第一步是製成零件毛坯,常用的汽車零件毛坯種類有鑄件、鍛壓件、衝壓件、焊接件及粉末冶金件等,所以汽車零部件的加工工藝就有鑄造、鍛壓、衝壓、焊接、粉末冶金、塑料成型等。以下分別介紹。

1、鑄造:鑄造是將熔化的金屬液體澆灌入鑄型空腔中,待其凝固、冷卻後,獲得一定形狀的零件或零件毛坯的成形方法。通過鑄造成形方法獲得的毛坯或零件稱為鑄件。按鑄造工藝分類大致可分為兩類:砂型鑄造(90%)和特種鑄造(壓力鑄造、低壓鑄造、金屬型鑄造、離心鑄造等),可以根據零部件的材料、形狀、性質等合理選擇。

鑄造是汽車製造過程中最常用的毛坯生產方法,在轎車上大約佔全車重量10%左右的零部件都是通過鑄造得到的。對於各種形狀複雜、用其他方法難以成形的零部件以及各種要求耐磨、承壓、減振、價廉的零部件,只能通過鑄造工藝來生產零件毛坯。比如氣缸體、氣缸蓋、活塞、活塞環、氣缸套、進、排氣支管、變速器箱體、轉向器殼體、後橋殼體、制動鼓、各種支架等等。一般鑄造後的零部件都要放置一段時間以消除內應力,稱為時效處理。

汽車用鑄件的主要特點是壁薄、形狀複雜、質量輕、可靠性好、尺寸精度高、批量生產規模大等。並且可以使用多種材料,比如鑄鐵、鑄鋼、鑄鋁、鑄銅等,鑄鐵還可以分為灰鑄鐵、球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵及合金鑄鐵等多種。隨著鑄造技術的不斷發展,鑄件的應用範圍繼續擴大,比如過去採用鍛造技術製作的曲軸、連杆、齒輪等零件,逐漸被鑄件替代。下圖是汽車發動機曲軸的鑄造工藝流程圖。

2、鍛造:鍛造是利用金屬材料的可塑性,藉助外力(加壓設備)和加工模具的作用,使坯料或鑄錠產生局部或全部變形而形成所需要的形狀、尺寸和一定組織性能鍛件的加工方法。按所用工具與模具的安置情況的不同可分為自由鍛、胎模鍛、模鍛等類型;按加工溫度可分為熱鍛,溫鍛、冷鍛、等溫鍛等類型。

鍛造是汽車零件製造工藝中的另一種常用方式。鍛件毛坯經鍛造後可得到連續和均勻的金屬纖維組織,因此鍛件的力學性能較好,常用於受力複雜的重要鋼質零件。鍛壓件是材料塑性變形的結果,因此鍛壓件晶粒較細,沒有鑄件的粗大組織和內部缺陷,所以一些要求強度高、耐衝擊、抗疲勞的重要零件大多採用鍛造毛坯,比如各種齒輪、各種軸類、凸輪軸、連杆、懸架上下支臂、轉向節、轉向節臂等。它的 主要缺點是難於獲得複雜的形狀,特別是一些複雜內腔的零件。

3、衝壓:衝壓工藝是一種先進的金屬加工方法,它建立在金屬塑性變形基礎上,在常溫條件下使金屬板料在衝模中承受壓力而被切離或成形,從而獲得具有一定形狀、尺寸和性能的零件的加工方法。由於板料衝壓的坯料厚度一般小於4mm,通常在常溫下衝壓,故又稱為冷衝壓。衝壓件一般是通過衝裁、拉延、切邊、衝孔、複合衝裁、彎曲、複合屈曲等工序中的若干種,衝壓成指定形狀。

衝壓工藝在汽車工業有著廣泛的應用。汽車車身上的覆蓋件、結構件等全金屬薄殼結構,以及構成汽車車身本體的零件,基本上是採用衝壓工藝生產出來的。它的特點是生產率高、操作簡便、易實現機械化與自動化、質量穩定、不需要後期機械加工、能加工出形狀複雜的零件、衝壓零件的表面質量較好、冷衝壓不改變材料的機械性能等,缺點是不能加工較厚的材料。汽車衝壓所使用的模具是非常有技術含量的,世界上只有少數幾個國家可以生產,中國現在大部分車企都使用進口模具,少數企業使用國產的模具和衝壓設備。

4、焊接:焊接是用或不用填充材料,將兩片金屬局部加熱或同時加熱、加壓而接合在一起的加工方法。它的特點是可以以小拼大、化大為小,製造重型、複雜的機器零部件,並且可以把不同材質和不同形狀尺寸的坯材連接成不可拆卸的整體,使材料的性能得到充分利用。

在汽車裝配過程中,焊接所佔的比例極大。有一道工序稱為焊裝工序,就是把各個衝壓件通過焊接組合成汽車車身,很多零部件也採用焊接的方式組合在一起。在汽車製造生產中,廣泛採用專用自動焊機和弧焊機器人工作站,焊接方法有點焊、釺焊、雷射焊等等。其中的雷射焊接是最為先進的,在某些車型上得到了廣泛的應用,所以這種車型的車身強度相對較高。

5、粉末冶金粉末冶金法是採用成形和燒結等工序將金屬粉末,或金屬與非金屬粉末的混合物,通過固結使其成為具有一定形狀金屬製品的技術。其製品統稱為粉末冶金零件或燒結零件。隨著汽車零部件的高強度化、高精度化及低成本化,粉末冶金零件在汽車上的使用量越來越多,如汽車發動機的氣門座、帶輪、粉末冶金鍊輪、連杆等。

6、非金屬材料的成型工藝:在汽車上還有大量的橡膠、塑料、陶瓷以及其它複合材料等,比如保險槓、車門內襯板、工作檯、密封膠條、油箱等,它們是怎樣製造成型的呢?這就涉及到非金屬材料的成型工藝了。一般來說有注射成型、壓縮成型、壓注成型、擠出成型、中空吹塑、熱成型壓延成型、澆鑄成型、玻璃纖維熱固性塑料的低壓成型、滾塑(旋轉)成型、泡沫塑料成型、快速成型等多種方式。

這樣加工得到的汽車零部件,是不是可以直接裝車使用了呢?其實並不是,這樣得到的零部件只能稱作汽車零件毛坯,並不是真正的零件,表面還是非常粗糙的,而且尺寸精度也達不到要求。汽車上有些零部件的尺寸精度甚至以微米計,比如活塞、曲軸、連杆等,此外還要在上面切削、鑽孔、鍃絲等,所以還需要對它進一步加工,以獲得足夠的精度和表面粗糙度。汽車零部件機械加工的方法有車、刨、銑、鑽、鏜、磨等,整個機械加工過程也是非常精密的,可以將零部件加工到需要的尺寸精度。

除機械加工方法之外,還有一些零部件,由於具有高硬度、高強度、高脆性或高熔點等特性,導致零部件非常難以普通的機械加工來完成,比如硬質合金、鈦合金、淬火工具鋼、玻璃、陶瓷等;還有一些零部件有非常複雜的表面形狀,很難進一步用機械加工來精密處理。這種情況下就需要用一些特殊的加工方法來加工,稱為特種加工。常用的方法有電火花加工、電化學加工、超聲波加工、離子束加工、電子束加工、雷射加工等。還有發動機的氣缸內壁用雷射加工後,可以獲得更高的硬度,提高了發動機的使用壽命。

機械加工完成之後,還需要過最後一關,汽車零部件才算真正的製作完成,那就是熱處理。所謂的熱處理是將固態金屬重新加熱、保溫或冷卻而改變其組織結構以滿足使用或加工要求的生產方法,它不改變金屬的化學成分,而是通過改變工件內部的顯微組織,或改變工件表面的化學成分,賦予或改善工件的使用性能。包括退火、正火、淬火、回火四道基本工藝。此外,還有一些零部件需要做表面熱處理、調質熱處理或化學處理,比如在齒輪表面進行滲碳處理,在曲軸表面做滲氮處理,這樣既在零件表面有足夠的硬度,在零件的心部又有足夠的韌性。但是這樣的曲軸是不允許做磨削修理的,否則曲軸會很快斷裂。

以上就是汽車零部件製造的工藝方法,可以看出,汽車零部件的製造,幾乎涉及到了社會的各個行業,特別是工業製造方面,幾乎最先進的方法都是首先應用在汽車上的。所以說,汽車工業是一個國家整體製造業的實力體現,是社會發展到一定程度後才能發展起來的。很多人批評我們國產車質量不好,其實主要是因為中國的工業基礎還不是特別牢固,高精尖的技術還沒有掌握,所以才無法製造出精密的汽車。隨著中國的快速發展 ,越來越多的先進技術被我們掌握,汽車工業的成熟壯大是水到渠成的事。

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