第2章 汽车零件的机械加工质量,汽车由成千上万个零件组成，零件的质量决定着汽车的质量。 汽车零件的机械加工质量影响着汽车零件的使用寿命、工作性能和可靠性，保证汽车零件的机械加工质量是保证汽车整车质量及其重要的环节。 制定工艺规程的前提条件是必须保证产品质量，所以了解保证机械加工质量的基本理论是合理制定工艺规程的基本保证。,2.1 汽车零件机械加工质量的基本知识,零件的机械加工质量包括两个方面： 1. 加工精度 2.表面质量。,1.加工精度与加工误差,加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状及各表面间的相互位置等参数）与理想几何参数的符合程度。 根据几何参数的不同，加工精度可以划分为尺寸精度、形状精度和位置精度三类: 尺寸精度，尺寸精度指零件的直径、长度、宽度和表面距离等尺寸的实际值和理想值的符合程度。 形状精度，形状精度指零件表面或线的实际形状与理想形状的符合程度。例如直线度、平面度、圆柱度、圆度、轮廓线度和面轮廓度等。 位置精度，位置精度指零件表面或线的实际位置和理想位置的符合程度。例如平面度、垂直度、同轴度、对称度、位置度等。,2.1 汽车零件机械加工质量的基本知识,每一种零件都有相对应的加工精度要求，也就是允许存在一定的加工误差的，只要零件的加工误差在产品加工误差规定的范围之内，就认为零件是满足精度要求的合格的产品。 与加工精度相对应的，还有另一个概念，那就是加工误差。零件加工后的实际几何参数与理想几何参数之间的偏离程度被称为加工误差。加工精度与加工误差都是评价加工表面几何参数的专业术语，加工精度用公差等级衡量，等级值越小，其精度越高；加工误差用数值表示，数值越大，其误差越大。加工精度高，就表明加工误差小，反之亦然。,2.1 汽车零件机械加工质量的基本知识,2表面质量 经过机械加工后的零件表面，总存在一定的微观几何形状的偏差，表面层的物理力学性能也发生变化。机械加工后零件的表面质量是指机械加工后零件表面层的状况，它包括: 1）加工表面的微观几何形状特征 2）表面层的物理机械性能变化特征两个方面。,2.1 汽车零件机械加工质量的基本知识,加工后的表面几何形状，总是以峰、谷交替的形式偏离理想的表面。这是由于在机械加工过程中，刀痕、切屑过程中的切削分离时的塑性变形，工艺系统的某些振动，刀具与被加工表面的摩擦等造成的。根据偏离的误差又有宏观和微观之分。 （工艺装备是指产品制造时所使用的刀具、夹具、量检具、辅具、模具等各种工具的总称。工艺系统由机床、夹具、刀具、工件按一定的结构形成组合而成),（1）表面的微观几何形状,2.1 汽车零件机械加工质量的基本知识,加工表面的微观几何形状特征是通过加工表面的表面粗糙度、波度、加工表面的纹理方向和缺陷四个方面来共同衡量的。 表面粗糙度 波度 加工表面的纹理方向 缺陷,2.1 汽车零件机械加工质量的基本知识,如图所示。表面粗糙度是波距L小于1mm的表面微小波纹；表面波度是指波距L在120mm之间的表面波纹。通常情况下，当 L/H（波距/波高）50时为表面粗糙度，L/H=501000时为表面波度，二者都属于表面质量。波距大于10mm时，属于形状误差（宏观几何形状误差），是加工精度的指标。, 表面粗糙度 表面粗糙度主要是由刀具的形状以及切削过程中塑性变形和振动等因素引起的，在理想切削条件下，由于切削刃的形状和进给量的影响，在加工表面上遗留下来的切削层残留面积就形成了理论表面粗糙度。,表面波度 表面波度主要是由加工过程中工艺系统的低频振动引起的周期性形状误差。 纹理方向 纹理方向是指切削刀痕的方向，它取决于所采用的加工方法。 缺陷 缺陷是在表面个别位置上随机出现的，包括沙眼、夹杂、气孔、裂痕等。,（2）表面层的物理机械性能变化,1）表面层的冷作硬化。 零件在机械加工过程中，表面层金属产生强烈的塑性变形，使表面层的硬度和强度都有提高，这种现象称为冷作硬化。 2）表面层的残余应力。 零件在机械加工过程中，受切削冷塑性变形和切削热塑性变形的影响，使加工表层会产生残余应力。若残余应力超过了材料的极限强度，就会产生裂纹，微观裂纹会给零件带来严重的隐患。 3）表面层金相组织变化。 零件在机械加工过程中，尤其是磨削时产生的高温，会引起零件表层金属发生相变，常被称为磨削烧伤，它会大大降低零件表面层的物理机械性能。,2.2 保证零件机械加工精度的工艺方法 1 汽车零件对加工精度的要求,由于汽车行驶中受路况变化的影响，工作状况也处于随机变化中。有时工作环境非常恶劣，再加上汽车上许多零部件是在高速、高温、高压和化学腐蚀的状态下进行工作的，这就决定了对有关零件要有许多特殊的要求。 如，要求发动机中活塞、排气门、阀座等零件要能耐高温、耐化学腐蚀，同时热膨胀小，导热性好而且耐磨；对曲轴连杆机构要求高速旋转的平稳性，并能承受交变载荷且具有足够的刚度。 如，高速旋转中的各摩擦副要有良好的配合，足够的润滑；对易产生噪声的零件，如变速箱齿轮等出了要求有足够的强度和刚度外，要有很高的接触精度以防止噪声。 由于零件在汽车中的作用和工作状态的不同，对他们的要求也不同。这在汽车产品图纸中都有详细的说明。但汽车的整车性能、寿命、安全性和可靠性等，在很大程度上取决于零件的加工精度、表面质量和装配质量是否达到了产品图所规定的要求（一般为IT9IT6）。,对加工精度较高的零件，在机械加工中要考虑以下几个方面的问题：,1）加工中的形状误差应小于位置误差，位置误差应小于尺寸误差。 一定的尺寸精度必须有相应的几何形状和位置精度；一定的位置精度必须有相应的几何形状精度。对于一般机械加工，几何形状误差约占尺寸误差的1/3左右。例如过大的圆度误差就很难得到准确的直径尺寸；有如两个平面本身的平面误差很大，就很难获得它们之间的平行度或垂直度。即使在未标注形位公差时，也应控制形位公差在尺寸公差之内。,2）整批工件的加工误差应遵从相应的理论分布规律，尤其希望接近正态分布。 也就是要求加工工序稳定而不含或少含变值系统性误差，并有足够的工序能力，即要求尺寸分散范围6值小于公差值（为均方差）。这是为了在整批工件合格的前提下，用互换法装配时，能获得良好的装配效果。用分组装配法装配时，保证装配中零件都能配套。例如，轴与孔配合，就不希望出现极大值孔与极小值轴或相反的配合，尽管其尺寸都在公差带内。而希望大量出现平均值附近的轴与孔的配合，以便大量获得理想的间隙或过盈。若轴与孔的尺寸均为正态分布，即可达到这个目的。分组装配时，为使对应组的零件数大致相等就必须要求轴与孔的尺寸遵从同一分布规律。,在汽车零件的装卸加工中，常采用工序集中的高效组合机床或自动线加工，不可避免地由于要用同一基准定位而出现定位基准与设计基准不重合的工序尺寸。表面看这类工序尺寸不是零件图所标注的尺寸。实际上，它们将与其他工序一起通过尺寸链转换来共同保证设计尺寸。参照各工序所能达到的经济加工精度，合理确定这类工序尺寸的公差，才能间接保证设计尺寸的要求。,3）对一定加工方法的经济加工精度要保守一级来要求 也就是按零件精度和粗糙度要求来确定加工方法时，要比有关表格推荐的经济加工公差保守一个公差等级。例如对公差等级为IT7的表面加工，要按IT6来确定加工方法，或者说，用能达到IT6的加工方法来加工IT7的表面。对粗糙度的获得方法也可这样考虑。 这是因为汽车零件的制造多采用调整法加工，即在一次对刀后，按规定的单件时间加工一批工件。工件的加工精度只能由工艺系统自身的运行而获得，由于单件时间的限制，不可能靠工人慢工细做的技艺来达到加工精度，也不应靠全数检查来挑选合格品。,在汽车零件的装卸加工中，常采用工序集中的高效组合机床或自动线加工，不可避免地由于要用同一基准定位而出现定位基准与设计基准不重合的工序尺寸。表面看这类工序尺寸不是零件图所标注的尺寸。实际上，它们将与其他工序一起通过尺寸链转换来共同保证设计尺寸。参照各工序所能达到的经济加工精度，合理确定这类工序尺寸的公差，才能间接保证设计尺寸的要求。,表面质量对汽车零件性能的影响,机器零件的破坏，一般是从表面层开始的，这说明零件的表面质量至关重要。零件表面质量虽然只反映表面的几何特征和表面层特征，但它对零件的耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀性、配合性质等使用性能都有不同程度的影响。 （1）表面质量对工件耐磨性的影响 （2）表面质量对零件疲劳强度的影响 （3）表面质量对零件耐腐蚀性的影响 （4）表面质量对零件配合性质的影响,（1）表面质量对工件耐磨性的影响 机器上相配合的零件相对运动时要产生摩擦。摩擦一方面消耗能量(如汽车发动机在满负荷下工作时，大约有20%的功率消耗在摩擦上)，另一方面会引起零件的磨损。汽车很大一部分零件工作时都在作相对运动，为保证汽车的使用寿命，零件要具有一定程度的耐磨性。零件的耐磨性与润滑、摩擦副的材料及热处理等有关，但在上述条件确定的情况下，起主导作用的就是表面质量。 加工后的表面是粗糙不平的，两配合表面只是在凸峰顶部接触，实际接触面积比名义接触面积小得多。 如果表面粗糙度值小，则零件间接触面积增加，压强小，可减小磨损的速度，可提高零件的耐磨性，从而延长零件的使用寿命。但对耐磨性来说，也并不是表面粗糙度值越小越好，在一定摩擦条件(摩擦因数、摩擦速度及压力、润滑性质等)下，零件表面有一个最合适的表面粗糙度值(一般由试验确定)。表面粗糙度值太小，由于表面间接触紧密，不易形成润滑油膜，而且两表面分子间的亲和力增加，反而使磨损剧烈增加。,表面质量对汽车零件性能的影响,表面加工纹理方向对磨损也有影响，它随摩擦形式、摩擦条件和表面粗糙度的不同而不同，为了提高耐磨性，必须使摩擦副表面具有符合摩擦条件的加工纹理方向。因此，对于机器零件的主要表面，除规定表面粗糙度参数值外，还应规定最后工序的加工方法及加工纹理方向。,表面质量对汽车零件性能的影响,零件表面层的强化程度和强化深度也对耐磨性有影响。表面层显微硬度的提高，增强了表面层的接触刚度，减少了摩擦表面发生塑性变形及咬合的现象。但硬度也不能过高，否则会降低金属组织的稳定性，使金属表面变脆。在摩擦过程中，有较小的颗粒脱落就会使磨损增大。,表面质量对汽车零件性能的影响,（2）表面质量对零件疲劳强度的影响 零件在长期承受交变载荷的工作条件下，其疲劳强度除了与零件材料的物理力学性能有关外，与表面质量的关系也很大。在循环交变载荷下工作的零件，当表面上有微观不平度时便形成应力集中。应力集中主要发生在不平度的谷底上，谷底越深，谷尖半径越小，则应力集中越严重。在谷底出现的应力数值可能超过金属的疲劳极限，促使裂纹逐渐扩展。当裂纹扩展到一定程度，在偶然的超载冲击下，零件就会遭受破坏。因此，承受循环载荷的零件表面粗糙度值大时，就容易发生疲劳破坏。相反，减小表面粗糙度值将有助于提高疲劳强度。,表面质量对汽车零件性能的影响,（3）表面质量对零件耐腐蚀性的影响 腐蚀性介质凝聚在金属表面，会对金属表层产生腐蚀作用。例如燃料在发动机中燃烧后的废气中含有酸性物质，它凝结在气缸壁上，使气缸壁发生腐蚀，加速了气缸的磨损。机械加工后表面产生凹谷或显微裂纹，腐蚀性物质就会积聚在凹谷和裂纹处，逐渐渗透到金属内部，使金属断裂而剥落下来，然后形成新的凹凸表面。以后腐蚀作用再由新的凹谷向内扩展，如此重复继续下去。腐蚀的程度和速度与零件表面粗糙度有很大关系，表面粗糙度值越大，凹谷越深，则越容易发生腐蚀。 在零件表面层造成压缩残余应力和一定程度的强化，将有助于提高零件的耐腐蚀性。有些零件按其在机器中的作用，并不要求小的表面粗糙度值，但由于工作环境的原因，要求它有较高的耐腐蚀能力，此时，零件的表面必须经过抛光等精整、光整加工。,表面质量对汽车零件性能的影响,（4）表面质量对零件配合性质的影响 在间隙配合中，如果零件的配合表面很粗糙，则在工作过程中将会很快磨损，使配合间隙增大，从而改变了所要求的间隙配合性质。在过盈配合中，如果零件的配合表面很粗糙，则在配合时，表面的凸峰被压平，使有效过盈量减少，从而降低了过盈配合的