「老侯解車」汽車上那么多形狀各異的零部件,它們都是怎么制造出來的?

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、其它復合材料等等 。 很多人就感到非常奇怪:究竟是什么樣的工藝方法 , 使得一塊塊金屬、塑料等變成形狀各異的零部件的?

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其實這涉及到一個非常復雜的學科:汽車制造工藝學 。 這些零部件就是汽車制造工藝中的一部分 , 稱為汽車零部件制造工藝 。 從原材料變成零部件的第一步是制成零件毛坯 , 常用的汽車零件毛坯種類有鑄件、鍛壓件、沖壓件、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、沖壓、焊接、粉末冶金、塑料成型等 。 以下分別介紹 。

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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、冷卻后 , 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 。

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鑄造是汽車制造過程中最常用的毛坯生產方法 , 在轎車上大約占全車重量10%左右的零部件都是通過鑄造得到的 。 對于各種形狀復雜、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、后橋殼體、制動鼓、各種支架等等 。 一般鑄造后的零部件都要放置一段時間以消除內應力 , 稱為時效處理 。

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汽車用鑄件的主要特點是壁薄、形狀復雜、質量輕、可靠性好、尺寸精度高、批量生產規模大等 。 并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 , 鑄件的應用范圍繼續擴大 , 比如過去采用鍛造技術制作的曲軸、連桿、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 。

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2、鍛造:鍛造是利用金屬材料的可塑性 , 借助外力(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 。

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鍛造是汽車零件制造工藝中的另一種常用方式 。 鍛件毛坯經鍛造后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 , 常用于受力復雜的重要鋼質零件 。 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、耐沖擊、抗疲勞的重要零件大多采用鍛造毛坯 , 比如各種齒輪、各種軸類、凸輪軸、連桿、懸架上下支臂、轉向節、轉向節臂等 。 它的主要缺點是難于獲得復雜的形狀 , 特別是一些復雜內腔的零件 。

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3、沖壓:沖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沖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 。 由于板料沖壓的坯料厚度一般小于4mm , 通常在常溫下沖壓 , 故又稱為冷沖壓 。 沖壓件一般是通過沖裁、拉延、切邊、沖孔、復合沖裁、彎曲、復合屈曲等工序中的若干種 , 沖壓成指定形狀 。

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沖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 , 基本上是采用沖壓工藝生產出來的 。 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、不需要后期機械加工、能加工出形狀復雜的零件、沖壓零件的表面質量較好、冷沖壓不改變材料的機械性能等 , 缺點是不能加工較厚的材料 。 汽車沖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沖壓設備 。

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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 , 制造重型、復雜的機器零部件 , 并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 。

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在汽車裝配過程中 , 焊接所占的比例極大 。 有一道工序稱為焊裝工序 , 就是把各個沖壓件通過焊接組合成汽車車身 , 很多零部件也采用焊接的方式組合在一起 。 在汽車制造生產中 , 廣泛采用專用自動焊機和弧焊機器人工作站 , 焊接方法有點焊、釬焊、激光焊等等 。 其中的激光焊接是最為先進的 , 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 。

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5、粉末冶金粉末冶金法是采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制品的技術 。 其制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、粉末冶金鏈輪、連桿等 。

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6、非金屬材料的成型工藝:在汽車上還有大量的橡膠、塑料、陶瓷以及其它復合材料等 , 比如保險杠、車門內襯板、工作臺、密封膠條、油箱等 , 它們是怎樣制造成型的呢?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 。

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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?其實并不是 , 這樣得到的零部件只能稱作汽車零件毛坯 , 并不是真正的零件 , 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、連桿等 , 此外還要在上面切削、鉆孔、锪絲等 , 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、鉆、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 。

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除機械加工方法之外 , 還有一些零部件 , 由于具有高硬度、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復雜的表面形狀 , 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、激光加工等 。 還有發動機的氣缸內壁用激光加工后 , 可以獲得更高的硬度 , 提高了發動機的使用壽命 。

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機械加工完成之后 , 還需要過最后一關 , 汽車零部件才算真正的制作完成 , 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 。

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以上就是汽車零部件制造的工藝方法 , 可以看出 , 汽車零部件的制造 , 幾乎涉及到了社會的各個行業 , 特別是工業制造方面 , 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制造業的實力體現 , 是社會發展到一定程度后才能發展起來的 。 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 , 所以才無法制造出精密的汽車 。 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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