汽车的制造工艺过程和汽车试验

  在汽车制作的完整过程中，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。

  制造铸铁件一般会用砂型。砂型的原料以砂子为主，并与粘结剂、水等混合而成。砂型材料一定要有一定的粘合强度，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，还应该要考虑铁水从啥地方流入，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。

  在汽车制作的完整过程中，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。

  日常生活用品，如铝锅、饭盒、脸盆等就是采用冷冲压的加工方法制作而成。例如制造饭盒，第一步是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。

  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，常常要上千个焊点。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。还能够使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，使焊件发生变形和金相组织变化，性能直线下降。因此，气焊在汽车制造中应用极少。

  金属切削加工是用刀具将金属毛坯逐层切削；使工件得到所需要的形状、尺寸和表面粗糙度的加工方法。

  金属切削加工包括钳工和机械加工两种方法-，钳工是工人用手工工具进行切削的加工方法，操作灵活方便，在装配和修理中大范围的应用。机械加工是借助于机床来完成切削的，包括：车、刨、铣、钻和磨等方法。

  1)车削：车削是在车床上用车刀加工工件的工艺过程。车床适于切削各种旋转表面，如内、外圆柱或圆锥面，还可以车削端面。汽车的许多轴类零件以及齿轮毛坯都是在车床上加工的。

  2)刨削：刨削是在刨床用刨刀加工工件的工艺过程。刨床适于加工水平面、垂直面、斜面和沟槽等。汽车上的气缸体和气缸盖韵乎面、变速器箱体和盖的配合平面等都是用刨床加工的。

  3)铣削：铣削是在铣床上用铣刀加工工件的工艺过程。铣床可以加工斜面、沟槽，甚至可加工齿轮和曲面等旧铣削广泛地应用于加工各种汽车零件。汽车车身冷冲压的模具都是用铣削加工的。计算机操纵的数控铣床可以加工形状很复杂的工件，是现代化机械加工的主要机床。

  5)磨削：磨削是在磨床上用砂轮加工工件的工艺过程。磨削是一种精加工方法，能够得到高精度和粗糙度的工件，还能够磨削硬度很高的工件。一些经过热处理后的汽车零件，均用磨床进行精加工。

  热处理是将固态的钢重新加热、保温或冷却而改变其组织架构，以满足零件的使用上的要求或工艺要求的方法。加热温度的高低、保温时间的长短、冷却速度的快慢，可使钢产生不同的组织变化。铁匠将加热的钢件浸入水中快速冷却(行家称为淬火)，可提高钢件的硬度，这是热处理的实例。热处理工艺包括退火、正火、淬火和回火等。退火是将钢件加热，保温一段时间，随后连同炉子—起缓慢冷却，以获得较细而均匀的组织，降低硬度，以利于切削加工。

  正火是将钢件加热，保温后从炉中取出，随后在空气中冷却，适于对低碳钢进行细化处理。

  回火通常是淬火的后续工序，将淬火后的钢件重新加热，保温后冷却，使组织稳定，消除脆性。

  有不少汽车零件，既要保留心部的韧性，又要改变表面的组织以提高硬度，就需要采用表面高频淬火或渗碳、氰化等热处理工艺。

  装配是按一定的要求，用联接零件(螺栓、螺母、销或卡扣等)把各种零件相互联接和组合成部件，再把各种部件相互联接和组合成整车。无论是把零件组合成部件，或是把部件组合成整车，都一定要满足设计图纸规定的相互配合关系，以使部件或整车达到预定的性能。

  例如，将变速器装配到离合器壳上时，必须使变速器输入轴的中心线与发动机曲轴的中心线对准。这种对中心的方式不是在装配时由装配工人(钳工)来调节，而是由设计和加工制造来保证。如果你到汽车制造厂参观，最引人人胜的是汽车总装配线。

  在这条总装配线上，每隔几分钟就驶下一辆汽车。以我国一汽的解放牌货车总装配线为例。这条装配线m长的传送链，汽车随着传送链移动至各个工位并逐步装成，四周还有输送悬链把发动机总成、驾驶室总成、车轮总成等源源不断地从各个车间输送到总装配线上的相应工位。

  在传送链的起始位置首先放上车架(底朝天)，然后将后桥总成(包括钢板弹簧和轮毂)和前桥总成(包括钢板弹簧、转向节和轮毂)安装到车架上，继而将车架翻过来以便安装转向器、贮气筒和制动管路、油箱及油管、电线以及车轮等，最后安装发动机总成(包括离合器、变速器和中央制动器)，接上传动轴,再安装驾驶室和车前板制件等。至此，汽车就可以驶下装配线。

  由于汽车的使用条件复杂，汽车工业所涉及的技术领域极为广泛，致使许多理论问题研究得还不够充分，因此汽车工业很重视试验研究。汽车的设计、制作的完整过程始终离不开试验，无论是设计思想和理论计算、初步设计、技术设计、汽车定型还是在生产的全部过程，都要进行大量的试验。

  最后，在客户购买了汽车并使用的过程中，车辆交通管理部门还要定期对车况来测试，以确保行车安全。除了某些研究性试验外，汽车产品试验均应遵循一定的标准和规范、对试验条件、试验方法、测试仪器及其精度、结果评价等进行限定，以确保试验结果的再现性和可对比性。

  不同国家甚至不同厂家的试验规范可能不同，因此在查看某种产品的试验数据时，必须弄清他们试验所依据的规程或标准。

  汽车整车性能测试汽车性能测试是为了测定汽车的基本性能而进行的试验。最重要的包含以下这些试验：

  (1)动力性能测试 对常用的3个动力性能指标，即对汽车的最高车速、加速和爬坡性能进行实际试验。最高车速试验的目的是测定汽车所能达到的最高车速，我国规定的测试区间是1.6km试验路段的最后500m。加速试验一般来说包括起步到给定车速、高速挡或次高速挡，以及从给定初速加速到给定车速两项试验内容。爬坡试验包括最大爬坡度与爬长坡两项试验。最大爬坡度试验最好在坡度均匀、测量区间长20m以上的人造坡道上进行，如果人造坡道的坡度对所测车不合适(例如坡道过大或过小)，可采用增、减载荷或变换排挡的办法做试验，再折算出最大爬坡度；爬长坡试验主要用来检查汽车能否通过坡度为7%—10%、长lOkm以上的连续长坡，试验中不仅要记录爬坡过程中的换挡次数、各挡位使用时间和爬坡总时间，还要观察发动机冷却系统有无过热，供油系统有无气阻或渗漏等现象。

  (2)燃料经济性试验 通常做道路试验或做汽车测功器(亦即转鼓试验台)试验，后者能控制大部分的使用因素，重复性好，能模拟实际行驶的复杂情况，能采用各种测量油耗的方法，还能同时测量废气排放。

  (3)制动性能测试 汽车制动性能的优劣必然的联系到汽车行驶的安全性，用制动效能和制动效能的稳定性评价。常进行制动距离试验、制动效能试验(测.制动踏板力和制动减速度关系曲线)、热衰退和恢复试验、浸水后制动效能衰退和恢复试验等。

  (4)操纵稳定性试验 试验类型较多，如用转弯制动试验评价汽车在弯道行驶制动时的行驶方向稳定性；用转向轻便性试验评价汽车的；转向力是否适度；用蛇形行驶试验来评价汽车转向时的随从性、收敛性、转向力大小、侧倾程度和避免事故的能力；用侧向风敏感性试验来考察汽车在侧向风情况下直线行驶状态的保持性；用抗侧翻试验考察汽车在为避免交通事故而急打方向盘时汽车是否有侧翻危险；用路面不平度敏感性试验来检查汽车高速行驶时承受路面干扰而保持直线行驶的能力；用汽车稳态回转试验确定汽车稳态转向特性等。

  (5)平顺性试验 平顺性主要是根据乘坐者的舒适程度来评价的，所以又叫做乘坐舒适性，其评价方法通常根据人体对震动的生理感受和保持货物的完整程度确定。典型的试验有汽车平顺性随机输入行驶试验和汽车平顺性单脉冲输入行驶试验，前者用以测定汽车在随机不平的路面上行驶时，其震动对乘员或货物的影响；后者用以评价汽车行驶中遇到大的凸起物或凹坑冲击震动时的平顺性。

  (7)安全性试验安全性试验项目很多，而且耗资巨大，特别是碰撞安全试验，除正面撞车试验外，近来还增加侧面撞车试验。能够直接进行实车撞车试验，也能够直接进行模拟试验或撞车模拟计算；但不少国家规定新车型一定要经过实车撞车试验，以验证其撞车安全性。在撞车试验中需用假人(又称人体模型)做试验，对人体模型的要求是，其质量、尺寸分布，主要骨骼关节和动作等尽量逼近真人，又要容易测定各部位的加速度、载荷和变形；人体模型价格较高，因此也要求具有高的耐用性。当进行车内装置(如安全带、座椅、方向盘、仪表板等)抗冲撞能力试验时，为节省开支常用撞车模拟装置进行，它以装有人体模型的平台车代替实车，摸拟以一定初速运动的汽车撞击固定壁后部件的减速度特性，从而研究冲击能量的吸收情况。

  尽管汽车零部件种类非常之多，其试验通常是性能、强度、耐久性等内容。发动机是汽车中最重要的总成，其性能测试主要有功率、怠速、空转特性、负荷特性、调速特性、起动、机械效率、多缸工作均匀性、排放和噪声等试验。对发动机的重要零部件(如曲轴、连杆、活塞等运动件和缸盖、缸体等固定件)应进行强度试验，整机和重要部件常需进行耐久性试验，重要部件的耐久性试验可在专门的试验台上进行，整机的耐久性试验则在发动机台架上进行。为缩短试验时间，通常强化试验条件，如在额定工况、全负荷最大扭矩工况、超负荷超转速工况下运转。耐久性试验前后要全面测量尺寸和性能，以便评价磨损情况和动力性、经济性、排放等指标的稳定程度。许多汽车承载系统的寿命都与“道路—汽车”系统产生的随机震动特性有关，因此能按载荷谱提供激震力(或位移)的电子液压震动试验台，它成了许多零部件试验中必不可少的加载工作台。

  汽车试验场，亦称试车场，是重现汽车使用的过程中遇到的各种道路条件和使用条件，进行汽车整车道路试验的场所，为满足汽车的试验要求，汽车试验场将实际存在的各种道路经过集中、浓缩、不失真地强化形成典型化的道路。汽车试验场的主要试验设施是集中修筑的各种试验道路，—如高速环形跑道、高速直线跑道、可靠性强化试验路段、耐久性试验跑道、爬坡试验路以及特殊试验路段’(如噪声试验路段、“比利时路”[注』、搓板路、随机波形路、扭曲路、越野路、涉水路等)。

  由于汽车试验在汽车开发过程中处于很重要的地位，许多汽车企业都投入巨额资金修建大型的汽车综合试验场，例如通用汽车公司的密尔福德试验场、日本汽车研究所试验场、英国汽车工业研究协会(MIRA)试验场、我国海南汽车试验场等。试验场的道路设施主要有：

  1.高速环形跑道 [注]按一定的规律铺上各种石块的汽车试验道路。高速环形跑道是平面形状，长度约4-8km，多数采用两端圆形路和中间直线路的形状，也有椭圆形或其他形状；设有3-5条车道。这种跑道的设计最高车速通常在2mh√h以上，可供汽车长时间持续高速行驶，以考验汽车的高速性能和零部件的可靠性。

  2.高速直线跑道高速直线跑道是水平直线km，可供汽车作动力性、制动性和燃料经济性试验。为了节约建设费用，许多试验场将高速直线跑道设置在高速环形跑道的直线部分，两者结合使用。

  3.可靠性、耐久性试验道路 模仿汽车常规使用的寿命中在各种好路和坏路上行驶的情况，在汽车试验场内，除了建造沥青路外，也建造沙土路和各种不同的砾石路，以便进行强化试验，使汽车能在较短的行驶里程内就能暴露问题。

  4.扭曲试验路 汽车在这种道路上行驶时，车身和车架、前后轴).悬架，和汽车传动系都产生反复扭转，以考验这些部件的性能。

  5.坡路 汽车试验场通常还建有各种坡度的坡路，用以检验汽车的爬坡能力，还可考察驻车制动器(手刹)在坡道上的停车能力、汽车在坡路上起步时离合器的工作状况等。

  6.操纵性、稳定性试验设施 操纵性、稳定性试验设+施最常见的是圆形广场，直径为100m，可供汽车转向或绕“8”字形行驶试验。有的圆形广场还备有洒水装置，使地面生成均匀的水膜以测试汽车韵侧滑情况。易滑路是用来试验汽车在冰雪或附着条件很低的路况下的行驶性能和制动性能，采用磨光、洒水、冰雪等方法降低路面的附着系数。横向风路段是考验汽车空气动力稳定性的设施。丰田汽车公司是在试车道路旁排列有15个直径为2.7m的大型风扇，可产生类似垂直于道路的横向风，以考验汽车在横向侧风作用下的操纵性能。

  7.涉水池 涉水池有浅水池(水深约0.2m)或深水池(水深1—2m)两种，用以检查汽车涉水时水对汽车各种部件的影响，如电气设备、制动器、发动机进／排气管浸水后的工作情况等。

  汽车风洞就是用来研究汽车空气动力学的一种大型试验设施。其实风洞不是个洞，而是一条大型隧道或管道，里面有一个巨型扇叶，能产生一股强劲气流。气流经过一些风格栅，减少涡流产生后才进人试验室。风洞的最大作用是用来测量汽车的风阻，风阻的大小用风阻系数CD表示，风阻系数越小，说明它受空气阻力影响越小。当然，除了用来测量风阻外，风洞还可拿来研究气流绕过车身时所产生的效应，如升力、下压力，还可以模拟不同的气候环境，如炎热二寒冷、下雨或下雪等情况。这样，工程师们便不难得知汽车在不同环境下的工作情况，特别是冷却水箱散热、制动器散热等问题。新车在造型设计阶段，必须将汽车制成风洞试验模型进行风洞试验，以便改进汽车的形状，提高空气动力性能。+按照尺寸的大小，风洞可分为供缩小比例模型试验的风洞和供整车试验的大型风洞，按照气流流动的形式，风洞又可分为直流式和回流式两种。用道路试验的办法，不可能同时测得空气作用力的6个分力，因而风洞试验就成为研究汽车空气动力性能的最有效的手段，风洞是在飞机制造业最先应用的。

  从20世纪60年代起，世界各大汽车公司和有关机构开始建立自己的风洞试验室。如大众汽车公司的多用途风洞实验室可模拟多种环境条件下的汽车风洞实验，空气温度可在-30-45度调节，湿度为5%-95%，最大风速为180km／h。

  目前我国最大型的风洞是中国航空动力研究所的风洞实验室。它主要承担中国航天和航空机械的风洞实验任务，也可用作汽车、建筑物、运动设备的风洞实验，最大风速100n／s。风洞的洞体由收缩段2、试验段3和扩散段5组成。在电动机8带动的风扇7作用下，空气从蜂窝栅1(起整流作用)进入风洞，经收缩段加速而进入试验段，再经扩散段流出。在试验段3中放置汽车模型4，其下部的固定装置9与测定6个分力的天平相连，通过工作室10中的相关仪器可测定汽车承受空气作用力的情况。风洞试验还可测定汽车模型表面的压力分布情况及借助于烟、丝带、油膜等显示汽车周围的气流流动情况。