铸造、机械加工及热处理培训资料

铸造、机械加工及热处理培训资料技术研究院杨世容编制总要•一、铸件结构工艺性•二、机械加工工艺•三、热处理工艺•四、发动机典型零部件设计一、铸件结构工艺性铸件结构工艺性与铸件的质量、劳动生产率和铸造成本有关，设计铸件时，除了要考虑满足零件的工作性能外，还要考虑铸造工艺、合金铸造性能、铸造方法及机械加工、装配、运输等方面对铸件的结构要求。本章主要讲以下内容：•铸造工艺的种类；•常用铸造材料；•铸件结构工艺性；一、铸件结构工艺性1.1铸造工艺的种类铸造工艺分为砂型铸造和特种铸造两大类，我们发动机中的零部件主要采用特种铸造中的金属型重力铸造、低压铸造和压力铸造工艺。金属型重力铸造：主要特点是用金属铸型，在重力下浇注成型，对非铁合金铸件有细化组织的作用，设备费用高，手工操作，工人劳动条件差。大部分发动机气缸头采用该工艺。低压铸造：主要特点是用金属型、石墨型、砂型，在气体压力下充型及结晶凝固，逐渐致密，设备简单。发动机气缸体、活塞、我公司244FMI发动机气缸头采用该工艺。压力铸造：用金属铸型，在高压、高速下充型，在压力下快速凝固，是效率高、精度高的金属成型方法，但压铸机、压铸模具制造费用高。发动机的曲轴箱、盖采用该工艺。一、铸件结构工艺性1.2常用铸造材料常用的铸件材料可分为铸铁、铸钢和有色合金，发动机零部件中铸件主要使用有色合金——铝合金，该材料流动性差、收缩和裂纹敏感性大，综合力学性能高吸振性差，强度随壁厚增大下降显著。例如：发动机气缸头采用GB/T1173-1995标准中ZL105、ZL107、ZL108、ZL111材料；发动机气缸体采用GB/T1173-1995标准中ZL111、ZL112材料；发动机活塞采用GB/T1173-1995标准中ZL109材料；发动机的曲轴箱、盖采用GB/T15115-1994标准中YL112材料。一、铸件结构工艺性1.3铸件结构工艺性铸件结构工艺性要求便于制模、制芯、造型、合箱、清砂等，对于铝合金材料铸件结构应具有最少的热接点，并创造顺序凝固的条件，相邻壁的连接和过渡应圆滑，壁厚不得过大，突出部分应有较薄的加强筋加固。压力铸件的结构特点：壁厚不大余6mm，基本参数见下表：一、铸件结构工艺性结构设计应注意以下事项：消除内凹，便于型芯取出；壁厚均匀，避免产生气孔、缩孔；采用加强肋减少壁厚，达到壁厚均匀；一、铸件结构工艺性消除尖角，避免产生裂纹；尽量避免横向抽芯，抽芯方向尽量同开型取件方向一致，简化模具结构。一、铸件结构工艺性复杂的压力铸件，可采用镶铸法制造，还可满足铸件一些特殊要求，如高强度、耐磨、导电、绝缘等，还可以把N个零件浇铸成一个组件，镶件的基本结构如下：二、机械加工机械加工工艺过程由一系列工序组成，每一个工序又由若干个安装、工位、工步和走刀组成。本章并不详细介绍机械加工工艺中需要的设备、工序、加工余量，各道工序怎样安装定位、刀量进给量，动力头转速。本章介绍与我们关系密切的4个问题：•不同生产方式的加工工艺对产品质量的影响；•不同质量要求的加工工艺对产品质量的影响；•在产品设计时如何使零部件既能满足性能和使用要求又能采用比较经济的加工工艺；•以及我们在产品图设计绘制中怎样注意零件的加工工艺性。二、机械加工2.1不同生产方式的加工工艺对产品质量的影响：生产方式分为：单件生产、批量生产和大量生产。批量生产又分为小批量生产、中批量和大批量生产。各种生产形式的加工工艺，对产品质量的影响很大。单件生产和小批量生产，由于没有固定的设备和完整的刀夹量具，零件的各道加工工序没有明确的安装、工位、工步和走刀等工艺规程。加工难度大，对工人的技术水平要求高，需要采用直接找正和画线找正的方法来装夹定位，而且产品质量不容易保证。我们一般不希望配套厂采用这种方式为我们配套。当然全新设计和较大改进设计的产品，需要性能和结构验证。只能用这种方式制造零部件来进行设计验证。比如曲轴箱等需要开模的复杂零件可以用木模翻砂得到铸件，用加工中心加工为成品；齿轮用锻柄车削后制齿；轴类零件可以直接用圆钢车削而成；轴承压板、线夹等冲压件，可以用线切割的方式落料，再用简单的模具成型；垫圈可以用圆钢切片后，二、机械加工再用平磨磨削平面的方式得到。这种方式比较灵活，投入不大，若经过单件或较小批量试验验证设计存在问题，可以更改方案，问题太大，还可以终止项目。这样，对我们和配套厂损失都不会太大。虽然这种方式比较灵活，但是没有固定的生产设备，没有可靠的工艺工装，每一次样件的尺寸都可能不一样，产品质量很不可靠。我们新产品开发完成，是指产品图归档，产品已经移交，能够批量生产的状态。我们投入装配生产的零部件应该是用批量生产的方式提供的，即在生产中广泛采用通用机床，如专机、加工中心等，广泛采用专用夹具、刀具和量具，根据产品图的精度要求和各零件的结构特点，编制了完整的加工工艺，有固定的工序、每一道工序都有完整的工艺操作规程，有合格的设备、夹具、刀具、量具和熟练的操作工人，每一道工序规定了合理的加工余量、正确的装夹方式、固定的工步和走刀。二、机械加工2.2不同质量要求的加工工艺对产品质量的影响：我们在产品开发设计时对产品质量的要求不准确，比如尺寸公差、形状和位置公差标注没有满足性能或使用要求，我们配套厂家按照我们产品图的要求编制的加工工艺当然也不能满足产品的性能和使用要求。我们设计的产品能够满足产品性能或使用要求，而我们配套厂家的加工工艺要求不高，没有按照按照产品图的要求编制加工工艺，比如曲轴、主轴、配气凸轮轴和下摇臂轴的配合轴径，产品图要求尺寸精度6级，表面粗糙度0.4～0.8，应该采用外圆磨床精磨和细磨，如果只用车床精车或粗磨，是不能达到要求的；有同轴度要求的轴类零件应该用外圆磨床磨削，如果只用无心磨床就达不到产品使用要求；曲轴箱和曲轴箱盖类零件，应该采用加工中心或组合专机，却采用铣床、钻床，零件的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度达不到产品图要求。在送样和批量供货时，不管是什么原因，我们接受了，最终的产品质量还是不能保证。只有我们产品图的要求能够满足产品性能或使用要求，我们配套厂家的加工工艺满足产品图要求，产品质量才能得到保证。二、机械加工2.3在产品设计时如何使零部件既能满足性能和使用要求又能采用比较经济的加工工艺：在零部件设计时如何提高设计质量，就是合理标注尺寸、选取尺寸公差、形位公差和表面粗糙度，使零部件既能满足性能和使用要求又能采用比较经济的加工工艺。有尺寸公差和形位公差的选取原则、工艺手册、有现行生产用产品图供我们参考，但是准确有效的方法是试验验证。比如验证起动离合器齿轮衬套和左曲轴的间隙配合公差、形状公差和表面粗糙度时，经过起动试验，声音正常，强化试验或道路试验没有异常，拆机检查该部位表面润滑良好，没有烧蚀现象，你的选择就正确了。如果起动声音异常，检查齿轮的跳动等精度和安装中心距又没有问题，可能配合间隙大了；如果试验过程中或试验后检查该部位有烧蚀现象，可能间隙小了；比如验证曲轴左端的正时主动齿轮与左曲轴过盈配合时，通过试验，若产生裂纹而松动，则过盈偏大，若产生无裂纹松动则过盈偏小。二、机械加工零部件设计时，尺寸公差、形位公差和表面粗糙度要求不能太高，只要能够满足产品性能和使用要求就行，比如曲轴箱的各轴承孔和其他轴孔，除了作为基准的曲轴孔和有7级齿轮精度的平衡轴孔需要6～7级精度外，其余主副轴、凸轮轴承孔、机油泵孔可以定为7级精度，油封孔、定位销孔、拨叉轴孔等可定为8级，因为7级以上精度孔锋钢刀具精镗就可以了，而6级精度的孔需要金刚刀精细镗孔才能达到。我们在产品图上尺寸精度提高1级，配套厂的加工难度相应提高，生产成本响应增加。因此必须谨慎，要求太高了，成本增加，是浪费；要求太低了，不能满足要求。零件的尺寸精度等级与表面粗糙度数值应相协调，配合孔轴，孔的粗糙度可比轴大一级。粗糙的表面要达到很高的尺寸精度是不可能的，一般6～7级精度的孔表面粗糙度Ra0.8，8级精度的孔表面粗糙度Ra1.6。二、机械加工2.4产品图设计绘制中怎样注意零件的机械加工工艺性：选择设计基准时，尽量与装配基准、加工定位基准和测量基准统一；零件结构要便于提高生产率、便于加工、尽量减少切削加工量等。轴类类零件的顶尖孔为设计基准、加工基准、测量基准，加工中对顶尖孔的精度要求是很高的，两端顶尖孔的同轴度、圆度误差将直接反映到工件去，根据零件的精度要求不同，顶尖孔可采用各种方式的修研（油石、橡胶砂轮、铸铁顶尖、硬质合金顶尖）和中心孔磨床磨削，看顶尖孔的加工工艺就能知道轴类零件的加工质量；零件结构便于提高生产率，要有便于在机床和夹具上安装的定位基准面，比如右曲轴箱盖上的工艺凸台；活塞裙部的内止口及底端面；零件结构要便于加工、尽量减少切削加工量。右曲轴箱盖，起动轴油封孔为φ28，起动轴孔为φ18，中间有φ25深度为1的不加工孔，使加工余量减少，油孔处设计垂直于钻头的凸台，才便于钻孔加工，磨削的孔和平面需要设计退刀槽；二、机械加工加强零件的刚性。比如盖类壳体件，增设加强筋，以减少刚性差的零件在夹紧力和切削力的作用下产生的变形；零件结构要便于装配。比如右曲轴箱盖油封孔口倒角。2.5各种加工方法能到的经济精度和表面粗糙度：外圆加工的经济精度：外圆的加工方法有：车削、磨削、研磨和滚压等。一般h6和h7的尺寸精度，Ra0.8的表面粗糙度，必须经过粗车、精车、粗磨再精磨的工艺过程；h5的尺寸精度，Ra0.4～0.8的表面粗糙度，要精磨和研磨才能达到；h8的尺寸精度，Ra1.6的表面粗糙度，精车和粗磨都可以达到；滚压只能达到h8～h10。二、机械加工三、零部件的热处理热处理的主要工艺过程是加热和冷却，通过改变材料的力学性能或物理、化学性能来改善材料的加工工艺性能或零件的使用性能。我们本章所讲内容为：•热处理的基础知识；•热处理的分类；•零件的热处理结构工艺性；•齿轮的热处理。三、零部件的热处理3.1热处理的基础知识：1）Fe-Fe及Fe-C二元合金相图F=铁素体=C在α-Fe中的间隙固溶=α固溶体；A=奥氏体=C在γ-Fe中的间隙固溶体=γ固溶体；δ=C在δ-Fe中的间隙固溶体=δ固溶体；FeC=渗碳体(硬)；G=石墨；L=液态；33三、零部件的热处理金属材料的基本性能有物理性能、化学性能、力学性能、工艺性能。物理性能包括：密度，熔点，导热性，导电性，热膨胀性，磁性；化学性能包括：耐腐蚀性，抗氧化性，化学稳定性；力学性能包括：强度，塑性，硬度，韧性，疲劳强度；工艺性能包括：铸造性能，锻造性能，焊接性能，切削加工性能。其中材料硬度是热处理比较重要的一个指标。三、零部件的热处理3.1热处理的基础知识：2）金属材料的基本性能三、零部件的热处理3.1热处理的基础知识：三、零部件的热处理三、零部件的热处理所谓热处理是将工件在介质中加热到一定温度，保温一定时间，然后用一定速度冷却，以改变金属显微组织结构，从而改变其性能（物理，化学及机械等）的一种生产工艺。热处理的三个关键过程：加热，保温，冷却。如图所示为典型的热处理工艺曲线：保温温度(℃)冷却加热时间(T)临界点(A)A——奥氏体转变点或转变温度三、零部件的热处理保温主要是控制时间和温度，我们下面主要介绍加热、冷却过程。三、零部件的热处理3.1热处理的基础知识：3）加热钢的退火、正火、淬火等热处理，都需将其加热到奥氏体转变区的温度，即完成所谓的奥氏体化过程。下面介绍加热缺陷的防止和减轻措施：缺陷加热介质防止与减轻措施氧化空气1工件埋入硅砂+铸铁屑装箱加热；2采取感应加热，激光加热方式；3涂防氧化涂料；4用不锈钢箔密封加热；5采用密封炉罐抽真空通保护气氛。火焰炉燃烧产物1调节燃烧比使炉气略带还原性；2将燃烧产物净化通入炉罐作保护气氛。保护气氛1采用一定纯度的惰性气体；2在制备气体中，调整到合理的CO/CO，H/HO比值盐浴1用优良脱氧剂定期脱氧除渣；2采用含有脱氧成分的盐浴补充剂。222三、零部件的热处理缺陷加热介质防止与减轻措施脱碳空气1工件埋入硅砂+铸铁屑+木炭粉装箱加热；2工件表面涂氧化脱碳涂料；3用不锈钢箔密封加热；4采用密封炉罐抽真空，通可控气氛；