汽车及其零件制造工艺基础

第一节铸造工艺基础第二章汽车及其零件制造中常用制造工艺基础知识1铸造工艺概要将熔化的金属液浇注到铸型中，经冷却凝固后获得所需形状和尺寸的成形方法，这种方法称为铸造。铸造生产的特点是：(1)不但可以生产与机械零件形状接近的毛坯，而且可以生产半成品甚至成品，这样可以大大减少机械加工及金属的消耗。(2)一般说来，可以制造任何尺寸、质量和复杂形状的铸件。(3)可以用其他方法不能加工或不易加工的材料生产铸件，如铸铁、南锰钢等。(4)生产成本低。1铸造工艺概要我国铸造技术的辉煌历史司母戊大方鼎铜奔马(马踏飞燕)1铸造工艺概要我国铸造技术的辉煌历史曾侯乙编钟1铸造工艺概要我国铸造技术水平图片汽车铸件特性的主要要求是：(1)铸件形状复杂，常需使用砂芯；(2)尺寸精度高；(3)采用薄壁铸件以减轻质量；(4)材质稳定；(5)具有足够的耐压性和抗压性。针对上述要求，所采用新的铸造技术有：自动化的高速高压造型法、大型低频感应电炉熔炼法，或冲天炉——低频电炉的双联熔炼法、强韧铸铁的薄壁轻型铸件、精密铸造法等。1铸造工艺概要铸造分类由所采用的各种工艺方法，铸造分成砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造液态金属完全靠重力充满整个铸型型腔，且直接形成铸型的原材料主要为型砂，这种铸造方法称为砂型铸造特种铸造凡不同于砂型铸造的所有铸造方法，统称为特种铸造。1铸造工艺概要汽车铸件生产采用多种各具特色的铸造方法，其中有代表性的几种有：砂型铸造、壳型铸造、压力铸造铸造车间平面布置确定铸造车间平面布置时，应注意：(1)缩短搬运距离，并使产品流通顺畅；(2)设备作立体布置，充分利用空间；(3)提高车间的机械化、自动化程度，充分进行检测管理；(4)改善劳动环境。汽车常用铸造方式1铸造工艺概要合金的铸造性能1.流动性：液态合金的流动能力液态金属的流动性好，充型能力强，能浇出形状复杂、壁薄的铸件，避免产生浇不足、冷隔等缺陷;有利于金属液中气体和夹杂物的上浮和排除，可减少气孔、渣眼等缺陷;铸件在凝固及收缩过程中，可得到来自冒口的液态合金的补充，可防止铸件产生缩孔、缩松等缺陷。影响流动性的因素很多，主要有合金成分、浇注温度、浇注压力和铸型等。液态金属的充型能力是指液态金属流经浇注系统并充满铸型型腔的全部空间，形成轮廓清晰、形状完整的铸件的能力。充型能力是铸造过程中对液态金属的基本要求，是液态金属重要的铸造性能指标。1铸造工艺概要合金的铸造性能2.收缩性：合金在冷却凝固过程中，其体积和尺寸减小的现象合金从浇注温度冷却到室温要经过液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔的基本原因。固态收缩是产生铸造应力、变形和裂纹的基本原因。影响铸件收缩的主要因素有合金成分，浇注温度以及铸型和铸件结构等。1铸造工艺概要合金的铸造性能3.偏析及吸气性：在铸件中出现成分不匀的现象为偏析，合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能称为合金的吸气性偏析使铸件性能不均匀，严重时会使铸件报废。在合金液冷凝过程中，随着温度降低会析出过饱和气体。若这些气体来不及从合金液中逸出，将在铸件中形成气孔、针孔或非金属夹杂物，从而降低了铸件的力学性能和致密性。偏析可分为微观偏析和宏观偏析两大类。微观偏析又称显微偏析，是指微小范围内的化学成分不均匀现象;宏观偏析又称区域偏析，是指铸件各部位之间大范围内的化学成分的不均匀现象。1铸造工艺概要部件零件名称材料化学成分/(%)发动机汽缸盖普通铸铁C:3.20~3.40,Si:1.60~2.00,Mn:0.6~0.8,P0.25,S0.1合金铸铁C:3.30~3.50,Si:1.90~2.10,Mn:0.6~0.8,Cr:0.2~0.4汽缸体普通铸铁C:3.20~3.40,Si:1.60~2.00,Mn:0.6~0.8,P0.25,S0.1合金铸铁C:3.35~3.55,Si:1.90~2.10,Mn:0.6~0.8,Cr:0.1~0.3,Cu:0.6~0.8曲轴球墨铸铁C:3.55~3.70,Si:2.30~2.45,Mn:0.25~0.35Cu:0.75~0.85,Mg:0.04~0.05凸轮轴合金铸铁C:3.45~3.65,Si:1.75~1.95,Mn:0.6~0.8,Cr:0.1~0.2活塞铝合金Si:11.5~12.5,Ni:1.8~2.2,Cu:0.8~1.2,Mg:0.6~1.0,Fe0.4典型汽车铸件成分举例1铸造工艺概要部件零件名称材料化学成分/(%)变速器拨叉变速器壳球墨铸铁铝合金C:3.65~3.80,Si:2.40~2.60,Mn:0.2~0.3,Mg:0.04~0.05Si:9.0~10.0,Cu:3.0~,4.0,Fe0.8离合器离合器盘合金铸铁C:3.30~3.50,Si:1.80~2.00,Mn:0.6~0.8,Cr:0.2~0.4制动器制动鼓普通铸铁C:3.30~3.60,Si:1.40~1.90,Mn:0.6~0.9,P0.2,S0.2制动盘合金铸铁C:3.30~3.50,Si:1.80~2.00,Mn:0.6~0.8,Cr:0.1~0.3制动钳(钳体)球墨铸铁C:3.65~3.80,Si:2.40~2.60,Mn:0.2~0.3,Mg:0.04~0.05续表1铸造工艺概要二、砂型铸造的造型工艺（一）砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程配型砂工装准备制模配芯砂制芯盒造型烘干造芯合箱浇注落砂清理检验二、砂型铸造的造型工艺工装:对某一特定产品加工、所涉及的专用加工设备的设计、制造；专用刀具、专用夹具、专用辅具、专用检具、专用模具、专用量具等专用工位器具的设计、制造都称为“工装”。砂型铸造工艺过程二、砂型铸造的造型工艺造型材料：制造铸型用的材料，型砂和芯砂1．对型砂和芯砂性能的要求(1)可塑性。(2)强度。(3)耐火性。(4)透气性。(5)退让性。（二）造型材料和造型方法二、砂型铸造的造型工艺2．配制型砂和芯砂用的原材料（1）原砂。（2）黏结剂。黏结剂有黏土和特殊黏结剂(桐油。合脂)两大类。(3)特殊附加物(木屑—透气和退让，石墨和石英粉—防沾砂）。（二）造型材料和造型方法二、砂型铸造的造型工艺型砂型砂可分面砂、填充砂和单一砂等。型砂试验有以下几种：(1)砂的成分试验(黏土量、化学成分)；(2)透气性与粒度试验；(3)强度试验；(4)硬度试验；(5)流动性试验；(6)老化度试验；(7)高温强度试验等等。（二）造型材料和造型方法二、砂型铸造的造型工艺芯砂芯砂采用油砂、CO2干燥砂和壳芯砂。二、砂型铸造的造型工艺造型方法1.造型造型就是用型砂和模型制造铸型的过程。造型方法分手工造型和机器造型两大类。手工造型主要用于单件和小批生产，也用于形状复杂和大型铸件的生产。在大量生产时，主要采用机器造型。机器造型是指用机器完成全部或至少完成紧砂操作的造型过程。（二）造型材料和造型方法二、砂型铸造的造型工艺分类造型方法特点应用范围模样结构和分型面砂箱操作按模样特征整模造型整体模，分型面为平面两箱简单较广泛分模造型分开模，分型面多为平面两或三箱较简单回旋类铸件活块造型模样上有妨碍起模的部分，做成活块两或三箱较简单单件小批量挖砂造型整体模，铸件最大截面不在分型面外，造型时，须挖去阻碍取模的型砂，分型面一般为曲面两或三箱费事，操作技能高单件小批量生产的中小铸件假箱造型为免去挖砂操作，用假箱代替挖砂操作，分型面仍为曲面两或三箱较简单需挖砂造型的成批铸件刮板造型用与铸件截面相适应的板状模样，分型面为平面两箱或地坑很费事大中型轮类，管类铸件，单件小批生产常用手工造型方法的特点和其适用范围（二）造型材料和造型方法按砂箱特征两箱造型各类模样，分型面为平面或曲面，手工或机器造型均可两箱简单较广泛三箱造型铸件截面为中间小两端大，用两箱造型取不出模样。必须用分开模，分型面一般为平面，分型面有两个三箱费事各种大小铸件，单件小批生产地坑造型中大型整体模、分开模、刮板模均可，分型面一般为平面上型用砂箱，下型用地坑费事大、中件单件生产续表常用手工造型方法的特点和其适用范围（二）造型材料和造型方法类别紧砂原理特点及应用范围振击造型借机械振击使型砂获得动能，靠惯性紧砂成型机构简单，振击噪声大，用于要求不高的中小铸件成批生产。压实造型靠压头压实型砂机构简单，噪声小，用于精度要求不高的简单铸件中、小批生产。振压造型先振击，或用较低比压压实型砂特点与振击造型基本相同，但砂型紧实比较均匀，用于要求较高较复杂的中小铸件大批量生产气动微振压实造型先预振，然后同时微震（高频率小增幅）压实或者先微震后压实砂型紧实度高，均匀性较好。用于精度要求较高和较复杂铸件的成批、大量生产抛砂造型靠抛砂头上高速旋转的叶片将砂团抛出，以达到填砂和紧实的目的砂型(芯)紧实度均匀，适应性较广泛。适用于大中型铸件的单件或中、小批生产多触头高压造型用许多小触头压实砂型，同时还进行微震砂型紧实，铸件质量好，生产率高，劳动条件好，设备复杂，适用于大批量生产的铸件射砂造型用压缩空气射砂紧实，再用压头补压成型填砂和紧实两工序一同完成。速度快，铸件质量好。适用于中、小铸件的大批量生产(主要用于型芯)气流冲击造型靠具有一定压力的气体瞬时膨胀而产生的冲击波紧砂砂型紧实度高且均匀，生产率高，铸件质量好。用于要求高的复杂铸件的大量生产。常用的砂型铸造机器造型比较（二）造型材料和造型方法2．制芯可用手工造芯、机器造芯。在大量生产中多采用机器造芯。手工造芯方法也有很多种，但主要是用芯盒造芯。制芯一般使用吹芯机或射芯机。吹芯机是以5～7kg/cm2的压力将油砂、CO2干燥砂吹入芯盒，制成砂芯。壳芯制造可使用高效壳芯吹芯机。射芯机是靠安装在储气罐和砂斗之间的射芯阀的开合，将砂射入芯盒内制芯，流动性差的砂也能使用。（二）造型材料和造型方法铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型内所处的位置;分型面是指两半铸型相互接触的表面。它们的选择原则主要是保证铸件质量和简化造型工艺。一般情况下，应先选择浇注位置后决定分型面。但在生产中由于浇注位置的选择和分型面的确定有时互相矛盾，所以必须综合分析各种方案的利弊，选择最佳方案。（三）铸件浇注位置和分型面选择1.浇注位置的选择原则:(1)铸件的重要加工面应朝下(2)铸件的大平面应朝下(3)铸件薄壁部分应放在下部(4)保证铸件实现定向凝固(5)便于型芯的固定、安装、排气和合型（三）铸件浇注位置和分型面选择2.分型面的选择原则:(1)分型面应尽量采用平面分型面(2)分型面数量尽量减少(3)尽量使铸件全部或大部分放在同一砂型中(4)应尽量减少型芯和活块的数量（三）铸件浇注位置和分型面选择铸造工艺参数:(1)加工余量(2)起模斜度(3)铸造圆角(4)型芯头(5)收缩余量（四）工艺参数的选择铸件结构工艺性是指所设计的铸件结构不仅能保证零件使用性能的要求,而且还能适应铸造工艺和合金铸造性能的要求。铸件结构设计是否合理，对铸件质量、铸造成本和生产率有很大的影响,铸件结构工艺性是一种经验总结,通过不断的实践来掌握铸件的结构工艺性。三、铸件结构工艺性(1)铸件外形的设计要求：1)分型面容易使铸件产生错型，影响铸件外形和尺寸精度，应力求避免两个以上的分型面。2)铸件外形应尽量方便造型。减少表面凹凸部分。三、铸件结构工艺性(一)、铸造工艺对铸件结构的要求（2）铸件内腔的设计要求：1)尽量避免不必要的型芯。2)型芯要便于固定、排气和清理。三、铸件结构工艺性（3）铸件结构斜度的设计要求：铸件结构设计时,考虑到起模方便,应在垂直于分型面的不加工立壁上设计出斜度。设计斜度要比制作模样时给出的起模斜度大,这样便于制作模样时不再考虑起模斜度,从而使起模方便,铸件精度高。三、铸件结构工艺性铸件结构的设计应考虑到合金的铸造性能要求，避免产生缩孔、缩松、浇不足、变形和裂纹等铸造缺陷。(1)合理设计铸件壁厚(2)铸件壁厚应尽可能均匀(3)铸件壁的连接方式要合理1)铸件壁之间的连接应有铸造圆角。2)铸件壁要避免交叉和锐角连接3)铸件壁厚不同的部分进行连接时，应力求平缓过渡，避免截面突变。(4)避免铸件收缩阻碍