第二章-汽车零件的毛坯制造工艺基础知识

1第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识本章要点铸造工艺基础锻造工艺基础焊接工艺基础2第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识第一节铸造工艺基础一、概述铸造的概念将熔化后的金属液浇注到铸型型腔中，待其凝固、冷却后，获得一定形状的零件或零件毛坯的材料成形方法，称为铸造。铸造获得的毛坯或零件称为铸件。铸件一般占汽车自重的20%左右，仅次于钢材用量，居第二位。3铸造的方法砂型铸造——液态金属完全靠重力充满整个铸型型腔，且形成铸型的原材料主要为型砂。特种铸造——砂型铸造以外的各种铸造方法。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识铸造的特点及应用成型方便，适应性强。生产成本低，较为经济。铸件材料组织性能差。铸造一般应用在制造汽车的箱体、壳体、支架类零件毛坯，如：发动机的气缸体、气缸盖、进（排）气歧管、曲轴、凸轮轴，变速箱壳体，底盘的后桥壳、刹车支架、刹车鼓、刹车盘。4二、砂型铸造的造型工艺砂型铸造的工艺过程第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识5第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识整模造型动画6造型材料制作铸型和型芯用的材料称为造型材料，砂型铸造使用的造型材料主要是型砂和芯砂，它们是由砂、粘结剂和附加物组成。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识造型材料应具备以下性能：可塑性——型砂和芯砂在外力作用下要易于成形。足够的强度——型砂和芯砂烘干后在外力作用下要不易破坏。耐火性——型砂和芯砂在高温下要不易软化、烧结、粘附。透气性——型砂和芯砂紧实后要易于通气。退让性——型砂和芯砂在冷却时其体积可以被压缩。7模样与芯盒模样与芯盒是制造铸型和型芯的工具。模样形成铸件的外形，其外形相当于铸件的外部形状。型芯形成铸件的内腔形状，芯盒是制造型芯的工具。砂型铸造多用木材制造模样和芯盒。特种铸造用金属模、塑料模和其它模样。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识造型方法按造型操作方法的不同，可分为：手工造型——填砂、紧实、起模等主要有人工完成，操作灵活，生产率低，主要用于单件小批量生产。手工造型的具体方法有很多种：整模造型、三箱造型、刮板造型、假箱造型等。8三箱造型动画第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识9第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识机器造型——填砂、紧实、起模等实现机械化，生产率高，投资大，主要用于批量生产。砂型铸造需解决的工艺问题浇注位置的选择——一般在铸型上部分，因而铸件的主要加工面、大平面应朝下，铸件薄壁部分应放在下部。分型面的选择——应尽量采用平面分型面，分型面数量尽量少，尽量使铸件全部或大部分放在同一砂型中。拔模斜度及铸造圆角——为起模方便，应使模样具有一定拔模斜度，模样越高，斜度值越小；内壁斜度比外壁斜度大。为防止铸件在壁的连接和拐角处产生应力和裂纹，铸件壁的连接和拐角部分应设计成圆角。10三、特种铸造特种铸造的特点铸件精度高，力学性能好；生产率高；工人劳动条件好等。但其使用受到一定限制。特种铸造的方法金属型铸造——将液态金属注入用金属制成的铸型中，以获得铸件的方法。工艺特点：一型多铸，铸件精度高，力学性能好，但成本高。主要用于大批大量生产中形状不太复杂的铜、铝、镁等非铁合金的中、小铸件。工艺过程（见动画）。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识11金属型铸造动画第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识12熔模铸造——将蜡料制成模样，在上面涂以若干层耐火涂料制成型壳，然后加热型壳，使模样熔化、流出，并焙烧成有一定强度的型壳，再经浇注，去壳而得到铸件的一种铸造方法。工艺特点：以熔化模样为起模方式，铸件精度高；设备简单，生产批量不受限制。主要用于大批、大量生产。其缺点是工艺过程复杂，生产周期长。工艺过程（见动画）。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识13熔模铸造动画第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识14压力铸造——将熔融的金属在高压下，快速压入金属铸型的型腔中，并在压力下凝固，以得到铸件的一种铸造方法。工艺特点：在金属型铸造基础上增加了高速高压，以增强了金属流动性。多用于非铁合金（如铝、铜、镁等）精密铸件的批量生产。工艺过程（见动画）。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识离心铸造——将熔融的金属浇入高速旋转的铸型中，使金属液在离心力的作用下凝固成形，以得到铸件的一种铸造方法。工艺特点：组织紧密，铸件质量好。用于生产空心铸件。工艺过程（见动画）。15压力铸造动画第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识16离心铸造动画第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识17一、概述锻造的概念锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料或铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何形状，尺寸和质量的锻件加工方法。锻造的方法自由锻、胎模锻、模锻、轧制、拉拔、挤压等。其中，自由锻和模锻是最常用的锻造方法。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识第二节锻造工艺基础18第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识锻造的特点及应用能改善金属内部组织，提高金属的力学性能。除自由锻外具有较高的劳动生产率。节约金属材料。不能锻造外形和内腔复杂的工件。锻造一般应用在制造强度高，可靠性好的汽车零件毛坯，如：发动机的曲轴、凸轮轴、连杆，底盘的驱动轴、十字轴、前车轴、后车轴，转向系统的转向节、转向节臂。二、自由锻自由锻的定义自由锻造是利用冲击力或压力使金属在上下抵砧面间各个方向自由变形，不受任何限制而获得所需形状、尺寸和一定机械性能的锻件的一种加工方法。19第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识自由锻设备自由锻造的设备分为锻锤和液压机两大类。生产中使用的锻锤有空气锤和蒸汽-空气锤。液压机是以液体产生的静压力使坯料变形的，是生产大型锻件的唯一方式。20第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识空气锤液压机21自由锻基本工序镦粗——镦粗是使坯料横截面增大、高度减小的锻造工序，有整体镦粗和局部镦粗两种。拔长——拔长是与镦粗相反，是使坯料长度增加、横截面减小的锻造工艺。冲孔——在坯料上冲出透孔或盲孔的工序称为冲孔。自由锻特点及应用自由锻造是靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸的，所以锻件精度低，加工余量大，形状简单，劳动强度大，生产率不高，但投资小。因此它主要应用于锻件结构形状简单的单件、小批量生产。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识22三、模锻模锻的定义用高强度金属（模具钢）制成锻模，锻模上预先制出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压或冲击而变形的锻造方法。模锻的特点及应用生产率较高。锻件尺寸精确，加工余量小。可锻出形状复杂的锻件。材料利用率高。一次性投资大。主要用于批量和大量生产中生产结构形状复杂的锻件。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识模锻加工零件23模锻设备根据使用设备不同，模锻可分为锤上模锻和压力机模锻。前者使用的设备是锻压机，后者使用的设备是液压机。锤上模锻的工艺性好，为常用模锻方法。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识锻压机24第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识锻模锻模锻模是热模锻的工具。把锻模模膛制成与所需锻件相同的形状，并作合适的分型。将锻件坯料加热到金属的再结晶温度上的锻造温度范围内，放在锻模上，再利用锻造设备的压力或冲击力将坯料锻造成带有飞边或极小飞边的锻件。曲轴锻模实物25模锻工艺规程的制定锤上模锻的工艺基本过程为：切断毛坯——加热坯料——模锻——切除飞边——校正锻件——锻件热处理——表面清理——检验——库存。其生产工艺规程制定包括：绘制模锻件图、确定模锻工步、锻件修整。绘制模锻件图第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识锻件图26第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识确定分模面aa选择余量27第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识确定模锻斜度确定圆角28确定模锻工步长轴类锻件一般要经过拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步，盘类锻件常用镦粗、预锻和终锻等工步。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识镦粗、预锻、终锻29第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识切边和冲孔校正热处理清理精压锻件修整主要包括切边、冲连皮、校正、精压等。30四、其它锻压加工工艺主要有零件挤压、轧制、摆动辗压等。挤压加工概念：挤压是通过对挤压模内的坯料施加强大压力，使它发生塑性变现而获得毛坯或零件的压力加工方法。特点：坯料三向受压，流线分布好，力学性能好；材料利用率高；毛坯精度高。应用：挤压加工主要应用于生产各种轴对称形状的小零件。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识挤压示意图31轧制加工概念：零件轧制工艺主要有辊锻、环形件轧制、热轧齿轮等。辊锻是使坯料通过装有一对辊轮时，受挤压产生塑性变现的加工方法。应用：由于轧制工艺便于实现机械化、自动化，生产率高；同时，轧制锻件更接近零件形状，节约金属。在汽车零件制造中应用越来越广。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识32第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识第三节焊接工艺基础一、概述焊接的概念焊接是利用加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。焊接的特点下料阶段：化大为小、化复杂为简单；焊接阶段：拼小成大、拼简单成复杂。焊接方法的分类熔焊——将待焊处的母体材料金属熔化以形成焊缝的焊接方法。熔焊的关键一是加热热源（电焊机），二是隔离空气以保护高温焊缝。33压焊——焊接过程中必须对焊件施加压力，以完成焊接的方法。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识钎焊——采用比母体材料熔点低的金属材料作钎料，将钎料熔化以填充接头间隙，并连接母体材料的焊件方法。34第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识二、几种典型焊接方法焊条电弧焊概念：焊条电弧焊是以外部涂有涂料的焊条作电极和填充金属，电弧在焊条的端部和被焊工作表面之间燃烧以熔化焊条，达到焊接金属的方法。它是最常见的一种熔焊。特点及应用：焊条电弧焊设备简单、轻便，操作灵活。可以应用于维修及装配中的短缝的焊接，特别是可以用于难以达到的部位的焊接。焊条电弧焊示意图35气体保护焊概念：利用气体作为电弧介质保护电弧和焊接区的一种电弧焊。用作保护气体的主要有氩气和二氧化碳气体。特点及应用：热量集中，焊接速度较快，焊件焊后变形小；有利于焊接过程的机械化和自动化。通常用于焊接薄板。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识气体保护焊机36电阻焊概念：电阻焊是利用电流通过焊件接触面所产生的电阻热将焊件局部加热到高塑性或半熔化状态，并在压力作用下结晶凝固形成焊接接头的方法。它是最常见的一种压焊。特点及应用：易于实现自动化，生产率高；不需填充金属，焊接变形小；焊接设备复杂，耗电量大。通常用于大批量生产。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识电阻焊机37钎焊概念：钎焊是指用比母体材料熔点低的金属材料作为钎料，用液态钎料润湿母体材料和填充工件接口间隙并使其与母体材料相互扩散的焊接方法。特点及应用：加热温度低，焊件应力和变形小；焊件接头光滑平整；可同时焊接多条焊缝，生产率高；焊接设备简单，投资少；焊接强度低。主要用于制造精密仪表、电气零部件、异种金属构件以及复杂薄板结构。第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识钎焊示意图钎焊机38第四节冲压工艺基础第二章汽车零件的毛坯制造工艺基础知识一、概述冲压的概念冲压工艺是一种先进的金属加工方法，它是建立在金属塑性变形基础上，在常温条件下利用模具和冲压设备对板料施加压力，使板料产生塑性变形或分离，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的零件。冲压工艺在汽车工业有着广泛的应用，是汽车车身制造中的关键技术。冲压的特点操作简便，易实现机械化与自动化，生产率高。零件的尺寸精度是由模具保证的，一般不需要切削加工便可用于装配，所以质量稳定。39可以获得其他金属加工方法所不能或难以加工的、形状复杂的零件。一般不需加热毛坯，也不像切削加工那样需切除大量金属，所以它不但节能，而且材料利用率高。所用原材料为轧制板料或带料，在冲压过程中材料表面一般不受破坏，所以冲压零件的表面质量较好。冲压工序的分类按加工性质分类:分离工序——被加工材料在外力作用下产生变形，当作用在变形部分的相当应力达到了材料