汽车零件毛坯制造工艺

汽车制造工艺第六章零件毛坯制造工艺主要内容第一节砂型铸造第二节钢模铸造第三节压力铸造第四节精密铸造第五节模锻第六节辊锻第一节：砂型铸造定义：用型（芯）砂制作铸型，将熔融金属注入铸型，待其冷却、凝固后，经落砂取出铸件的方法。特点：可生产尺寸、重量、复杂程度不同的铸件，且生产率高、原材料来源广、成本相对低廉，应用最广泛的一种毛坯制造方法。第一节：砂型铸造一、砂型铸造工艺过程造型下芯合型浇注冷却落砂去浇冒口清理检查型砂混辗制芯芯砂混辗金属熔化回用砂（旧砂）废铸件回炉料浇冒口一、砂型铸造工艺过程例：齿轮毛坯的砂型铸造过程一、砂型铸造工艺过程1、造型与制芯造型是用型砂和模型制造铸型的过程，是砂型铸造中最基本的工序。按紧实型砂的方法，造型方法可分为手工造型和机器造型两大类。手工造型手工造型是用手工或手动工作的方法进行紧砂、起模的造型方法。其操作灵活，大小铸件均可采用。特点：生产率低，对工人技术水平要求较高，铸件的尺寸精度及表面质量较差，但在实际生产中仍是难以完全取代的重要工艺方法。手工造型主要用于单件、小批量生产，有时也可用于较大批量的生产。手工造型的方式有很多，常见的有整模造型、两箱分模造型、三箱分模造型、挖砂造型、活块造型等。手工造型整模造型手工造型两箱分模造型手工造型三箱分模造型手工造型挖砂造型手工造型挖砂造型：假箱造型手工造型活块造型机器造型机器造型是将紧砂、起模两个造型工序全部或者部分实现机械化，现代化铸造车间大批量生产的基本方式。它可以大大提高生产率，质量稳定，铸件尺寸精确，表面光洁，加工余量小。根据紧砂、起模方式的不同，有各种不同种类的造型机。当机器造型配以机械化的型砂处理、浇注及落砂工序，即可组成现代化的铸造生产线。机器造型紧砂方法类别原理主要特点和适用范围震压造型先以机械震击紧实型砂，再用较低的压力（0.15MPa～0.4MPa）压实设备结构简单,造价低,效率较高，紧实度较均匀；但紧实度较低,噪声大。适用于成批大量生产中、小型铸件。微震压实造型在高频率、小振幅振动下，利用型砂的惯性紧实作用并同时或随后加压紧实型砂。型砂紧实度较高且均匀，频率较高，能适应各种形状的铸件，对地基要求较低；但机器微震部分磨损较快，噪声较小。适用于成批大量生产中、小型铸件。抛砂造型利用离心力抛出型砂，使型砂在惯性作用下完成填砂和紧实。砂型紧实度较均匀，不要求专用模板和砂箱，噪声小，但生产效率低，操作技术要求高。适用于单件小批量生产中、大型铸件。气冲造型用蒸汽或压缩空气瞬间膨胀所产生的压力波紧实型砂。砂型紧实度高，铸件精度高；设备结构较简单，易维修且能耗低，敲落砂少，噪声小，适用于成批、大量生产中、小型铸件，尤其形状较复杂的铸件。负压造型型砂不含黏结剂，被密封于砂箱与塑料膜之间，抽真空使干砂紧实。设备投资较少；铸件精度高、表面光滑；落砂方便，旧砂处理简便；能耗和环境污染较小。但生产效率较低。形状复杂覆膜较困难。适用于单件、小批量生产形状不太复杂的铸件。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，但设备复杂，适用于大批量生产的铸件。机器造型起模方法造型机大都装有起模机构，为了起模动作平稳，没有冲击，所以动力绝大多数采用液压或气压。起模方法分为顶箱、漏模和翻转三种。制芯制作型芯的工艺过程称为制芯。当制作空心铸件或铸件的外壁内凹，或铸件具有妨碍起模的外凸时，经常需要制芯。型芯可以手工制造，也可机器制造，形状复杂的型芯可分块制造，黏合成形。为了提高型芯的刚度和强度，需在型芯中放芯骨；为了提高型芯的透气性，需在型芯的内部制作通气孔；为了提高型芯的退让性，型芯可以做成空心或在芯骨上缠草绳；为了提高型芯的强度和透气性，一般型芯需烘干使用。一、砂型铸造工艺过程2.浇注系统定义：为了使液态金属流入铸型型腔所开的一系列通道。作用是保证液态金属均匀，平稳地流入并充满型腔，以避免冲坏型腔；防止熔渣、砂粒或其他杂质进入型腔；调节铸件的凝固顺序或补给金属液冷凝收缩时所需的液态金属。浇注系统是铸型的重要组成分，若设计不合理，铸件易产生冲砂、砂眼、浇不足等缺陷。浇注系统一、砂型铸造工艺过程3.合型、熔炼与浇注合型将铸型的各个组元（上型、下型、砂芯、浇口盆等）组成一个完整铸型的过程称为合型。合型时应检查铸型型腔是否清洁，型芯的安装是否准确牢固，砂箱的定位是否准确、牢固。熔炼通过加热使金属由固态变为液态，并通过冶金反应去除金属中的杂质，使其温度和成分达到规定要求的操作过程称为熔炼。浇注将金属液从浇包注入铸型的操作过程，称为浇注。若浇注温度过高，金属液吸气多，液体收缩大，铸件容易产生气孔、缩孔、黏砂等缺陷。若浇注温度过低，金属液流动性差，铸件易产生浇不足、冷隔等缺陷。一、砂型铸造工艺过程4.落砂、清理与检验落砂用手工或机械使铸件与型砂（芯砂）、砂箱分开的操作过程称为落砂。浇注后，必须经过充分的凝固和冷却才能落砂。若落砂过早，铸件的冷速过快，使铸铁表层出现白口组织，导致切削困难；若落砂过晚，由于收缩应力大，使铸件产生裂纹，且生产率低。清理落砂后，用机械切割，铁锤敲击，气割等方法清除表面黏砂、型砂（芯砂）、多余金属（浇口、冒口、飞翅和氧化皮）等操作过程称为清理。检验可通过眼睛观察（或借助尖嘴锤）找出铸件的表面缺陷，如气孔、砂眼、黏砂、缩孔、浇不足、冷隔。对于铸件内部缺陷可进行耐压试验、超声波探伤等。第一节：砂型铸造二、零件结构的铸造工艺性铸件的生产不仅需要采用合理的、先进的铸造工艺和设备，而且还要求铸件的结构尽可能适合铸造生产的要求。铸件的结构是否合理，对于铸件的质量、成本和铸造生产率都有很大的影响。铸件结构不仅要保证铸件的力学性能和使用性能要求，还必须考虑合金的铸造性能以及制模、造型、造芯、合型、铸件清理等各个工艺环节，应力求简单、保证质量、节省材料、提高生产率和降低成本。第一节：砂型铸造三、铸造工艺设计1.浇注位置浇注时，铸件在铸型中所处的位置称为浇注位置。浇注位置的确定应遵循以下基本原则：铸件重要表面应朝下或处于侧面。浇注时液态合金中的气体、夹渣、砂粒等易上浮，使铸件上部缺陷增多，组织也不如下部致密。铸件的大平面应朝下。型腔上表面长时间被合金烘烤，易拱起或开裂，造成夹砂等缺陷。铸件薄而大的平面应放在型腔的下部、侧面或倾斜的位置，以利于液态合金充填铸型防止产生浇不足、冷隔等缺陷。铸件较厚的部分浇注时应放在型腔的上部或侧面，以便安放冒口，使铸件自下而上顺序凝固，以利于补缩，防止缩孔缺陷。确定浇注位置时应尽量减少型芯的数量，有利于型芯的安装、固定、检查和排气，避免使用吊砂、吊芯或悬臂式砂芯。三、铸造工艺设计2.分型面分型面是指上、下铸型之间接合面，确定原则如下：分型面应选择在铸件的最大截面处，能保证模样从型腔中顺利取出。尽量使分型面为平直面，且数量只有一个，以便简化造型，减少错箱等缺陷，保证铸件质量，提高生产率。尽可能将铸件的全部或大部分置于同一砂型内，以避免错箱和产生较大的隙缝与毛剌。分型面的选择应有利于下芯、合箱，使型芯安放稳固，便于检查型腔尺寸。分型面的选择应尽量减少型芯及活块的数量，尽量使型腔及主要型芯位于下箱。三、铸造工艺设计3.工艺参数加工余量是指在切削加工是从铸件上切去的金属层厚度。因此，制造模样和芯盒时，应在铸件需要加工的表面上留出加工余量。起模斜度是指为使模样容易从砂型或型芯自芯盒中脱出，平行于起模方向在模样或芯盒壁上所增加的斜度。起模斜度通常是1°～3°，模样或型芯的高度越高，起模斜度取值越小。铸造圆角是在设计铸件和制造模样时，相交壁的交角要做成圆弧过渡。铸造圆角半径一般为3～10mm。收缩率铸件在冷却时要产生收缩，因此模样的外尺寸应比铸件大，其数值取决于铸件线收缩率。收缩率与铸造合金种类、铸件结构和铸型种类等因素有关。第一节：砂型铸造四、铸件热处理1、灰铸铁件热处理（1）时效用以消除残余应力、提高尺寸稳定性等，时效方法有自然时效、热时效以及振动时效等，时效处理时必须严格控制炉温及时间，注意铸件堆放方法，以免产生新的应力。（2）退火目的是降低硬度以及消除由于工艺控制不当而产生的自口组织，改善切削加工性。（3）表面热处理耐磨灰铸铁件，如缸套等，采取表面淬火工艺，使工作表面具有耐磨的马氏体组织，内部仍保持良好的韧性。对于缸筒或缸套也有的采用激光淬火工艺的。四、铸件热处理2.球墨铸铁件热处理（1）退火根据铸件原始组织不同，又分为低温退火和高温退火。若原始组织中碳化物及磷共晶太多时，可采用高温退火+低温退火两阶段退火工艺。（2）正火当铸态珠光体含量达不到产品要求的80%～90%时，可采取正火工艺。为减少正火形成的内应力，对复杂件应再进行回火处理。（3）等温淬火等温淬火是获得奥贝球墨铸铁的关键工序。（4）表面高频淬火表面要求耐磨的铸件，如曲轴、凸轮轴等。往往在加工后对轴颈表面进行高频淬火，使其表面具有耐磨的马氏体组织，心部仍保持具有强韧性能的球墨铸件组织。四、铸件热处理3.可锻铸铁热处理黑心可锻铸铁的石墨化退火一般分五个阶段，即升温，第一阶段石墨化(920℃～960℃)，中间冷却，第二阶段石墨化（650℃～750℃)，出炉冷却，最终得到铁素休基体和团絮状石墨组织。珠光体可锻铸铁则是在石墨化后，再进行空淬或液悴并回火。白心可锻铸铁件则是在强氧化性介质中氧化脱碳退火，小断面(≤6mm)铸件，主要组织为铁素体，无退火碳。大断面铸件则外层为铁索休，中间为铁素体+珠光体，心部还存在退火碳组织。4.冷硬铸铁件热处理对汽车凸轮轴、气门挺杆等铸件，一般仅进行消除内应力退火。5.铸钢件热处理汽车常用的碳钢铸件，形状复杂且易变形与开裂的铸件采用退火处理。形状不复杂，壁厚不大的铸件可采用正火处理，厚大铸件则可采用正火+回火工艺，以提高其力学性能。四、铸件热处理6.有色金属和合金铸件的热处理１）铝合金铸件热处理铝合金铸件热处理，要根据具体情况决定，例如对压铸铝铸件，由于内部存在气孔、气泡、缩松等，而表层却较致密，因此一般不进行热处理，以免破坏表面致密层；而对金属型生产的缸盖等铸件，为提高其硬度和强度，可采用淬火+回火处理。2）镁合金铸件热处理镁合金铸件为提高力学性能，降低铸造应力等也进行热处理。为提高力学性能而进行固溶处理，但其前提是合金元素在淬火时可以固溶，然后经时效可以析出。固溶处理加热温度根据铝合金成分不同而不同，例如ZMgAl8Zn铝合金，加热温度为415±5℃，保温时间6～12h.而后进行空冷淬火，人工时效的加热温度为200±5℃，保温12～16h，镁合金铸件热处理加热温度超过400℃，则需采CO2等保护性气体，防止铸件表面氧化。四、铸件热处理3）锌合金铸件热处理（1）稳定化处理因铸造锌合金中的固相脱溶分解及共析转变，容易受到冷却速度和铜、镁等的作用而被抑制，铸态下的组织不稳定，随后会因组织缓慢时效而影响铸件尺寸和性能。在低温（100℃以下)下进行稳定化处理则可加速组织转化，而使尺寸及性能稳定。（2）均匀化处理可改善枝晶偏析，并得到细片状共析组织，以提高塑性。均匀化处理温度一般为320℃～400℃，保温5～8h。4）铜合金铸件的热处理对于结构较复杂的铸件，常采用退火处理以防止铸件在使用中尺寸不稳定及变形，退火加热温度为250℃～300℃，保温1.5～2.5h。而后空冷。第一节：砂型铸造五、铸件质量控制铸造生产工序多，易使铸件产生各种缺陷，为提高质量，降低废品率，首先应正确判断铸件缺陷类别，并分析产生的原因，采取相应措施。常见铸件缺陷及其原因序号缺陷定义主要原因1气孔主要为圆形、椭圆形等形状的孔洞，内壁较光滑，通常不露出铸件表面，大孔常孤立存在，小孔则成群出现。型砂含水过多或起模、修型时刷水太多；砂型紧实度过大或透气性差；型芯排气道堵塞或型芯未烘干；金属液溶气太多；浇泩系统不合理。充型或浇注速度过快，气体排不出；铸件结构不合理，不利于排气等。2缩孔形状极不规则、孔壁粗糙并带有枝状晶的孔洞，常出现在铸件最后凝固的部位或厚壁处浇注系统和冒