第二章汽车及其零件制造中常用制造工艺基础知识

17452-02A第二章汽车及其零件制造中常用制造工艺基础知识第一节铸造工艺基础第二节锻造工艺基础第三节焊接基本工艺第四节冲压工艺基础第五节粉末冶金第六节塑料成型工艺基础第七节毛坯的选择第一节铸造工艺基础一、概述二、砂型铸造的造型工艺三、铸件结构工艺性四、特种铸造17452-02A一、概述(一)铸造的特点及分类(二)合金的铸造性能17452-02A(一)铸造的特点及分类汽车用铸件的主要特点是壁薄、形状复杂、尺寸精度高、质量轻、可靠性好、生产批量大等。铸件一般占汽车自重的20%左右，仅次于钢材用量，居第二位。就材质而言，铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等应有尽有，仅铸铁就采用了灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁及合金铸铁等。可以说，汽车工业使各种铁造材质达到物尽其用的地步。就所采用的各种工艺方法而言，一般习惯将铸造分成砂型铸造和特种铸造两大类。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。在汽车铸件生产中，砂型铸造所生产的铸件占整个汽车铸件的90%以上。凡不同于砂型铸造的所有铸造方法，统称为特种铸造。17452-02A(二)合金的铸造性能1.流动性2.收缩性3.偏析及吸气性17452-02A二、砂型铸造的造型工艺(一)砂型铸造的工艺过程(二)造型材料和造型方法(三)铸件浇注位置和分型面的选择(四)工艺参数的选择17452-02A(一)砂型铸造的工艺过程图2-1砂型铸造的工艺过程17452-02A(二)造型材料和造型方法制造铸型用的材料称为造型材料，主要指型砂和芯砂。它由砂、粘结剂和附加物等组成。造型材料应具备可塑性、强度、耐火度、透气性和退让性。砂型铸造的造型方法很多，可分为手工造型和机器造型两大类。手工造型是指全部用手工或手动工具完成的造型过程。手工造型按照起模特点可分为整模造型、挖砂造型、分模造型、活块造型、三箱造型等方法。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。17452-02A(三)铸件浇注位置和分型面的选择1.浇注位置的选择原则2.分型面的选择原则17452-02A(三)铸件浇注位置和分型面的选择图2-2CA6120进、排气支管分型面的选取17452-02A1.浇注位置的选择原则图2-3气缸体分型面的选取17452-02A2.分型面的选择原则图2-4双联齿轮分型面的选择17452-02A(四)工艺参数的选择(1)加工余量所谓加工余量，就是铸件上需要切削加工的表面，应预先留出一定的加工余量，其大小取决于铸造合金的种类、造型方法、铸件大小及加工面在铸型中的位置等诸多因素。(2)起模斜度为了使模样便于从铸型中取出，垂直于分型面的立壁上所加的斜度称为起模斜度。(3)铸造圆角为了防止铸件在壁的连接和拐角处产生应力和裂纹，防止铸型的尖角损坏和产生砂眼，在设计铸件时，铸件壁的连接和拐角部分应设计成圆角。(4)型芯头为了保证型芯在铸型中的定位、固定和排气，模样和型芯都要设计出型芯头。(5)收缩余量由于铸件在浇注后的冷却收缩，制作模样时要加上这部分收缩尺寸。17452-02A三、铸件结构工艺性(一)铸造工艺对铸件结构的要求(二)合金铸造性能对铸件结构的要求17452-02A(一)铸造工艺对铸件结构的要求(1)铸件外形的设计(2)铸件内腔的设计(3)铸件结构斜度的设计铸件结构设计时，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。17452-02A(二)合金铸造性能对铸件结构的要求(1)合理设计铸件壁厚不同的合金、不同的铸造条件，对合金的流动性影响很大。(2)铸件壁厚应尽可能均匀铸件壁厚均匀是为了铸件各部分冷却速度相接近，形成同时凝固，避免因壁厚差别而形成热节，产生缩孔、缩松，也避免薄弱环节产生变形和裂(3)铸件壁的连接方式要合理(4)避免铸件收缩阻碍当铸件的收缩受到阻碍，产生的铸造内应力超过合金的强度极限时，铸件将产生裂纹。(5)避免大平面大平面受高温金属液烘烤时间长，易产生夹砂；金属液中气孔、夹渣上浮滞留在上表面，产生气孔、渣孔；而且大平面不利于金属液充填，易产生浇不足和冷隔。17452-02A(3)铸件壁的连接方式要合理图2-5接头结构17452-02A四、特种铸造(一)金属型铸造(二)压力铸造(三)低压铸造(四)离心铸造17452-02A四、特种铸造图2-6垂直分型式金属型17452-02A(一)金属型铸造金属型铸造是指用重力将熔融金属浇注入金属铸型获得铸件的方法。金属型是指由金属材料制成的铸型，不能称作金属模。常用的垂直分型式金属型如图2-6所示，由定型和动型两个半型组成，分型面位于垂直位置，浇注时先使两个半型合紧，待熔融金属凝固、铸件定型后，再利用简单的机构使两个半型分离，取出铸件。金属型铸造实现了“一型多铸”，克服了砂型铸造造型工作量大、占地面积大、生产率低等缺点；具有铸件精度和力学性能高的特点。在汽车行业中，铝合金缸盖、进气管及活塞等形状不太复杂的中、小铸件的大批量生产均采用金属型铸造。17452-02A(二)压力铸造图2-7压力铸造a)合型浇注b)压射c)开型顶件17452-02A(二)压力铸造图2-8低压铸造工艺原理图1—保温室2—坩埚3—升液管4—贮气罐5—铸型17452-02A(三)低压铸造低压铸造是在20～70kPa的压力下，使金属液压入铸型并在压力下结晶凝固的铸造方法。因其压力低，故称为低压铸造。低压铸造工艺原理如图2-8所示。工作时由贮气罐向保温室中送入压力为0.01～0.08MPa的干燥压缩空气或惰性气体，使金属液(高出液相线100～150℃)沿升液管从密封坩埚中，以10.5～10.6m/s的速度压入铸型型腔中，将其充满后，仍保持—定压力(或适当增压)至型腔内金属液完全凝固。然后撤出压力，使没有凝固的金属液在重力作用下流回坩埚，保证升液管和浇口中没有凝固的金属液。最后，打开铸型取出铸件。17452-02A(四)离心铸造图2-9离心铸造a)垂直轴线b)水平轴线17452-02A第二节锻造工艺基础一、概述二、自由锻三、模锻四、锻压新工艺17452-02A一、概述(一)锻造的生产方式(二)锻造的特点(三)锻造加工的适用范围(四)金属的锻造性能17452-02A(一)锻造的生产方式(1)自由锻、胎模锻、模锻都是通过金属体积的转移和分配来获得毛坯的加工方法。(2)轧制利用金属坯料与轧辊接触表面的摩擦力，使金属坯料截面积减小、长度增加的加工方法称为轧制，如图2-11所示。(3)拉拔金属坯料在拉力作用下，通过拉拔模模孔使截面缩小、长度增加的加工方法称为拉拔，如图2-12所示。(4)挤压将金属坯料放人挤压模内，使其受压并被挤出模孔、产生变形的加工方法称为挤压，如图2-13所示。17452-02A(一)锻造的生产方式图2-10生产方法示意图a)自由锻b)胎膜锻c)模锻17452-02A(一)锻造的生产方式表2-2锻造按所用模具的安置情况分类表2-3模锻按成形温度分类17452-02A(二)锻造的特点1)金属材料经过锻压后，可改善组织，提高力学性能。2)锻造加工主要依靠金属在塑性状态下体积的转移，不需要切除金属。3)用轧、拉、挤、压等加工方法制得的坯料或零件具有力学性能好、表面光洁、精度高、刚度大等特点，可做到少切削、无切削。4)除自由锻外，其他锻压加工容易实现机械化、自动化，具有较高的生产率，其中尤以轧制、拉拔、挤压等工艺最为明显。17452-02A2)锻造加工主要依靠金属在塑性状态下体积的转移，不需要切除金属。图2-11轧制示意图17452-02A2)锻造加工主要依靠金属在塑性状态下体积的转移，不需要切除金属。图2-12拉拔示意图17452-02A2)锻造加工主要依靠金属在塑性状态下体积的转移，不需要切除金属。图2-13挤压示意图1—凸模2—坯料3—挤压筒4—挤压模17452-02A(三)锻造加工的适用范围1)发动机：曲轴、连杆、连杆盖、凸轮轴、进排气阀门等。2)前悬架：上悬臂架、下悬臂架、转向横拉杆球铰接头等。3)前桥：转向节、转向节臂等。4)转向：转向扇形轴、转向摇臂、变速器等。5)后桥：后车轴、外壳末端。6)驱动轴：驱动轴、十字轴、轴叉、TM齿轮。7)差速器：主动小齿轮、环齿轮、凸缘叉。8)等速万向节、半轴齿轮轴、轴承外座圈、内轴承座圈。17452-02A二、自由锻(一)自由锻的工序(二)自由锻零件的结构工艺性17452-02A(一)自由锻的工序自由锻工序可分为基本工序、辅助工序及修整工序。辅助工序是为基本工序操作方便而进行的预先变形，如压钳口、钢锭倒棱和压肩等。修整工序是为提高锻件表面质量而进行的工序，如校整、滚圆、平整等。基本工序是自由锻造的主要工序，包括镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移和扭转等。17452-02A(二)自由锻零件的结构工艺性1)锻件上应避免楔形、曲线形、锥形等倾斜结构，这类锻件加工时需要专用工具，且锻造困难，应尽量设计成圆柱形、方形结构。2)圆柱体与圆柱体曲面交接处锻造很困难，应改成平面与圆柱体交接或平面与平面交接较为合理。3)带加强筋和表面小凸台的锻件，结构上是不允许的。4)对于横截面有急剧变化或形状复杂的锻件，可将其设计成几个简单件锻制成形后，再用焊接或机械连接方式构成整体组合件。17452-02A三、模锻(一)锻模(二)锤上模锻工艺规程的制订(三)模锻件结构工艺性17452-02A(一)锻模图2-14锻模1—锤头2—上模3—飞边槽4—下模5—模座6、7、10—楔铁8—分模面9—模膛17452-02A(二)锤上模锻工艺规程的制订(1)绘制模锻件图该图是以零件图为依据按模锻工艺特点绘制的，是设计和制造锻模，计算坯料、选择模锻设备的吨位和检验锻件的依据。(2)确定模锻工步主要依据锻件的形状和尺寸确定长轴类模锻件，如台阶轴、连杆等一般要经过拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。(3)锻件修整主要包括切边、冲连皮、校正、清理、精压以及锻后热处理等。17452-02A(三)模锻件结构工艺性模锻件结构工艺性要求：①模锻件应有合理的分模面、模锻斜度和圆角半径；②模锻件的几何形状应有利于金属成形；③应尽量避免锻件上有深孔或多孔结构；④形状复杂的模锻件可采用锻—焊组合工艺。17452-02A四、锻压新工艺(一)零件的挤压(二)零件的轧制(三)摆动辗压17452-02A(一)零件的挤压(1)正挤压挤压时，金属流动方向与凸模运动方向—致，如图2-15所示。(2)反挤压挤压时，金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-16所示。(3)复合挤压挤压时，金属沿凸模运动方向和相反方向均有流动，如图2-17所示。(4)径向挤压挤压时，金属流动方向与凸模运动方向呈90°角，如图2-18所示。17452-02A(1)正挤压挤压时，金属流动方向与凸模运动方向—致，如图2-15所示。图2-15正挤压a)挤压示意图b)气门嘴17452-02A(2)反挤压挤压时，金属流动方向与凸模运动方向相反，如图2-16所示。图2-16反挤压a)挤压示意图b)活塞17452-02A(3)复合挤压挤压时，金属沿凸模运动方向和相反方向均有流动，如图2-17所示。图2-17复合挤压a)复合挤压示意图b)工件17452-02A(4)径向挤压挤压时，金属流动方向与凸模运动方向呈90°角，如图2-18所示。图2-18径向挤压a)径向挤压示意图b)工件17452-02A(二)零件的轧制(1)辊锻辊锻是使坯料通过装在一对轧辊上的扇形模块时，受压产生变形的生产方法，其工艺示意图如图2-19所示。(2)环形件的轧制环形件的轧制是将坯料放置在两高速旋转的成形轧辊中加压，使环形件的截面积缩小、直径增大的一种加工方法，其工艺示意图如图2-20所示。17452-02A(1)辊锻图2-19辊锻工艺示意图1—轧辊2—扇形模块3—定位块17452-02A(三)摆动辗压图2-20环形件扎制示意图17452-02A(三)摆动辗压图2-21摆动碾压的工作原理17452-02A第三节焊接基本工艺一、概述二、几种焊接方法三、材料的焊接性能四、焊接件的结构工艺性17452-02A一、概述(一)焊接的特点(二)焊