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1、第二章 汽车零件常用制造工艺基础,第一节 铸造工艺基础,第二节 锻造工艺基础,第三节 焊接工艺基础,第四节 冲压工艺基础,第七节 毛坯的选择,第五节 粉末冶金工艺基础,第一节 铸造工艺基础,一、概述,铸造：将熔化的金属液浇注到铸型中，待其凝固冷却后, 获得一定形状的零件毛坯或零件的成形方法。铸造的毛坯或零件称为铸件。,铸件材质：铸铁、铸钢、铸铝、铸铜 铸铁：白口：C以FeC形式存在 灰口：C以片状自由态存在 球铁：C以球状自由态存在 可锻：C以团絮状存在 蠕墨：灰口铁中添加稀土元素,车用铸件特点与分类： 特点：1、薄壁、形状复杂、尺寸精度高； 2、生产批量大； 3、材质要求高，如强韧、抗压等。
2、 分类：砂型铸造（90%）和特种铸造,合金的铸造性能1 流动性: 液态合金的流动能力,影响充型能力。 流动性好，则充型能力强，铸造缺陷少 影响因素：合金成分、浇注温度压力和铸型等,2. 收缩性:液态与凝固收缩是产生缩孔(宏观）、缩松（微观）的基本原因；固态收缩是产生内应力、变形和裂纹的基本原因。 影响因素：合金成分，浇注温度、铸型等。 3. 偏析及吸气性： 偏析： 铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析，偏析使铸件性能不均匀； 吸气性：熔炼、浇注时吸收气体的性能。冷凝时如气体不逸出，会在铸件中形成气孔或夹杂物（如FeO）。 降低吸气性的方法主要有：缩短熔炼时间，炉料烘干；加保护气;提高铸型和型
3、芯透气性;降低含水量等。,二、砂型铸造的造型工艺,（一） 砂型铸造的工艺过程,套筒的砂型铸造过程示意图,造型材料 型砂、芯沙：砂、粘结剂（粘土、桐油、合成脂等）、特殊附加物（如：木屑增加透气性；煤粉加强防粘性）。 芯砂要比型砂具有更好的耐火性、强度、透气性、退让性（不阻碍收缩）。 造型方法：手工造型与机器造型,（二）造型材料与造型方法,（三）砂型制造,1、砂型的组成,2、 铸件浇注位置和分型面的选择,选择铸件浇注位置要考虑以下原则： a. 铸件的重要加工面、主要工作面应朝下或在侧面（图12、13）：保证组织均匀、致密；,铸件浇注位置：指铸件在铸型中的位置与姿态,b、大平面朝下（图2-14）：在
4、上时，由于热上升，型砂膨胀，易使铸件拱起 c. 铸件薄壁部分应放在下部（图2-15）：下部组织均匀、防热拱起,d. 易形成缩孔的铸件，较厚的部分保证铸件实现定向凝固（图2-16）； e. 尽量减少型芯，利于其安放、合型、排气（图2-17）。,分型面：两个半铸型相互接触的表面,选择分型面要考虑以下原则： a. 分型面应尽量采用平面（图2-19）； b. 分型面数量尽量少（图2-20)； c. 尽量使铸件全部或大部分放在同一砂型中(图2-21）； d. 应尽量减少型芯和活块的数量（图2-21）。,方案a：制模（手工）的过程中需要手工翻动沙箱，取出样模，生产率低， 方案b：需用三箱手工造型 方案c：
5、两箱机器造型,减小错箱误差，保证位置精度（加工基准面为350，内孔与其在一个箱容易保证二者位置精度和组织的均匀。 若以350为分型面，虽可简化型芯，但分型面处铸造质量难以保证,（四）. 工艺参数的选择,铸造工艺方案确定以后，还要选择各种工艺参数。 加工余量：为进行机械加工，铸件比零件增大的一层金属称为加工余量 加工余量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。 一般，各种铸造方法的加工余量可参阅机械制造手册。 (2) 起模斜度：为使模样便于从铸型中取出，垂直于分型面的立壁要有一定的斜度，称之为起模斜度。 一般取0.5 4。 (3) 铸造圆角：防止铸件连接和拐角处
6、产生应力、裂纹，防止铸型的尖角损坏和产生砂眼。,(4) 型芯头：保证型芯在铸型中的定位、固定和排气，型模和型芯都要设计出型芯头，型芯要有排气孔。 (5) 收缩余量：为补偿铸件收缩，模样要比铸件图纸尺寸略大，这个增大的数值称为收缩余量。一般灰铸铁的收缩余量为0.8%-1.0%，铸钢为1.8 %-2.2%，铸造铝合金为1.0%-1.5%。收缩余量大小通常与合金种类、铸造工艺、铸件在收缩时的受阻情况等有关。,（五）铸造工艺图：用工艺符号或文字，将铸造工艺方案、工艺参数、型芯等绘制在零件图上形成的图形。,四、特种铸造,1. 金属型铸造,特种铸造：指与砂型铸造不同的其他铸造方法。 方法种类：金属型铸造、
7、压力铸造、低压铸造、离心铸造、熔模铸造、陶瓷型铸造、石膏型铸造等等。,概念：借助重力将熔融金属浇注入金属铸型获得铸件的方法. 常用的垂直分型式金属型如图2-6所示。 特点：“一型多铸”，铸件精度和力学性能高。尺寸精度IT12-IT16，表面粗糙度Ra6.3-12.5 应用：用于形状不复杂的中、小铸件的大批量生产中。 如汽车中的铝合金缸盖、进气管及活塞等。 工艺措施：1）排气；2）型腔喷耐火涂料；3）预热金属型,2. 压力铸造（压铸机+金属膜）,概念：指将熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。压力铸造使用的压铸机如图2-7所示。,特点： 高压、高速充型（压力：5-150MPa，时间
8、：0.15s，充填速度：5-100m/s），无流动性问题，生产率很高，适用于大批量生产（设备、铸型投资大）。 组织细密，精度高：力学性能比砂型铸造提高20%-40%。精度：IT11-IT13，Ra1.6-6.3 排气困难，这可导致铸件表皮下产生含气体的微孔，容易引起压铸件变形。因此，压力铸造铸件不能进行热处理。 结构工艺性：可铸出细小的螺纹、孔、齿、文字等；适用于薄壁件（铝合金：1.5-5mm，铜合金2-5mm）； 应用： 在汽车上的压铸件上百种，如铝压铸件缸体、缸盖等。,3. 低压铸造,概念：在20-60kPa的压力下，使金属液自下而上热压入铸型并在压力下结晶凝固的铸造方法。原理如图2-8。
9、,特点：压力可控，压力下凝固，组织致密，无缺陷。成品率高，金属利用率高(可达95%)。铸件表面粗糙度可达IT14-lTl2，最小壁厚为2-5mm。 应用：适用于各种材料的铸型 (金属型、砂型、壳型和熔模铸型)。可以生产铝、镁、铜合金和少量钢制薄壁壳体类铸件，例如发动机的缸体和缸套，高速内燃机的活塞、带轮、变速箱壳体等。,4. 离心铸造,概念：将熔融金属浇入绕轴回转的铸型中，在离心力的作用下凝固成形的铸造方法。如图2-9所示。 特点：在离心力作用下结晶，铸件组织致密，但内表面质量较差，尺寸不够准确。 应用：主要用于制造铸钢、铸铁、有色金属等材料的各类管状零件的毛坯。常用于铸造要求壁厚均匀的中空铸
10、件。,5、熔模铸造,工艺过程：蜡模结壳（涂挂耐火材料）脱蜡焙烧（硬化）填砂浇注破壳取件 特点：没有任何分型面，精度较高。 应用：形状复杂的零件（如叶片）、难以切削加工的零件（如刀具）,第二节 锻造工艺基础,一、概述,锻造：利用金属材料的可塑性，借助外力和模具的作用,使坯料或铸锭产生变形并形成所需要的形状、尺寸和一定组织性能的零件的加工方法。 锻造加工的主要形式有：,(1) 自由锻与模锻（含胎膜锻）：,自由锻的主要设备：锻锤、压力机 模锻的主要设备：模锻锤、模锻压力机（锻模固定在锤头、砧座上） 胎膜锻：自由锻设备+锻模（不固定在锤头上） 工艺：自由锻制坯胎膜锻1胎膜锻2-。-成型 特点：1、自由
11、锻设备、准模锻效果； 2、多模联合使用，小设备大工件,模锻按成形温度又可分为： 热锻：锻造过程结束时，锻件温度高于材料的再结晶温度。（通常，对钢铁材料，要加温至1200度左右）。热锻无加工硬化现象，但要经历再结晶过程，即锻后变形大，属非精密成型，所需压力小。 冷锻：在室温或经软化退火处理后进行的锻压，所需压力较大，锻后变形小，是一种精密成型技术，在汽车的小型零件加工中有广泛应用，主要用于中低碳钢。 温锻：介于前两者之间的加热锻造，也是一种精密成型技术，具有前两者的优点。,(2) 轧制：一般为热轧，利用金属坯料与轧辊接触表面的作用力，使金属坯料截面减小、长度增加的加工方法。图2-11 (3) 拉
12、拔：金属坯料在拉力作用下通过拉拔模孔使截面缩小、长度增加的加工方法。图2-12 (4) 挤压：在挤压模内，使金属坯料受压并被挤出模孔，产生变形的加工方法。图2-13,锻造特点： (1) 可改善金属组织，细化晶粒，提高材料力学性能。 (2) 不需要切除金属，材料利用率高，工件强度高。 (3) 锻压件力学性能好、表面光洁、精度高、刚度大。 (4) 实现机械化、自动化，生产率高。 (5) 金属变形不能太大, 工件形状不能太复杂, 设备投资大。,锻造的适用范围： 汽车中锻造的主要应用如下： (1) 发动机：曲轴、连杆、连杆盖、凸轮轴、进排气门等。 (2) 前悬架：上悬臂架、下悬臂架、转向横拉杆球铰头等
13、。 (3) 前桥：转向节、转向节臂等。 (4) 转向：转向扇形轴、转向摇臂等。 (5) 后桥：后车轴、外壳末端。 (6) 驱动轴：驱动轴、十字轴、轴叉、变速齿轮。 (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。,金属的锻造性能： 锻造性能 ：亦称可锻性。通常以金属塑性变形能力和变 形抗力为衡量指标。 影响因素：化学成分、金属组织、变形温度和速度等。,二、模锻,模锻：使金属坯料在锻模模腔内一次或多次承受冲击力或压力的作用，而被迫流动成形的锻造方法。,分类：锤上模锻、胎膜锻、压力机上模锻,特点与应用： (1) 生产率高，金属变形是在模膛内进行
14、，锻件成形快，适合于中、小型锻件的大批量生产。 (2) 模锻件尺寸相对精确，加工余量小； (3) 可以锻出形状比较复杂的锻件； (4) 比自由锻节省材料，切削加工量小，降低成本； (5) 操作简单，易于实现机械化和自动化生产。 (6) 缺点是设备、模具成本高；,锻模模膛：分为预锻模膛和终锻模膛两种。典型锻模结构如图2-14 预锻模膛：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸； 终锻模膛：使工件达到要求的尺寸与形状。 变形大、结构复杂的锻件常常要有若干个锻模：减小设备投资、防止锻件一次变形过大。,1. 锻模,2. 锤上模锻工艺规程的制订,一般工艺过程：切断毛坯加热坯料模锻切除飞边锻件热处理表面清理检验
15、成堆存放。,模锻生产工艺规程包括： (1) 绘制模锻件图：主要考虑问题与步骤： a. 确定分模面：锻件最大尺寸截面（最好为平面）； 上下模膛分界处轮廓一致，深度相等，深度最浅为原则。 b. 选择余量、公差：根据锻件大小、形状和精度等级。 一般余量：1-4mm，公差：+/-0.3-3mm。,(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。,c. 确定模锻斜度：一般外壁t = 510，内壁斜度 = t+25。 d. 确定凸凹圆角半径 (rR)： 一般 ：r =
16、 单面加工余量+零件圆角半径，R = (23) r。 (2) 确定模锻工步：主要依据锻件的形状和尺寸确定，轴类模锻件：拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。 盘类模锻件：墩粗、预锻和终锻等工步。 (3) 锻件修整：切边、冲去连皮、清理、精压、热处理等。,3. 模锻零件结构工艺性要求,1、挤压：通过对挤压模内坯料施加强大压力，使它发生变形而获得毛坯或零件的加工方法。,分类：(1)正挤压; (2)反挤压; (3)复合挤压; (4)径向挤压,特点与应用： (1) 坯料在挤压模内三向受挤，使组织更加细密； (2) 挤压零件表面质量好： 一般精度：IT6-IT7，表面粗糙度：Ra 3.20.4 um； (3) 挤压零件流线分布好，使其力学性能提高； (4) 材料利用率高达70%； (5) 生产率高，并可制出形状复杂、薄壁、深孔件。,三、锻压新工艺,2. 零件的轧制,轧制：主要用于生产原材料，如型材、管材、板材及异型钢材等，近年来用于制造各种零件。,分类：纵轧、横扎、斜轧、楔横轧等,特
