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1、第七章 汽车零件加工工艺,本章导读,铸造、锻压与焊接是机械制造生产中金属材料热加工成形的三种基本方法，主要用于毛坯生产，供切削加工使用，有时也提供少量的零件成品。 本章要点 1.常用的铸造合金的性能特点，砂型铸造的工艺过程及特点，特种铸造的工艺过程及适用范围。 2.锻造材料的特性，自由锻的种类，模锻的种类及应用。 3.焊接的工作原理、种类、工具及其适用范围，气割材料的特点。,7.1 铸造,铸造是指将液体金属浇注到具有与零件形状相应的铸型型腔内，待其冷却凝固后获得铸件的方法，其实质是利用熔融金属的流动性能实现材料成形。一般情况下，铸件通常是毛坯，需经过切削加工才能成为零件，但对要求不高或精密铸造
2、方法生产出来的铸件，也可以不经切削加工而直接使用。 7.1.1 铸造合金的性能特点 常用的铸造合金有铸铁、碳钢、铜合金和铝合金等。其铸造性能主要指流动性、收缩性、偏析等，它们对获得合格铸件是非常重要的。 1. 金属或合金的流动性 金属或合金的流动性是指液态金属或合金自身的流动能力。,2流动性的影响因素 影响流动性的因素很多，主要有合金的成分，浇注温度和铸造工艺。 （1）合金的成分 不同成分的铸造合金凝固时具有不同的结晶特点，流动性不同。共晶成分的合金是在恒温下结晶的，且结晶温度低，流动性好。其他成分的合金，结晶是在一个温度范围内完成的，也就是说有一个液相与固相共存区。先结晶的固体，必然会影响液
3、态金属的流动性。结晶温度间隔越宽，其流动性越差。 （2）浇注温度 浇注温度越高，可使液态金属粘度下降，流动能力增强；另一方面也增加了液态金属的过热度，使得金属以液态存在的时间加长，从而大大提高金属液体的充型能力。,（3）铸型工艺及铸件结构 液态合金在砂型中流动性大于金属型，砂型中干型流动性大于湿型，此外提高直浇口高度，增设出气冒口等都可增加合金流动性。 3. 铸件的凝固与收缩 随着温度的降低，浇入铸型的金属液将发生凝固，并伴随着收缩过程。铸造金属或合金从浇注到冷却至室温要经历三个收缩阶段，即液态收缩、凝固收缩和固态收缩。影响收缩的主要因素有(1)化学成分(2)浇注温度(3)铸型工艺(4)铸件结
4、构 4.常用铸造合金 灰铸铁; 碳素铸钢; 有色金属,7.1.2 砂型铸造 砂型铸造就是将熔化的金属浇入到砂型型腔中，经冷却、凝固后，获得铸件的方法。 1.砂型的种类 (1)湿型：向石英砂中加入适量的粘土和水分，混制而成的型砂称为湿型砂。 (2)干型：经过烘干的砂型称为干型。 (3)表面干型：铸型表面仅有一层很薄的型砂被干燥(干燥层一般为1520mm)，铸型其余部分仍然是湿的，故称表面干型。 (4)化学硬化砂型(自硬砂型)：铸型靠型砂自身的化学反应而硬化，一般不需烘干，或只经低温烘烤。 2.砂型铸造的工艺流程 砂型铸造的生产工序主要包括：制模、配砂、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理和检
5、验，如图7-1所示为套筒铸件的生产过程。,（1）造型(芯)。制造砂型的工艺过程叫做造型；制造砂芯的工艺过程叫做制芯，也叫造芯。造型和造芯是铸造生产中最重要的工艺过程之一。造型(芯)方法按机械化程度可分为手工造型(芯)和机器造型(芯)两大类。,图7-1 砂型铸造的工艺过程,图7-2 套筒铸件的生产过程,手工造型（芯）是指用手工完成紧砂、起模、修整及合箱等主要操作的造型(芯)过程。手工造型(芯)是一种最基本的造型方法，造型工艺适应范围广泛，质量一般能够满足工艺要求，适合单件、小批量生产。但手工造型(芯)劳动强度大，生产率低，铸件质量不易稳定。手工造型方法很多，如模样造型、刮板造型、地坑造型（如图7
6、-3所示）等，各种造型方法有不同的特点和应用范围。,a)整模造型,b)假箱造型,c)分块造型,d)挖砂造型,e)两箱造型,f)地坑造型,g)活块造型,h)刮板造型,i)三箱造型,图7-3 手工造型方法,机器造型(芯)是指用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型工序。,（2）型(芯)砂的紧实。型砂需要紧实才能成为整体的砂型。,（3）砂型(芯)的烘干。,砂型和砂芯是多孔性物体，对其烘干即水分的去除大致可分为两步进行：表面水分的蒸发和内部水分的迁移(扩散)。烘干方法有表面烘干和整体烘干两种。 （4）合箱。合箱就是把砂型和砂芯按要求组合在一起成为铸型的过程，习惯上也称拼箱、配箱或扣箱。 （5）浇注。浇
7、注前应做好浇注准备工作。 （6）铸件的落砂与清理。浇注完毕，铸件凝固以后，还必须进行落砂、清理、表面处理等工作，才能得到合格的铸件。 （7）铸件表面处理。 3.铸件质量检验与缺陷修补 铸件质量包括铸件内在质量、外在质量、使用质量等几个方面。铸件质量的具体要求，一般在零件图和有关技术文件中都有明确规定。,7.1.3 常用特种铸造 为提高铸件质量与劳动生产率，改善合金性能和劳动条件，降低生产总成本，往往采用特种铸造。常用的特种铸造方法有金属型铸造、熔模铸造、压力铸造和离心铸造等。 一 金属型铸造 将液态金属浇入金属铸型中以获得铸件的方法，称为金属型铸造。 二.熔模铸造 用易熔材料制成模型，然后在模
8、型外面涂上涂料和石英砂以形成外壳，在外壳硬结后熔去模型，经焙烧后获得无分型面的铸型硬壳，浇入液态金属，待其冷凝后，毁去外壳即获得铸件，如图7-4所示。,图7-4 熔模铸造工艺流程,三 压力铸造,a) 合型浇注b) 压射c) 开型顶出铸件 图7-5 压力铸造,将液态金属高压、高速充填到金属型腔内以获得铸件的方法，称为压力铸造，如图7-5所示。,四 离心铸造,图7-6 离心铸造工艺流程,图7-6 离心铸造工艺流程,将液态合金浇入高速旋转着的铸型中，使其在离心力作用下充型和结晶而获得铸件的方法称为离心铸造。离心铸造的铸型有绕垂直轴旋转和绕水平轴旋转两种，如图7-6所示。,7.1.4 铸造在汽车制造中
9、的应用 在汽车制造过程中，采用铸铁制成毛坯的零件很多，约占全车重量10左右，如气缸体、变速器箱体、转向器壳体、后桥壳体、制动鼓、各种支架等。制造铸铁件通常采用砂型。砂型的原料以砂子为主，并与粘结剂、水等混合而成。砂型材料必须具有一定的粘合强度，以便被塑成所需的形状并能抵御高温铁水的冲刷而不会崩塌。为了在砂型内塑成与铸件形状相符的空腔，必须先用木材制成模型，称为木模。炽热的铁水冷却后体积会缩小，因此，木模的尺寸需要在铸件原尺寸的基础上按收缩率加大，需要切削加工的表面相应加厚。空心的铸件需要制成砂芯子和相应的芯子木模(芯盒)。有了木模，就可以翻制空腔砂型(铸造也称为“翻砂”)。在制造砂型时，要考虑
10、上下砂箱怎样分开才能把木模取出，还要考虑铁水从什么地方流入，怎样灌满空腔以便得到优质的铸件。砂型制成后，就可以浇注，也就是将铁水灌入砂型的空腔中。浇注时，铁水温度在12501350，熔炼时温度更高。,7.2 锻压,锻压是对毛坯施加压力，使其产生塑性变形，改变其尺寸，形状并改善其性能，用以制造机械零件或毛坯的成形加工方法，是锻造和冲压的总称。 7.2.1 锻造材料的性能特点 塑性好，变形抗力小，金属的锻造性能就好，反之则差。因此，常用塑性和变形抗力来综合衡量金属的锻造性能。影响金属锻造性能的主要因素是金属的性质和加工条件。 7.2.2 自由锻造,a)冲一面 b) 冲另一面 c) 冲孔完成 图7-
11、7 双面冲孔示意图,a) 准备冲孔 b) 冲孔完成 图7-8 单面冲空示意图,a)完全镦粗b)端面镦粗c)中间镦粗d)水压机用球面板镦粗 图7-9 镦粗,a) 用大锤打弯b) 用吊车打弯c) 板料弯曲d) 角尺弯曲 图7-10 弯曲,图7-11 错移,a)拔长b) 小筒形锻件的芯棒拔长c)芯棒拔长 图7-12 拔长,7.2.2 自由锻造 自由锻是利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生塑性变形，从而得到所需锻件的锻造方法。,自由锻分手工锻造和机器锻造两种。,自由锻生产中进行的工序很多，可分为基本工序、辅助工序及精整工序三大类。,自由锻的基本工序是使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以达到所需
12、形状和尺寸的工艺过程，如冲孔(如图7-7、7-8所示)、墩粗（如图7-9所示）、错移（如图7-11所示）、弯曲（如图7-10所示）、切割、扭转和拔长（如图7-12所示）等。辅助工序是为基本工序操作方便而进行的预先变形工序，如压钳口、压钢锭棱边、切肩等。精整工序是用以减少锻件表面缺陷而进行的工序，如清除锻件表面凸凹不平及整形等，一般在终锻温度以下进行 。 自由锻的缺点是：金属的消耗较大，同时需要留较大的加工余量，增加了机械加工的工时，不利于降低零件成本；其次，生产效率低，工人劳动强度大。因此，自由锻主要应用于单件和小批量生产，图7-13为自由锻常用的空气锤。,图7-13 空气锤,7.2.3 模型
13、锻造 模锻是在高强度金属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变形的锻造方法。在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时能得到和模膛形状相符的锻件。,与自由锻比较，模锻有如下优点： （1）生产率较高。自由锻时，金属的变形是在上、下两个抵铁间进行的，难以控制。模锻时，金属的变形是在模膛内进行的，故能较快获得所需形状。 （2）模锻件尺寸精确，加工余量小。 （3）模锻可以锻造出形状比较复杂的锻件。若用自由锻来生产，则必须加大敷料来简化形状。 （4）模锻生产比自由锻生产节省金属材料，减少切削加工工作量。在批量足够的条件下能降低零件成本。 模锻按使用的设备不同分为：锤上模锻
14、、胎模锻、压力机上模锻等。,（一）锤上模锻 锤上模锻是将上模固定在模锻锤头上，下模紧固在模座上，通过上模对置于下模的坯料施以直接打击来获得锻件的模锻方法。图7-14为连杆的模锻过程。,图7-14 连杆的模锻,（二）胎模锻造 在自由锻设备上使用可移动胎模具成形制得模锻件的方法，称为胎模锻造。,7.2.4 板料冲压,图7-15 冲压件,板料冲压是利用冲模使板料产生分离或成形的加工方法。这种加工方法通常是在冷态下进行的，所以又叫冷冲压。图7-15为各种冲压件。板料冲压具有下列特点： （1）可以冲压出形状复杂的零件，废料较少。 （2）产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，互换性能好。 （3）能获得质
15、量轻、材料消耗少、强度和刚度较高的零件。 （4）冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动化，生产率很高，零件成本低。,一冲压基本工序 冲压生产有很多种工序，其基本工序有分离工序和变形工序两大类。 （一）分离工序 1 剪切 剪切是指以两个相互平行或交叉的刀片对金属材料进行切断的工序。 主要用于下料 , 将板料切成冲压所需的具有 一定宽度的条料。 如图7-16所示。,1、8下刀刃 2、6上刀刃 3导轨 4、5滑块 7、11钢板 9工作台 10挡铁 图7-16 剪切,2 落料及冲孔 落料和冲孔的工艺过程完全相同 , 当坯料被冲下的部分为成品时 , 该工艺过程称为落料；当坯料的周边为成品时 , 该工艺过
16、程称为冲孔。落料与冲孔总称为冲裁。如图7-17所示。,图7-17 冲裁,3. 整修 整修是指利用整修模沿冲裁件的外缘或内孔刮去一层薄薄的切屑，以提高冲裁件的加工精度和剪断面的光洁度的冲压方法，如图7-18所示。,图7-18 整修,（二）变形工序 弯曲是将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度的制件的成形方法。 图7-19为常用弯曲示意图。,图7-19 弯曲过程,2. 拉深 拉深是指变形区在一拉一压的应力状态作用下 ,使板料（浅的空心坯）或形为空心件（深的空心件）而厚度基本不变的加工方法。 如图7-20所示。,图7-20 拉深,3. 翻边 翻边是指在毛坯的平面部分或曲面部分的边缘，沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法 。图7-21为用凸凹模获得内凸缘的加工方法。,图7-21 翻边,4 胀形 板料或空心坯料在双向拉应力作用下，使其产生塑性变形取得所需制件的成形方法。如图7-22所示 。,a)液压成形 b) 橡皮成形 1-液体 2、6凸模 3、7橡皮 4、8制件 5、9凹模 图7-22 胀形,在生产实际中 , 绝
