第二章 汽车及其零件制造中常用制造工艺基础知识.ppt

第二章汽车及其零部件制造中常用制造工艺的基础知识， 第一节基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础基础的基础的基础的基础的基础的基础的基础的基础铸件通常占汽车自重的大约20%，仅次于钢的使用。 在材料方面，铸铁、铸钢、铸铝、铸铜等都有。灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁和合金铸铁仅用于铸铁。可以说，汽车工业已经充分利用了各种铁质材料。就各种工艺方法而言，铸造一般分为砂型铸造和特种铸造。液态金属通过重力完全充满整个模腔，直接形成模具的原材料主要是型砂。这种铸造方法叫做砂型铸造。在汽车铸件生产中，砂型铸造生产了整个汽车铸件的90%以上。所有不同于砂型铸造的铸造方法统称为特种铸造。(2)合金的铸造性能，1。流动性，2。收缩，3。隔离和吸杂，2。砂型铸造工艺，(1)砂型铸造工艺，图2-1砂型铸造工艺，(2)造型材料和造型方法，用于制作模具的材料称为造型材料，主要指型砂和芯砂。它由沙子、粘合剂和添加剂组成。成型材料应具有可塑性、强度、耐火性、透气性和屈服性。砂型铸造有多种成型方法，可分为手工成型和机械成型。手工建模是指所有手工或手工工具完成的建模过程。手工建模可分为整体建模、挖砂建模、分型建模、活块建模、三箱建模等方法。机器成型是指机器完成全部或至少一部分固砂操作的成型过程。(3)铸件浇注位置和分型面的选择。浇注位置的选择原则，2-3缸体分型面的选择，2。分型面的选择原则，2-4双齿轮分型面的选择，2-2CA6120进排气支管分型面的选择，(4)工艺参数的选择，(1)加工余量是指铸件上待加工的表面，应预先留出一定的加工余量，其大小取决于铸造合金的类型、成型方法、铸件尺寸和加工面在铸型中的位置等。(2)提升角度为了便于从模具中取出模型，垂直于分型面的垂直壁上增加的角度称为提升角度。(3)浇筑圆角为了防止浇筑墙的连接处和拐角处出现应力和裂缝，防止出现尖角损坏和浇筑模具砂眼，浇筑墙的连接处和拐角在设计浇筑时应设计为圆角。(4)型芯头为了确保型芯在模具中的定位、固定和排气，型芯头应针对型式和型芯进行设计。(5)收缩余量：由于浇注后铸件的冷却收缩，在制作模型时应增加该收缩尺寸。3、铸造结构的可制造性，(1)铸造工艺对铸造结构的要求，(1)铸造形状的设计，(2)铸造型腔的设计，(3)铸造结构斜度的设计在设计铸造结构时，考虑到启动模具的方便，斜度应设计在垂直于分型面的未加工的垂直壁上。(2)合金铸造性能对铸造组织的要求，(1)合理设计不同铸件壁厚和不同铸造条件的合金对合金的流动性有很大影响。(2)铸件的壁厚应尽可能均匀。铸件的均匀壁厚是为了使铸件所有部分的冷却速度彼此接近，形成同时凝固，避免了铸件的凝固(5)防止大平面和大平面被高温熔融金属长时间烘烤，容易产生夹砂；熔融金属中的气孔和夹渣向上漂浮并留在上表面，产生气孔和夹渣孔；此外，大平面不利于熔融金属的填充，并且容易导致浇注和冷绝缘不足。图2-5接头结构，4。特殊铸造，(1)金属型铸造。金属型铸造是指通过重力将熔融金属倒入金属模具中以获得铸件的方法。金属模具是指由金属材料制成的模具，不能称为金属模具。常用的垂直分型金属模具如图2-6所示。它由两个半模组成，即固定半模和活动半模。分型面位于垂直位置。在浇注过程中，两个半模紧密闭合。在熔融金属凝固和铸件固定后，通过简单的机构将两个半模分开，取出铸件。金属型铸造实现了“一模多件”，克服了砂型铸造工作量大、占地面积大、生产率低等缺点。它具有铸造精度高、机械性能好的特点。在汽车工业中，铝合金气缸盖、进气管、活塞等形状不太复杂的中小型铸件的大规模生产采用金属型铸造。图2-6垂直分型金属模具，62，1。铸造原理和工艺循环。压力铸造是一种铸造方法，其中液体或半液体金属在高压的作用下以非常高的速度被压入压铸模具腔中，并在压力下快速凝固以获得铸件。压力铸造工艺循环如图2-39所示。图2-39压力铸造工艺循环图。2.压铸机的分类和比较。压铸机分为冷压压铸机(卧式、立式和全立式)和热压压铸机(普通热室和卧式热室)。冷室压铸机的压力室与熔炼炉是分开的。在压铸过程中，熔融金属应在压铸前从保温炉中舀出并倒入压力室。图2-40是卧式冷室压铸机工作原理的示意图。(2)压力铸造。图2-40显示了卧式冷室压铸机的工作原理。图63显示了热腔压铸机的工作原理。热室压铸机的压力室与合金熔炼炉集成在一起。压力室浸没在保温坩埚的液态金属中。注射机构安装在坩埚上，由机械机构或压缩空气产生的压力用于压铸。图2-41显示了热室压铸机的工作原理。图2-41热室压铸机工作原理示意图，图2-7压力铸造a)封闭铸造b)注射c)开口顶部，和(iii)低压铸造。低压铸造是一种铸造方法，其中金属在20-70 kpa的压力下液压浇注到模具中，并在压力下结晶和固化。因为它的压力低，所以被称为低压铸造。低压铸造工艺原理如图2-8所示。在操作过程中，储气罐将压力为0.01-0.08兆帕的干燥压缩空气或惰性气体送入保温室，使熔融金属(比液相线高100-150)从密封坩埚沿提液管以10.5-10.6米/秒的速度压入型腔，填充后，型腔中的熔融金属仍保持恒定压力(或适当加压)，直至熔融金属完全凝固。然后在重力的作用下，抽回压力，使没有凝固的金属液回流到坩埚中，保证提液管和浇口中没有凝固的金属液。最后，打开模具，取出铸件。图2-8低压铸造工艺示意图1-保温室2-坩埚3-提液管4-储气罐5-模具58。离心铸造是一种铸造方法，在这种方法中，将熔融金属倒入旋转的模具中，并在离心力的作用下填充模具以固化和成型。根据结晶器旋转轴在空间的位置，普通离心铸造可分为两种类型：(1)水平离心铸造旋转轴冲压和连续蒙皮锻造后，必须在压机上将其移除。冲压接头通常采用平底接头和斜底接头的形式。当孔小而浅(孔径25 60毫米)时，采用平底接头(图3-16_1)。平底接头的厚度通常为4 8毫米：当孔大而深时，为了便于将孔底的金属全部清除，应采用倾斜的底部连接皮(见图3-16_2)。模锻件上直径小于25毫米的孔一般不锻造。图3-16_1平底冲孔与蒙皮结合，图3-16_2斜底冲孔与蒙皮结合，图5)模锻工艺选择，图32和图3-17是齿轮毛坯的模锻图。拉伸方法与自由锻造相同。双点划线表示齿轮零件的形状，实线表示锻件的形状。分型面沿锻件的水平方向选择，分型面选择在锻件高度方向的中间，使锻模的上模腔和下模腔形状一致。零件辐条不需要切割，所以没有加工余量。锻造孔中间的两条水平线被冲压连接。图3-17齿轮毛坯模锻图，模锻过程主要由模锻的形状和尺寸决定。模锻件根据其形状可分为两类：长轴类零件(如阶梯轴、曲轴、连杆等)。)和圆盘部件(如齿轮、法兰等。)。图3-18是盘形模锻件。模锻工艺通常采用镦粗或压平模腔来制造毛坯，然后进行终锻。图3-19是长轴模锻件。模锻工艺通常包括拉拔、轧制、预锻、终锻和切割。图3-18板式模锻，图3-19长轴式模锻，33，6)模锻的结构技术，34。设计模锻结构时，应充分考虑模锻的工艺特点和要求，锻模结构应尽可能简单，模膛应易于加工，模锻应易于成形，生产率应高，生产成本应低。因此，在模锻的结构设计中应考虑以下原则：(1)避免锻件横截面积的过大差异，避免模锻件上薄壁、高筋和直径过大的法兰。图3-20a中所示锻件的横截面积差异很大，并且凸缘太高和太薄。在模锻过程中，毛坯很难填满模腔。图3-20b所示的薄壁零件太平太薄，并且在锻造过程中薄壁零件不容易锻造。图3-21a中所示的工件具有高而薄的凸缘，这使得很难填充材料、制造锻模和取出锻件。如果它被改变成图3-21b所示的形状，使用性能将不会受到影响，锻造将更加方便。图3-20模锻件1(a)、(b)、(b)、(a)的结构和工艺实例；图3-21模锻件2、35(4)的结构和工艺实例。对于复杂形状的锻件，可考虑锻造和焊接组合结构，如图3-23所示。(2)模锻件应尽量避免深槽、深槽、深孔和多孔结构。如有必要，这些零件可以设计成零件，以便于模具制造和延长模具的使用寿命。图3-22所示零件的4个20毫米的孔不需要锻造，可以以后加工成型。图3-22齿轮，(3)锻造形状应尽可能简单，形状应对称，多向弯曲结构应尽量不使用。图3-23锻造和焊接组件，4。新的锻造工艺，(1)零件挤压，(1)正向挤压时金属流动的方向和冲头运动的方向，如图2-15所示。(2)反挤压时，金属流动方向与冲头相反，如图2-16所示。(3)在复合挤压过程中，金属沿冲头运动方向和相反方向流动，如图2-17所示。(4)径向挤压时，金属流动方向与冲头运动方向成90度角，如图2-18所示。图2-15正向挤压a)挤压示意图b)阀门，图2-16反向挤压a)挤压示意图b)活塞，图2-17复合挤压a)复合挤压示意图b)工件，图2-18通过焊接，连接的焊件不仅在宏观上建立永久连接，而且在微观上建立组织间的内部连接。焊接可以非常方便地利用型材，采用锻焊、铸焊、冲压焊等复合工艺来生产各种大型复杂的机械结构和零件，可以将不同材料、形状和尺寸的毛坯连接成一个整体的、不可拆卸的整体，从而使许多大型复杂的铸件和锻件的生产过程变得由难变得容易，变得不可能。(2)焊接方法的分类，(1)熔化待焊接的基底金属以形成焊缝的焊接方法。(2)在压力焊接过程中，对接焊缝必须施加压力(加热或不加热)以完成焊接。(3)钎焊采用熔点低于基底金属的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点且低于基底金属熔点的温度，用液态钎料润湿基底金属，填充接头间隙并与基底金属扩散，实现连接。图2-22基本焊接方法和分类，两种或多种焊接方法，(a)保护电弧焊，保护电弧焊是一种用手工操作电极的电弧焊。它具有操作简单灵活、对生产环境和焊接位置要求适应性强、对焊接接头装配要求低、可焊金属材料范围广的特点。由于SMAW的熔敷速度低，焊接质量受焊工水平的影响很大，而且焊后焊渣的清理比较麻烦，所以在汽车生产线上应用较少。(2)电阻焊接，(1)点焊将装配好的焊件放入两个圆柱形电极之间的搭接处，预压并通电加热。(2)缝焊电极是一对旋转圆盘(辊子)。焊接件随着辊子之间辊子的旋转而进给，同时通过脉冲电流加压，以获得由重叠焊点组成的连续焊接。(3)对焊对焊是一种焊接方法，通过在整个接触面上产生电阻热，使用对焊将焊接件连接在一起。图2-23电阻焊的基本形式a)点焊b)缝焊c)对焊c)气体保护焊(3)氩弧焊(1)氩气是惰性气体。在高温下，氩气不与金属反应，保护电弧和熔池免受空气的有害影响。(2) CO2气体保护焊CO2气体保护焊是一种以CO2为保护气体，连续送丝为电极的焊接方法。图2-24氩弧焊示意图a)非熔化极氩弧焊b)熔化极氩弧焊1-焊丝或电极2-导电嘴3-喷嘴4-氩气流5-电弧6-填充焊丝7-工件8-进气管9-送丝辊，(4)钎焊，(1)钎料熔点高于450，接头强度较高( 200兆帕)，主要用于应力较大或工作温度较高的工件。(2)焊料熔点低于450，接头强度低(100兆帕)，主要用于应力较小或工作温度较低的工件。(1)金属材料的可焊性，金属材料的可焊性是指在一定的焊接工艺条件下，金属材料难以获得高质量的焊接接头。它包括两个方面：一是工艺可焊性，即金属成型焊接缺陷的敏感性较小；二是性能，即金属焊接接头在使用时满足性能要求。这不仅与金属本身的材料有关，还与焊接中使用的工艺条件和焊接方法有关。(2)碳钢和低合金钢的焊接。低碳钢含碳量少，焊接性好。焊接过程不需要特殊的工艺措施，几乎所有的焊接方法都能获得高质量的焊接接头。中碳钢的碳化钨=0.25% 0.60%。随着碳含量的增加，焊接性变差，焊接时应适当预热。高碳钢含碳量高，焊接性差。通常，只焊接和修复高碳钢工件，不进行结构焊接。(3)铸铁的焊接。铸铁的碳和硅含量高，塑性差。这是一种焊接性差的材料。一般来说，铸铁不被认为是焊接结构件，但只能焊接和修理。例如，氩弧焊、气焊、点焊、缝焊和