汽车机械基础（第2版）张本生课件第14章 汽车机械零件常用成形技术

学习目标1.掌握零件成形方法；2.理解切削机床分类方法和机床型号的编制；3.了解车削加工设备组成；4.理解切削刀具材料和刀具各部名称；5.了解车、铣、镗、磨、钻床结构组成与性能；6.特种加工常用方法能力要求1.会选择零件成型方法；2.能识别机床类型；3.会选择切削刀具材料；4.能根据零件和材料选择切削刀具和设备第14章汽车机械零件常用成形技术第14章汽车机械零件常用成形技术14.1汽车机械零件常用成形方法简介14.1.1材料成形法1．铸造（1）铸造特点1）铸造优点2）铸造缺点（2）铸造方法砂型铸造的主要工序为制造模型、芯盒、制备造型材料、造型、造芯、烘干、合箱、熔化与浇注，铸件的清理和检验。砂型铸造应用最广泛，如汽车变速箱体、后桥桥体、方向机机体等，均采用砂型铸造。除了砂型铸造外，对于大批量零件毛坯生产时，为了提高效益，通常采用熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造以及壳型铸造等。2．锻造（1）锻造特点1）优点2）缺点（2）锻造方法手工自由锻和机器自由锻两种。模锻有锤上模锻、胎模锻及精密模锻等，模锻常用于汽车前桥、轴、齿轮零件的毛坯生产。3．轧制轧制是使金属坯料通过一对回转轧锟的空隙而受压产生塑性变形获得所需零件形状的加工方法。主要用于板材、管材与型材，以及连杆、齿轮、轴、盘类等各种零件的生产。4．拉拔拉拔是利用金属坯料通过拉拔模的模孔产生塑性变形而获得产品的加工方法。生产中主要用于各种细线材、薄壁管及各种特殊几何形状的型材的制造。挤压、轧制、拉拔等方法的突出优点是效率高，成本低，零件强度得到提高，主要用于大批量生产。5．粉末冶金粉末冶金是将粉末状的原材料在特定型腔中加热、加压成型。14.1.2材料累加法材料累加法是指将分离的原材料通过加热、加压或其它手段结合成零件的方法，属于此类工艺的有焊接、粘接与快速原型制造等，其中焊接是采用最广泛的一种制造方法。1．焊接的特点2．焊接的分类1）熔化焊3）钎焊2）压力焊14.1.3材料去除法材料去除法是指利用机械能、热能、光能、化学能等能量去除毛坯上多余材料而获得所需形状、尺寸的方法。切削加工方法是生产中最常见的材料去除法，如车削、铣削、刨削、钻削、镗削与磨削等。机械切削加工能获得较高的加工精度，是机械零件生产中常用的精加工方法。14.2零件切削加工装备14.2.1切削机床分类金属切削机床分为12大类，分别为车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床及其它机床。1．通用机床2．专门化机床3．专用机床14.2.2机床型号的编制1．机床的类别代号GB/T15375-2008《金属切削机床型号编制方法》2．机床的特性代号3．机床组代号4．机床系别与主参数代号5．机床的重大改进代号14.2.3机床的组成1．机床框架结构2．运动部分3．动力部分4．控制部分14.3车削及其装备14.3.1车削加工主要工艺类型14.3.2车床类型主要有卧式车床、立式车床、转塔车床、单轴自动车床、多轴自动车床及半自动车床、仿形车床、多刀车床及多门化车床（如凸轮车床、曲轴车床、铲齿车床等）。大批量生产中，有各种各样的专用车床。1．转塔车床1-主轴箱2-前刀架3-转塔刀架4-床身5-溜板箱6-进给箱2．卧式车床1-主轴箱2-刀架3-尾座4-床身5、7-床腿6-溜板箱8-进给箱14.3.3工艺装备1．金属切削刀具1）刀具组成

2）刀具的种类切刀类（含车刀、刨刀、插刀、成形刀等）；孔加工刀具（含麻花钻、扩孔钻、锪钻、深孔钻、铰刀等）；拉刀类（含内表面及外表面拉刀）；铣刀类（圆盘铣刀、指状铣刀等）；螺纹加工刀具（含螺纹车刀、丝锥、板牙、螺纹切头、螺纹梳刀、滚丝轮、搓丝板等）；齿轮刀具（含滚齿刀、插齿刀、剃齿刀、齿条刨刀、花键滚刀等）；磨具（含各种砂轮、砂带、抛光轮等）。刀具分成整体式、焊接式及机械夹固式刀具机械夹固式刀具又有可重磨式和不重磨式（可转位）刀具Al2O3TiCNTiN刀片的涂层2．机床夹具机床夹具是用以准确、迅速安装零件的工艺装置。安装零件包含定位和夹紧两个过程。1）机床夹具功用2）机床夹具的组成3）夹具种类通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具及随行夹具等几类。3．辅助工具量具是用于测量零件加工后的尺寸及形位公差是否符合图纸要求的重要工具。游标量具（如游标卡尺）、螺旋测微量具（如外径千分尺）、机械量仪（如百分表）、光学量仪（如立式光学仪）、电动量仪（如电动轮廓仪）和测零件角度的万能角度仪等。14.4铣、刨、磨削加工14.4.1铣床加工1．铣床类型铣床的主要类型有卧式升降台铣床、立式升降台铣床、龙门铣床、工具铣床、圆台铣床、仿形铣床和各种专门化铣床。XA6132型万能升降台铣床外形1-底座2-床身3-横梁4-主轴5-刀轴支架6-工作台7-回转盘8-床鞍9-升降台2．铣削加工工艺铣削加工是在铣床上用旋转的铣刀对各种零件的平面或曲面进行加工。14.4.2刨削加工用刨刀对零件的平面、沟槽或成形表面进行刨削的直线运动机床。1．特点刨削所需的机床、刀具结构简单，制造安装方便，调整容易，通用性强。但刨削的主运动是变速往复直线运动，零件和刀具作垂直于主运动的间歇进给运动，工作时主运动作变速运动，惯性较大，限制了切削速度的提高，并且在回程时不切削，所以刨削加工生产效率低。刨削在单件、小批生产，特别是加工狭长平面时被广泛应用，在大批量生产中往往被铣床所代替。刨削加工精度一般可达IT9～IT7级，表面粗糙Ra值为12.5～1.6μm。2．刨床牛头刨床、龙门刨床、单臂刨床及专门化刨床。刨边机、刨削冲头和复杂形状零件的刨模机）等。1-工作台2-刀架3-滑枕4--床身5-传动轮6-操纵手柄7-横向进给手柄8-横梁14.4.3磨削加工1．特点磨具采用的磨料具有颗粒细小，硬度高，耐热性好等优点，是一种多刀多刃的高速切削方法，能加工一般金属刀具所不能加工的零件，如淬硬钢、硬质合金、玻璃、花岗石等。加工过程中同时参与切削运动的颗料数量多，能切除极薄极细的切屑，加工精度高，表面粗糙度值小，加工的经济精度为IT5～IT7，表面粗糙度Ra值0.4～0.025μm。磨削的工艺分为粗磨、精磨、细磨及镜面磨削。

2．磨床M1432B型万能外圆磨床1-床身2-头架3-工作台4-内圆磨装置5-砂轮架6-尾座7-脚踏操纵板14.5钻、铰、镗削加工14.5.1钻、铰、镗削加工工艺1．钻削加工工艺在实体零件上加工孔为钻削，钻头的轴向移动为进给运动。按孔的直径、深度的不同，生产中有各种不同结构的钻头，其中最常用的为麻花钻。采用麻花钻钻孔时，轴向力很大，定心能力差，孔易引偏；钻孔加工摩擦严重，冷却润滑不便，孔表面较粗糙。故麻花钻钻孔的精度不高，一般为IT13～IT12，表面粗糙度Ra可达12.5～6.3μm，生产效率也不高，钻孔主要用于φ80mm以下孔径的粗加工，如加工精度、粗糙度要求不高的螺钉孔、油孔或对精度、粗糙度要求较高的孔做预加工。2．铰孔加工工艺铰孔是对中小直径的已有孔进行精度、质量提高的一种常用加工方法。铰削采用的切削速度较低，加工余量小（粗铰时一般为0.15～0.35mm，精铰为0.05～0.15mm），铰刀的校准部分长，对孔璧有修光作用，铰削通过对孔璧薄层余量的去除使孔的加工精度，表面质量得到提高，一般铰孔精度可达IT9～IT6，表面粗糙度Ra可达1.6～0.4μm，但铰孔对位置精度的保证不够理想。铰孔既可用于加工圆柱孔，也可用于加工圆锥孔；既可加工通孔，也可加工盲孔。铰孔前，被加工孔应先钻孔和扩孔加工，铰削余量应合理，既不能过大也不能过小，速度与用量也应合适，才能保证铰削质量。铰削操作中，铰刀不能倒转，铰孔后，应先退铰刀后停车。3．镗削加工工艺在镗床上以旋转的镗刀为主运动，零件或镗刀移动作进给运动，对孔进行扩大孔径及提高质量的加工方法为镗削。镗削加工能得到较高的加工精度，一般可达到IT8～IT7，较高的表面粗糙度，Ra一般为1.6～0.8μm。加工质量与所用加工设备有关，对工人技术水平要求较高，加工中调整机床、刀具时间较长，镗削加工生产率不高，镗削加工灵活性较大，适应性强。镗削加工一般用于加工机座、箱体、支架及非回转体等外形复杂的大型零件上的较大直径孔；对外圆、端面、平面也可采用镗削进行加工，且加工尺寸可大可小；当配备各种附件、专用镗杆和相应装置后，镗削还可以用于加工螺纹孔、孔内沟槽、内外球面，锥孔等。14.5.2钻、镗设备1．钻床钻床是对孔进行加工的主要机床之一。主运动是主轴的旋转运动，主轴的轴向移动为进给运动钻孔加工中零件固定不动钻床种类有立式钻床、台式钻床、摇臂钻床、深孔钻床、中心孔钻床、数控钻床等。

1-工作台2-主轴3-主轴箱4-立柱5-进给操作手柄立式钻床钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪沉头孔、锪孔口端面等操作2.镗床镗床主要用于加工重量和尺寸较大零件上的大直径孔系。镗床有卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床等。卧式镗床1-支架2-后立柱3-工作台4-径向刀架5-平旋盘6-镗轴7-前立柱8-主轴箱9-后尾筒10-床身11-下滑座12-上滑座13-刀座14.5.3孔用加工刀具1．麻花钻

麻花钻由工作部分（包括切削和导向部分）、颈部和柄部三部分组成柄部分为锥柄和直柄两种2．铰刀铰刀由工作部分（切削部分和校准部分）、颈部和柄部三部分组成3．砂轮砂轮是磨削工具，砂轮表面的每个磨粒都相当于一个刀齿砂轮的性能由磨料、粒度、硬度、结合剂及砂轮组织等因素决定14.6特种加工特种加工是指不仅用机械能，而且还采用电、声、光、热以及化学能来切除金属或非金属层的一种新型加工方法。14.6.1特种加工特点1）特种加工不是主要依靠机械能，而是主要用其它能量（电、化学、光、声、热等）去除金属材料。2）工具硬度可以低于被加工材料的硬度。3）加工过程中工具和零件之间不存在显着的机械切削力。14.6.2特种加工常用方法1、电火花加工电火花加工是与机械加工完全不同的一种新工艺。应用：高熔点、高硬度、高强度、高脆性，高粘性和高纯度等性能的新材料加工。

电火花加工的特点：1.脉冲放电的能量密度高，便于加工用普通的机械加工方法难于加工或无法加工的特殊材料和复杂形状的工件。不受材料硬度影响，不受热处理状况影响。2.脉冲放电持续时间极短，放电时产生的热量传导扩散范围小，材料受热影响范围校3.加工时，工具电极与工件材料不接触，两者之间宏观作用力极校工具电极材料不需比工件材料硬，因此，工具电极制造容易。4.可以改革工件结构，简化加工工艺，提高工件使用寿命，降低工人劳动强度。主要用途1)制造冲模、塑料模、锻模和压铸模。2)加工小孔、畸形孔以及在硬质合金上加工螺纹螺孔。3)在金属板材上切割出零件。4)加工窄缝。5)磨削平面和圆面。6)其它（如强化金属表面，取出折断的工具，在淬火件上穿孔，直接加工型面复杂的零件等）。2、电解加工

1）定义基于电解过程中的阳极溶解原理并借助于成型的阴极，将工件按一定形状和尺寸加工成型的一种工艺方法，称为电解加工。2）电解加工原理加工时，工件接直流电源的正极，工具接负极，两极之间保持较小的间隙。电解液从极间间隙中流过，使两极之间形成导电通路，并在电源电压下产生电流，从而形成电化学阳极溶解。随着工具相对工件不断进给，工件金属不断被电解，电解产物不断被电解液冲走，最终两极间各处的间隙趋于一致，工件表面形成与工具工作面基本相似的形状。3）电解加工优点：（1）加工范围广。电解加工几乎可以加工所有的导电材料，并且不受材料的强度、硬度、韧性等机械、物理性能的限制，加工后材料的金相组织基本上不发生变化。常用于加工硬质合金、高温合金、淬火钢、不锈钢等难加工材料。（2）生产率高，且加工生产率不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。电解加工能以简单的直线进给运动一次加工出复杂的型腔、型面和型孔，而且加工速度可以和电流密度成比例地增加。电解加工的生产率约为电火花加工的５至10倍，在某些情况下，甚至可以超过机械切削加工。

三、电解加工优点：3）加工质量好，可获得一定的加工精度和较低的表面粗糙度。4）可用于加工薄壁和易变形零件。电解加工过程中工具和工件不接触，不存在机械切削力，不产生残余应力和变形，没有飞边毛刺。5）工具阴极无损耗。在电解加工过程中工具阴极上仅仅析出氢气，而不发生溶解反应，所以没有损耗。只有在产生火花、短路等异常现象时才会导致阴极损伤。4）电解加工局限性：（1）加工精度和加工稳定性不高。电解加工的加工精度和稳定性取决于阴极的精度和加工间隙的控制。而阴极的设计、制造和修正都比较困难，阴极的精度难以保证。影响电解加工间隙的因素很多，且规律难以掌握，加工间隙的控制比较困难。（2）由于阴极和夹具的设计、制造及修正困难，周期较长，因而单件小批量生产的成本较高。电解加工所需的附属设备较多，占地面积较大，且机床需要足够的刚性和防腐蚀性能，造价较高。4、激光加工3、超声波加工

1、概念超声波加工是利用工具端面的超声频振动，或借助于磨料悬浮液加工硬脆材料的一种工艺方法。超声波——声波频率超过16000Hz。2、应用玻璃、陶瓷、玛瑙、宝石、金刚石以及锗和硅等的加工。5、电子束加工1）组成主要由电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。2）应用使材料局部加热就可进行电子束热处理；使材料局部熔化可进行电子束焊接；提高电子束能量密度，使材料熔化和气化，就可进行打孔、切割等加工；利用较低能量密度的电子束轰击高分子材料时产生化学变化的原理，进行电子光刻加工。电子束爆光可以用到电子束扫描，将聚焦到小于1um的电