汽车零部件制造技术高职PPT完整全套教学课件

汽车零部件制造技术1汽车零件毛坯制造技术2机械加工技术3汽车典型零件加工技术4汽车零件先进加工技术全套PPT课件项目一汽车零件毛坯制造技术汽车零件锻造技术粉末冶金技术汽车零件铸造技术汽车零件冲压制造技术任务一汽车零件铸造技术我们经常在电影、电视画面上看到这样的情景：奔流的铁水如红色的火龙在飞腾，耀眼的钢花似无数的星星在闪烁。这就是壮观的铸造场面，如图1-1、图1-2所示。任务导入图1-1铸造——铁水奔流图1-2铸造——钢花闪烁任务一汽车零件铸造技术汽车上有大量的铸造零件，如发动机的气缸体、气缸盖，变速器的壳体，差速器的壳体，离合器的离合器盘，制动器的制动鼓、制动盘、制动钳，皮带传动的带轮等。这些零件必须通过铸造的方法才能获得。本任务就是使同学们掌握如何制造汽车铸造零件，并具备保证和提高铸造件质量的能力。任务导入任务一汽车零件铸造技术任务目标○具备合理选择造型方法的能力。○具备控制铸件质量的能力。○具备对铸件进行铸造工艺设计的能力。任务一汽车零件铸造技术任务实施铸造的定义及基本术语一、铸造的定义1.铸造是将熔炼的金属液浇入预先制备的铸型中，待金属液凝固、清洗后获得所需形状和性能的金属制件的加工方法。铸造成型实质上是利用金属在熔融状态下的流动性来实现的。通过铸造能制成形状复杂的各类铸件。任务一汽车零件铸造技术铸造的基本术语2.（1）铸件。铸件即用铸造的方法得到的金属制件，一般作为毛坯用。（2）铸型。铸型用型砂、金属或其他耐火材料制成，包括型腔、型芯和浇冒系统。型腔是形成铸件形状的空腔，即铸型中造型材料所包围的空腔部分。型芯是为获得铸件的内孔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的、安放在型腔内部的铸型组元。浇冒系统是为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分。在铸型中，浇冒口的型腔是存储液态金属的容器，其功能是多方面的。功能不同的浇冒口，其形式、大小和开设位置均不相同，浇冒口的设计要考虑铸造合金的性质和铸件的特点。任务一汽车零件铸造技术（3）模样。模样由木材、金属或其他材料制成，用来形成铸件的外部轮廓。（4）芯盒。芯盒是制造型芯或其他耐火材料所用的装备。（5）分型面。分型面是铸型组元间的接合面。（6）分模面。分模面是模样组元间的接合面。任务一汽车零件铸造技术铸造的特点及分类二、铸造的特点1.（1）成型方便，适应性强。铸造几乎不受铸件大小、厚薄和形状复杂程度的限制，铸造的壁厚可达0.3～1000mm，长度从几毫米到十几米，质量从几克到300t以上，最适合生产形状复杂，特别是内腔复杂的零件，如复杂的箱体、阀体、叶轮、发动机气缸体、螺旋桨等。任务一汽车零件铸造技术（2）能采用的材料广。几乎凡能熔化成液态的合金材料均可用于铸造，如铸钢、铸铁，各种铝合金、铜合金、镁合金、钛合金及锌合金等。尤其对于一些脆性金属或合金材料的零件毛坯，如各种铸铁件、有色合金铸件等，铸造几乎是唯一的加工方法。在工业生产中以铸铁件应用最广。（3）成本低廉。采用铸造的方法可大量利用废旧金属材料和再生资源，与锻造相比，其动力消耗小。任务一汽车零件铸造技术（4）铸造生产过程复杂，工序较多，常出现缩孔、缩松、砂眼、冷隔、裂纹等铸造缺陷，质量不够稳定。与相同形状、尺寸的锻件相比，铸件的机械性能不及锻件，承受动载荷和冲击载荷的能力较差。（5）铸造生产会产生粉尘、有害气体和噪声，对环境的污染比其他机械制造工艺更为严重，需要采取措施进行控制。任务一汽车零件铸造技术铸造的分类2.一次性铸造(砂型铸造、熔模铸造、石膏型铸造、实型铸造等)半永久型铸造(陶瓷型铸造。石墨型铸造等)和永久型铸造(金属型铸造、压力铸造、挤压铸造、离心铸造等)。1)根据铸型特点分类任务一汽车零件铸造技术2)根据浇注时金属液的驱动力及压力状态分类重力下的铸造：金属液在重力作用下完成浇注称为自由浇注或常压浇注，如砂型铸造、金属型铸造和熔模铸造。外力作用下的铸造：外力作用下金属液在外力作用下实现充填和补缩，如压力铸造、挤压铸造、离心铸造和反重力铸造等。任务一汽车零件铸造技术3）根据习惯分类根据一般习惯，铸造可分为砂型铸造和特种铸造（除砂型铸造外的其他类型铸造方法）两类。其中，砂型铸造按型砂的类型分为湿砂型铸造、干砂型铸造和化学硬化砂型铸造三类，按造型方法分为手工造型铸造和机器造型铸造两类。任务一汽车零件铸造技术合金铸造的性能三、任务一汽车零件铸造技术液态合金的流动性通常以螺旋形试样（见图1-3）的长度来进行衡量。

在相同的浇注工艺条件下，将液态合金浇入螺旋形铸型中，测出其实际浇铸的螺旋形试样长度。浇出的试样越长，合金的流动性越好。试验得知，在常用的铸造合金中，灰口铸铁、硅黄铜的流动性最好，铸钢的流动性最差。图1-3螺旋形试样1—浇口；2—试样铸型；3—试样凸点；4—冒口任务一汽车零件铸造技术合金的流动性1.液态合金填充铸型的过程简称为充型。液态合金充满铸型型腔，获得形状完整、轮廓清晰铸件的能力称为液态合金的充型能力。液态合金的流动性越好，其充型能力越强，越便于浇铸出轮廓清晰、薄而复杂的铸件。同时，液态合金的流动性有利于非金属夹杂物和气体的上浮与排除，还有利于对合金冷凝过程所产生的收缩进行补缩。任务一汽车零件铸造技术1）影响合金流动性的因素（1）化学成分。合金的流动性主要取决于它本身的化学成分。对于铁碳合金，离共晶点越远，结晶温度区间越宽，流动性就越差。换句话说，即亚共晶铸铁的流动性随含碳量的增加而提高；过共晶铸铁的流动性随含碳量的增加而下降。同样对于其他合金，合金的熔点越低，结晶温度区间越小，合金的流动性越好；反之则差。任务一汽车零件铸造技术（2）浇注条件。浇注条件包括浇注温度和充型压力。①浇注温度。浇注温度指的是浇注时熔融合金的温度，一般要求比它的液相线温度高，即存在过热度，推迟它的凝固时间，以保持良好的流动性。随着浇注温度升高，合金的黏度下降，且因过热度高，合金在铸型中保持流动的时间长，故充型能力强；反之，充型能力差。但浇注温度也不是越高越好，过高则容易造成氧化、吸气、过收缩、粘砂、胀砂等不良后果。每种合金有自己的合理浇注温度范围。通常，铸钢的浇注温度为1520～1620℃，灰口铸铁的浇注温度为1200～1380℃，铝合金的浇注温度为680～780℃。任务一汽车零件铸造技术②充型压力。液态金属在流动方向上受的压力越大，其流动性越好。砂型铸造时，充型压力是由直浇道所产生的静压力提供的，故直浇道的高度必须适当。在压力铸造、低压铸造和离心铸造时，因充型压力主要由外力提供，故充型能力较强。任务一汽车零件铸造技术（3）铸型填充条件。铸型中凡是增加金属流动阻力和加快冷却速度的因素，均会使合金的流动性降低，主要包括以下因素：

①铸型的蓄热能力。铸型的蓄热能力指铸型从金属中吸收和储存热量的能力。铸型材料导热系数越小，传递热量的速度越慢，液态合金保温效果越好，流动性也越好。砂型蓄热能力比金属型好，故金属型铸造较砂型铸造容易产生浇不足等缺陷。②铸型的预热温度。把铸型预热到适当温度，可以减少铸型和液态合金之间的温差，从而减缓合金冷却速度，提高合金流动性。任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术在液态合金的充型过程中，有时伴随着结晶现象。如果合金流动性不好，在型腔被充满之前，形成的晶粒将充型的通道堵塞，使金属液被迫停止流动，容易造成浇不足或冷隔等缺陷，不能形成符合要求的优质铸件。浇不足使得铸件不能获得完整的形状，如图1-4所示。2）合金流动性不足造成的产品缺陷图1-4浇不足任务一汽车零件铸造技术冷隔时，铸件虽可获得完整的外形，但因存有未完全熔合的垂直接缝，铸件的机械性能严重受损，如图1-5所示。图1-4浇不足任务一汽车零件铸造技术收缩指液态合金从浇入铸型、凝固，直至冷却到室温的过程中，其体积或尺寸的缩减现象。铸件的收缩是一种物理属性，是形成缩孔、缩松、变形和裂纹等缺陷的根本原因。1)合金收缩性的含义合金的收缩性2.任务一汽车零件铸造技术您的内容您的内容打收缩的三个阶段（1）液态阶段（2）凝固阶段（3）固态阶段是指从浇注温度到凝固开始温度（液相线温度）间的收缩。是指从凝固开始温度到凝固终止温度（固相线温度）间的收缩。是指从凝固终止温度到室温间的收缩。任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术（1）缩孔。缩孔即集中在铸件上部或最后凝固的部位容积较大的孔洞。缩孔多呈倒锥形，内表面粗糙，一般隐藏在铸件的内部，但在某些情况下，可暴露在铸件的上表面，呈明显的凹坑，如图1-6所示。

2）合金收缩性引起的铸造缺陷图1-6缩孔和缩松任务一汽车零件铸造技术液态合金填满铸型型腔［见图1-7（a）］后，由于铸型吸热，靠近型腔表面的金属很快凝结成一层外壳［见图1-7(b)］。随着温度下降，外壳继续加厚，内部液态合金因液态收缩和补充凝固层的凝固收缩而体积缩减、液面下降，使铸件内部出现空隙［见图1-7（c）］。直到内部完全凝固，在铸件上部形成了缩孔［见图1-7（d）］。已经产生缩孔的铸件继续冷却到室温时，因固态收缩使铸件的外部轮廓尺寸略有缩小［见图1-7（e）］。图1-7缩孔的形成过程任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术3）缩孔与缩松的防止缩孔和缩松都使铸件的机械性能下降，均属于铸件的重要缺陷，必须根据技术要求采取适当的工艺措施予以防止。因为收缩是铸件的物理属性，无法彻底消除，故防止缩孔与缩松的基本原则是将缺陷转移到铸件的外部，保证在铸件的内部形成致密的结构，即采用“顺序凝固”原则。任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术图1-8按顺序凝固原则生产铸件实例任务一汽车零件铸造技术为了实现顺序凝固，在安放冒口的同时，还可在铸件上某些厚大部位增设冷铁，如图1-9所示。由于冷铁加快了凸台的冷却速度，使得厚度较大的凸台反而最先凝固，从而实现了自下而上的顺序凝固，防止了凸台处缩孔、缩松的产生。冷铁仅是加快某些部位的冷却速度，以控制铸件的顺序凝固，其本身并不起补缩的作用，通常采用钢或铸铁制作。图1-9增设冷铁任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术砂型铸造是一种将液态合金浇入砂质铸型中，待其冷却、凝固后，将砂型破坏取出铸件的铸造方法。砂型铸造是应用最广泛的一种传统铸造方法，它适用于各种形状、大小及各种合金铸件的生产。掌握砂型铸造是合理选择铸造方法和正确设计铸件的基础。合金铸造的性能

四、任务一汽车零件铸造技术砂型铸造的工艺过程1.任务一汽车零件铸造技术造型材料2.制造铸型或型芯用的材料，称为造型材料。一般指砂型铸造用的材料，包括型（芯）砂、有机或无机黏结剂、水和其他附加物。造型材料的质量直接影响铸件的质量，造型材料质量不好会使铸件产生气孔、砂眼、粘砂、夹砂等缺陷。任务一汽车零件铸造技术造型材料必须具备以下性能：（1）足够的强度。强度指造型材料在制造、搬运及浇注时不被破坏的能力。强度过低，易造成塌箱，产生砂眼等缺陷；强度过高，易使砂型透气性和退让性变差。（2）良好的透气性。透气性指造型材料间存在空隙让气体通过的能力。当液态合金浇入铸型后，在高温作用下，铸型中水分的蒸发和有机物的分解、燃烧产生大量的气体，良好的透气性可使金属液充满铸型时，型腔存在的气体和浇注时随金属液卷入型腔的气体全部排出，如果造型材料的透气性不好，导致气体不能顺利排出，就会产生气孔。任务一汽车零件铸造技术（3）良好的可塑性。可塑性指造型材料在外力作用下能形成一定形状，当外力去掉后仍能保持此形状的能力。造型材料的可塑性好才能使铸型保持清楚的模型轮廓。（4）良好的耐火性。耐火性指造型材料在高温作用下不软化、不烧结的能力。如果耐火性不好，那么造型材料易破碎，导致铸造失败。（5）良好的退让性。退让性指铸件在凝固冷却收缩时，型腔能被压坏而不阻碍收缩的能力。如果造型材料退让性不好，铸件收缩受阻，产生内应力，就会使铸件产生变形及裂纹等缺陷。任务一汽车零件铸造技术造型方法3.任务一汽车零件铸造技术手工造型是用手工进行紧砂、起模的造型方法。手工造型操作灵活，大小铸件均可采用。手工造型可以制造出外形轮廓复杂、难以起模的铸件。手工造型对模具的要求不高，一般采用成本较低的实体木模，对于尺寸较大的回转体或等截面铸件还可以采用成本很低的刮板来造型。手工造型对砂箱的要求也不高，如不需严格的配套和机械加工，较大的铸件还可采用地坑来取代下箱，这样可减少砂箱费用，并缩短生产准备时间。因此，尽管手工造型生产率低，对工人技术水平要求较高，而且铸件的尺寸精度及表面质量较差，但在实际生产中仍是难以被完全取代的重要工艺方法。手工造型主要用于单件、小批量生产，有时也可用于较大批量的生产。1)手工造型任务一汽车零件铸造技术（1）两箱整模造型。对于形状简单、最大截面在一端，且为平面的铸件应采用两箱整模造型。两箱整模造型操作简便，造型时整个模样全部置于一个砂箱内，分型面与分模面多为同一平面，不会出现错箱缺陷，铸件形状、尺寸精度较高。图1-12两箱整模造型任务一汽车零件铸造技术图1-11手工造型常用工具任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术图1-13两箱分模造型任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术图1-14三箱分模造型任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术图1-15挖砂造型任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术图1-16活块造型任务一汽车零件铸造技术2)机器造型随着现代化大生产的发展，机器造型已代替了大部分的手工造型，它不但生产率高，而且质量稳定，是成批生产铸件的主要方法。机器造型的实质是用机器进行紧砂和起模，根据紧砂或起模方式的不同，有不同的机器造型方法。任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术特种铸造是一种不用砂或少用砂，采用特殊工艺设备使铸件成型的铸造方法，采用特种铸造可获得表面粗糙度值低、尺寸精确高和机械性能高的铸件。其是一种在造型材料、浇注方式、金属充填铸型的形式及铸件的凝固条件等方面，区别于砂型铸造的某些特殊方法。特种铸造

五、任务一汽车零件铸造技术熔模铸造1.熔模铸造又称失蜡铸造或精密铸造。它是用易熔材料（如蜡料）制成模样并组装成蜡模组，然后在模样表面反复涂覆多层耐火涂料制成模壳，待模壳硬化和干燥后将蜡模熔去，模壳再经高温焙烧后浇注获得铸件的一种铸造方法。熔模铸造的工艺过程如图1-17所示。它最适合25kg以下的高熔点、难以切削加工合金铸件的大批量生产。任务一汽车零件铸造技术图1-17熔模铸造的工艺过程任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术将液态金属浇入用金属材料制成的铸型而获得铸件的方法，称为金属型铸造（见图1-18）。因为金属型可反复使用，所以金属型铸造又称为永久型铸造或硬模铸造。金属型一般用耐热铸铁或耐热钢做成。金属型铸造2.图1-18金属型铸造任务一汽车零件铸造技术1）金属型铸造的优点因金属型导热快，故铸件冷却迅速，晶粒细小，其力学性能比砂型铸件高；铸件的精度和表面质量比砂型铸件高，且质量和尺寸稳定；液态合金耗量少，相比砂型铸造一般可节约15%～30％。不用砂或者少用砂，一般可节约造型材料80%～100％；生产率高，劳动条件得到改善。任务一汽车零件铸造技术2）金属型铸造的缺点金属型的工作温度、合金的浇注温度和浇注速度、铸件在铸型中停留的时间，以及所用的型腔表面涂料等，对铸件质量的影响甚为敏感，需要严格控制；金属型不透气，而且无退让性，易造成铸件浇不到、开裂或铸铁件产生白口等缺陷；金属型制造成本高，生产周期长。任务一汽车零件铸造技术液态金属在高压下高速充填铸型型腔，并在压力下凝固成型的方法称为压力铸造，简称压铸。压力铸造是在压铸机上进行的。压力铸造的充型压力一般在几兆帕到几十兆帕。压力铸造3.图1-19压力铸造的工艺过程示意图1—浇道；2—型腔；3—浇入液态金属处；4—压射冲头；5—液态金属；6—动型；7—定型；8—顶杆；9—铸件及余料任务一汽车零件铸造技术1）铸造的优势

压铸件的尺寸精度高，表面质量好，表面粗糙度Ra值可达到3.2～0.8μm，尺寸公差等级可达IT15～IT11；可压铸形状复杂的薄壁精密铸件，如可直接铸出螺纹、齿形；压铸件在高压下结晶，组织致密，力学性能好，其强度比砂型铸件提高25%～40%；生产率很高，生产过程易于机械化和自动化。任务一汽车零件铸造技术2）压力铸造的缺点压铸时，高速液流会包住大量空气，凝固后在铸件表皮下形成许多气孔，故工件不能有太大的加工量，也不能进行热处理；设备投资大，生产准备周期长，只适于大批量生产。任务一汽车零件铸造技术离心铸造4.将金属液浇入旋转的铸型中，使之在离心力的作用下充填铸型型腔并凝固成型的铸造方法称为离心铸造。根据铸型旋转空间位置的不同，常用的离心铸造机有立式和卧式两类。铸型绕垂直轴旋转的为立式离心铸造，铸型绕水平轴旋转的为卧式离心铸造，如图1-20所示。任务一汽车零件铸造技术图1-20离心铸造任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术铸件常见缺陷分析六、任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术任务一汽车零件铸造技术铸造工艺的设计

七、铸造工艺设计是根据铸件结构特点、技术要求、生产批量、生产条件，确定铸造方案和工艺参数，绘制工艺图，编制工艺卡和工艺规范的一系列工作。它主要包括浇注位置的选择、分型面位置的选择、型芯制作、铸造工艺参数的确定和铸件结构工艺性的选择等。任务一汽车零件铸造技术图1-21重要加工面朝下任务一汽车零件铸造技术浇铸位置的选择1.任务一汽车零件铸造技术（2）铸件的宽大平面应朝下，否则易造成铸件开裂、夹渣结疤等缺陷，如图1-23所示。图1-23宽大平面的浇注位置任务一汽车零件铸造技术（3）铸件较大薄壁部分应置于下部或垂直位置，如图1-24所示的双排链轮、图1-25所示的箱体盖件。图1-24双排链轮的浇注位置图1-25箱体盖件的浇注位置任务一汽车零件铸造技术图1-22所示为吊车卷筒的浇注位置，采取立位以保证侧面的质量均匀。图1-22吊车卷筒的浇注位置任务一汽车零件铸造技术（4）易形成缩孔的铸件，应将截面较厚部分置于上部或侧面，以便于安装浇冒口补偿，如图1-26所示。图1-26易形成缩孔的铸件的浇注位置任务一汽车零件铸造技术（5）应尽量减少型芯的数量，以便于安装、固定和排气，图1-27所示为机床床脚的浇注位置。图1-27机床床脚的浇注位置任务一汽车零件铸造技术（1）便于起模，使造型工艺简化。分型面应选择在铸件的最大截面处；应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、造型、合型工序；分型面应尽量平直，图1-28所示为起重臂的分型面选择；图1-28起重臂的分型面选择分型面位置的选择2.任务一汽车零件铸造技术尽量减少分型面，机器造型只能有一个分型面，可采用外芯，以减少分型，如图1-29所示。图1-29采用外芯的分型面任务一汽车零件铸造技术（3）将型腔和主要型芯置于下箱，以便下芯、合型和检查型腔尺寸。图1-31机床床脚的分型面选择任务一汽车零件铸造技术（2）尽量使铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面放在一个砂型内，以减少错箱、披缝和毛刺，提高铸件精度。图1-30铸造箱体的分型面设置任务一汽车零件铸造技术型芯主要用于形成铸件的内腔和尺寸较大的孔，制作型芯最常用的方法是用芯盒造芯，如图1-32所示。型芯制作3.图1-32芯盒造芯任务一汽车零件铸造技术短而粗的圆柱形型芯宜采用分开式芯盒制作，如图1-32（a）所示；形状简单且有一个较大平面的型芯宜采用整体式芯盒制作，如图1-32（b）所示。无论采用哪种制芯方法，都要在型芯中放置芯骨，并将芯烘干，以增加芯的强度，通常还在芯中扎出通气孔，或埋入蜡线或松香线（烘干时蜡线或松香线烧掉），形成通气孔。在大批量生产中常采用机器制芯。任务一汽车零件铸造技术由于铸件存在收缩性，为补偿铸件收缩，模样尺寸要比铸件图样尺寸稍大，常用收缩率表示。K=（L模-L件）/L件×100%式中，K为铸件收缩率；L模为模样线性长度；L件为铸件图样线性长度。根据收缩率的关系，知铸件图样线性尺寸后可确定模样的线性尺寸。1)收缩率铸造工艺参数的确定4.任务一汽车零件铸造技术2)加工余量任务一汽车零件铸造技术为了便于起模，在平行于起模方向的模样表面上设置的斜度称为起模斜度，如图1-33所示。3）起模斜度图1-33起模斜度任务一汽车零件铸造技术起模斜度的大小由模样的尺寸大小、表面粗糙度值大小和铸造方法来确定，通常为3°～15°。铸件壁厚越厚，起模斜度越小；机器造型比手工造型起模斜度小。《铸件模样起模斜度》（JB/T5105—1991）规定了铸件模样起模斜度的形式、基本参数及其选取方法。任务一汽车零件铸造技术芯头是指伸出铸件以外不与金属液接触的砂芯部，其功用是定位、支撑和排气。为了承受砂芯本身重力及浇注时液态合金对砂芯的浮力，芯头的尺寸应足够大才不致被破坏；浇注后，砂芯所产生的气体应能通过芯头排至铸型以外。在设计芯头时，除了要满足上述要求外，还应做到下芯、合型方便，应留有适当斜度，芯头与芯座之间要留有间隙。4）芯头、芯座任务一汽车零件铸造技术5）铸造圆角在铸造中，将铸件面与面相交处的直角、锐角用圆弧过渡形成的圆角，称为铸造圆角。铸造圆角的作用主要是减小铸件的应力集中，防止冲沙、裂纹等缺陷。其尺寸一般为邻壁厚度的1/3～1/5，通常不得小于R3～R5。任务一汽车零件铸造技术6）铸造工艺图的确定任务一汽车零件铸造技术7)绘制铸件图任务一汽车零件铸造技术

(1)铸件的最小壁厚应适当。铸件的最小壁厚指在铸造工艺条件下，铸造合金能充满型腔的最小厚度，它主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状。(2)铸件的临界壁厚应适当。厚壁铸件太厚易产生缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷，力学性能下降，故存在一个最大壁厚。铸件允许的最大壁厚称为临界壁厚，一般取最小壁厚的3倍。1）铸件质量对铸件结构工艺性的要求铸件结构工艺性的选择5.任务一汽车零件铸造技术(4)铸件壁间连接应合理。为减少热节、防止缩孔、减少应力、防止裂纹，壁间用圆角连接并逐步过渡，如图1-35所示。图1-35铸件壁间连接形式任务一汽车零件铸造技术

(3)铸件壁厚过渡应均匀，避免厚大截面，并防止壁厚突变，如图1-34所示。图1-34铸件壁厚过渡均匀任务一汽车零件铸造技术2）铸造工艺对铸件结构工艺性的要求考虑结构斜度，垂直于分型面的非加工面位置设计结构斜度，以便于起模。铸件内腔设计时，尽量减少不必要的型芯，需要型芯时应考虑支撑、排气、清砂等要求。对薄壁和耐压零件尽量不用芯撑，可采用工艺孔。铸件外形设计时，应尽量避免侧凹、窄槽和不必要的曲面。（3）（2）（1）任务二汽车零件锻造技术锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构，同时保存了完整的金属流线。汽车零件安全性能要求高，因而汽车上有大量的锻造零件，如汽车车身、车厢、发动机、前桥、后桥、车架、变速箱、传动轴、转向系统等部件，这些锻件的特点是外形复杂、重量轻、工况条件差、安全度要求高。如汽车发动机所使用的曲轴、连杆、凸轮轴，前桥所需的前梁、转向节，后桥使用的半轴、半轴套管，变速箱内的传动齿轮，等等，无一不是有关汽车安全运行的关键锻件。本任务就是使同学们掌握如何制造汽车铸造零件，并具备保证和提高锻造件质量的能力。锻造分为自由锻和模锻两类，都是制造受载大的重要零件所用的热加工方法；冲压则主要是指利用模具制造薄板零件的冷加工方法。任务导入任务目标○具备合理选择锻造方法的能力。○具备选择锻造温度的能力。○具备锻造模具设计的能力。○具备锻造工艺设计的能力。任务二汽车零件锻造技术任务实施锻压基础知识一、金属塑性加工方法1.（1）轧制。使金属坯料在旋转轧辊的压力作用下产生连续塑性变形，以改变其性能，获得所要求的截面形状的加工方法称为轧制。（2）挤压。将金属坯料置于挤压筒中加压，使其从挤压模的模孔中挤出，使横截面积减小以获得所需制品的加工方法称为挤压。任务二汽车零件锻造技术（3）拉拔。坯料在牵引力的作用下通过拉拔模的模孔拉出，产生塑性变形得到截面变小、长度增加的制品的加工方法称为拉拔。拉拔一般是在冷态下进行的。

（4）自由锻。用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧铁间，使坯料受冲击力作用而变形，获得所需形状的锻件的加工方法称为自由锻。（5）模锻。利用模具使金属坯料在模膛内受冲击力或压力作用，产生塑性变形而获得锻件的加工方法称为模锻。（6）板料冲压。用冲模使板料经分离或成型得到制件的加工方法称为板料冲压。任务二汽车零件锻造技术任务二汽车零件锻造技术图1-36常见的金属塑性加工方法任务二汽车零件锻造技术金属塑性变形的实质2.任务二汽车零件锻造技术金属塑性变形是金属晶体每个晶粒内部的变形和晶粒间的相对移动、晶粒转动的综合结果，其实质是金属在切应力作用下金属晶体内部产生大量位错运动的宏观表现。由于晶界的存在和各个晶粒的位向不同，以及其他晶体缺陷等因素，各晶粒的塑性变形相互受到阻碍与制约，塑性变形的同时也导致了金属的强化。任务二汽车零件锻造技术

(1)铸件的最小壁厚应适当。铸件的最小壁厚指在铸造工艺条件下，铸造合金能充满型腔的最小厚度，它主要取决于合金的种类、铸件的大小及形状。(2)铸件的临界壁厚应适当。厚壁铸件太厚易产生缩孔、缩松、晶粒粗大等缺陷，力学性能下降，故存在一个最大壁厚。铸件允许的最大壁厚称为临界壁厚，一般取最小壁厚的3倍。1）冷变形金属的冷变形和热变形3.任务二汽车零件锻造技术在再结晶温度以上的塑性变形称为热变形。热变形后具有再结晶组织，而无冷作硬化痕迹，如热锻、热轧、热挤压等。只有在热变形的情况下，才能以较小的功获得较大的变形，同时还能获得具有较高力学性能的再结晶组织。因此，在锻造生产中，大量采用的是热变形。但高温下，金属容易产生氧化皮，所以制件的尺寸精度低，表面粗糙。2）热变形任务二汽车零件锻造技术金属的锻造性能，又称可锻性，是衡量材料在经受压力加工时获得优质零件难易程度的一项工艺性能。金属锻造性能的优劣常用金属的塑性和变形抗力两个指标来综合衡量。金属的塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好；反之，则差。1）金属的锻造性能金属的锻造性能及其影响因素4.任务二汽车零件锻造技术（1）化学成分的影响。一般情况下，纯金属的塑性好于合金，因而锻造性能优于合金，合金中合金元素含量越多，锻造性能越差。钢中碳含量、合金元素含量越多，锻造性能越差。硫易使钢产生热脆，磷易使钢产生冷脆，都会使钢的锻造性能降低。（2）金属组织的影响。同样的化学成分，固溶体组织的锻造性能优于机械混合物；细晶组织的锻造性能优于粗晶组织；热成型组织的锻造性能优于冷成型组织和铸态组织。2）金属锻造性能的影响因素任务二汽车零件锻造技术（3）变形温度的影响。一般来说，随着变形温度的提高，金属的变形抗力降低而锻造性能提高。这是由于原子的热运动增强，有利于滑移变形和再结晶。但过高的变形温度会使金属的加热缺陷和烧损增多。任务二汽车零件锻造技术（4）变形速度的影响。变形速度指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量。变形速度的大小对金属锻造性能的影响较复杂：一方面变形速度增大，冷变形强化现象加重，变形抗力增大，锻造性能变坏；另一方面变形速度很大时产生的热能使金属温度升高，塑性提高，变形抗力降低，锻造性能变好。图1-37变形速度对金属塑性及变形抗力的影响1—变形抗力变化曲线；2—塑性变化曲线任务二汽车零件锻造技术（5）应力状态的影响。不同压力加工方法下，金属内部的应力状态是不同的。在金属塑性变形时，压应力越大，其塑性变形越好，因为压应力使滑移面紧密结合，防止产生裂纹；拉应力则使塑性变形能力降低，因为它使缺陷扩大，使滑移面分离。但压应力时变形抗力增大。故应力状态对金属锻造性能的影响必须综合考虑塑性和变形抗力。任务二汽车零件锻造技术任务二汽车零件锻造技术金属坯料在锻造之前的加热是为了提高坯料的塑性、降低变形抗力、改善锻造性能。金属坯料在锻造时允许加热到的最高温度称为始锻温度，始锻温度过高会使坯料产生过热、过烧、氧化、脱碳等缺陷，造成废品。金属坯料停止锻造的温度称为终锻温度，终锻温度过低，塑性下降，变形抗力增大，当降到一定温度的时候，不仅变形困难，而且容易开裂，必须停止锻造，重新加热后再锻。1）坯料的加热锻造时坯料的加热与冷却5.任务二汽车零件锻造技术（1）空冷。空冷指将锻造好的热态锻件放置在干燥的地面上在空气中冷却的方法。此方法成本最低，但只适用于含碳量较低的低合金小型锻件。（2）炉冷。炉冷指锻造后将工件立即放入加热炉中随炉缓慢冷却的方法。此方法的冷却速度最慢，适用于某些单件大型合金钢或高碳钢锻件。（3）坑冷。坑冷指将锻件放在充填有石棉灰、干砂或炉灰等材料的坑中或堆在一起冷却的方法(故又称堆冷)。此方法冷却速度大大低于空冷，适用于中碳钢或含碳与合金元素较多的中小型锻件。1）坯料的冷却任务二汽车零件锻造技术（1）锻压加工可细化金属材料晶粒，可压合铸造组织内部的气孔等缺陷，并能合理控制金属纤维方向，使纤维方向与应力方向一致，以提高零件的性能。（2）锻压加工后，坯料的形状和尺寸发生改变而体积基本不变，与切削加工相比，可节约金属材料和加工工时。（3）除自由锻外，其他锻压方法如模锻、冲压等都有较高的劳动生产率。（4）锻压能加工各种形状、重量的零件，使用范围广。（5）锻压不能加工脆性材料和形状特别复杂或体积特别大的零件或毛坯。锻压加工的特点6.任务二汽车零件锻造技术自由锻是在铁砧上或锻压机器的上、下砧铁之间，利用冲击力或压力使金属坯料产生塑性变形，以获得所需几何形状及内部质量锻件的锻造方法，其分为机器自由锻(简称机锻，见图1-38）和手工自由锻（见图1-39）。由于坯料的变形是在两砧铁之间自由流动的，故称自由锻。由于锻件是自由变形的，因而锻件的形状和尺寸主要由工人的操作技术来保证。自由锻二、任务二汽车零件锻造技术图1-38机器自由锻图1-39手工自由锻任务二汽车零件锻造技术自由锻的设备和工具有很大的通用性且工具简单、成本低；生产周期短，应用广泛（锻件的重量可以从不足1kg到数百吨）；适应性强，自由锻是大型锻件的唯一加工方法。自由锻的锻件精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低，锻件的形状和尺寸靠锻工的技术来保证。自由锻主要应用于单件小批量生产、大型锻件的生产、修配和新产品的试制等。自由锻的主要特点及主要应用1.任务二汽车零件锻造技术（1）空气锤。空气锤是生产小型锻件的通用设备，其外形及工作原理如图1-40所示。电动机通过减速机构带动曲柄连杆机构转动，曲柄连杆机构把电动机的旋转运动转化为压缩活塞的上下往复运动，压缩活塞通过上、下旋阀将压缩空气压入工作缸的下部或上部，推动上砧铁的升降运动，实现上砧铁对锻件的击打。空气锤的特点是结构简单、操作方便、维护容易，但吨位较小，只能用来锻造100kg以下的小型锻件。1）机器自由锻常用设备自由锻的常用工具与设备2.任务二汽车零件锻造技术（2）蒸汽空气锤。蒸汽空气锤是生产大、中型锻件的常用设备，如图1-41所示。蒸汽空气锤采用蒸汽和压缩空气作为动力，其吨位稍大，可用来生产质量小于1500kg的锻件。图1-41蒸汽-空气锤任务二汽车零件锻造技术图1-40空气锤的外形及工作原理1—踏杆；2—砧座；3—砧垫；4—下砧铁；5—上砧铁；6—下旋阀；7—上旋阀；8—工作缸；9—压缩缸；10—减速机构；11—电动机；

12—工作活塞；13—压缩活塞；14—连杆任务二汽车零件锻造技术图1-4215000t重型水压机任务二汽车零件锻造技术2）手工自由锻常用工具图1-43手工自由锻常用工具（一）任务二汽车零件锻造技术2）手工自由锻常用工具图1-43手工自由锻常用工具（一）任务二汽车零件锻造技术任务二汽车零件锻造技术图1-44手工自由锻常用工具（二）任务二汽车零件锻造技术（1）镦粗。使坯料高度减小、横截面积增大的锻造工序称为镦粗，如图1-45所示，左图为完全镦粗，右图为端部镦粗。镦粗常用于锻造齿轮坯、凸轮坯、圆盘形锻件。对于环、套筒等空心锻件，镦粗变形往往作为冲孔前的预备工序。1）基本工序自由锻工序3.图1-45镦粗任务二汽车零件锻造技术（2）拔长。沿垂直于工件的轴向进行锻打，以使其横截面积减小而长度增加的锻造工序称为拔长，如图1-46所示，常用于锻造轴类和杆类等零件。图1-46拔长任务二汽车零件锻造技术任务二汽车零件锻造技术任务二汽车零件锻造技术

辅助工序指为了方便基本工序的操作，而使坯料预先产生某些局部变形的工序，如压钳口、倒角和压肩。2）辅助工序指修整锻件的最后尺寸和形状，消除表面的不平和歪扭，使锻件达到图纸要求的工序，如修整鼓形、平整端面、校直弯曲。3）精整工序任务二汽车零件锻造技术自由锻件的分类及其锻造工序4.任务二汽车零件锻造技术模锻三、在模锻设备上，利用高强度锻模使金属坯料在模膛内受压应力产生塑性变形，从而获得所需形状、尺寸及内部质量锻件的加工方法称为模锻。在变形过程中，由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时可获得与模膛形状相符的模锻件。任务二汽车零件锻造技术（1）生产效率较高。模锻时，金属的变形在模膛内进行，故能较快获得所需形状。（2）模锻能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，提高零件的使用寿命。（3）模锻件的尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小。（4）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。（5）模锻操作简单，劳动强度低。模锻的特点及主要应用1.任务二汽车零件锻造技术（6）模锻生产受模锻设备吨位限制，模锻件的质量一般在150kg以下。模锻设备成本较大，模具费用较昂贵，工艺灵活性较差，生产准备周期较长。因此，模锻适合于小型锻件的大批量生产，不适合单件小批量生产及中、大型锻件的生产。任务二汽车零件锻造技术采用锻锤锻造称为锤上模锻，其结构如图1-47所示，锻模由上模和下模组成。上模靠紧固楔铁紧固在锤头上，随锤头一起做上下往复运动；下模用紧固楔铁固定在模垫上。上、下模合在一起时其中间形成的空间为模膛。1）锤上模锻所用设备模锻的分类2.图1-47锤上模锻的结构1—锤头；2—上模；3—飞边槽；4—下模；5—模垫；6、7、10—紧固楔铁；8—分模面；9—模膛任务二汽车零件锻造技术（1）制坯模膛。制坯模膛是用于将坯料初步锻成近似锻件形状的模膛。制坯模膛包括拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛和切断模膛等，如图1-48～图1-50所示。图1-48拔长模膛任务二汽车零件锻造技术图1-49滚压模膛图1-50弯曲模膛和切断模膛任务二汽车零件锻造技术任务二汽车零件锻造技术根据模锻件的复杂程度不同，锻模可分单膛锻模和多膛锻模。单膛锻模是在一副锻模上只有终锻模膛，如锻造齿轮坯件，将截下的圆柱形坯料直接放入单膛锻模中成型。多膛锻模是在一副锻模上具有两个以上模膛的锻模，如弯曲连杆的模锻所采用的锻模即为多膛锻模，如图1-51所示。1）锤上模锻所用设备图1-51弯曲连杆的模锻所用的多膛锻模任务二汽车零件锻造技术（1）分型面设置。分型面要保证模锻件能从模膛中取出；上、下两模沿分型面的模膛轮廓一致；分型面能使模膛深度最浅；分型面为平面，使上、下锻模的模膛深度一致。（2）确定余块。零件上难以锻出的部分，需添加余块；需锻出的孔须留连皮，以减少模膛凸出部位的磨损。连皮厚度通常为4～8mm。3）模膛设计注意事项任务二汽车零件锻造技术图1-52所示为齿轮零件图，材料为45钢，生产数量为20件，由于生产批量小，应采取自由锻。锻造工艺

四、图1-52齿轮零件图任务二汽车零件锻造技术（3）模锻斜度。为了使锻件易于从模膛中取出，锻件与模膛侧壁接触部分需带一定斜度，称为模锻斜度。外壁斜度通常为7°，特殊情况可用5°和10°；内壁斜度应较外壁斜度大2°～3°。（4）模锻圆角半径。锻件上的转角处须采用圆角，以利于金属充满模膛和提高锻模寿命。凸圆角半径r为单面加工余量与成品零件的圆角半径（或倒角值）之和，凹圆角半径R为（2～3）r。任务二汽车零件锻造技术结构公益性的确定1.任务二汽车零件锻造技术锻件图是制定锻造工艺和检验的依据，是根据零件图绘制的，绘制时主要考虑工艺余块、加工余量及锻件公差。为了便于了解零件的尺寸和检查锻件的实际加工余量，在图上用双点画线（或细实线）画出零件的轮廓形状，用粗实线画出锻件的轮廓形状，在尺寸线上面标注锻件的尺寸和公差，下面标注零件的名义尺寸，并加括号。1）绘制锻件图工艺规程的制定2.任务二汽车零件锻造技术（1）工艺余块。添加一部分金属以简化锻件的形状，使原本难以用自由锻锻出的工件得以锻出，这部分添加的金属称为工艺余块，它将在切削加工时去除。齿轮上的齿形、小的凹槽、凸肩，以及轮辐上8个Φ30mm的孔都是自由锻难以锻出的，应加工艺余块。（2）加工余量。零件表面要留加工余量。加工余量的大小与零件形状、尺寸等因素有关，数值可查有关国家标准。（3）锻件公差。锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量。公差的数值可查有关国家标准，通常为加工余量的1／4～1／3。任务二汽车零件锻造技术任务二汽车零件锻造技术图1-53齿轮锻件图任务二汽车零件锻造技术m锻=V锻·ρ=π/4(2.992×0.27+2.112×0.34-1.322×0.61)×7.85≈17.65kg

冲孔芯料质量（取d＝Ф60mm，H=65mm）：m型芯=π/4d2×H=π/4×0.602×0.65×7.85≈1.44kg

烧损质量：煤气炉加热时，烧损率δ应取0.023，但因该锻件需经2～3次扩孔，至少需加热２次，故取δ=0.035，则m烧损=17.65×0.035≈0.62kg

所以，坯料质量为m坯料=m锻+m型芯+m烧损≈19.7kg2）计算坯料的质量和尺寸任务二汽车零件锻造技术取坯料高径比为H0/D0≈1.5根据重量计算坯料直径为D0≈124mm根据热轧圆钢的规格，确定选取坯料直径D0＝120mm。根据坯料质量m坯料和选取的D0计算得坯料L0=222mm。从而确定坯料尺寸为120×222mm。任务二汽车零件锻造技术锻造比Y锻：锻造加工工艺中，用锻造比Y锻来表示变形程度的大小。

拔长比Y锻=S0/S（S0、S分别表示拔长前、后金属坯料的横截面积）。镦粗比Y锻=H0/H（H0、H分别表示镦粗前、后金属坯料的高度）。任务二汽车零件锻造技术碳素结构钢的锻造比取2～3，合金结构钢的锻造比取3～4，高合金工具钢（如高速钢）组织中有大块碳化物，需要较大锻造比（Y锻=5～12），采用交叉锻才能使钢中的碳化物分散细化。以钢材为坯料锻造时，因材料轧制时组织和力学性能已经得到改善，锻造比一般取1.1～1.3即可。确定坏料尺寸时，应满足锻造比要求，并应考虑变形工序对坯料尺寸的限制，采取镦粗法锻造时，为了避免镦弯，坯料的高径比应满足1.25＜H0/D0＜2.5。任务二汽车零件锻造技术3）确定锻造工序为了使金属坯料实现主要的变形，达到或基本达到锻件所需形状和尺寸，必须确定其基本工序、辅助工序和修整工序。不同类型的锻件选择不同的锻造工序。一般锻件的类型及其主要锻造工序见表1-4。任务二汽车零件锻造技术依据锻件的材料尺寸和质量选择锻造设备。对于低碳钢、中碳钢和普通低合金钢锤上自由锻，可按表1-7选取锻锤吨位。该齿轮的质量和尺寸都不太大，故选用0.5t自由锻锤。4）选择锻造设备任务二汽车零件锻造技术5）确定坯料加热规范任务二汽车零件锻造技术6）填写锻造工艺卡任务三汽车零件冲压制造技术汽车的整个车身由各种各样的冲压件焊接而成，而每一个冲压件都是由钢板通过冲压机床冲压而成的。冲压动作其实比较简单，先是把钢板在切割机上切割出合适的大小，然后在冲压机床上进行初始的冲压，这时一般只进行冲孔、切边之类的动作，在进行简单的冲孔、切边后，就会进入真正的冲压成型工序。在轿车制造厂，就是通过冲压把一块块完整的钢板经过各道工序形成各种不同形状的制成品，如发动机盖、车门等。任务导入任务目标○具备合理选择冲压工艺与模具成型方案的能力。○具备冲压现场控制工艺操作的能力。任务三汽车零件冲压制造技术任务实施冲压基础知识一、冲压的定义1.冲压是通过模具对毛坯施加外力使之产生塑性变形或分离，从而获得一定尺寸、形状和性能的工件的加工方法。冲压工艺的应用范围十分广泛，既可以加工金属板料、棒料，又可以加工多种非金属材料。由于冲压加工通常是在常温下进行的，故又称为冷冲压。任务三汽车零件冲压制造技术冲压加工的特点2.（1）用冲压加工方法可以得到形状复杂、用其他加工方法难以加工的工件，如薄壳零件等。（2）冲压件的尺寸精度是由模具保证的，因此尺寸精度高、互换性好，冲压后一般不再进行机械加工，或者只进行一些钳工修整，即可作为零件使用。（3）材料利用率高，工件重量轻、刚度好、强度高，冲压过程耗能少。因此，工件的成本较低。（4）操作简单，劳动强度低，易于实现机械化和自动化，生产率高。任务三汽车零件冲压制造技术（5）冲压加工中所用的模具结构一般比较复杂，精度要求高，生产周期长，成本较高。因此，只有在大批量生产的条件下，采用冲压加工才是经济合理的。（6）板料冲压时，原材料必须具有足够的塑性和较低的变形抗力，金属板料经过冷变形强化作用，其强度和刚度有所提高。常用的冲压板料材料主要是低碳钢、奥氏体不锈钢及铜、铝等有色金属。冲压是一种高质量、高效率、低能耗、低成本的加工方法，它在现代工业的许多部门都得到广泛的应用，特别在汽车、拖拉机、航空、电机、电器、无线电、仪器仪表、兵器及日用品生产等工业部门中占有重要的地位。任务三汽车零件冲压制造技术冲压对材料的基本要求3.（1）对冲压成型性能的要求。对于成型工序，为了有利于冲压变形和制件质量的提高，材料应具有以下特性：塑性良好(均匀伸长率δb高)，屈强比(σs/σb)小，板厚方向性系数大，板平面方向性系数小，材料的屈服强度与弹性模量的比值(σs/E)小。对于分离工序，并不需要材料有很好的塑性，但应具有一定的塑性。塑性越好的材料，越不易分离。任务三汽车零件冲压制造技术（2）对材料厚度公差的要求。材料的厚度公差应符合国家规定标准。因为一定的模具间隙适用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不仅直接影响制件的质量，还可能导致模具和冲床的损坏。（3）对表面质量的要求。材料的表面应光洁平整，无分层和机械性质的损伤，无锈斑、氧化皮及其他附着物。表面质量好的材料，冲压时不易破裂、不易擦伤模具，工件表面质量也好。任务三汽车零件冲压制造技术冲压常用材料大部分是各种规格的板料、带料和块料。板料的尺寸较大，一般用于大型零件的冲压。对于中小型零件，多数是将板料剪裁成条料后使用。带料(又称卷料)有各种规格的宽度，展开长度可达几十米，适用于大批量生产的自动送料，材料厚度很小时也可做成带料供应。块料只用于少数钢号和价钱昂贵的有色金属的冲压。任务三汽车零件冲压制造技术1）材料常规冲压常用材料4.（1）黑色金属。黑色金属包括普通碳素结构钢、优质碳素结构钢、合金结构钢、碳素工具钢、不锈钢、电工硅钢等。国家标准《冷轧钢板和钢带的尺寸、外形、重量及允许偏差》（GB/T708—2006）规定，冷轧钢板按轧制精度（钢板厚度精度）可分为A、B两级。其中，A级为较高精度，B级为普通精度。国家标准《优质碳素结构钢冷轧钢板和钢带》（GB/T13237—2013）规定，厚度为4mm以下的优质碳素结构钢冷轧薄钢板按钢板表面质量可分为FB、FC、FD三组。其中，FB为较高级表面，FC为高级表面，FD为超高级表面。任务三汽车零件冲压制造技术2）材料类型任务三汽车零件冲压制造技术有色金属非金属材料常见有色金属主要包括纯铜、黄铜、青铜、铝等。常见非金属材料主要有纸板、胶木板、橡胶板、塑料板、纤维板和云母等。（2）（3）在冲压工艺资料和图样上，对材料的表示方法有特殊的规定。现以优质碳素结构钢冷轧薄钢板标记为例。例如，08钢，尺寸为1.0mm×1000mm×1500mm，普通精度，较高级的精整表面，深拉级的冷轧钢板，表示为关于材料的牌号、规格和性能，可查阅有关设计资料和标准。任务三汽车零件冲压制造技术3）材料的表示方法任务三汽车零件冲压制造技术分离工序是在冲压过程中使冲压件与原材料沿一定的轮廓线相互分离，同时使冲压件分离断面的质量也满足一定要求的工序，主要包括落料、冲孔、修边、切口、剖切等。1）分离工序冲压工序分类5.任务三汽车零件冲压制造技术（1）落料。落料是在平板的毛坯上沿封闭轮廓进行冲裁，余下的就是废料。落料常用于冲压制件的首工序，如图1-54所示。图1-54落料示意图任务三汽车零件冲压制造技术（2）冲孔。冲孔是以落料件或其他成型件为工序件，完成各种形状孔的冲裁加工，如图1-55所示。图1-55冲孔示意图任务三汽车零件冲压制造技术（3）修边。修边是指对成型件边缘进行冲裁，以获得工件要求的形状和尺寸，如图1-56所示。图1-56修边示意图任务三汽车零件冲压制造技术（4）切口。如图1-57所示，在材料上将局部材料切开并弯成一定的角度，但不与主体完全分离，称为切口，也可称为冲切成型。图1-57切口示意图任务三汽车零件冲压制造技术（5）剖切。如图1-58所示，将已成型的立体形状工序件分割为两件，称为剖切。图1-58剖切示意图任务三汽车零件冲压制造技术（3）修边。修边是指对成型件边缘进行冲裁，以获得工件要求的形状和尺寸，如图1-56所示。图1-56修边示意图任务三汽车零件冲压制造技术（1）弯曲。如图1-59所示，将平板毛坯压弯成一定角度或将已弯件做进一步成型，称为弯曲，如压弯、卷边、扭曲等。图1-59弯曲示意图任务三汽车零件冲压制造技术（2）拉深。如图1-60所示，将平板毛坯压延成空心件，或使空心毛坯进一步变形，称为拉深。图1-60拉深示意图任务三汽车零件冲压制造技术（3）胀形。如图1-61所示，从空心件内部施加径向压力使局部直径胀大，称为胀形。如不锈钢茶壶、水杯等均需经过胀形。图1-61胀形示意图任务三汽车零件冲压制造技术2）成型工序任务三汽车零件冲压制造技术（5）卷圆。如图1-63所示，用卷圆模具使空心件的边缘向外卷成圆弧边缘，称为卷圆。如罐类产品均需经过卷圆。图1-63卷圆示意图任务三汽车零件冲压制造技术（4）缩口。如图1-62所示，在空心件外部施加压力使局部直径缩小，称为缩口。如不锈钢杯盖、罐类产品等均需经过缩口。图1-62缩口示意图任务三汽车零件冲压制造技术冲裁力是冲裁过程中凸模对板料施加的压力，它是随凸模进入材料的深度(凸模行程)而变化的，通常说的冲裁力是指冲裁力的最大值，它是选用压力机和设计模具的重要依据之一。1）冲裁力冲裁力、卸料力、推件力、顶件力与冲裁间隙6.任务三汽车零件冲压制造技术（2）降低冲裁力的方法。在冲裁高强度材料或厚度大、周边长的工件时，所需的冲裁力较大。如果超过现有压力机吨位，就必须采取措施降低冲裁力。常用下列方法来降低冲裁力：①阶梯凸模冲裁。图1-64所示为阶梯凸模冲裁，是将上模冲的冲头安装成多个阶梯，分多次冲压工件工作。冲压总力分开成多个冲压力。图1-64阶梯凸模冲裁任务三汽车零件冲压制造技术（1）冲裁力的计算。用普通平刃口模具冲裁时，其冲裁力F一般按下式计算：F=KLtτb式中，F为冲裁力，N；L为冲裁周边长度，mm；t为材料厚度，mm；τb为材料抗剪强度，MPa；K为系数，一般K＝1.3。系数是考虑到实际生产中，模具间隙值的波动和不均匀、刃口的磨损、板料力学性能和厚度波动等因素的影响而给出的修正系数。为计算简便，也可按下式估算冲裁力：F≈Ltσb式中，σb为材料的抗拉强度，MPa。任务三汽车零件冲压制造技术②斜刃冲裁。图1-65所示为斜刃冲裁。斜刃冲裁的原则是：必须保证工件平整，只允许废料发生弯曲变形。图1-65斜刃冲裁任务三汽车零件冲压制造技术斜刃冲模的冲裁力可用斜刃剪切公式近似计算，即式中，K为系数；t为材料厚度，一般取1.3；φ为斜刃角。斜刃冲模的冲裁力可用斜刃剪切公式近似计算，即也可用下式计算：F斜=KLtτb式中，F斜为冲裁力，N；L为冲裁周边长度，mm；t为材料厚度，mm；τb为材料抗剪强度，MPa；K为系数，其值与斜刃高度h有关。当h=t时，K=0.4~06；当h=2t时,K=0.2~0.4。任务三汽车零件冲压制造技术任务三汽车零件冲压制造技术③加热冲裁（红冲）。金属在常温时其抗剪强度是一定的，但是当金属材料加热到一定的温度之后，其抗剪强度显著降低，因此加热冲裁能降低冲裁力。但加热冲裁易破坏工件表面质量，同时会产生热变形，精度低，因此应用比较少。任务三汽车零件冲压制造技术生产中常用下列经验公式计算卸料力F卸、推件力F推和顶件力F顶：F卸=K卸FF推=nK推FF顶=K顶F式中，F为冲裁力，N；K卸、K推、K顶分别为卸料力系数、推件力系数、顶件力系数，见表1-8；n为同时卡在凹模内的冲裁件(或废料)数。式中，h为凹模洞口的直刃壁高度，mm；t为板料厚度，mm。任务三汽车零件冲压制造技术任务三汽车零件冲压制造技术卸料力(F卸)指从凸模上将冲件或废料卸下来所需要的力。推件力(F推)指顺着冲裁方向将冲件或废料从凹模腔推出所需要的力。顶件力(F顶)指逆冲裁方向将冲件或废料从凹模内顶出所需要的力。2）卸料力、推件力和顶件力图1-66卸料力、推件力和顶件力的关系任务三汽车零件冲压制造技术（1）冲裁变形分析。冲裁变形分析对了解冲裁变形机理和变形过程，掌握冲裁时作用于板材内部的应力应变状态，正确应用冲裁工艺及设计模具，控制冲裁件质量有着重要意义。3）冲裁间隙图1-67无压边装置冲裁时板料所受外力1—凹模；2—板料；3—凸模任务三汽车零件冲压制造技术板料的分离是瞬间完成的，冲裁变形过程大致可分成三个阶段，如图1-68所示。图1-68冲裁变形过程任务三汽车零件冲压制造技术①弹性变形阶段。如图1-68(a)所示，当凸模开始接触板料并下压时，板料发生弹性压缩和弯曲。②塑性变形阶段。如图1-68(b)所示，当板料的应力达到屈服点时，板料进入塑性变形阶段。③断裂分离阶段。如图1-68(c)所示，当板料的应力达到抗剪强度后，凸模继续下压，凸、凹模刃口附近产生微裂纹并不断向板料内部扩展。任务三汽车零件冲压制造技术由于冲裁变形的特点，冲裁断面可明显分成4个特征区，即塌角带、光亮带、断裂带和毛刺，如图1-69所示。若忽略弹性变形的影响，从冲裁断面特征可以得出以下重要的关系式：落料尺寸=凹模尺寸，冲孔尺寸=凸模尺寸这是计算凸、凹模刃口尺寸的重要依据。图1-69冲裁断面特征区1—塌角带；2—光亮带；3—断裂带；4—毛刺任务三汽车零件冲压制造技术在弯曲件或拉深件上冲孔时，为避免凸模受水平推力而折断，孔壁与制件直壁之间应保持一定距离，使L≥R+0.5t，如图1-70所示。图1-70孔壁与制件直壁的位置关系任务三汽车零件冲压制造技术（2）冲裁件的工艺性分析。冲裁件的工艺性是指冲裁件对冲裁工艺的适应性。冲裁件的工艺性要求应考虑以下几点：①冲裁件的形状应尽可能简单、对称，避免形状复杂的曲线。②应尽量避免应力集中的结构。③冲裁件应避免有过长的悬臂和窄槽。④冲孔尺寸不宜过小，否则凸模强度不够。任务三汽车零件冲压制造技术（3）冲裁间隙的重要性。冲裁间隙是指冲裁模的凸模和凹模之间的双面间隙，如图1-71所示。从前面对冲裁过程的分析可知，冲裁间隙是一个非常重要的工艺参数。设计模具时，选择一个合理的冲裁间隙，可获得冲裁件断面质量好、尺寸精度高、模具寿命长、冲裁力小的综合效果。图1-71冲裁间隙示意图任务三汽车零件冲压制造技术①冲裁间隙对断面质量的影响。冲裁时，间隙合适，可使上、下裂纹与最大切应力方向重合，此时产生的冲裁断面比较平直、光滑、毛刺较小，制件的断面质量较好［见图1-72（b)］。间隙过小或过大将导致上、下裂纹不重合。间隙过小时，上、下裂纹中间部分被第二次剪切，在断面上产生撕裂面，形成第二个光亮带［见图1-72（a)］，在端面出现挤长毛刺。间隙过大，板料所受弯曲与拉伸均变大，断面容易撕裂，使光亮带所占比例减小，产生较大塌角，粗糙的断裂带斜度增大，毛刺大而厚，难于除去，使冲裁断面质量下降［见图1-72（c)］。任务三汽车零件冲压制造技术图1-72冲裁间隙对工件断面质量的影响1—光亮带；2—断裂带；3—毛刺任务三汽车零件冲压制造技术任务三汽车零件冲压制造技术任务三汽车零件冲压制造技术任务三汽车零件冲压制造技术

(4)冲裁间隙的确定方法。板料越厚，塑性越差或硬度越高，则合理冲裁间隙就越大；板料越薄，塑性越好或硬度越低，则合理冲裁间隙越小。确定合理冲裁间隙的方法主要有理论计算法、查表法、经验记忆法。任务三汽车零件冲压制造技术①理论计算法。理论计算法确定冲裁间隙的依据是：在合理冲裁间隙情况下，冲裁时板料在凸、凹模刃口处产生的裂纹成直线会合，从图1-73所示的几何关系得出计算合理冲裁间隙(Z)的公式为Z=2t(1-b/t)tanβ图1-73冲裁间隙图任务三汽车零件冲压制造技术任务三汽车零件冲压制造技术应当指出，上述记忆系数m值是基于常用普通板料冲裁而归纳总结出来的，各行业各企业对此的选取值是不相同的。在具体选值过程中还应考虑以下因素：a.对于制件断面质量要求高的其值可取小些。b.计算冲孔间隙时比计算落料间隙时其值可取大些。c.为减小冲裁力其值可取大些。d.为减少模具磨损其值可取大些。e.计算异形件间隙时比计算圆形件间隙时其值可取大些。f.冲裁板厚t＞8mm时其值可取小些。冲压常用设备二、常用的冲压设备有机械(曲柄)压力机、电磁压力机、气动压力机和液压机、锻锤、剪切设备等。大中型设备一般采用成线布置，如图1-74所示，一条生产线由若干台设备组成，每台冲压机完成一个冲压工序，材料从生产线一端流入，成品从生产线另一端流出。材料在冲压机之间的转动可由自动化的机械手完成，也可由人工完成。任务三汽车零件冲压制造技术任务三汽车零件冲压制造技术图1-74冲压生产线压力机1.（1）开式压力机和闭式压力机。压力机按床身结构可分为开式压力机（见图1-75）和闭式压力机（见图1-76）两种。开式压力机的特点为：三面敞开，C型床身，刚度较差，是小型压力机。闭式压力机的特点为：前后敞开，结构封闭，刚度较强，是大中型压力机。任务三汽车零件冲压制造技术任务三汽车零件冲压制造技术图1-75开式压力机图1-76闭式压力机任务三汽车零件冲压制造技术图1-77机械压力机图1-78液压机（2）机械压力机和液压机。压力机按驱动滑块力的种类可分为机械压力机（