云天课件－高职《汽车机械基础》项目三汽车金属制造工艺

汽车机械基础授课：胡志恒项目三

汽车金属制造工艺P.57

汽车上很多零部件都是通过铸造、焊接、锻压等工艺成型的，这三种也是金属材料成型的主要方法。进一步了解和学习铸造、焊接、锻压的特点和工艺过程，对我们提高汽车的技术性能和使用寿命有着重要的作用。任务描述任务一金属材料的铸造与焊接P.571.铸造基础

铸造是熔炼金属，制造铸型，并将液态金属浇注到铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得一定形状和性能的毛坯或零件的成形方法。

任务一金属材料的铸造与焊接一、铸造P.58铸件特征：表面比较粗糙，尺寸精度不高，一般作为毛坯，需经切削加工方能制成零件。

少数精密铸件也可直接使用，例如用特种铸造的方法生产的某些零件。1.铸造基础铸造生产特点：

任务一金属材料的铸造与焊接一、铸造

P.581.铸造基础铸造生产特点：

1）铸造可以制成形状复杂，特别是内腔形状复杂的零件毛坯。如汽车发动机的缸体、缸盖、变速箱壳体、进排气支管、驱动桥壳体、机床车身等（见图3-1-1）。

任务一金属材料的铸造与焊接一、铸造

（a）发动机缸体、缸盖(b)

变速箱壳体(c)进排气支管图3-1-1常见汽车铸件

2）铸件的质量大小范围很宽铸件的质量轻则几克，重则数百吨；壁厚可以从0.5mm到几百毫米。P.58

3）铸造材料应用广泛常用的金属材料都可用于铸造，对于那些塑性很差的合金（生铁、青铜、铸铝合金等），铸造是制造零件毛坯的唯一方法。

4）铸造成本低铸造一般都不需要昂贵的设备；铸造毛坯的形状和尺寸接近于零件，节约金属，减少切削加工量；铸造材料来源广泛，可以回收报废几件、废钢和切屑等。5）铸造生产工艺复杂，生产周期长，铸件力学性能较差，劳动强度大，且易造成对环境的污染，铸造的缺陷较多，质量难以控制，废品较多。任务一金属材料的铸造与焊接一、铸造P.581.铸造基础铸造生产特点：

2.合金的铸造性能

主要指合金的流动性和收缩性

1）金属或合金的流动性

液态合金流动时充满型腔的能力。任务一金属材料的铸造与焊接一、铸造P.58流动性问题：浇不足、气孔等缺陷。

流动性比较：铸铁最好、铝硅合金次之、铸钢最差。

2）铸件的凝固与收缩

浇注铸件时，液态合金凝固和固态铸件冷却过程中的体积收缩。收缩性问题：收缩过大，造成形状尺寸变化、缩孔、裂纹等缺陷。

收缩性比较：铸铁最好、铸钢最差。

3．砂型铸造（传统方法）砂型铸造是指用型砂紧实成形的铸造方法。其生产过程主要由配砂、造型、制芯、合箱、熔炼、浇注和清理。例如，套筒铸件的生产过程如图3-1-2所示。任务一金属材料的铸造与焊接一、铸造P.58砂型铸造过程：造芯、合箱、浇注、落砂、清理、检验

与砂型铸造不同的其他铸造方法称为特种铸造。常用的特种铸造方法如下：

1）熔模铸造

4.特种铸造任务一金属材料的铸造与焊接一、铸造P.58

2）金属型铸造

3）压力铸造4）离心铸造

焊接是通过加热或加压，或者两者并用，使两个分离的金属达到原于结合，连接成一个整体的加工方法。焊接是一种不可拆连接，它不仅可以连接各种同类的金属，也可以连接各种不同类金屈。焊接的方法很多，按焊接的结合特点可分为熔焊、压焊和钎焊三大类。

熔焊是指焊接过程中将工件接头加热至熔化状态，不加压力完成焊接的方法。其是最基本的焊接方法，在焊接生产中占主导地位，常见的熔焊方法有气焊、电弧焊、电渣焊等。

熔焊任务一金属材料的铸造与焊接

二、焊接P.58

压力焊

钎焊

1.手工电弧焊手工电弧焊是电弧焊中的一种。手工电弧焊是利用电弧放电时产生的热量(温度高达3600℃)来熔化母材金属和焊条，从而获得牢固接头的焊接过程。手工电弧焊特点：设备简单，使用灵活、方便，适用于任意空间位置的焊接；但生产率低，劳动强度大，焊接质量决定于焊工的技术水平。

图3-1-6手工电弧焊

（a）交流电焊机（b）直流电焊机图3-1-7电焊机

任务一金属材料的铸造与焊接

二、焊接P.58（1）焊接过程

图3-1-8电焊条

（2）手工电弧常用设备与工具

①电弧焊机

②常用工具

电焊钳、面罩、手锤、焊条保温筒、钢丝刷、皮手套、皮足盖、绝缘胶鞋等防护用具

③焊条

1.手工电弧焊

任务一金属材料的铸造与焊接

二、焊接P.58

（3）手工电弧焊的基本操作：

手工电弧焊的焊接步骤一般包括引弧、运条、接头、收尾和焊后清理等几个环节。图3-1-9常用的运条方法

（4）焊接工艺：

焊接的基本接头形式有对接、搭接、角接和T形接四种.

1.手工电弧焊

任务一金属材料的铸造与焊接

二、焊接P.58(a)对接(b)搭接(c)角接(d)T形接

图3-1-11对接接头坡口形式

1.手工电弧焊

任务一金属材料的铸造与焊接

二、焊接P.58

（4）焊接工艺

坡口形式：图3-1-12焊缝的空间位置

焊缝空间位置：

1.手工电弧焊

任务一金属材料的铸造与焊接

二、焊接P.64

（4）焊接工艺

焊条直径焊条直径主要根据焊件厚度来选择。焊接厚板时应选较粗的焊条。表3-1-1为平焊时焊条直径与焊件厚度的关系。

焊接工艺参数：

焊接电流

焊接电流主要根据焊条直径选择。电流过大，金属溶化快，溶深大，工件易烧穿；电流过小，未焊透，出现夹渣等缺陷。

焊接速度

影响焊接生产率和焊接质量。

图3-1-13气焊气割装置图

利用可燃气体与助燃气体混合物燃烧所释放出的热量来熔化焊件和焊丝的一种焊接方法称为气焊。气割是使气体火焰的热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割气流，使其燃烧并放出热量实现切割的方法，其加热的原理与气割相同气焊与气割使用的可燃气体目前大多是乙炔气，助燃气体是氧气。它的设备与工具主要有氧气瓶、乙炔瓶、减压器、焊炬、割炬等，

2.气焊与气割

任务一金属材料的铸造与焊接

二、焊接P.58

图3-1-13气焊气割装置图

2.气焊与气割

任务一金属材料的铸造与焊接

二、焊接P.58氩弧焊

电阻焊

二氧化碳气体保护焊图3-1-14二氧化碳气体保护焊

3.汽车常用其它焊接方法

任务一金属材料的铸造与焊接

二、焊接P.58图3-1-15氩弧焊过程原理图电阻焊

焊接接头会产生不符合设计或工艺要求的缺陷，主要有气孔、夹渣、裂纹、未焊透、焊瘤、咬边等，

5.常见的焊接缺陷任务一金属材料的铸造与焊接

二、焊接P.58图3-1-16常见焊接缺陷

任务一金属材料的铸造与焊接

二、焊接P.586.焊接应力与变形减少变形的措施：

反变形法、锤击法、夹持法、合理选择工艺。焊接应力：焊接热胀冷缩不均。

焊接变形：

金属压力加工是在外力的作用下，使金属坯料产生塑性变形来获得满足形状、尺寸和力学性能要求的零件或毛坯的加工方法。压力加工在现代工业中占有非常重要的地位，被广泛地应用于工业生产的各个领域，

金属压力加工具有以下工艺特点：制件组织致密、力学性能高；较高的生产率；实现少或无切削加工；加工设备复杂，工件形状简单。

锻造（热）与冲压（冷）

任务二金属材压力加工P.58

锻造是汽车零件的生产制造中不可缺少的重要加工方法之一，例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、桥箱内的传动齿轮等（如图3-2-1所示）。(a)转向节(b)半轴套管(c)连杆(d)转向节臂图3-2-1汽车常用锻件

P.58任务二金属材压力加工

一、锻造自由锻造是用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧块之间产生塑性变形，以获得所需形状和尺寸锻件的工艺方法。金属坯料在抵铁间受力变形时，除打击方向外，朝其他方向的流动基本不受限制，锻件形状和尺寸由锻工的操作技术来保证。

1．自由锻造P.58任务二金属材压力加工

一、锻造

自由锻造方法：墩粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移、扭转、锻接。

（a）完全墩粗

(b)一端墩粗

(c)中间墩粗

P.58

1．自由锻造

1）墩粗任务二金属材压力加工

一、锻造

P.58(a)平砧上拔长(b)在芯轴上拔长

自由锻造方法：墩粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移、扭转、锻接。

1．自由锻造2）拔长任务二金属材压力加工

一、锻造

P.58

自由锻造方法：墩粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移、扭转、锻接。

1．自由锻造3）冲孔任务二金属材压力加工

一、锻造

P.58

自由锻造方法：墩粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移、扭转、锻接。

1．自由锻造4）弯曲

(a)角度弯曲

(b)角度弯曲

(c)成形弯曲任务二金属材压力加工

一、锻造

P.58

自由锻造方法：墩粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移、扭转、锻接。

1．自由锻造5）切割任务二金属材压力加工

一、锻造

P.58

自由锻造方法：墩粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移、扭转、锻接。

1．自由锻造任务二金属材压力加工

一、锻造

。

P.58

2．自由锻造件的分类及锻造工序任务二金属材压力加工

一、锻造

。

模型锻造是指利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法，简称模锻。由于锻件的形成是在一定形状与尺寸的模腔内进行的，因此它有以下特点：1)生产率比自由锻造高3～4倍。2)锻件尺寸精度高，表面光洁，公差和余量小，节省材料及切割加工费用。3)可以生产形状比较复杂的锻件。如汽车的前桥、转向节、发动机的曲轴、连杆等。4)制模费用与成本费用高，故不宜采用单件和小批量生产。锤上模锻

胎膜锻

P.58

3．模型锻造任务二金属材压力加工

一、锻造

锤上模锻胎膜锻

任务二金属材压力加工

一、锻造P.58

3．模型锻造

板料冲压是用冲模使板料分离或变形的一种加工方法，又称冷冲压。当板料厚度大于8mm时，应采用热冲压。冲压生产中常用的设备是剪床和冲床。

P.58任务二金属材压力加工

二、板料冲压

①便于实现机械化和自动化，生产率很高，操作简便，故零件成本低。

②可以冲压出形状复杂的零件，一般不需再进行切削加工。

③低碳钢和有色金属板材，产品重量轻、材料消耗少、强度高、刚性好。

④冲模保证产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度，尺寸稳定，互换性好。但冲模制造复杂、成本高，只有在大批量生产条件下，其优越性才显得突出。板材冲压成形具有下列特点：

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图3-2-14汽车车身零件分解图任务二金属材压力加工

二、板料冲压

1.分离工序（冲裁）

P.58任务二金属材压力加工

二、板料冲压

2.

变形工序

任务二金属材压力加工

二、板料冲压P.58

金属切削加工是利用切削刀具与工件的相对运动，从工件上切除多余材料的加工方法。

切削加工是汽车制造过程中的一种重要的工艺方法。通过车削、铣削、钻削、铰削、拉削、磨削和螺纹切削等各种切削工艺和方法，才能达到所需要的精确的表面形状、尺寸精度、位置精度和表面粗糙度等各种要求。

任务三金属切削加工

P.58知识准备

车床

金属切削机床

任务三金属切削加工

P.58铣床刨床磨床钻床

1．切削运动

为了进行切削加工以获得工件所需的各种形状，并达到要求的加工精度和表面粗糙度，刀具和工件必须完成一系列运动。按切削时工件和刀具相对运动所起的作用不同可分为主运动和进给运动。

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任务三金属切削力加工

一、金属切削加工基础知识主运动：切削加工中最主要的运动。

进给运动：使新的金属层不断投入切削的运动。2.切削要素1）切削加工表面

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任务三金属切削力加工

一、金属切削加工基础知识

①待加工表面是有待被切除金属的表面②加工表面是工件正在被切削的表面(过渡表面)。

③已加工表面是工件上切去一层金属后，所形成的新的表面

①切削速度v：主运动的线速度。单位：m/s(或m/min)

②进给量f：进给运动方向上刀具与工件的相对位移量。单位：mm/r

③切削深度

：每次走刀的切入深度。单位：mm2.切削要素

2）切削用量

P.58任务三金属切削力加工

一、金属切削加工基础知识切削用量三要素，是关系到加工质量、刀具消耗、加工生产效率和生产成本的重要因素。在加工中必须合理选择。

3.切削刀具材料与几何形状（1）刀具材料应具备的性能

P.58任务三金属切削力加工

一、金属切削加工基础知识

高硬度、高耐磨性、高的红硬性、足够强度和塑性、一定的工艺性。

（2）常用的刀具材料

碳素工具钢、低合金工具钢、高速钢、硬质合金

3.切削刀具材料与几何形状

P.58任务三金属切削力加工

一、金属切削加工基础知识（3）刀具的几何形状

典型车刀：三面两刃一刀尖。

4.切削液切削液主要用来减少摩擦和降低切削温度。合理使用切削液，以保证刀具耐用度和表面加工质量。

切削液的作用：冷却与清洗、润滑与防锈。切削液的种类主要有：乳化液、切削油。

P.58任务三金属切削力加工

一、金属切削加工基础知识

5.工件材料的切削加工性

切削加工性好的材料：铝合金、铜合金、铸铁、低中碳钢等。

不易切削的材料：不锈钢、钛合金。

切削加工，在机床上用刀具对零件毛坯进行切削加工，获得所零件形状尺寸的方法。包括车、钳、刨、铣、磨等等。

6.切削过程

金属切削过程是指刀具从工件毛坯上切去多余金属形成切屑的过程。

P.58任务三金属切削力加工

一、金属切削加工基础知识

（1）切削力金属被切削时，刀具切人工件，被加工材料发生变形，最后成为切屑所需要的力称切削力。

（2）切削热在切削过程中，切削力使切屑变形、刀具与工件以及刀具与切屑之间的摩擦共同产生了大量的切削热，这些切削热实质上是由切削功转变来的。

（3）积屑瘤在一定的温度和压力下切削塑性材料时，切屑粘附在刀尖上，长出一个“瘤”状的金属块，这就是积屑瘤。

积屑瘤对精加工有害，必须避免；而对粗加工则无害。

切削加工方法有车削、钻削、镗削、刨削、插削、拉削、铣削和磨削等，下面介绍几种最常用的加工方法。

P.58任务三金属切削力加工

二、常用金属切削加工方法

车削是机械加工中的基本工种，它的技术性很强，主要用车床加工回转表面，所用刀具是车刀，还可用钻头、铰刀、丝锥、滚花刀等刀具。

1.车削主轴箱：主轴变速，主轴输出挂轮箱：把主轴运动传给进给箱进给箱：走刀变速，输出光杠和丝杠卡盘：装夹工件丝杠：车螺纹的传动轴尾座：装夹顶尖、钻头、铰刀等床身：支承安装车床其它部件，也是床鞍、尾座运动的导向部分。光杠：自动走刀的传动轴刀架：安装车刀的装置溜板箱：带动刀架实现纵、横进给及车螺纹（1）车床

P.58任务三金属切削力加工

二、常用金属切削加工方法

1.车削（1）车床加工范围(a)车外圆(b)车端面(c)车锥面(d)切槽、切断

(e)切内槽(f)钻中心孔(g)钻孔(h)镗孔

(i)铰孔(j)车成形面(k)车外螺纹(l)滚花

P.58任务三金属切削力加工

二、常用金属切削加工方法

1.车削（2）车削加工的工艺特点

1）等截面的连续切削,车削生产效率高。

2）车削加工应用范围广泛工件结构形状、工件材料种类、各类刀。

3）车刀为单刃刀具，结构简单，制造容易，刃磨方便。4）多用于粗加工、半精加工，精度：IT12~IT7,Ra12.5~1.6μ。

钻削是在钻床上用钻头在工件加工孔的方法。(a)台式钻床(b)立式钻床(c)摇臂钻床

P.58任务三金属切削力加工

二、常用金属切削加工方法

2.钻削（1）钻床

P.58任务三金属切削力加工

二、常用金属切削加工方法

2.钻削（3）钻削的工艺特点

（2）钻孔利用钻床(也可以用车床、镗床和铣床)在实体材料上用钻头加工出孔的方法称为钻孔。工作部分柄部切削部分导向部分(a)锥柄麻花钻颈部(b)直柄麻花钻1）钻削加工，半封闭，切削量大，观察、排屑困难。2）