新能源汽车制造技术 课件06-新能源汽车零件毛坯制造工艺

第六章新能源汽车零件毛坯制造工艺2026.05SchoolofAutomotiveandTrafficEngineeringHeifeiUniversityofTechnology合肥工业大学

车辆工程专业课程_新能源汽车制造技术本章目录6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备6.1.1概述6.1.2新能源汽车零件铸造的特点及分类6.1.3砂型铸造6.1.4特种铸造6.1.5铸造工艺设备6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备6.2.1锻造工艺概述6.2.2锻造的分类及其特点6.2.3自由锻6.2.4模锻6.2.5碾压6.2.6锻造工艺装备6.3

新能源汽车典型零件毛坯制造工艺6.3.1

连杆锻造工艺6.3.2铝合金副车架精密铸造工艺P26.1.1概述6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P3铸件是通过铸造工艺制造的金属零部件。具体来说，铸造是将熔化的金属液体浇注到特定形状的模具中，待其冷却和凝固后形成所需形状和尺寸的零件或零件毛坯的成形方法。铸件广泛用于制造复杂形状的机械零部件，尤其是那些通过其他加工方法难以制造或不经济的零部件。6.1.2新能源汽车零件铸造的特点及分类6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P4铸造是新能源汽车制造的关键工艺，主要用于生产电机壳体、电池包壳体、底盘结构件、悬架零件等核心部件，可批量制造复杂形状零件，满足轻量化、高强度、高精度要求，随行业发展持续适配新材料与新工艺新能源汽车铸造具有五大特点：一是轻量化，大量使用铝、镁等轻质合金；二是高强度高安全，保障悬架、车架等部件抗冲击与耐疲劳性能；三是适配复杂结构，可成型电机壳、冷却装置等复杂件；四是高精度，尺寸公差小、表面光洁度高；五是环保节能，降低能耗与排放、提升材料利用率。新能源汽车铸造按工艺分为两类：砂型铸造依靠重力充型、以型砂为主要材料；特种铸造是区别于砂型铸造的所有铸造方法的统称，包含压铸、低压铸造、熔模铸造等高精度工艺。6.1.3砂型铸造6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P5砂型铸造是以型砂为主要造型材料、采用重力浇注的传统铸造工艺，成本低、适应性强，在汽车铸件生产中占比超90%，可生产铸铁、铸钢、铸铝等多种材质铸件。该工艺灵活性高，适合制造复杂与大型零件，在新能源汽车中仍被广泛用于电机壳体、传动系统外壳、车架等关键部件，可兼顾质量、轻量化与高强度要求，在新能源汽车制造中不可或缺。砂型铸造工艺过程图6.1.3砂型铸造6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P6砂型铸造的造型材料以型砂为主，配入粘结剂与添加剂，需具备可塑性、强度、耐火度、透气性和退让性，常用硅砂、锆砂等型砂及粘土、树脂等粘结剂；造型方法分手工造型与机械造型，手工造型适用于小批量、复杂或大型铸件，机械造型适用于大批量中小型铸件，二者直接决定铸件质量、效率与成本。铸件浇注位置是浇注时铸件在铸型内的位置，分型面是两半铸型的接触面，选择原则为保证铸件质量、简化造型工艺，一般先定浇注位置再选分型面，实际生产需综合权衡；铸件重要加工面应朝下，使其组织致密、缺陷少，无法朝下则尽量置于侧面。圆锥齿轮铸件的浇注位置a）正确；b）不正确6.1.3砂型铸造6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P7铸件的大平面应朝下。如下图所示，如果将铸件的平面向上，操作上也有其方便之处，如铸件全部在下型，上型是平的又没有吊砂，但铸件平面部分的质量难以保证。因此，铸件的大平面应朝下放置，浇注时采用倾斜浇注的方法可避免大平面产生铸造缺陷。平板铸件6.1.3砂型铸造6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P8为保证铸件能充满，铸件薄壁部分应放在下部。如下图所示，铸件薄而大的平面应放在型腔的下部、侧面或倾斜的位置，以利于液态合金充填铸型，防止产生浇不足、冷隔等缺陷。箱盖铸件6.1.3砂型铸造6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P9保证铸件实现顺序凝固。便于型芯的固定、安装、排气和合型。如下图所示，对于气缸体的分型面选择，采用卧式浇注时，分型面通常选择在缸孔中心线所在的平面上，这样可以方便砂芯的定位、铸型的排气以及铸件的合型操作。气缸体铸件6.1.3砂型铸造6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P10分型面选择的原则如下：1）尽量将铸件的全部或大部分置于同一半型内。左下图展示了一种汽车轮毂的分型方案。2）减少分型面的数量。右下图展示了一种齿轮的分型方案。3）铸造圆角。4）收缩余量。5）型芯头设计。6.1.3砂型铸造6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P11铸件结构的工艺性设计铸件结构工艺性设计需同时满足使用性能、铸造工艺可行性与合金铸造性能，合理设计可提升铸件质量、降低成本、提高效率。从工艺角度，应简化分型面与型芯、优化外形便于起模、合理设置结构斜度，机器造型斜度0.5°~1°，手工造型1°~3°且内壁大于外壁，减少工序与缺陷。从合金性能角度，需合理控制壁厚并保持均匀，采用圆角过渡、避免壁厚突变与大平面，保障自由收缩，防止缩孔、裂纹、浇不足等缺陷。优化设计可进一步提升效果，主要包括简化分型面与型芯、在热节处设置冷却系统或冷铁、增设加强筋提升强度与抗变形能力。综合工艺与材料特性进行结构优化，才能获得高质量、高效率、低成本的理想铸件。6.1.4特种铸造6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P12特种铸造是指区别于传统砂型铸造的工艺，通常用于生产形状复杂、精度高、性能要求严苛的铸件。以下将重点介绍汽车制造领域中几种常见的特种铸造工艺。1.金属型铸造金属型铸造的基本原理：金属型铸造（PermanentMoldCasting），又称硬模铸造，是利用钢、铁或耐高温合金制成的模具，通过重力或外力将熔融金属浇注至模具型腔中，成形出铸件。常用的垂直分型式金属型（如下图所示）由活动半型和固定半型两部分组成，分型面垂直。浇注时，先将两个半型合紧，待熔融金属凝固并成形后，再通过简单的机构将两半型分开，以取出铸件。垂直分型式金属型6.1.4特种铸造6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P132.压力铸造压力铸造是利用高压将液态或半液态金属以高速度充填压铸模具型腔，并在压力下成形和凝固的铸造方法。3.低压铸造低压铸造是在低压力（0.02MPa～0.06MPa）作用下，使金属液充填模具型腔形成铸件的一种铸造方法。下图展示了低压铸造的工艺原理。低压铸造工艺原理图6.1.5

铸造工艺设备6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P14铸造工艺设备是用于生产铸件的设备，涉及多个环节和工序，涵盖了从金属熔炼到铸件冷却的全过程。以下是常见的铸造工艺设备分类和主要功能：1.熔炼设备熔炼设备用于将金属原料加热至熔化状态，并保持合适的温度以便浇注。常见的熔炼设备如下图所示：电弧炉感应炉电阻炉高频炉6.1.5铸造工艺设备6.1新能源汽车零件毛坯铸造工艺方法及设备P152.浇注设备浇注设备将熔融金属精确地导入铸型中，以形成所需的铸件。下图是几种常见的浇注系统外形图。机械浇注系统一体化压力铸造机真空浇注系统6.2.1锻造工艺概述6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P16新能源汽车零件锻造工艺至关重要，通过外力使金属毛坯塑性变形成形，高温锻造可细化晶粒、提升强度、韧性与抗疲劳性，从而提升材料的力学性能，包括强度、韧性和抗疲劳性，如下图所示，适合制造高应力、高负荷零部件；锻造性能取决于塑性变形能力与变形抗力，受化学成分、金属组织、变形温度、变形速度等影响，广泛用于底盘、悬架、传动系统及电池结构等关键部件。锻造工艺晶体变化示意图6.2.2

锻造的分类及其特点6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P17锻造可按成形温度分为冷锻、温锻、热锻；按坯料移动方式分为自由锻、镦粗、挤压、模锻、闭式模锻、闭式镦锻，闭式工艺无飞边、材料利用率高；按锻模运动方式分为摆辗、摆旋锻、辊锻、楔横轧、辗环、斜轧等，部分可用于精锻，计算机控向与旋锻可在小锻造力下实现高精度、复杂形状成形。下面对常用的锻造加工分类进行简要说明。6.2.2锻造的分类及其特点6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P181.根据锻造时的成形温度分类（1）热锻（HotForging）热锻在材料的再结晶温度以上、800~1250℃进行，金属变形抗力小、塑性好，易成形大尺寸与复杂件；可消除铸态缺陷、细化晶粒、提升力学性能，但易产生氧化脱碳，表面质量与尺寸精度较低，需后续加工。（2）冷锻（ColdForging）冷锻在室温下成形，零件精度高、表面光洁、强度硬度高，可省热处理、材料利用率高；但变形抗力大、对设备要求高，材料塑性受限易开裂，仅适合形状简单的小型件（3）温锻（WarmForging）温锻在室温至再结晶温度之间进行，兼顾热锻易成形与冷锻高精度优势，变形抗力低于冷锻、氧化脱碳少，表面质量与尺寸精度较好；但工艺复杂、模具与设备要求高，多用于中小尺寸高精度件。6.2.2锻造的分类及其特点6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P192.根据锻造工艺分类（1）自由锻（OpenDieForging）自由锻无专用模具，依靠锤头或压力机使坯料自由变形，适用于大型轴类、环类、盘类零件；工艺灵活、适应性广、成本较低，但精度低、成形复杂，需多次加工。（2）模锻（ClosedDieForging）模锻在专用模具内使金属坯料受压成形，可制造形状复杂、精度较高的锻件；具有成形精准、效率高、材料利用率高、表面质量好、后续加工少的优点，但模具成本高、设计复杂、生产周期长，适合大批量生产。（3）其他锻造方法锻造工艺融入轧制、挤压、拉拔等方法后，拓展了应用范围并提升了质量与效率，广泛用于新能源汽车与航空航天等领域；自由锻、胎模锻、模锻多为热态加工，锻造加工综合力学性能高、韧性好、纤维组织合理、性能稳定，同时具备生产效率高、节省材料的优势。6.2.3自由锻6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P20自由锻锻件的形状和尺寸主要由操作工的技术水平来保证。在自由锻造过程中，金属在砧铁间受到的力作用下，各个方向的变形具有较大的自由度，因此称为“自由锻”。自由锻可分为手工锻造和机械锻造两种方式。1.自由锻的特点自由锻造所用工具和设备简单，具有良好的通用性，且成本低廉。与铸造毛坯相比，自由锻工艺能够有效消除缩孔、缩松和气孔等缺陷，使锻件具备更高的力学性能。自由锻的锻件形状相对简单，操作灵活，自由锻造主要依靠人工操作来控制锻件的形状和尺寸（如下图所示）自由锻加工示意图6.2.3自由锻6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P212.自由锻的工序流程自由锻工序流程包含坯料准备、加热处理、加压成形、冷却及后续热处理/机加工等后处理，成形工序分为基本工序（镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移、扭转）、辅助工序（压钳口、钢锭倒棱、压肩等）与修整工序（校整、滚圆、平整等），整体流程完整且覆盖质量提升环节。3.自由锻零件的结构工艺性自由锻零件的结构工艺性直接影响可锻性、生产效率与成本，设计时需兼顾使用性能与锻造条件，遵循四大原则：避免楔形、曲线形、锥形等复杂倾斜结构，优先采用圆柱、方形；将曲面交接改为平面交接；不设加强筋与小凸台，以增厚壁厚、改用沉头孔替代；截面剧变或形状复杂的零件可拆分为简单件分别锻造，再焊接或机械连接成整体，从而简化锻造、降低耗材与工时、保证性能。6.2.4模锻6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P22将坯料加热后放在上、下锻模的模膛内施加外力，使坯料在模膛所限制的空间内产生塑性变形，从而获得与模膛形状相同的锻件，这种锻造方法称为模锻（如下图所示）。模锻加工示意图6.2.4模锻6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P231.模锻的特点模锻相比自由锻，具备精度高、力学性能好、生产率高、节省材料、适用材料范围广的优势，可制造尺寸精确、形状复杂的零件，加工余量小，适合批量与自动化生产；但坯料整体变形导致变形抗力大，且锻模制造成本高。2.模锻的工艺流程热模锻基本工艺过程如右图所示。模锻工艺流程主要包括选棒料、下料、模锻、切边、热处理、清理、校正、检查入库等环节。热模锻基本工艺过程6.2.4模锻6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P243.热锻工艺过程热锻是新能源汽车制造中制备高强度、轻量化零部件的关键工艺，以热模锻为例，其完整工艺过程为：依据零件图绘制锻件图，确定模锻及辅助工序与工序间尺寸，制定加热规范，计算坯料尺寸与质量并选定下料方式，选用适配设备，明确模具润滑冷却方式，确定锻件冷却与热处理规范，规划氧化皮清除方法，提出技术与检验要求，最终填写工艺过程卡片。4.模锻件结构工艺性模锻件结构工艺性要求：模锻件应有合理的分模面、模锻斜度和圆角半径；模锻件的几何形状应有利于金属成形；应尽量避免锻件上有深孔或多孔结构；形状复杂的模锻件可采用锻—焊组合工艺。下图为热曲轴模锻的示意图曲轴热模锻示意图6.2.5碾压6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P25碾压锻造主要包括辊锻、环形轧制等。1.辊锻辊锻是使坯料通过装有扇形模块的一对旋转的轧辊时，借助模槽对金属的压力，使其产生塑性变形，从而获得所需要的锻件或锻坯。辊锻变形原理如图下图所示。1-上锻辊；2-辊锻上模；3-毛坯；4-辊锻下模；5-下锻辊辊锻变形原理示意图6.2.5碾压6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P262.环形轧制环形轧制（RingRolling）是一种连续塑性变形加工工艺，将坯料放置在两高速旋转的成形轧辊中，通过旋转的轧辊对环形坯料施加压力，使环形件的截面积缩小、直径增大的一种加工方法，其工艺下图所示。环形轧制加工示意图6.2.5碾压6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P273.挤压挤压（Extrusion）是锻造工艺中的一种塑性加工方法。通过对金属坯料施加较大的压应力，使金属在模具孔腔内流动，沿预定路径成形为所需的零件。（1）挤压工艺特点良好的力学性能，表面质量优异，适用于复杂截面零件，高材料利用率，高生产效率。（2）挤压工艺的分类（右图）正挤压反挤压径向挤压复合挤压6.2.6锻造工艺装备6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P28锻造设备按其工作原理可分为四种主要类型：锻锤、曲柄压力机、液压机和旋转式锻压机。不同设备具有不同的工作原理，适用于多种锻造工艺和零部件的生产需求。1.锻锤锻锤依靠锤头高速冲击实现金属塑性变形，瞬时冲击力大、打击速度快，适用于自由锻与部分模锻，多用于中小型零件及轴类、法兰等结构件生产，可高效完成粗加工与大尺寸工件锻造。2.曲柄压力机曲柄压力机通过曲柄连杆机构将旋转动力转为直线压力，多用于模锻与大批量生产，工作时以垂直压力使金属塑性变形，压力稳定、重复性好、精度高，适合高精度复杂件；广泛用于齿轮、连杆、悬架组件等零部件制造，常见单柱型用于小型锻件，双柱型承载强、适用于较大复杂模锻件。6.2.6锻造工艺装备6.2新能源汽车零件锻造工艺方法及设备P293.液压机液压机依靠液体压力施压，属于慢速锻造设备，通过液压系统推动活塞对金属坯料加压成形，压力稳定、精度高，适用于自由锻、模锻及大型复杂零件制造；主要用于大型轴类、框架件、车身件与铝合金锻件生产，常见类型有开放式（自由锻）、闭式模锻（精密批量）、多工位（复杂件多工序）三类。4.旋转式锻压机转式锻压机也称辊锻机，依靠旋转辊轮对坯料持续施压，使金属随辊型塑性变形，生产效率高、可连续作业，多用于零部件预成形加工，适配长条、环形与轴类工件；常用来制造汽车传动轴、轮毂、齿轮等零件，主要分为适配轴类件的辊锻机和专产环形件的辊环机。6.3.1

连杆锻造工艺6.3

新能源汽车典型零件毛坯制造工艺P301.产品结构分析某型发动机连杆如下图所示，其连杆中心距为184±0.05mm，连杆大小头厚度不同，呈上下不对称形状。某型发动机连杆6.3.1

连杆锻造工艺6.3

新能源汽车典型零件毛坯制造工艺P312.设备选择选择设备时，设备吨位应合理。设备吨位过小，导致锻件内部锻不透，生产率低；过大则浪费动力，增加成本，并且操作不灵活，易损坏工具。3.工艺方案锻造工艺流程如下：下料→加热→辊锻→压扁→预锻→终锻→切边、冲孔→热矫正→锻后控温冷却处理→抛丸→探伤→强化抛丸→沾防锈液。（1）下料采用S-400HA型全自动数控带锯床进行下料。相较于棒料剪，带锯床控制公差较小，虽然有一定材料损耗，但能确保下料精度。（2）加热采用KGPS-TJ1200kW/1kHz中频加热炉，加热温度控制在1180-1220℃，需对温度过高或过低的坯料进行剔除。（3）辊锻合格料节进入ZGD-560型自动辊锻机进行辊锻，见下图。辊锻制坯辊锻工步6.3.1

连杆锻造工艺6.3

新能源汽车典型零件毛坯制造工艺P32（4）压扁辊锻后的坯料由机械手和机器人送入压扁工序，见下图。（5）预锻、终锻、切边、冲孔和热矫正预锻、终锻、切边、冲孔分别见下图。镦粗压扁预锻终锻冲孔切边6.3.1

连杆锻造工艺6.3

新能源汽车典型零件毛坯制造工艺（6）锻后控温冷却处理锻件在950℃以上进行专用控冷处理。（7）抛丸、探伤、强化抛丸和沾防锈液采用Q378E型抛丸清理室进行表面清理，荧光磁粉探伤检测后退磁。强抛采用转台抛丸强化机，随后进行防锈液处理，防止锻件表面氧化。4.发动机连杆锻造发展趋势锻造技术从手工向自动化生产线过渡，未来将朝着智能化车间方向发展，锻件精度和尺寸公差的提高将提升后续加工效率，降低生产成本。调质钢逐步退出市场，非调质钢成为主流材料。商用车已开始应用铝合金连杆，有色金属在此领域的应用正逐步加快。P336.3.2铝合金副车架精密铸造工艺6.3

新能源汽车典型零件毛坯制造工艺1.产品结构分析及铸造设计副车架设计过程主要有以下几个部分组成。（1）安装面及安装孔的设计如下图所示P34副车架安装面及安装孔位置6.3.2铝合金副车架精密铸造工艺6.3

新能源汽车典型零件毛坯制造工艺（2）下板的设计如下图所示（3）上板的设计如下图所示P35钢制件的下板铝制件的下板钢制件的上板铝制件的上板6.3.2铝合金副车架精密铸造工艺6.3

新能源汽车典型零件毛坯制造工艺（4）与车身安装位置的设计如下图所示在保证安装位置不发生疲劳断裂的前提下，简化了原钢制件用钢板焊接来作为加强板的结构，取而代之的是采用加强肋。P36钢制件铝