第二章汽车及其零件制造中常用制造工艺基础知识

三、铸件的结构工艺性 • • • • • • • • （一）铸造工艺对铸件结构的要求 1.铸件外形的设计 1）力求避免多个分型面； 2）铸件外形尽量方便造型，尽量避免使用活块和 型芯； 2.铸件内腔设计 1）尽量避免不必要的型芯； 2）型芯要便于固定、排气和清理； 3）铸件结构设计时，要考虑拔模斜度。
• 自由锻的主要工序
• 基本工序：镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转、错移、锻焊 • 辅助工序：压钳口、压钢锭棱边、切肩 • 精整工序：清除锻件表面凸凹不平、整形一般在终锻温度以下进行。
• 自由锻结构工艺性见P18
2.模锻
将金属坯料放在具有一定 形状锻模模膛内，受冲击 或压力而变形的加工方法
• 模锻与自由锻比较有如下优点：
• （一）锻造的生产方式
• 按所用工具和模具的安装 • 情况将锻造分为自由锻、 • 胎模锻、模锻。
• 1.自由锻
• • • • 将金属坯料放在上下抵铁间 受冲击力或压力使其变形的方法。 使用的设备有空气锤、蒸汽—空气锤 水压机。
自由锻的特点
• 自由锻分为手工自由锻和机器自由锻。手工自由锻只能生产小型锻件，机 器自由锻是自由锻的主要生产手段。 • 自由锻应用极广，锻件的质量可以从一千克到一、二百吨，对于大型锻件， 自由锻几乎是唯一的方法，如水轮机的主轴、曲轴、连杆等。 • 自由锻中金属受力变形时在抵铁间向各个方向流动，不受限制，锻件质量 由操作者控制。 • 大型零件在工作中都承受较大载荷，要求具有较高的强度，故均应采用自 由锻制毛坯。 • 由于自由锻的所用设备具有很大的通用性，因而广泛应用于单件小批生产 中。
3.偏析及吸气性
• • • • 1）偏析 铸件中出现化学成分 不均匀的现象。 2）吸气性 合金在熔炼和浇注时吸收气体的性能。
• 二、砂型铸造的铸造工艺
• （一）砂型铸造的工艺过程 • 造型工艺是指铸型的制造方法和过程，砂型铸造则是以砂为主要 造型材料制备铸型的一种造型工艺方法。其工艺过程见图2-1。
模锻件的结构工艺性 • 1.模锻件必须具有一个合理的分模面，以保证锻 件从模膛中取出； • 2.由于模锻件尺寸精度和表面粗糙度较高，因此 零件上只有与其他机件配合的表面，才需进行机 械加工，留出余量。 • 3.为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件的 外形力求简单、平直、对称，尽量避免零件截面 差别过大，或具有薄壁、高筋、凸起等结构； • 4.在零件结构允许的情况下，设计时尽量避免有 深孔和多孔结构； • 5.在可能的条件下，应采用锻焊组合工艺，减少 敷料，简化模锻工艺。
（3）模锻斜度 模锻件上平行于锤击方向的表面必 须有斜度，便于从模膛中取出锻件。锤上模锻斜度一 般为5～15°。斜度与模膛深度和宽度有关，当深度/ 宽度（h/b）越大，取较大值。而内壁斜度比外壁斜 度大2～5° • （4）圆角半径 在零件上所有两平面的交角处均需做 成圆角。一般钢件外圆角半径r=1.5 ～12mm,内圆角 半径R=（2 ～ 3）r。 • 2.确定模锻工步 （1）长轴类 常选用拔长、滚压、弯曲、预锻、终锻。 （2）盘类零件 常选用镦粗、终锻等。 3.修正工序 1)切边和冲孔 2）校正 3）热处理（清除锻件的过 热、加工硬化） 4）清理
三、浇注位置和分型面的选择
• 1.浇注位置的选择 • 浇注位置是指浇注时铸件在铸型内所处的 位置。按以下原则选择： • 1）铸件的重要加工面朝下 • 2）铸件的大平面朝下 • 3）铸件薄壁部分放在下部 • 4）保证铸件实现定向凝固 • 5）便于型芯的固定
2.分型面的选择原则
• 分型面是指两半铸型相互接触的表面。选择原则如下：
• • • • 1）应尽量采用平面作为分型面； 2）应尽量使分型面少； 3）尽量把铸件的全部或大部放在同一砂箱中； 4）尽量减少型芯和活块的数量。
• （四）工艺参数的选择
• 1.加工余量 就是铸件上需要切削加工的表面，应预留一定的余量。 一般，铸钢件余量大；有色金属余量小；铸件越大越复杂余量大，铸件 的顶面比底面和侧面余量大。 • 2.起模斜度 为了便于模样从铸型中取出，垂直于分型面的立壁上所 加的斜度。模样越高，斜度越小；内壁比外壁斜度大；手工造型比机器 造型斜度大，铸件外壁斜度一般取0.５～ 4°。 • 3.铸造圆角 铸件设计时，铸件壁的连接和拐角处应设计成圆角 • 4.型芯头 为了保证型芯在铸型中的定位、固定和排气，模样和型芯都 要设计出型芯头。 • 5.收缩余量 由于铸件在浇注后的冷却收缩，制作模样时要加上这部分 的收缩尺寸。一般灰铸铁0.8%～1.0%，铸钢1.8 %～2.2%，铝合金 1.0% ～1.5%。
• • • • • 1）生产效率高； 2）锻件尺寸精确，加工余量小； 3）可以锻造出形状比较复杂的锻件； 4）节约材料，劳动强度低。 但模锻受模具的限制不能锻制大型件。
• 模锻设备
• 曲柄压力机、摩擦压力机、液压机。 • 锻模结构见图2-14
锤上模锻工艺规程
锤上模锻工艺规程包括制定锻件图、坯料计算、确 定模锻工步、选择设备、安排修正工序。 • 1.制定模锻锻件图 • 制定锻件图时应考虑以下几个问题： • （1）分模面 分模面即上下模在锻件上的分界面。 制定锻件图时必须首先按以下原则确定分模面。 • 1）要保证锻件能从模膛中取出。图中若选a-a为 分模面，则无法从模膛中取出锻件。 • 2）分模面必须做成使沿分模面的上下模模膛的外 形一致，以便在生产中发现错模现象。图中c-c就 不符合此原则。
2.造型方法 • 造型是砂型铸造的最基本工序，通常分为手工造型和机器 造型。 • 1)各种手工造型的方法和特点 • 手工造型时的紧砂、起模使用手工来进行的，其操作灵活、 适应性强，模型成本低，生产准备时间短，铸件质量差， 效率低，劳动强度大，适于单件小批生产。 • 2）机器造型及其工艺特点 • 机器造型是现代化铸造车间生产的基本方式，其特点是生 产率高、铸件尺寸精确、表面光滑，加工余量小，劳 1.轧制 • 利用金属坯料与轧辊接触表面的摩擦力，使金属坯料截面 积减小、长度增长的方法。见图2-11 • 2.拉拔 • 金属坯料在拉力作用下，通过拉拔模膛使截面积减小、长 度增加的加工方法。见图2-12 • 3.挤压 • 将金属坯料放在挤压模膛内，使其受压并被挤出模膛而产 生变形的加工方法。见图2-13
（四）锻造加工的适用范围
• 锻造加工在汽车零件制取中的应用见P17。
• （五）金属的锻造性能
• 金属的锻造性能用可锻性来表征，可锻性是衡量材料在经受压 力加工时难易程度的一个工艺性能。 • 金属的可锻性好表示材料易于经受压力加工成形，反之就差。 • 可锻性常用塑性和变形抗力来综合衡量。塑性越大，变形抗力 越小，则可锻性好；反之越差。 • 金属的塑性可用金属的断面收缩率Ψ 、延伸率δ 、冲击韧性 α k来表示，变形抗力指在变形过程中金属抵抗工具作用力的 大小。 • 金属可锻性取决于金属的本质和加工条件 • 1.金属的本质 • 1）化学成分 • 一般纯金属比合金好，含碳量低的比高的好，碳钢比合金钢好。
四、特种铸造 • 特种铸造是指除砂型铸造以外的其他形式 的铸造。主要有以下几种： • 1.金属型铸造 • 2.压力铸造 • 3.低压铸造 • 4.离心铸造
第二节 锻造工艺基础
• 一、概述
• 锻造是利用金属材料的塑性，在外力和模具的作用下，使坯料或铸锭 产生局部变形或全部变形达到要求的形状、尺寸和一定的组织性能的 加工方法。
（三）锻造的特点 • 1.金属坯料经锻造后可改变组织，提高力学性能； • 2.锻件的流线分布合理，材料利用率高； • 3.除自由锻其他压力加工易于实现机械化、自动 化，生产率高； • 4.用轧制、拉、挤等加工方法制取的坯料或零件 具有力学性能好、表面光洁，精度高，可减少切 削或无切削。 • 压力加工是使金属在固态下的变形，因此，能量 消耗大，同时工件不能太复杂，且变形量不能太 大。
2.收缩性
• 收缩：铸件在凝固和冷却过程中，其体积和尺寸减小的现 象。 • 近于熔点的液态金属，其结构是由原子团和空穴组成，其 原子间距比固态大得多，在金属浇入铸型到凝固前的冷却 过程中，由于温度下降，空穴数量和原子间距减小，液态 金属的体积减缩。金属结晶完毕，空穴完全消失，金属原 子间距进一步缩小。在金属凝固后的继续冷却中，直到室 温，原子间距还要缩小。可见，金属从浇注温度冷却到室 温经历了三个收缩阶段： • 1）液态收缩 • 2）凝固收缩 • 3）固态收缩
3)最好把分模面选在使模膛具有最浅的深度上。这样 使金属容易充满模膛，便于取出锻件，并有利于锻模 的制造。图b-b不适于做分模面。
• 4）应使零件上所加的敷料最少。图中b-b所加的 敷料最多，不宜做分模面。 • 5）最好使分模面为一平面，上下模膛深浅基本一 致。 • 根据以上分析，选择d-d作为分模面最为合理。 • （2）余量、公差和敷料 • 模锻时金属坯料是在锻模中成形的，因此模锻件 的尺寸较为精确，其公差和余量比自由锻件小得 多。余量一般为1～4mm，公差取±0.3～3mm.
影响收缩的原因
• 1）化学成分 • 碳钢随含碳量增加，凝固收缩增加，固态收缩略有减小。 • 灰口铸铁随碳、硅含量增加收缩减小；硫含量增加收缩量 增加，适当增加锰含量可以抵消硫的有害作用。 • 2）浇注温度 • 浇注温度越高，过冷度越大，收缩量增加。 • 3）铸件结构与铸型条件 • 合金在铸型中并不是自由收缩，而是受阻收缩。阻力来源 于两个方面： • 一是铸件的各个部分冷却速度不同，因互相制约而对收缩 产生的阻力；二是铸型和型芯对收缩产生的机械阻力。
第一节 铸造工艺基础
一、概述 铸造：将熔化的金属液浇注到铸型中，待其凝固、 冷却后，获得一定形状的零件或零件毛坯的成形 方法。 铸件：用铸造方法获得的零件或毛坯。 一）铸造的特点及分类 特点：壁薄、形状复杂、质量轻、可靠性高、生 产批量大。 分类：砂型铸造、特种铸造
二）合金的铸造性能 • 1.流动性
• 指液态金属本身的流动能力。合金的流动性越好，液态金属充填铸型的能力 越强，因此，常将合金流动性概括为液态金属充填铸型的能力。 • 合金的流动性是合金重要铸造性能之一。流动性越好。越易浇注出轮廓清晰、 薄而复杂的铸件。同时，还有利于液态金属中的非金属夹杂物和气体的上浮 和排除，易于对液态金属在凝固过程中所产生的收缩进行补缩。 • 影响流动性的因素： • 1）合金的化学成分 共晶成分的合金流动性最好。 • 2）浇注温度 浇注温度高，液态金属的粘度小，同时，因过热度大，液态 金属所含热量增加；而且，液态金属传给铸型的热量增多，减缓了金属冷却 速度，这都会使金属的流动性提高。但，浇注温度不能过高，过高会使金属 的总收缩量增加，吸气增多，氧化严重，铸件易出现缩孔、缩松、粘砂、气 孔等缺陷。常见金属的浇注温度：灰口铸铁1200～1380°，碳钢1500～ 1550°，铝合金680～780°。 • 3）铸型的充填条件 铸型中凡能增加金属流动阻力、降低流动速度和增快 冷却速度的因素，均能降低流动性。如：型腔过窄、直浇口过低、浇口截面 太小、透气性差、铸型材料导热性过大等。