汽車零部件制造技術高職PPT完整全套教學課件

汽車零部件制造技術1汽車零件毛坯制造技術2機械加工技術3汽車典型零件加工技術4汽車零件先進加工技術全套PPT課件項目一汽車零件毛坯制造技術汽車零件鍛造技術粉末冶金技術汽車零件鑄造技術汽車零件沖壓制造技術任務一汽車零件鑄造技術我們經常在電影、電視畫面上看到這樣的情景：奔流的鐵水如紅色的火龍在飛騰，耀眼的鋼花似無數的星星在閃爍。這就是壯觀的鑄造場面，如圖1-1、圖1-2所示。任務導入圖1-1鑄造——鐵水奔流圖1-2鑄造——鋼花閃爍任務一汽車零件鑄造技術汽車上有大量的鑄造零件，如發(fā)動機的氣缸體、氣缸蓋，變速器的殼體，差速器的殼體，離合器的離合器盤，制動器的制動鼓、制動盤、制動鉗，皮帶傳動的帶輪等。這些零件必須通過鑄造的方法才能獲得。本任務就是使同學們掌握如何制造汽車鑄造零件，并具備保證和提高鑄造件質量的能力。任務導入任務一汽車零件鑄造技術任務目標○具備合理選擇造型方法的能力?！鹁邆淇刂畦T件質量的能力?！鹁邆鋵﹁T件進行鑄造工藝設計的能力。任務一汽車零件鑄造技術任務實施鑄造的定義及基本術語一、鑄造的定義1.鑄造是將熔煉的金屬液澆入預先制備的鑄型中，待金屬液凝固、清洗后獲得所需形狀和性能的金屬制件的加工方法。鑄造成型實質上是利用金屬在熔融狀態(tài)下的流動性來實現(xiàn)的。通過鑄造能制成形狀復雜的各類鑄件。任務一汽車零件鑄造技術鑄造的基本術語2.（1）鑄件。鑄件即用鑄造的方法得到的金屬制件，一般作為毛坯用。（2）鑄型。鑄型用型砂、金屬或其他耐火材料制成，包括型腔、型芯和澆冒系統(tǒng)。型腔是形成鑄件形狀的空腔，即鑄型中造型材料所包圍的空腔部分。型芯是為獲得鑄件的內孔或局部外形，用芯砂或其他材料制成的、安放在型腔內部的鑄型組元。澆冒系統(tǒng)是為避免鑄件出現(xiàn)缺陷而附加在鑄件上方或側面的補充部分。在鑄型中，澆冒口的型腔是存儲液態(tài)金屬的容器，其功能是多方面的。功能不同的澆冒口，其形式、大小和開設位置均不相同，澆冒口的設計要考慮鑄造合金的性質和鑄件的特點。任務一汽車零件鑄造技術（3）模樣。模樣由木材、金屬或其他材料制成，用來形成鑄件的外部輪廓。（4）芯盒。芯盒是制造型芯或其他耐火材料所用的裝備。（5）分型面。分型面是鑄型組元間的接合面。（6）分模面。分模面是模樣組元間的接合面。任務一汽車零件鑄造技術鑄造的特點及分類二、鑄造的特點1.（1）成型方便，適應性強。鑄造幾乎不受鑄件大小、厚薄和形狀復雜程度的限制，鑄造的壁厚可達0.3～1000mm，長度從幾毫米到十幾米，質量從幾克到300t以上，最適合生產形狀復雜，特別是內腔復雜的零件，如復雜的箱體、閥體、葉輪、發(fā)動機氣缸體、螺旋槳等。任務一汽車零件鑄造技術（2）能采用的材料廣。幾乎凡能熔化成液態(tài)的合金材料均可用于鑄造，如鑄鋼、鑄鐵，各種鋁合金、銅合金、鎂合金、鈦合金及鋅合金等。尤其對于一些脆性金屬或合金材料的零件毛坯，如各種鑄鐵件、有色合金鑄件等，鑄造幾乎是唯一的加工方法。在工業(yè)生產中以鑄鐵件應用最廣。（3）成本低廉。采用鑄造的方法可大量利用廢舊金屬材料和再生資源，與鍛造相比，其動力消耗小。任務一汽車零件鑄造技術（4）鑄造生產過程復雜，工序較多，常出現(xiàn)縮孔、縮松、砂眼、冷隔、裂紋等鑄造缺陷，質量不夠穩(wěn)定。與相同形狀、尺寸的鍛件相比，鑄件的機械性能不及鍛件，承受動載荷和沖擊載荷的能力較差。（5）鑄造生產會產生粉塵、有害氣體和噪聲，對環(huán)境的污染比其他機械制造工藝更為嚴重，需要采取措施進行控制。任務一汽車零件鑄造技術鑄造的分類2.一次性鑄造(砂型鑄造、熔模鑄造、石膏型鑄造、實型鑄造等)半永久型鑄造(陶瓷型鑄造。石墨型鑄造等)和永久型鑄造(金屬型鑄造、壓力鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造等)。1)根據鑄型特點分類任務一汽車零件鑄造技術2)根據澆注時金屬液的驅動力及壓力狀態(tài)分類重力下的鑄造：金屬液在重力作用下完成澆注稱為自由澆注或常壓澆注，如砂型鑄造、金屬型鑄造和熔模鑄造。外力作用下的鑄造：外力作用下金屬液在外力作用下實現(xiàn)充填和補縮，如壓力鑄造、擠壓鑄造、離心鑄造和反重力鑄造等。任務一汽車零件鑄造技術3）根據習慣分類根據一般習慣，鑄造可分為砂型鑄造和特種鑄造（除砂型鑄造外的其他類型鑄造方法）兩類。其中，砂型鑄造按型砂的類型分為濕砂型鑄造、干砂型鑄造和化學硬化砂型鑄造三類，按造型方法分為手工造型鑄造和機器造型鑄造兩類。任務一汽車零件鑄造技術合金鑄造的性能三、任務一汽車零件鑄造技術液態(tài)合金的流動性通常以螺旋形試樣（見圖1-3）的長度來進行衡量。

在相同的澆注工藝條件下，將液態(tài)合金澆入螺旋形鑄型中，測出其實際澆鑄的螺旋形試樣長度。澆出的試樣越長，合金的流動性越好。試驗得知，在常用的鑄造合金中，灰口鑄鐵、硅黃銅的流動性最好，鑄鋼的流動性最差。圖1-3螺旋形試樣1—澆口；2—試樣鑄型；3—試樣凸點；4—冒口任務一汽車零件鑄造技術合金的流動性1.液態(tài)合金填充鑄型的過程簡稱為充型。液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力稱為液態(tài)合金的充型能力。液態(tài)合金的流動性越好，其充型能力越強，越便于澆鑄出輪廓清晰、薄而復雜的鑄件。同時，液態(tài)合金的流動性有利于非金屬夾雜物和氣體的上浮與排除，還有利于對合金冷凝過程所產生的收縮進行補縮。任務一汽車零件鑄造技術1）影響合金流動性的因素（1）化學成分。合金的流動性主要取決于它本身的化學成分。對于鐵碳合金，離共晶點越遠，結晶溫度區(qū)間越寬，流動性就越差。換句話說，即亞共晶鑄鐵的流動性隨含碳量的增加而提高；過共晶鑄鐵的流動性隨含碳量的增加而下降。同樣對于其他合金，合金的熔點越低，結晶溫度區(qū)間越小，合金的流動性越好；反之則差。任務一汽車零件鑄造技術（2）澆注條件。澆注條件包括澆注溫度和充型壓力。①澆注溫度。澆注溫度指的是澆注時熔融合金的溫度，一般要求比它的液相線溫度高，即存在過熱度，推遲它的凝固時間，以保持良好的流動性。隨著澆注溫度升高，合金的黏度下降，且因過熱度高，合金在鑄型中保持流動的時間長，故充型能力強；反之，充型能力差。但澆注溫度也不是越高越好，過高則容易造成氧化、吸氣、過收縮、粘砂、脹砂等不良后果。每種合金有自己的合理澆注溫度范圍。通常，鑄鋼的澆注溫度為1520～1620℃，灰口鑄鐵的澆注溫度為1200～1380℃，鋁合金的澆注溫度為680～780℃。任務一汽車零件鑄造技術②充型壓力。液態(tài)金屬在流動方向上受的壓力越大，其流動性越好。砂型鑄造時，充型壓力是由直澆道所產生的靜壓力提供的，故直澆道的高度必須適當。在壓力鑄造、低壓鑄造和離心鑄造時，因充型壓力主要由外力提供，故充型能力較強。任務一汽車零件鑄造技術（3）鑄型填充條件。鑄型中凡是增加金屬流動阻力和加快冷卻速度的因素，均會使合金的流動性降低，主要包括以下因素：

①鑄型的蓄熱能力。鑄型的蓄熱能力指鑄型從金屬中吸收和儲存熱量的能力。鑄型材料導熱系數越小，傳遞熱量的速度越慢，液態(tài)合金保溫效果越好，流動性也越好。砂型蓄熱能力比金屬型好，故金屬型鑄造較砂型鑄造容易產生澆不足等缺陷。②鑄型的預熱溫度。把鑄型預熱到適當溫度，可以減少鑄型和液態(tài)合金之間的溫差，從而減緩合金冷卻速度，提高合金流動性。任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術在液態(tài)合金的充型過程中，有時伴隨著結晶現(xiàn)象。如果合金流動性不好，在型腔被充滿之前，形成的晶粒將充型的通道堵塞，使金屬液被迫停止流動，容易造成澆不足或冷隔等缺陷，不能形成符合要求的優(yōu)質鑄件。澆不足使得鑄件不能獲得完整的形狀，如圖1-4所示。2）合金流動性不足造成的產品缺陷圖1-4澆不足任務一汽車零件鑄造技術冷隔時，鑄件雖可獲得完整的外形，但因存有未完全熔合的垂直接縫，鑄件的機械性能嚴重受損，如圖1-5所示。圖1-4澆不足任務一汽車零件鑄造技術收縮指液態(tài)合金從澆入鑄型、凝固，直至冷卻到室溫的過程中，其體積或尺寸的縮減現(xiàn)象。鑄件的收縮是一種物理屬性，是形成縮孔、縮松、變形和裂紋等缺陷的根本原因。1)合金收縮性的含義合金的收縮性2.任務一汽車零件鑄造技術您的內容您的內容打收縮的三個階段（1）液態(tài)階段（2）凝固階段（3）固態(tài)階段是指從澆注溫度到凝固開始溫度（液相線溫度）間的收縮。是指從凝固開始溫度到凝固終止溫度（固相線溫度）間的收縮。是指從凝固終止溫度到室溫間的收縮。任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術（1）縮孔?？s孔即集中在鑄件上部或最后凝固的部位容積較大的孔洞?？s孔多呈倒錐形，內表面粗糙，一般隱藏在鑄件的內部，但在某些情況下，可暴露在鑄件的上表面，呈明顯的凹坑，如圖1-6所示。

2）合金收縮性引起的鑄造缺陷圖1-6縮孔和縮松任務一汽車零件鑄造技術液態(tài)合金填滿鑄型型腔［見圖1-7（a）］后，由于鑄型吸熱，靠近型腔表面的金屬很快凝結成一層外殼［見圖1-7(b)］。隨著溫度下降，外殼繼續(xù)加厚，內部液態(tài)合金因液態(tài)收縮和補充凝固層的凝固收縮而體積縮減、液面下降，使鑄件內部出現(xiàn)空隙［見圖1-7（c）］。直到內部完全凝固，在鑄件上部形成了縮孔［見圖1-7（d）］。已經產生縮孔的鑄件繼續(xù)冷卻到室溫時，因固態(tài)收縮使鑄件的外部輪廓尺寸略有縮?。垡妶D1-7（e）］。圖1-7縮孔的形成過程任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術3）縮孔與縮松的防止縮孔和縮松都使鑄件的機械性能下降，均屬于鑄件的重要缺陷，必須根據技術要求采取適當的工藝措施予以防止。因為收縮是鑄件的物理屬性，無法徹底消除，故防止縮孔與縮松的基本原則是將缺陷轉移到鑄件的外部，保證在鑄件的內部形成致密的結構，即采用“順序凝固”原則。任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術圖1-8按順序凝固原則生產鑄件實例任務一汽車零件鑄造技術為了實現(xiàn)順序凝固，在安放冒口的同時，還可在鑄件上某些厚大部位增設冷鐵，如圖1-9所示。由于冷鐵加快了凸臺的冷卻速度，使得厚度較大的凸臺反而最先凝固，從而實現(xiàn)了自下而上的順序凝固，防止了凸臺處縮孔、縮松的產生。冷鐵僅是加快某些部位的冷卻速度，以控制鑄件的順序凝固，其本身并不起補縮的作用，通常采用鋼或鑄鐵制作。圖1-9增設冷鐵任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術砂型鑄造是一種將液態(tài)合金澆入砂質鑄型中，待其冷卻、凝固后，將砂型破壞取出鑄件的鑄造方法。砂型鑄造是應用最廣泛的一種傳統(tǒng)鑄造方法，它適用于各種形狀、大小及各種合金鑄件的生產。掌握砂型鑄造是合理選擇鑄造方法和正確設計鑄件的基礎。合金鑄造的性能

四、任務一汽車零件鑄造技術砂型鑄造的工藝過程1.任務一汽車零件鑄造技術造型材料2.制造鑄型或型芯用的材料，稱為造型材料。一般指砂型鑄造用的材料，包括型（芯）砂、有機或無機黏結劑、水和其他附加物。造型材料的質量直接影響鑄件的質量，造型材料質量不好會使鑄件產生氣孔、砂眼、粘砂、夾砂等缺陷。任務一汽車零件鑄造技術造型材料必須具備以下性能：（1）足夠的強度。強度指造型材料在制造、搬運及澆注時不被破壞的能力。強度過低，易造成塌箱，產生砂眼等缺陷；強度過高，易使砂型透氣性和退讓性變差。（2）良好的透氣性。透氣性指造型材料間存在空隙讓氣體通過的能力。當液態(tài)合金澆入鑄型后，在高溫作用下，鑄型中水分的蒸發(fā)和有機物的分解、燃燒產生大量的氣體，良好的透氣性可使金屬液充滿鑄型時，型腔存在的氣體和澆注時隨金屬液卷入型腔的氣體全部排出，如果造型材料的透氣性不好，導致氣體不能順利排出，就會產生氣孔。任務一汽車零件鑄造技術（3）良好的可塑性?？伤苄灾冈煨筒牧显谕饬ψ饔孟履苄纬梢欢ㄐ螤睿斖饬θサ艉笕阅鼙３执诵螤畹哪芰ΑＴ煨筒牧系目伤苄院貌拍苁硅T型保持清楚的模型輪廓。（4）良好的耐火性。耐火性指造型材料在高溫作用下不軟化、不燒結的能力。如果耐火性不好，那么造型材料易破碎，導致鑄造失敗。（5）良好的退讓性。退讓性指鑄件在凝固冷卻收縮時，型腔能被壓壞而不阻礙收縮的能力。如果造型材料退讓性不好，鑄件收縮受阻，產生內應力，就會使鑄件產生變形及裂紋等缺陷。任務一汽車零件鑄造技術造型方法3.任務一汽車零件鑄造技術手工造型是用手工進行緊砂、起模的造型方法。手工造型操作靈活，大小鑄件均可采用。手工造型可以制造出外形輪廓復雜、難以起模的鑄件。手工造型對模具的要求不高，一般采用成本較低的實體木模，對于尺寸較大的回轉體或等截面鑄件還可以采用成本很低的刮板來造型。手工造型對砂箱的要求也不高，如不需嚴格的配套和機械加工，較大的鑄件還可采用地坑來取代下箱，這樣可減少砂箱費用，并縮短生產準備時間。因此，盡管手工造型生產率低，對工人技術水平要求較高，而且鑄件的尺寸精度及表面質量較差，但在實際生產中仍是難以被完全取代的重要工藝方法。手工造型主要用于單件、小批量生產，有時也可用于較大批量的生產。1)手工造型任務一汽車零件鑄造技術（1）兩箱整模造型。對于形狀簡單、最大截面在一端，且為平面的鑄件應采用兩箱整模造型。兩箱整模造型操作簡便，造型時整個模樣全部置于一個砂箱內，分型面與分模面多為同一平面，不會出現(xiàn)錯箱缺陷，鑄件形狀、尺寸精度較高。圖1-12兩箱整模造型任務一汽車零件鑄造技術圖1-11手工造型常用工具任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術圖1-13兩箱分模造型任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術圖1-14三箱分模造型任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術圖1-15挖砂造型任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術圖1-16活塊造型任務一汽車零件鑄造技術2)機器造型隨著現(xiàn)代化大生產的發(fā)展，機器造型已代替了大部分的手工造型，它不但生產率高，而且質量穩(wěn)定，是成批生產鑄件的主要方法。機器造型的實質是用機器進行緊砂和起模，根據緊砂或起模方式的不同，有不同的機器造型方法。任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術特種鑄造是一種不用砂或少用砂，采用特殊工藝設備使鑄件成型的鑄造方法，采用特種鑄造可獲得表面粗糙度值低、尺寸精確高和機械性能高的鑄件。其是一種在造型材料、澆注方式、金屬充填鑄型的形式及鑄件的凝固條件等方面，區(qū)別于砂型鑄造的某些特殊方法。特種鑄造

五、任務一汽車零件鑄造技術熔模鑄造1.熔模鑄造又稱失蠟鑄造或精密鑄造。它是用易熔材料（如蠟料）制成模樣并組裝成蠟模組，然后在模樣表面反復涂覆多層耐火涂料制成模殼，待模殼硬化和干燥后將蠟模熔去，模殼再經高溫焙燒后澆注獲得鑄件的一種鑄造方法。熔模鑄造的工藝過程如圖1-17所示。它最適合25kg以下的高熔點、難以切削加工合金鑄件的大批量生產。任務一汽車零件鑄造技術圖1-17熔模鑄造的工藝過程任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術將液態(tài)金屬澆入用金屬材料制成的鑄型而獲得鑄件的方法，稱為金屬型鑄造（見圖1-18）。因為金屬型可反復使用，所以金屬型鑄造又稱為永久型鑄造或硬模鑄造。金屬型一般用耐熱鑄鐵或耐熱鋼做成。金屬型鑄造2.圖1-18金屬型鑄造任務一汽車零件鑄造技術1）金屬型鑄造的優(yōu)點因金屬型導熱快，故鑄件冷卻迅速，晶粒細小，其力學性能比砂型鑄件高；鑄件的精度和表面質量比砂型鑄件高，且質量和尺寸穩(wěn)定；液態(tài)合金耗量少，相比砂型鑄造一般可節(jié)約15%～30％。不用砂或者少用砂，一般可節(jié)約造型材料80%～100％；生產率高，勞動條件得到改善。任務一汽車零件鑄造技術2）金屬型鑄造的缺點金屬型的工作溫度、合金的澆注溫度和澆注速度、鑄件在鑄型中停留的時間，以及所用的型腔表面涂料等，對鑄件質量的影響甚為敏感，需要嚴格控制；金屬型不透氣，而且無退讓性，易造成鑄件澆不到、開裂或鑄鐵件產生白口等缺陷；金屬型制造成本高，生產周期長。任務一汽車零件鑄造技術液態(tài)金屬在高壓下高速充填鑄型型腔，并在壓力下凝固成型的方法稱為壓力鑄造，簡稱壓鑄。壓力鑄造是在壓鑄機上進行的。壓力鑄造的充型壓力一般在幾兆帕到幾十兆帕。壓力鑄造3.圖1-19壓力鑄造的工藝過程示意圖1—澆道；2—型腔；3—澆入液態(tài)金屬處；4—壓射沖頭；5—液態(tài)金屬；6—動型；7—定型；8—頂桿；9—鑄件及余料任務一汽車零件鑄造技術1）鑄造的優(yōu)勢

壓鑄件的尺寸精度高，表面質量好，表面粗糙度Ra值可達到3.2～0.8μm，尺寸公差等級可達IT15～IT11；可壓鑄形狀復雜的薄壁精密鑄件，如可直接鑄出螺紋、齒形；壓鑄件在高壓下結晶，組織致密，力學性能好，其強度比砂型鑄件提高25%～40%；生產率很高，生產過程易于機械化和自動化。任務一汽車零件鑄造技術2）壓力鑄造的缺點壓鑄時，高速液流會包住大量空氣，凝固后在鑄件表皮下形成許多氣孔，故工件不能有太大的加工量，也不能進行熱處理；設備投資大，生產準備周期長，只適于大批量生產。任務一汽車零件鑄造技術離心鑄造4.將金屬液澆入旋轉的鑄型中，使之在離心力的作用下充填鑄型型腔并凝固成型的鑄造方法稱為離心鑄造。根據鑄型旋轉空間位置的不同，常用的離心鑄造機有立式和臥式兩類。鑄型繞垂直軸旋轉的為立式離心鑄造，鑄型繞水平軸旋轉的為臥式離心鑄造，如圖1-20所示。任務一汽車零件鑄造技術圖1-20離心鑄造任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術鑄件常見缺陷分析六、任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術任務一汽車零件鑄造技術鑄造工藝的設計

七、鑄造工藝設計是根據鑄件結構特點、技術要求、生產批量、生產條件，確定鑄造方案和工藝參數，繪制工藝圖，編制工藝卡和工藝規(guī)范的一系列工作。它主要包括澆注位置的選擇、分型面位置的選擇、型芯制作、鑄造工藝參數的確定和鑄件結構工藝性的選擇等。任務一汽車零件鑄造技術圖1-21重要加工面朝下任務一汽車零件鑄造技術澆鑄位置的選擇1.任務一汽車零件鑄造技術（2）鑄件的寬大平面應朝下，否則易造成鑄件開裂、夾渣結疤等缺陷，如圖1-23所示。圖1-23寬大平面的澆注位置任務一汽車零件鑄造技術（3）鑄件較大薄壁部分應置于下部或垂直位置，如圖1-24所示的雙排鏈輪、圖1-25所示的箱體蓋件。圖1-24雙排鏈輪的澆注位置圖1-25箱體蓋件的澆注位置任務一汽車零件鑄造技術圖1-22所示為吊車卷筒的澆注位置，采取立位以保證側面的質量均勻。圖1-22吊車卷筒的澆注位置任務一汽車零件鑄造技術（4）易形成縮孔的鑄件，應將截面較厚部分置于上部或側面，以便于安裝澆冒口補償，如圖1-26所示。圖1-26易形成縮孔的鑄件的澆注位置任務一汽車零件鑄造技術（5）應盡量減少型芯的數量，以便于安裝、固定和排氣，圖1-27所示為機床床腳的澆注位置。圖1-27機床床腳的澆注位置任務一汽車零件鑄造技術（1）便于起模，使造型工藝簡化。分型面應選擇在鑄件的最大截面處；應盡量減少型芯和活塊的數量，以簡化制模、造型、合型工序；分型面應盡量平直，圖1-28所示為起重臂的分型面選擇；圖1-28起重臂的分型面選擇分型面位置的選擇2.任務一汽車零件鑄造技術盡量減少分型面，機器造型只能有一個分型面，可采用外芯，以減少分型，如圖1-29所示。圖1-29采用外芯的分型面任務一汽車零件鑄造技術（3）將型腔和主要型芯置于下箱，以便下芯、合型和檢查型腔尺寸。圖1-31機床床腳的分型面選擇任務一汽車零件鑄造技術（2）盡量使鑄件重要加工面或大部分加工面、加工基準面放在一個砂型內，以減少錯箱、披縫和毛刺，提高鑄件精度。圖1-30鑄造箱體的分型面設置任務一汽車零件鑄造技術型芯主要用于形成鑄件的內腔和尺寸較大的孔，制作型芯最常用的方法是用芯盒造芯，如圖1-32所示。型芯制作3.圖1-32芯盒造芯任務一汽車零件鑄造技術短而粗的圓柱形型芯宜采用分開式芯盒制作，如圖1-32（a）所示；形狀簡單且有一個較大平面的型芯宜采用整體式芯盒制作，如圖1-32（b）所示。無論采用哪種制芯方法，都要在型芯中放置芯骨，并將芯烘干，以增加芯的強度，通常還在芯中扎出通氣孔，或埋入蠟線或松香線（烘干時蠟線或松香線燒掉），形成通氣孔。在大批量生產中常采用機器制芯。任務一汽車零件鑄造技術由于鑄件存在收縮性，為補償鑄件收縮，模樣尺寸要比鑄件圖樣尺寸稍大，常用收縮率表示。K=（L模-L件）/L件×100%式中，K為鑄件收縮率；L模為模樣線性長度；L件為鑄件圖樣線性長度。根據收縮率的關系，知鑄件圖樣線性尺寸后可確定模樣的線性尺寸。1)收縮率鑄造工藝參數的確定4.任務一汽車零件鑄造技術2)加工余量任務一汽車零件鑄造技術為了便于起模，在平行于起模方向的模樣表面上設置的斜度稱為起模斜度，如圖1-33所示。3）起模斜度圖1-33起模斜度任務一汽車零件鑄造技術起模斜度的大小由模樣的尺寸大小、表面粗糙度值大小和鑄造方法來確定，通常為3°～15°。鑄件壁厚越厚，起模斜度越??；機器造型比手工造型起模斜度小?！惰T件模樣起模斜度》（JB/T5105—1991）規(guī)定了鑄件模樣起模斜度的形式、基本參數及其選取方法。任務一汽車零件鑄造技術芯頭是指伸出鑄件以外不與金屬液接觸的砂芯部，其功用是定位、支撐和排氣。為了承受砂芯本身重力及澆注時液態(tài)合金對砂芯的浮力，芯頭的尺寸應足夠大才不致被破壞；澆注后，砂芯所產生的氣體應能通過芯頭排至鑄型以外。在設計芯頭時，除了要滿足上述要求外，還應做到下芯、合型方便，應留有適當斜度，芯頭與芯座之間要留有間隙。4）芯頭、芯座任務一汽車零件鑄造技術5）鑄造圓角在鑄造中，將鑄件面與面相交處的直角、銳角用圓弧過渡形成的圓角，稱為鑄造圓角。鑄造圓角的作用主要是減小鑄件的應力集中，防止沖沙、裂紋等缺陷。其尺寸一般為鄰壁厚度的1/3～1/5，通常不得小于R3～R5。任務一汽車零件鑄造技術6）鑄造工藝圖的確定任務一汽車零件鑄造技術7)繪制鑄件圖任務一汽車零件鑄造技術

(1)鑄件的最小壁厚應適當。鑄件的最小壁厚指在鑄造工藝條件下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度，它主要取決于合金的種類、鑄件的大小及形狀。(2)鑄件的臨界壁厚應適當。厚壁鑄件太厚易產生縮孔、縮松、晶粒粗大等缺陷，力學性能下降，故存在一個最大壁厚。鑄件允許的最大壁厚稱為臨界壁厚，一般取最小壁厚的3倍。1）鑄件質量對鑄件結構工藝性的要求鑄件結構工藝性的選擇5.任務一汽車零件鑄造技術(4)鑄件壁間連接應合理。為減少熱節(jié)、防止縮孔、減少應力、防止裂紋，壁間用圓角連接并逐步過渡，如圖1-35所示。圖1-35鑄件壁間連接形式任務一汽車零件鑄造技術

(3)鑄件壁厚過渡應均勻，避免厚大截面，并防止壁厚突變，如圖1-34所示。圖1-34鑄件壁厚過渡均勻任務一汽車零件鑄造技術2）鑄造工藝對鑄件結構工藝性的要求考慮結構斜度，垂直于分型面的非加工面位置設計結構斜度，以便于起模。鑄件內腔設計時，盡量減少不必要的型芯，需要型芯時應考慮支撐、排氣、清砂等要求。對薄壁和耐壓零件盡量不用芯撐，可采用工藝孔。鑄件外形設計時，應盡量避免側凹、窄槽和不必要的曲面。（3）（2）（1）任務二汽車零件鍛造技術鍛造是一種利用鍛壓機械對金屬坯料施加壓力，使其產生塑性變形以獲得具有一定機械性能、一定形狀和尺寸鍛件的加工方法。通過鍛造能消除金屬在冶煉過程中產生的鑄態(tài)疏松等缺陷，優(yōu)化微觀組織結構，同時保存了完整的金屬流線。汽車零件安全性能要求高，因而汽車上有大量的鍛造零件，如汽車車身、車廂、發(fā)動機、前橋、后橋、車架、變速箱、傳動軸、轉向系統(tǒng)等部件，這些鍛件的特點是外形復雜、重量輕、工況條件差、安全度要求高。如汽車發(fā)動機所使用的曲軸、連桿、凸輪軸，前橋所需的前梁、轉向節(jié)，后橋使用的半軸、半軸套管，變速箱內的傳動齒輪，等等，無一不是有關汽車安全運行的關鍵鍛件。本任務就是使同學們掌握如何制造汽車鑄造零件，并具備保證和提高鍛造件質量的能力。鍛造分為自由鍛和模鍛兩類，都是制造受載大的重要零件所用的熱加工方法；沖壓則主要是指利用模具制造薄板零件的冷加工方法。任務導入任務目標○具備合理選擇鍛造方法的能力。○具備選擇鍛造溫度的能力。○具備鍛造模具設計的能力。○具備鍛造工藝設計的能力。任務二汽車零件鍛造技術任務實施鍛壓基礎知識一、金屬塑性加工方法1.（1）軋制。使金屬坯料在旋轉軋輥的壓力作用下產生連續(xù)塑性變形，以改變其性能，獲得所要求的截面形狀的加工方法稱為軋制。（2）擠壓。將金屬坯料置于擠壓筒中加壓，使其從擠壓模的?？字袛D出，使橫截面積減小以獲得所需制品的加工方法稱為擠壓。任務二汽車零件鍛造技術（3）拉拔。坯料在牽引力的作用下通過拉拔模的?？桌?，產生塑性變形得到截面變小、長度增加的制品的加工方法稱為拉拔。拉拔一般是在冷態(tài)下進行的。

（4）自由鍛。用簡單的通用性工具，或在鍛造設備的上、下砧鐵間，使坯料受沖擊力作用而變形，獲得所需形狀的鍛件的加工方法稱為自由鍛。（5）模鍛。利用模具使金屬坯料在模膛內受沖擊力或壓力作用，產生塑性變形而獲得鍛件的加工方法稱為模鍛。（6）板料沖壓。用沖模使板料經分離或成型得到制件的加工方法稱為板料沖壓。任務二汽車零件鍛造技術任務二汽車零件鍛造技術圖1-36常見的金屬塑性加工方法任務二汽車零件鍛造技術金屬塑性變形的實質2.任務二汽車零件鍛造技術金屬塑性變形是金屬晶體每個晶粒內部的變形和晶粒間的相對移動、晶粒轉動的綜合結果，其實質是金屬在切應力作用下金屬晶體內部產生大量位錯運動的宏觀表現(xiàn)。由于晶界的存在和各個晶粒的位向不同，以及其他晶體缺陷等因素，各晶粒的塑性變形相互受到阻礙與制約，塑性變形的同時也導致了金屬的強化。任務二汽車零件鍛造技術

(1)鑄件的最小壁厚應適當。鑄件的最小壁厚指在鑄造工藝條件下，鑄造合金能充滿型腔的最小厚度，它主要取決于合金的種類、鑄件的大小及形狀。(2)鑄件的臨界壁厚應適當。厚壁鑄件太厚易產生縮孔、縮松、晶粒粗大等缺陷，力學性能下降，故存在一個最大壁厚。鑄件允許的最大壁厚稱為臨界壁厚，一般取最小壁厚的3倍。1）冷變形金屬的冷變形和熱變形3.任務二汽車零件鍛造技術在再結晶溫度以上的塑性變形稱為熱變形。熱變形后具有再結晶組織，而無冷作硬化痕跡，如熱鍛、熱軋、熱擠壓等。只有在熱變形的情況下，才能以較小的功獲得較大的變形，同時還能獲得具有較高力學性能的再結晶組織。因此，在鍛造生產中，大量采用的是熱變形。但高溫下，金屬容易產生氧化皮，所以制件的尺寸精度低，表面粗糙。2）熱變形任務二汽車零件鍛造技術金屬的鍛造性能，又稱可鍛性，是衡量材料在經受壓力加工時獲得優(yōu)質零件難易程度的一項工藝性能。金屬鍛造性能的優(yōu)劣常用金屬的塑性和變形抗力兩個指標來綜合衡量。金屬的塑性越好，變形抗力越小，金屬的鍛造性能越好；反之，則差。1）金屬的鍛造性能金屬的鍛造性能及其影響因素4.任務二汽車零件鍛造技術（1）化學成分的影響。一般情況下，純金屬的塑性好于合金，因而鍛造性能優(yōu)于合金，合金中合金元素含量越多，鍛造性能越差。鋼中碳含量、合金元素含量越多，鍛造性能越差。硫易使鋼產生熱脆，磷易使鋼產生冷脆，都會使鋼的鍛造性能降低。（2）金屬組織的影響。同樣的化學成分，固溶體組織的鍛造性能優(yōu)于機械混合物；細晶組織的鍛造性能優(yōu)于粗晶組織；熱成型組織的鍛造性能優(yōu)于冷成型組織和鑄態(tài)組織。2）金屬鍛造性能的影響因素任務二汽車零件鍛造技術（3）變形溫度的影響。一般來說，隨著變形溫度的提高，金屬的變形抗力降低而鍛造性能提高。這是由于原子的熱運動增強，有利于滑移變形和再結晶。但過高的變形溫度會使金屬的加熱缺陷和燒損增多。任務二汽車零件鍛造技術（4）變形速度的影響。變形速度指金屬在鍛壓加工過程中單位時間內的相對變形量。變形速度的大小對金屬鍛造性能的影響較復雜：一方面變形速度增大，冷變形強化現(xiàn)象加重，變形抗力增大，鍛造性能變壞；另一方面變形速度很大時產生的熱能使金屬溫度升高，塑性提高，變形抗力降低，鍛造性能變好。圖1-37變形速度對金屬塑性及變形抗力的影響1—變形抗力變化曲線；2—塑性變化曲線任務二汽車零件鍛造技術（5）應力狀態(tài)的影響。不同壓力加工方法下，金屬內部的應力狀態(tài)是不同的。在金屬塑性變形時，壓應力越大，其塑性變形越好，因為壓應力使滑移面緊密結合，防止產生裂紋；拉應力則使塑性變形能力降低，因為它使缺陷擴大，使滑移面分離。但壓應力時變形抗力增大。故應力狀態(tài)對金屬鍛造性能的影響必須綜合考慮塑性和變形抗力。任務二汽車零件鍛造技術任務二汽車零件鍛造技術金屬坯料在鍛造之前的加熱是為了提高坯料的塑性、降低變形抗力、改善鍛造性能。金屬坯料在鍛造時允許加熱到的最高溫度稱為始鍛溫度，始鍛溫度過高會使坯料產生過熱、過燒、氧化、脫碳等缺陷，造成廢品。金屬坯料停止鍛造的溫度稱為終鍛溫度，終鍛溫度過低，塑性下降，變形抗力增大，當降到一定溫度的時候，不僅變形困難，而且容易開裂，必須停止鍛造，重新加熱后再鍛。1）坯料的加熱鍛造時坯料的加熱與冷卻5.任務二汽車零件鍛造技術（1）空冷?？绽渲笇㈠懺旌玫臒釕B(tài)鍛件放置在干燥的地面上在空氣中冷卻的方法。此方法成本最低，但只適用于含碳量較低的低合金小型鍛件。（2）爐冷。爐冷指鍛造后將工件立即放入加熱爐中隨爐緩慢冷卻的方法。此方法的冷卻速度最慢，適用于某些單件大型合金鋼或高碳鋼鍛件。（3）坑冷?？永渲笇㈠懠旁诔涮钣惺藁?、干砂或爐灰等材料的坑中或堆在一起冷卻的方法(故又稱堆冷)。此方法冷卻速度大大低于空冷，適用于中碳鋼或含碳與合金元素較多的中小型鍛件。1）坯料的冷卻任務二汽車零件鍛造技術（1）鍛壓加工可細化金屬材料晶粒，可壓合鑄造組織內部的氣孔等缺陷，并能合理控制金屬纖維方向，使纖維方向與應力方向一致，以提高零件的性能。（2）鍛壓加工后，坯料的形狀和尺寸發(fā)生改變而體積基本不變，與切削加工相比，可節(jié)約金屬材料和加工工時。（3）除自由鍛外，其他鍛壓方法如模鍛、沖壓等都有較高的勞動生產率。（4）鍛壓能加工各種形狀、重量的零件，使用范圍廣。（5）鍛壓不能加工脆性材料和形狀特別復雜或體積特別大的零件或毛坯。鍛壓加工的特點6.任務二汽車零件鍛造技術自由鍛是在鐵砧上或鍛壓機器的上、下砧鐵之間，利用沖擊力或壓力使金屬坯料產生塑性變形，以獲得所需幾何形狀及內部質量鍛件的鍛造方法，其分為機器自由鍛(簡稱機鍛，見圖1-38）和手工自由鍛（見圖1-39）。由于坯料的變形是在兩砧鐵之間自由流動的，故稱自由鍛。由于鍛件是自由變形的，因而鍛件的形狀和尺寸主要由工人的操作技術來保證。自由鍛二、任務二汽車零件鍛造技術圖1-38機器自由鍛圖1-39手工自由鍛任務二汽車零件鍛造技術自由鍛的設備和工具有很大的通用性且工具簡單、成本低；生產周期短，應用廣泛（鍛件的重量可以從不足1kg到數百噸）；適應性強，自由鍛是大型鍛件的唯一加工方法。自由鍛的鍛件精度較低，加工余量大，勞動強度大，生產率低，鍛件的形狀和尺寸靠鍛工的技術來保證。自由鍛主要應用于單件小批量生產、大型鍛件的生產、修配和新產品的試制等。自由鍛的主要特點及主要應用1.任務二汽車零件鍛造技術（1）空氣錘?？諝忮N是生產小型鍛件的通用設備，其外形及工作原理如圖1-40所示。電動機通過減速機構帶動曲柄連桿機構轉動，曲柄連桿機構把電動機的旋轉運動轉化為壓縮活塞的上下往復運動，壓縮活塞通過上、下旋閥將壓縮空氣壓入工作缸的下部或上部，推動上砧鐵的升降運動，實現(xiàn)上砧鐵對鍛件的擊打?？諝忮N的特點是結構簡單、操作方便、維護容易，但噸位較小，只能用來鍛造100kg以下的小型鍛件。1）機器自由鍛常用設備自由鍛的常用工具與設備2.任務二汽車零件鍛造技術（2）蒸汽空氣錘。蒸汽空氣錘是生產大、中型鍛件的常用設備，如圖1-41所示。蒸汽空氣錘采用蒸汽和壓縮空氣作為動力，其噸位稍大，可用來生產質量小于1500kg的鍛件。圖1-41蒸汽-空氣錘任務二汽車零件鍛造技術圖1-40空氣錘的外形及工作原理1—踏桿；2—砧座；3—砧墊；4—下砧鐵；5—上砧鐵；6—下旋閥；7—上旋閥；8—工作缸；9—壓縮缸；10—減速機構；11—電動機；

12—工作活塞；13—壓縮活塞；14—連桿任務二汽車零件鍛造技術圖1-4215000t重型水壓機任務二汽車零件鍛造技術2）手工自由鍛常用工具圖1-43手工自由鍛常用工具（一）任務二汽車零件鍛造技術2）手工自由鍛常用工具圖1-43手工自由鍛常用工具（一）任務二汽車零件鍛造技術任務二汽車零件鍛造技術圖1-44手工自由鍛常用工具（二）任務二汽車零件鍛造技術（1）鐓粗。使坯料高度減小、橫截面積增大的鍛造工序稱為鐓粗，如圖1-45所示，左圖為完全鐓粗，右圖為端部鐓粗。鐓粗常用于鍛造齒輪坯、凸輪坯、圓盤形鍛件。對于環(huán)、套筒等空心鍛件，鐓粗變形往往作為沖孔前的預備工序。1）基本工序自由鍛工序3.圖1-45鐓粗任務二汽車零件鍛造技術（2）拔長。沿垂直于工件的軸向進行鍛打，以使其橫截面積減小而長度增加的鍛造工序稱為拔長，如圖1-46所示，常用于鍛造軸類和桿類等零件。圖1-46拔長任務二汽車零件鍛造技術任務二汽車零件鍛造技術任務二汽車零件鍛造技術

輔助工序指為了方便基本工序的操作，而使坯料預先產生某些局部變形的工序，如壓鉗口、倒角和壓肩。2）輔助工序指修整鍛件的最后尺寸和形狀，消除表面的不平和歪扭，使鍛件達到圖紙要求的工序，如修整鼓形、平整端面、校直彎曲。3）精整工序任務二汽車零件鍛造技術自由鍛件的分類及其鍛造工序4.任務二汽車零件鍛造技術模鍛三、在模鍛設備上，利用高強度鍛模使金屬坯料在模膛內受壓應力產生塑性變形，從而獲得所需形狀、尺寸及內部質量鍛件的加工方法稱為模鍛。在變形過程中，由于模膛對金屬坯料流動的限制，因而鍛造終了時可獲得與模膛形狀相符的模鍛件。任務二汽車零件鍛造技術（1）生產效率較高。模鍛時，金屬的變形在模膛內進行，故能較快獲得所需形狀。（2）模鍛能鍛造形狀復雜的鍛件，并可使金屬流線分布更為合理，提高零件的使用壽命。（3）模鍛件的尺寸較精確，表面質量較好，加工余量較小。（4）節(jié)省金屬材料，減少切削加工工作量。在批量足夠的條件下，能降低零件成本。（5）模鍛操作簡單，勞動強度低。模鍛的特點及主要應用1.任務二汽車零件鍛造技術（6）模鍛生產受模鍛設備噸位限制，模鍛件的質量一般在150kg以下。模鍛設備成本較大，模具費用較昂貴，工藝靈活性較差，生產準備周期較長。因此，模鍛適合于小型鍛件的大批量生產，不適合單件小批量生產及中、大型鍛件的生產。任務二汽車零件鍛造技術采用鍛錘鍛造稱為錘上模鍛，其結構如圖1-47所示，鍛模由上模和下模組成。上模靠緊固楔鐵緊固在錘頭上，隨錘頭一起做上下往復運動；下模用緊固楔鐵固定在模墊上。上、下模合在一起時其中間形成的空間為模膛。1）錘上模鍛所用設備模鍛的分類2.圖1-47錘上模鍛的結構1—錘頭；2—上模；3—飛邊槽；4—下模；5—模墊；6、7、10—緊固楔鐵；8—分模面；9—模膛任務二汽車零件鍛造技術（1）制坯模膛。制坯模膛是用于將坯料初步鍛成近似鍛件形狀的模膛。制坯模膛包括拔長模膛、滾壓模膛、彎曲模膛和切斷模膛等，如圖1-48～圖1-50所示。圖1-48拔長模膛任務二汽車零件鍛造技術圖1-49滾壓模膛圖1-50彎曲模膛和切斷模膛任務二汽車零件鍛造技術任務二汽車零件鍛造技術根據模鍛件的復雜程度不同，鍛模可分單膛鍛模和多膛鍛模。單膛鍛模是在一副鍛模上只有終鍛模膛，如鍛造齒輪坯件，將截下的圓柱形坯料直接放入單膛鍛模中成型。多膛鍛模是在一副鍛模上具有兩個以上模膛的鍛模，如彎曲連桿的模鍛所采用的鍛模即為多膛鍛模，如圖1-51所示。1）錘上模鍛所用設備圖1-51彎曲連桿的模鍛所用的多膛鍛模任務二汽車零件鍛造技術（1）分型面設置。分型面要保證模鍛件能從模膛中取出；上、下兩模沿分型面的模膛輪廓一致；分型面能使模膛深度最淺；分型面為平面，使上、下鍛模的模膛深度一致。（2）確定余塊。零件上難以鍛出的部分，需添加余塊；需鍛出的孔須留連皮，以減少模膛凸出部位的磨損。連皮厚度通常為4～8mm。3）模膛設計注意事項任務二汽車零件鍛造技術圖1-52所示為齒輪零件圖，材料為45鋼，生產數量為20件，由于生產批量小，應采取自由鍛。鍛造工藝

四、圖1-52齒輪零件圖任務二汽車零件鍛造技術（3）模鍛斜度。為了使鍛件易于從模膛中取出，鍛件與模膛側壁接觸部分需帶一定斜度，稱為模鍛斜度。外壁斜度通常為7°，特殊情況可用5°和10°；內壁斜度應較外壁斜度大2°～3°。（4）模鍛圓角半徑。鍛件上的轉角處須采用圓角，以利于金屬充滿模膛和提高鍛模壽命。凸圓角半徑r為單面加工余量與成品零件的圓角半徑（或倒角值）之和，凹圓角半徑R為（2～3）r。任務二汽車零件鍛造技術結構公益性的確定1.任務二汽車零件鍛造技術鍛件圖是制定鍛造工藝和檢驗的依據，是根據零件圖繪制的，繪制時主要考慮工藝余塊、加工余量及鍛件公差。為了便于了解零件的尺寸和檢查鍛件的實際加工余量，在圖上用雙點畫線（或細實線）畫出零件的輪廓形狀，用粗實線畫出鍛件的輪廓形狀，在尺寸線上面標注鍛件的尺寸和公差，下面標注零件的名義尺寸，并加括號。1）繪制鍛件圖工藝規(guī)程的制定2.任務二汽車零件鍛造技術（1）工藝余塊。添加一部分金屬以簡化鍛件的形狀，使原本難以用自由鍛鍛出的工件得以鍛出，這部分添加的金屬稱為工藝余塊，它將在切削加工時去除。齒輪上的齒形、小的凹槽、凸肩，以及輪輻上8個Φ30mm的孔都是自由鍛難以鍛出的，應加工藝余塊。（2）加工余量。零件表面要留加工余量。加工余量的大小與零件形狀、尺寸等因素有關，數值可查有關國家標準。（3）鍛件公差。鍛件公差是鍛件名義尺寸的允許變動量。公差的數值可查有關國家標準，通常為加工余量的1／4～1／3。任務二汽車零件鍛造技術任務二汽車零件鍛造技術圖1-53齒輪鍛件圖任務二汽車零件鍛造技術m鍛=V鍛·ρ=π/4(2.992×0.27+2.112×0.34-1.322×0.61)×7.85≈17.65kg

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

燒損質量：煤氣爐加熱時，燒損率δ應取0.023，但因該鍛件需經2～3次擴孔，至少需加熱２次，故取δ=0.035，則m燒損=17.65×0.035≈0.62kg

所以，坯料質量為m坯料=m鍛+m型芯+m燒損≈19.7kg2）計算坯料的質量和尺寸任務二汽車零件鍛造技術取坯料高徑比為H0/D0≈1.5根據重量計算坯料直徑為D0≈124mm根據熱軋圓鋼的規(guī)格，確定選取坯料直徑D0＝120mm。根據坯料質量m坯料和選取的D0計算得坯料L0=222mm。從而確定坯料尺寸為120×222mm。任務二汽車零件鍛造技術鍛造比Y鍛：鍛造加工工藝中，用鍛造比Y鍛來表示變形程度的大小。

拔長比Y鍛=S0/S（S0、S分別表示拔長前、后金屬坯料的橫截面積）。鐓粗比Y鍛=H0/H（H0、H分別表示鐓粗前、后金屬坯料的高度）。任務二汽車零件鍛造技術碳素結構鋼的鍛造比取2～3，合金結構鋼的鍛造比取3～4，高合金工具鋼（如高速鋼）組織中有大塊碳化物，需要較大鍛造比（Y鍛=5～12），采用交叉鍛才能使鋼中的碳化物分散細化。以鋼材為坯料鍛造時，因材料軋制時組織和力學性能已經得到改善，鍛造比一般取1.1～1.3即可。確定壞料尺寸時，應滿足鍛造比要求，并應考慮變形工序對坯料尺寸的限制，采取鐓粗法鍛造時，為了避免鐓彎，坯料的高徑比應滿足1.25＜H0/D0＜2.5。任務二汽車零件鍛造技術3）確定鍛造工序為了使金屬坯料實現(xiàn)主要的變形，達到或基本達到鍛件所需形狀和尺寸，必須確定其基本工序、輔助工序和修整工序。不同類型的鍛件選擇不同的鍛造工序。一般鍛件的類型及其主要鍛造工序見表1-4。任務二汽車零件鍛造技術依據鍛件的材料尺寸和質量選擇鍛造設備。對于低碳鋼、中碳鋼和普通低合金鋼錘上自由鍛，可按表1-7選取鍛錘噸位。該齒輪的質量和尺寸都不太大，故選用0.5t自由鍛錘。4）選擇鍛造設備任務二汽車零件鍛造技術5）確定坯料加熱規(guī)范任務二汽車零件鍛造技術6）填寫鍛造工藝卡任務三汽車零件沖壓制造技術汽車的整個車身由各種各樣的沖壓件焊接而成，而每一個沖壓件都是由鋼板通過沖壓機床沖壓而成的。沖壓動作其實比較簡單，先是把鋼板在切割機上切割出合適的大小，然后在沖壓機床上進行初始的沖壓，這時一般只進行沖孔、切邊之類的動作，在進行簡單的沖孔、切邊后，就會進入真正的沖壓成型工序。在轎車制造廠，就是通過沖壓把一塊塊完整的鋼板經過各道工序形成各種不同形狀的制成品，如發(fā)動機蓋、車門等。任務導入任務目標○具備合理選擇沖壓工藝與模具成型方案的能力?！鹁邆錄_壓現(xiàn)場控制工藝操作的能力。任務三汽車零件沖壓制造技術任務實施沖壓基礎知識一、沖壓的定義1.沖壓是通過模具對毛坯施加外力使之產生塑性變形或分離，從而獲得一定尺寸、形狀和性能的工件的加工方法。沖壓工藝的應用范圍十分廣泛，既可以加工金屬板料、棒料，又可以加工多種非金屬材料。由于沖壓加工通常是在常溫下進行的，故又稱為冷沖壓。任務三汽車零件沖壓制造技術沖壓加工的特點2.（1）用沖壓加工方法可以得到形狀復雜、用其他加工方法難以加工的工件，如薄殼零件等。（2）沖壓件的尺寸精度是由模具保證的，因此尺寸精度高、互換性好，沖壓后一般不再進行機械加工，或者只進行一些鉗工修整，即可作為零件使用。（3）材料利用率高，工件重量輕、剛度好、強度高，沖壓過程耗能少。因此，工件的成本較低。（4）操作簡單，勞動強度低，易于實現(xiàn)機械化和自動化，生產率高。任務三汽車零件沖壓制造技術（5）沖壓加工中所用的模具結構一般比較復雜，精度要求高，生產周期長，成本較高。因此，只有在大批量生產的條件下，采用沖壓加工才是經濟合理的。（6）板料沖壓時，原材料必須具有足夠的塑性和較低的變形抗力，金屬板料經過冷變形強化作用，其強度和剛度有所提高。常用的沖壓板料材料主要是低碳鋼、奧氏體不銹鋼及銅、鋁等有色金屬。沖壓是一種高質量、高效率、低能耗、低成本的加工方法，它在現(xiàn)代工業(yè)的許多部門都得到廣泛的應用，特別在汽車、拖拉機、航空、電機、電器、無線電、儀器儀表、兵器及日用品生產等工業(yè)部門中占有重要的地位。任務三汽車零件沖壓制造技術沖壓對材料的基本要求3.（1）對沖壓成型性能的要求。對于成型工序，為了有利于沖壓變形和制件質量的提高，材料應具有以下特性：塑性良好(均勻伸長率δb高)，屈強比(σs/σb)小，板厚方向性系數大，板平面方向性系數小，材料的屈服強度與彈性模量的比值(σs/E)小。對于分離工序，并不需要材料有很好的塑性，但應具有一定的塑性。塑性越好的材料，越不易分離。任務三汽車零件沖壓制造技術（2）對材料厚度公差的要求。材料的厚度公差應符合國家規(guī)定標準。因為一定的模具間隙適用于一定厚度的材料，材料厚度公差太大，不僅直接影響制件的質量，還可能導致模具和沖床的損壞。（3）對表面質量的要求。材料的表面應光潔平整，無分層和機械性質的損傷，無銹斑、氧化皮及其他附著物。表面質量好的材料，沖壓時不易破裂、不易擦傷模具，工件表面質量也好。任務三汽車零件沖壓制造技術沖壓常用材料大部分是各種規(guī)格的板料、帶料和塊料。板料的尺寸較大，一般用于大型零件的沖壓。對于中小型零件，多數是將板料剪裁成條料后使用。帶料(又稱卷料)有各種規(guī)格的寬度，展開長度可達幾十米，適用于大批量生產的自動送料，材料厚度很小時也可做成帶料供應。塊料只用于少數鋼號和價錢昂貴的有色金屬的沖壓。任務三汽車零件沖壓制造技術1）材料常規(guī)沖壓常用材料4.（1）黑色金屬。黑色金屬包括普通碳素結構鋼、優(yōu)質碳素結構鋼、合金結構鋼、碳素工具鋼、不銹鋼、電工硅鋼等。國家標準《冷軋鋼板和鋼帶的尺寸、外形、重量及允許偏差》（GB/T708—2006）規(guī)定，冷軋鋼板按軋制精度（鋼板厚度精度）可分為A、B兩級。其中，A級為較高精度，B級為普通精度。國家標準《優(yōu)質碳素結構鋼冷軋鋼板和鋼帶》（GB/T13237—2013）規(guī)定，厚度為4mm以下的優(yōu)質碳素結構鋼冷軋薄鋼板按鋼板表面質量可分為FB、FC、FD三組。其中，F(xiàn)B為較高級表面，F(xiàn)C為高級表面，F(xiàn)D為超高級表面。任務三汽車零件沖壓制造技術2）材料類型任務三汽車零件沖壓制造技術有色金屬非金屬材料常見有色金屬主要包括純銅、黃銅、青銅、鋁等。常見非金屬材料主要有紙板、膠木板、橡膠板、塑料板、纖維板和云母等。（2）（3）在沖壓工藝資料和圖樣上，對材料的表示方法有特殊的規(guī)定。現(xiàn)以優(yōu)質碳素結構鋼冷軋薄鋼板標記為例。例如，08鋼，尺寸為1.0mm×1000mm×1500mm，普通精度，較高級的精整表面，深拉級的冷軋鋼板，表示為關于材料的牌號、規(guī)格和性能，可查閱有關設計資料和標準。任務三汽車零件沖壓制造技術3）材料的表示方法任務三汽車零件沖壓制造技術分離工序是在沖壓過程中使沖壓件與原材料沿一定的輪廓線相互分離，同時使沖壓件分離斷面的質量也滿足一定要求的工序，主要包括落料、沖孔、修邊、切口、剖切等。1）分離工序沖壓工序分類5.任務三汽車零件沖壓制造技術（1）落料。落料是在平板的毛坯上沿封閉輪廓進行沖裁，余下的就是廢料。落料常用于沖壓制件的首工序，如圖1-54所示。圖1-54落料示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術（2）沖孔。沖孔是以落料件或其他成型件為工序件，完成各種形狀孔的沖裁加工，如圖1-55所示。圖1-55沖孔示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術（3）修邊。修邊是指對成型件邊緣進行沖裁，以獲得工件要求的形狀和尺寸，如圖1-56所示。圖1-56修邊示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術（4）切口。如圖1-57所示，在材料上將局部材料切開并彎成一定的角度，但不與主體完全分離，稱為切口，也可稱為沖切成型。圖1-57切口示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術（5）剖切。如圖1-58所示，將已成型的立體形狀工序件分割為兩件，稱為剖切。圖1-58剖切示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術（3）修邊。修邊是指對成型件邊緣進行沖裁，以獲得工件要求的形狀和尺寸，如圖1-56所示。圖1-56修邊示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術（1）彎曲。如圖1-59所示，將平板毛坯壓彎成一定角度或將已彎件做進一步成型，稱為彎曲，如壓彎、卷邊、扭曲等。圖1-59彎曲示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術（2）拉深。如圖1-60所示，將平板毛坯壓延成空心件，或使空心毛坯進一步變形，稱為拉深。圖1-60拉深示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術（3）脹形。如圖1-61所示，從空心件內部施加徑向壓力使局部直徑脹大，稱為脹形。如不銹鋼茶壺、水杯等均需經過脹形。圖1-61脹形示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術2）成型工序任務三汽車零件沖壓制造技術（5）卷圓。如圖1-63所示，用卷圓模具使空心件的邊緣向外卷成圓弧邊緣，稱為卷圓。如罐類產品均需經過卷圓。圖1-63卷圓示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術（4）縮口。如圖1-62所示，在空心件外部施加壓力使局部直徑縮小，稱為縮口。如不銹鋼杯蓋、罐類產品等均需經過縮口。圖1-62縮口示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術沖裁力是沖裁過程中凸模對板料施加的壓力，它是隨凸模進入材料的深度(凸模行程)而變化的，通常說的沖裁力是指沖裁力的最大值，它是選用壓力機和設計模具的重要依據之一。1）沖裁力沖裁力、卸料力、推件力、頂件力與沖裁間隙6.任務三汽車零件沖壓制造技術（2）降低沖裁力的方法。在沖裁高強度材料或厚度大、周邊長的工件時，所需的沖裁力較大。如果超過現(xiàn)有壓力機噸位，就必須采取措施降低沖裁力。常用下列方法來降低沖裁力：①階梯凸模沖裁。圖1-64所示為階梯凸模沖裁，是將上模沖的沖頭安裝成多個階梯，分多次沖壓工件工作。沖壓總力分開成多個沖壓力。圖1-64階梯凸模沖裁任務三汽車零件沖壓制造技術（1）沖裁力的計算。用普通平刃口模具沖裁時，其沖裁力F一般按下式計算：F=KLtτb式中，F(xiàn)為沖裁力，N；L為沖裁周邊長度，mm；t為材料厚度，mm；τb為材料抗剪強度，MPa；K為系數，一般K＝1.3。系數是考慮到實際生產中，模具間隙值的波動和不均勻、刃口的磨損、板料力學性能和厚度波動等因素的影響而給出的修正系數。為計算簡便，也可按下式估算沖裁力：F≈Ltσb式中，σb為材料的抗拉強度，MPa。任務三汽車零件沖壓制造技術②斜刃沖裁。圖1-65所示為斜刃沖裁。斜刃沖裁的原則是：必須保證工件平整，只允許廢料發(fā)生彎曲變形。圖1-65斜刃沖裁任務三汽車零件沖壓制造技術斜刃沖模的沖裁力可用斜刃剪切公式近似計算，即式中，K為系數；t為材料厚度，一般取1.3；φ為斜刃角。斜刃沖模的沖裁力可用斜刃剪切公式近似計算，即也可用下式計算：F斜=KLtτb式中，F(xiàn)斜為沖裁力，N；L為沖裁周邊長度，mm；t為材料厚度，mm；τb為材料抗剪強度，MPa；K為系數，其值與斜刃高度h有關。當h=t時，K=0.4~06；當h=2t時,K=0.2~0.4。任務三汽車零件沖壓制造技術任務三汽車零件沖壓制造技術③加熱沖裁（紅沖）。金屬在常溫時其抗剪強度是一定的，但是當金屬材料加熱到一定的溫度之后，其抗剪強度顯著降低，因此加熱沖裁能降低沖裁力。但加熱沖裁易破壞工件表面質量，同時會產生熱變形，精度低，因此應用比較少。任務三汽車零件沖壓制造技術生產中常用下列經驗公式計算卸料力F卸、推件力F推和頂件力F頂：F卸=K卸FF推=nK推FF頂=K頂F式中，F(xiàn)為沖裁力，N；K卸、K推、K頂分別為卸料力系數、推件力系數、頂件力系數，見表1-8；n為同時卡在凹模內的沖裁件(或廢料)數。式中，h為凹模洞口的直刃壁高度，mm；t為板料厚度，mm。任務三汽車零件沖壓制造技術任務三汽車零件沖壓制造技術卸料力(F卸)指從凸模上將沖件或廢料卸下來所需要的力。推件力(F推)指順著沖裁方向將沖件或廢料從凹模腔推出所需要的力。頂件力(F頂)指逆沖裁方向將沖件或廢料從凹模內頂出所需要的力。2）卸料力、推件力和頂件力圖1-66卸料力、推件力和頂件力的關系任務三汽車零件沖壓制造技術（1）沖裁變形分析。沖裁變形分析對了解沖裁變形機理和變形過程，掌握沖裁時作用于板材內部的應力應變狀態(tài)，正確應用沖裁工藝及設計模具，控制沖裁件質量有著重要意義。3）沖裁間隙圖1-67無壓邊裝置沖裁時板料所受外力1—凹模；2—板料；3—凸模任務三汽車零件沖壓制造技術板料的分離是瞬間完成的，沖裁變形過程大致可分成三個階段，如圖1-68所示。圖1-68沖裁變形過程任務三汽車零件沖壓制造技術①彈性變形階段。如圖1-68(a)所示，當凸模開始接觸板料并下壓時，板料發(fā)生彈性壓縮和彎曲。②塑性變形階段。如圖1-68(b)所示，當板料的應力達到屈服點時，板料進入塑性變形階段。③斷裂分離階段。如圖1-68(c)所示，當板料的應力達到抗剪強度后，凸模繼續(xù)下壓，凸、凹模刃口附近產生微裂紋并不斷向板料內部擴展。任務三汽車零件沖壓制造技術由于沖裁變形的特點，沖裁斷面可明顯分成4個特征區(qū)，即塌角帶、光亮帶、斷裂帶和毛刺，如圖1-69所示。若忽略彈性變形的影響，從沖裁斷面特征可以得出以下重要的關系式：落料尺寸=凹模尺寸，沖孔尺寸=凸模尺寸這是計算凸、凹模刃口尺寸的重要依據。圖1-69沖裁斷面特征區(qū)1—塌角帶；2—光亮帶；3—斷裂帶；4—毛刺任務三汽車零件沖壓制造技術在彎曲件或拉深件上沖孔時，為避免凸模受水平推力而折斷，孔壁與制件直壁之間應保持一定距離，使L≥R+0.5t，如圖1-70所示。圖1-70孔壁與制件直壁的位置關系任務三汽車零件沖壓制造技術（2）沖裁件的工藝性分析。沖裁件的工藝性是指沖裁件對沖裁工藝的適應性。沖裁件的工藝性要求應考慮以下幾點：①沖裁件的形狀應盡可能簡單、對稱，避免形狀復雜的曲線。②應盡量避免應力集中的結構。③沖裁件應避免有過長的懸臂和窄槽。④沖孔尺寸不宜過小，否則凸模強度不夠。任務三汽車零件沖壓制造技術（3）沖裁間隙的重要性。沖裁間隙是指沖裁模的凸模和凹模之間的雙面間隙，如圖1-71所示。從前面對沖裁過程的分析可知，沖裁間隙是一個非常重要的工藝參數。設計模具時，選擇一個合理的沖裁間隙，可獲得沖裁件斷面質量好、尺寸精度高、模具壽命長、沖裁力小的綜合效果。圖1-71沖裁間隙示意圖任務三汽車零件沖壓制造技術①沖裁間隙對斷面質量的影響。沖裁時，間隙合適，可使上、下裂紋與最大切應力方向重合，此時產生的沖裁斷面比較平直、光滑、毛刺較小，制件的斷面質量較好［見圖1-72（b)］。間隙過小或過大將導致上、下裂紋不重合。間隙過小時，上、下裂紋中間部分被第二次剪切，在斷面上產生撕裂面，形成第二個光亮帶［見圖1-72（a)］，在端面出現(xiàn)擠長毛刺。間隙過大，板料所受彎曲與拉伸均變大，斷面容易撕裂，使光亮帶所占比例減小，產生較大塌角，粗糙的斷裂帶斜度增大，毛刺大而厚，難于除去，使沖裁斷面質量下降［見圖1-72（c)］。任務三汽車零件沖壓制造技術圖1-72沖裁間隙對工件斷面質量的影響1—光亮帶；2—斷裂帶；3—毛刺任務三汽車零件沖壓制造技術任務三汽車零件沖壓制造技術任務三汽車零件沖壓制造技術任務三汽車零件沖壓制造技術

(4)沖裁間隙的確定方法。板料越厚，塑性越差或硬度越高，則合理沖裁間隙就越大；板料越薄，塑性越好或硬度越低，則合理沖裁間隙越小。確定合理沖裁間隙的方法主要有理論計算法、查表法、經驗記憶法。任務三汽車零件沖壓制造技術①理論計算法。理論計算法確定沖裁間隙的依據是：在合理沖裁間隙情況下，沖裁時板料在凸、凹模刃口處產生的裂紋成直線會合，從圖1-73所示的幾何關系得出計算合理沖裁間隙(Z)的公式為Z=2t(1-b/t)tanβ圖1-73沖裁間隙圖任務三汽車零件沖壓制造技術任務三汽車零件沖壓制造技術應當指出，上述記憶系數m值是基于常用普通板料沖裁而歸納總結出來的，各行業(yè)各企業(yè)對此的選取值是不相同的。在具體選值過程中還應考慮以下因素：a.對于制件斷面質量要求高的其值可取小些。b.計算沖孔間隙時比計算落料間隙時其值可取大些。c.為減小沖裁力其值可取大些。d.為減少模具磨損其值可取大些。e.計算異形件間隙時比計算圓形件間隙時其值可取大些。f.沖裁板厚t＞8mm時其值可取小些。沖壓常用設備二、常用的沖壓設備有機械(曲柄)壓力機、電磁壓力機、氣動壓力機和液壓機、鍛錘、剪切設備等。大中型設備一般采用成線布置，如圖1-74所示，一條生產線由若干臺設備組成，每臺沖壓機完成一個沖壓工序，材料從生產線一端流入，成品從生產線另一端流出。材料在沖壓機之間的轉動可由自動化的機械手完成，也可由人工完成。任務三汽車零件沖壓制造技術任務三汽車零件沖壓制造技術圖1-74沖壓生產線壓力機1.（1）開式壓力機和閉式壓力機。壓力機按床身結構可分為開式壓力機（見圖1-75）和閉式壓力機（見圖1-76）兩種。開式壓力機的特點為：三面敞開，C型床身，剛度較差，是小型壓力機。閉式壓力機的特點為：前后敞開，結構封閉，剛度較強，是大中型壓力機。任務三汽車零件沖壓制造技術任務三汽車零件沖壓制造技術圖1-75開式壓力機圖1-76閉式壓力機任務三汽車零件沖壓制造技術圖1-77機械壓力機圖1-78液壓機（2）機械壓力機和液壓機。壓力機按驅動滑塊力的種類可分為機械壓力機（