汽车制造工艺及其自动化.ppt

本课程主要内容包括以下四个章节,绪论,第4章典型零部件制造与自动化技术（视频）,第1章汽车制造工艺技术-汽车制造七种工艺,第2章汽车先进制造工艺,第3章汽车制造自动化系统,退出,汽车制造工艺是以汽车制造中的工艺问题为研究对象，比较系统的阐述了汽车制造工艺的一些基本理论、内容以及涉及汽车制造的各种工艺过程。,汽车制造工艺过程包括：铸造、锻造、冲压、焊接、电镀、涂漆以及装配，讲述内容时我们主要突出其工艺工程，而不关注其工艺设计以及工艺实现时要求和工艺质量控制，力求突出汽车制造的特点。,比如电镀锌工艺：碱水脱脂-水洗-碱洗-水洗-电解脱脂-水洗-碱水洗-镀锌-水洗-钝化处理-水洗-热水洗，我们只说明电镀的分类、特点、其制造工序和工序的注意事项以及检验方法，不关注具体每种工许如何实现。,绪论,返回,传统制造技术吸收计算机、信息、自动化、新材料和现代管理技术，并综合应用产品的开发、设计、生产、管理、市场开发和售后服务，并取得社会经济效益的综合技术。,生产工艺与生产规模、生产方式以及生产设备都有关系，汽车先进制造工艺：,绪论,1、精益生产,2、敏捷制造,3、并行工程,4、快速成型技术,5、虚拟制造技术,返回,制造自动化是人类在长期的生产活动中不断追求的目标。在计算机用于自动化之前，自动化的功能目标是以省力为主要目的，以代替人的体力劳动。随着计算机和信息技术的发展，计算机和信息技术作为自动化技术的重要手段，使自动化的视野大大扩展，自动化的功能目标不再仅仅是代替人的体力劳动，而且还须代替人的部分脑力劳动。,绪论,促使制造业逐渐由劳动密集型产业向技术密集型和知识密集型产业转变。制造自动化技术是制造业发展的重要标志，体现了一个国家科技水平的高低。采用制造自动化技术不仅显著地提高劳动生产率、大幅度提高产品质量、提高经济效益，还有效地改善劳动条件、提高劳动者的素质、有利于产品更新、带动相关技术的发展，大大提高企业的市场竞争能力。,广义制造自动化则包含了产品设计自动化、企业管理自动化、加工过程自动化和质量控制自动化等产品制造全过程以及各个环节综合集成自动化，以使产品制造过程实现高效、优质、低耗、及时、洁净的目标。,绪论,狭义制造自动化的含义是生产车间内产品的机械加工和装配检验过程的自动化，包括切削加工自动化、工件装卸自动化、工件储运自动化、零件与产品清洁及检验自动化、断屑与排屑自动化、装配自动化、机器故障诊断自动化等。,主要讲狭义的自动化机械加工过程以及与此关系紧密的物料储运、质量控制、装配等过程。,绪论,1、加工设备自动化,2、物流自动化,3、刀具自动化,4、装配自动化,5、检测自动化,返回,1.机械制造工艺的定义,铸造,1.1 概述,机械制造工艺是将各种原材料通过改变其形状、尺寸、性能或相对位置，使之成为成品或半成品的方法和过程。机械制造工艺是机械制造业的一项重要基础技术。机械制造工艺流程是由原材料和能源的提供、毛坯和零件成形、机械加工、材料改性与处理、装配与包装、质量检测与控制等多个工艺环节组成。,机械制造工艺按其功能的不同可分为三个阶段：零件毛坯的成形准备阶段，包括原材料切割、焊接、铸造、锻压加工成形等；机械切削加工阶段，包括车削、钻削、铣削、刨削、镗削、磨削加工等；表面改性处理阶段，包括热处理、电镀、化学镀、热喷涂、涂装等。,铸造,在现代机械制造工艺中，上述阶段的划分逐渐变得模糊、交叉，甚至合而为一.,2023/2/26,9,2、铸造定义,铸造,铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成型方法。,1)是机械零件毛坯或成品零件热加工的一种重要工艺方法。,2)用铸造方法制造的毛坯或零件称为铸件。,3)普通铸件尺寸精度不高、表面粗糙，须切削加工才成为零件,是制造复杂结构金属件的最灵活、最经济的成形方法，是目前零件毛坯生产的主要方法。,3、铸造优缺点,铸造,优点：1）可以生产出形状复杂，特别是具有复杂内腔的零 件毛坯，如各种箱体、床身、机架等。2）铸造生产的适应性广，工艺灵活性大。工业上常 用的金属材料均可用来进行铸造，铸件的重量可 由几克到几百吨，壁厚可由0.5mm到1m左右。3）铸造用原材料大都来源广泛，价格低廉，并可直 接利用废机件，故铸件成本较低。,缺点：1）铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩 松、气孔等缺陷，因此，铸件的力学性能，特别 是冲击韧度低于同种材料的锻件。2）铸件质量不够稳定。,4、应用,铸造,汽缸体、汽缸盖、曲轴、凸轮轴,汽车典型铸件举例,铸造,铸造,1.2 铸造方式,铸造,1.砂型铸造,用型砂紧实成型的铸造方法称为砂型铸造。砂型铸造是应用最广泛的一种铸造方法，其主要工序包括：制造模样，制备造型材料、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理与检验等。,砂型在取出铸件后便损坏，故称为一次铸型。砂型浇注的铸件约占铸件总产量的90左右。,1)手工造型,手工造型是全部用手工或手动工具完成的造型工序,砂型不同：两箱造型、三箱造型、脱箱造型、地坑造型、组芯造型,特点：操作灵活、适应性广、工艺装备简单、成本低，但其铸件质量差、生产率低、劳动强度大、技术水平要求高,模样不同：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型。,2)机器造型,机器造型是指用机器全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序。,造型方法有：压实紧实、高压紧实、震击紧实、震压紧实、微震紧实、抛砂紧实、射压紧实、射砂紧实。,特点：铸件尺寸精确、表面质量好、加工余量小，但需要专用设备，投资较大，适合大批量生产。,铸造,2.特种铸造,分类：熔模铸造、消失模（实型）铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、陶瓷型铸造、电磁铸造、爆炸成型等。,铸造,以金属模取代砂型模，可使铸件尺寸精确，表面光洁，内部致密，铸件可实少切削或无切削加工。,每一种特种铸造方法都有其自身的特点，应用场合都有一定的局限性，一般仅适用于中小型铸件的生产，除熔模铸造适用于铸钢件外，大多数特种铸造方法仅局限于有色合金铸件。,3清洁(绿色)铸造技术,清洁铸造技术的主要内容有：1)采用洁净的能源:如以铸造焦代替冶金焦；以少粉尘、少熔渣的感应电炉熔化代替冲天炉熔化，以减轻在熔炼过程对空气的污染。2)采用无砂和少砂的特种铸造工艺:如压力铸造、金属型铸造、金属型覆砂铸造、挤压铸造等，改善操作者工作环境。3)使用清洁无毒的工艺材料:如研究使用无毒无味的变质剂、精炼剂、粘结剂，用湿型砂无毒无污染粉料光洁剂代替煤粉等。,铸造,4)采用高溃散性型砂工艺:如树脂砂、改性酯硬化水玻璃砂工艺。5)研究开发多种废弃物的再生和综合利用技术:如铸造旧砂的再生回收技术、熔炼炉渣的处理和综合利用技术。6)研制开发铸造机器人或机械手:以代替工人在恶劣条件下工作。,铸造,1.3 铸造工艺,铸造工艺主要包括:造型与制芯、熔化、铸造、热处理、落砂处理；实际加工中，从实际用途出发，注意汽车铸件的质量，对铸造工艺的特殊要求。,2、汽车铸件的质量要求 铸件形状复杂、尺寸精度高、采用薄壁铸件、材质稳定、要求足够的耐压性和抗压性。,3、铸造技术 造型技术、熔炼技术、材质选择以及铸造方法上进行特殊处理。,铸造,1、铸件工艺性要求 铸件结构的合理性、对铸造方法要有适应性,1)铸件应有合理的壁厚,2)铸件壁厚应力求均匀,1、铸件结构的合理性,3)铸件壁的联接形式要合理,4)尽量避免过大的水平面,5)避免冷却收缩受阻和有利于减小变形,2、铸件结构的工艺性,1)铸件的外形设计：少的分型面、尽量使分型面垂直、避免外部侧凹、结构上要有斜度,2)铸件的内腔设计：少用型芯、型芯安放稳固、排气容易、清砂方便、避免封闭空腔,铸造,返回,造型技术：可通过真空吸砂、气流吹砂、气动压实、液动挤压和气冲等工艺手段获得高紧实率铸型（或高速高压造型机）,熔化技术：采用感应炉，或者冲天炉与低频感应炉相结合的双联熔化方式。,铸造技术：结合材料、应用场合、生产规模以及各种铸造方法本身的特点，选用合适的铸造技术。,铸造,铸造,熔模铸造基本工艺过程,1.4 质量控制,1、影响铸件质量的主要因素,铸造,铸造方案、造型、熔化、浇注、后处理等每一个过程都可能影响到铸件的质量,1）铸造方案是影响铸造缺陷和经济性的重要因素，根据材料、壁厚、形状、铸造方法选择；,2、控制因素,2）型砂配比、砂粒度对铸件的尺寸精度和表面粗糙度有重要影响；,3）砂型硬度和含水量与气孔和缩孔有密切影响；,4）熔化与浇注条件、铁水成分也是影响铸件质量的重要因素；,3、质量控制,1）外观检查,2）尺寸检查,3）材料检查,4）耐压防漏检查,5）无损探伤检查,两箱造型,最基本的造型方法，铸型由成对的上型和下型构成，操作简单。适用于各种生产批量和各种大小的铸件。,三箱造型,由上、中、下三型构成。中型高度需与铸件两个分型面的间距相适应。三箱造型操作费工，主要适用于具有两个分型面的单件、小批生产的铸件。,利用车间地面砂床作为铸型的下箱。大铸件需在砂床下面铺焦炭，埋上出气管，以便浇注时引气。地坑造型仅用或不用上箱即可造型，减少了造砂箱的费用和时间，但造型费工、生产率低，要求工人技术水平高。适用于砂箱不足，或生产要求不高的中、大型铸件。,地坑造型,组芯造型（壳型铸造）,是用若干块砂芯组合成铸型，而无需砂箱。可提高铸件的精度，但成本高。适用于大批量生产形状复杂的铸件。,模样是整体的，分型面是平面，铸型型腔全部在半个铸型内，其造型简单，铸件不会产生错型缺陷。适用于铸件最大截面在一端，且为平面的铸件。,整模造型,挖砂造型,整体模样，分型面为曲面。为便于起模，造型时用手工挖去阻碍起模的型砂、其造型费工、生产率低，工人技术水平要求高。用于分型面不是平面的单件、小批生产铸件。,分模造型,将模样沿最大截面处分成两半，型腔位于上、下两个砂箱内，造型简单省工。常用于最大截面在中部的铸件。,刮板造型,用刮板代替实体模样造型，降低模样成本，节约木材，缩短生产周期。生产率低，工人技术水平要求高。用于有等截面或回转体的大、中型铸件的单件、小批生产，如带轮、铸管、弯头等。,铸造,返回,熔模铸造的主要特点及适用范围,1）铸件的精度和表面质量较高，尺寸公差等级可达IT14-IT11，表面粗糙度Ra值可达12.5mm-1.6mm。2）适用于各种合金铸件。3）可制造形状较复杂的铸件，铸出孔的最小直径为0.5mm，最小壁厚可达0.3mm。4）工艺过程较复杂，生产同期长，制造费用和消耗的材料费用较高，多用于小型零件（从几十克到几千克），一般不超过25kg。,金属型铸造,概念：把液体金属浇入用金属制成的铸型内，而获得铸件的方法称为金属型铸造。由于金属型可重复使用，故又称为永久型。为保证使用寿命，制造金属型的材料具备如下的性能：高的耐热性和导热性，反复受热不变形，不破坏；一定的强度、韧性及耐磨性；好的切削加工性能。金属型材料一般选用铸铁、碳素钢或低合金钢。,金属型铸造的工艺过程：,金属型预热：预热温度通过试验来确定，一般不低于150。刷涂料：金属型表面应喷刷一层耐火涂料（厚0.30.4mm），以保护型壁表面，免受金属液的直接冲蚀和热击。浇注：金属型的导热能力强，浇注温度应比砂型铸造高2030。铝合金680740，铸铁13001370，锡青铜11001150，薄壁小件取上限，厚壁大件取下限。开型时间：要根据不同的铸件选用合适的开型时间，具体数值需通过试验来确定。,金属型铸造的特点和应用范围,1）金属型铸件冷却快，组织致密，力学性能高。2）铸件的精度和表面质量较高3）浇冒口尺寸较小，液体金属耗量减少，一般可节约1530%。4）不用砂或少用砂。主要缺点：金属型无透气和退让性，铸件冷却速度大，容易产生浇不到、冷隔、裂纹等缺陷。应用范围：大批量生产形状简单的有色金属铸件，如铝活塞、汽缸体、汽缸盖、泵体、水泵叶轮、铜合金轴瓦、轴套等。,金属型铸造金相组织,金属型示意图,压力铸造,概念：将熔融金属液在高压下快速压入铸型，并在压力凝固，而获得铸件的方法称为压力铸造，简称压铸。常用压射压力为51500MPa，充填速度约550m/s，充填时间很短，约0.010.2s。应用范围：主要用于大批量生产低熔点的有色合金（如铝、镁、锌合金）中、小型铸件，在汽车、航空、仪表、电子电器等部门获得广泛应用。,压力铸造的优点：,1）压铸件尺寸精度高，表面质量好，尺寸公差等级可达CT47，表面粗糙度达Ra1.612.5m，有时可达0.8m，一般不需机加工即可直接使用。2）压力铸造在快速、高压下成型，可压铸出形状复杂、轮廓清晰的薄壁精密铸件，铝合金铸件最小壁厚可达0.5 mm，最小孔径0.7 mm。3）铸件组织致密，力学性能好，其抗拉强度比砂型铸件提高2540%，但伸长率有所降低。4）生产率高，劳动条件好。,压力铸造的缺点,1）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，故压铸件不宜进行较多余量的切削加工，以免气孔外露。2）压铸黑色金属时，压铸型寿命很低，困难较大。3）设备投资大，生产准备周期长。,压力铸机分类,按照压室是否浸入坩埚炉中分为：热室压铸机和冷室式压铸机冷室式压铸机按照压射活塞工作方式分为：立式和卧式压铸机；立式也有热室和冷室,热室和冷室,卧式压铸原理,离心铸造,名词解释：是将液体金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下凝固成形的铸造方法。应用范围：广泛用于生产管、套类铸件，如铸铁管、铜套、汽缸套、双金属轧辊、滚筒、耐热钢管道、特殊钢无缝钢管毛坯等。,离心铸造的特点,1）铸件在离心力作用下结晶，组织致密，无缩孔、缩松、气孔、夹渣等缺陷，力学性能好。2）铸造圆形中空铸件时，可省去型芯和浇注系统，简化了工艺，节约了金属。3）便于制造双金属铸件，如钢套镶铸铜衬，其结合面牢固、耐磨，可节约铜合金。4）离心铸造内表面粗糙，尺寸不易控制，需要增加加工余量来保证铸件质量，且不适宜生产易偏析的合金。,离心铸造示意图,a)立式离心铸造 b)立式离心浇注成形铸件 c)卧式离心铸造,1，16浇包 2，14铸型 3，13液体金属 4带轮和带 5旋转轴 6铸件 7电动机 8浇注系统 9型腔 10型芯 11上型 12下型 15浇注槽 17端盖,陶瓷型铸造是指用陶瓷质耐火材料制成铸型而获得铸件的方法。,特点：陶瓷型的材料与熔模铸造的壳型相似，铸件精度和表面质量与熔模铸造相当；适合于高熔点、难加工材料的铸造；与熔模铸造相比，铸件大小 基本不受限制，工艺简单、投资少、生产周期短。缺点：陶瓷型铸造原材料价格贵，不适宜于铸造大批量、形状复杂的铸件，且生产工艺过程难以实现自 动化和机械化。应用：适于制造小批量、较大尺寸精密铸件，多用于模具的生产（如金属型、压铸模、塑料模、锻模等），还用于生产喷嘴、阀体、齿轮、钻探用钻头、开凿隧道用刀具等。,陶瓷型铸造工艺过程,（a）模样（b）砂套造型（c）灌桨（d）喷烧（e）合型（f)铸件,陶瓷型铸造工艺过程,实型铸造EPC（Expendable Pattern Casting）,又称消失模铸造。是用泡沫塑料代替木模和金属模样，造型后不取出模样，当浇入高温金属液时泡沫塑料模样气化消失，金属液填充模样的位置，冷却凝固后获得铸件的方法。,实型铸造工艺过程,实型铸造特点,不用起模、不用型芯、不合型，简化了造型工艺，并减少了由制芯、取模、合型引起的铸造缺陷及废品；干砂造型，砂处理系统大大简化，落砂容易，改善劳动条件；不分型，铸件无飞翅毛刺，使清理打磨工作量减少 50%以上。缺点：消失模气化造成空气污染；泡沫模具设计生产周期长，成本高，产品要有相当批量才有经济效益；生产大尺寸铸件时，由于模样易变形，须采取防变形措施。,实型铸造应用范围,适用于各类合金（钢、铁、铜、铝等合金）适合于结构复杂（铸件的形状可相当复杂）、难以起模或活块和外芯较多的铸件，如模具、气缸头、管件、曲轴、叶轮、壳体、艺术品、床身、机座等。,1.锻造的实质,1.1 概述,利用金属材料的塑性，借助于外力的作用，使材料发生塑性变形，从而获得所需的形状、尺寸和一定组织性能锻件的加工方法。,2.锻造工艺的分类,1)热锻:终锻温度高于再结晶温度，工作温度高于模具温度的锻造。,2)冷锻:在室温下或者低于再结晶温度的锻造。,3)温锻:介于热锻和冷锻之间的加热锻造。,4)等温锻:具有带加热和保温装置，成型时模具与坯料等温的锻造。,锻造,3、常用的锻造方法,1)自由锻的实质,a)实质：在冲击力或压力的作用下，通过上下抵铁等通用工具，使金属发生塑性变形而成型的过程。,b)自由：金属在水平面的各个方向变形不受限制。,c)分类,手工自由锻：生产率低，劳动强度大，锤击力小。,应用:生产小型锻件。,锻造,d)自由锻的特点和应用：,特点：工具简单，费用少；各种重量的锻件都能适应；生产率低，劳动条件差；只能锻形状简单件，精度低加工余量大。,应用：单件、小批最经济；大型锻件它是唯一的方法。,机械自由锻：,空气锤：落下部分的重量40750公斤，只 能锻造100公斤以下的小型锻件。,空气蒸气锤：落下部分的重量0.55 吨，可以锻造小于1500公斤的中小件。,产生几千吨的压力（最大12000吨），用于大型锻件，可达300吨。,锤上自由锻：,水压机上锻造：,锻造,2)模型锻造（简称模锻）,a)实质：在压力或冲击力的作用下迫使坯料沿锻模模膛变形而获得锻件的方法。,b)锻模：用高强度金属制成，其模膛形状与锻件一致。,c)分类：,锤上模锻：所用设备主要是蒸气空气锤，适用于 小于150公斤的小型锻件。,压力机上模锻：在压力作用下迫使工件变形，所用 的设备主要有：曲柄压力机、平锻机、磨擦压力机。,锻造,d)特点和应用：,锻件的形状可以较复杂；纤维组织比较完整，提高了零件的机械性能；尺寸精度高；生产率高；操作简单；大批量生产成本低；设备费用高；适用于中小型锻件的大批量生产，重量150公斤，批量2500件。,锻造,a)实质：在自由锻设备上使用胎模生产锻件的方法。,b)胎模是一种简单的模具。,c)特点：锻模不固定在设备上，可以和自由锻相结合。,d)用途：小型锻件的中小批量生产（大于200件）。,3)胎模锻,锻造,1.2 锻造工艺,锻造工艺主要包括:落料、成型、锻件检验以及原材料与毛坯的热处理等个工序。,2、毛坯,5、后续处理,1、原材料,3、自由锻,4、模锻,锻造,6、锻件检验,锻造用原材料,返回,1、锻造用坯料一般为棒、板、管状的黑色金属、有色金属和贵金属。2、圆柱体毛坯要考虑高径比H/d,当高径比H/d2时，要预制坯，防止在成形过程中弯曲失稳，或产生弯曲，形成折叠；H/d较小时，可采用板料下料。3、薄板毛坯采用普通冲裁落料或精密冲裁下料4、观察和分析宏观缺陷，一般包括裂纹、疤痕、折叠和夹杂等。,锻造,下料是自由锻和模锻的第一道工序。不同的下料方式，直接影响着锻件的精度、材料的消耗、模具与设备的安全以及后续工序过程的稳定。,传统的下料方法的下料品质均不太理想，断口不齐，坯料的长度与品质重复精度低。离子束切割、电火花线切割等新型下料方法，能锯切 很硬的材料，剪切品质很好，但成本高，不宜用于 大批量生产。金属带锯下料既能得到高的下料精度，又能适应大批 量生产。,1）下料和下料方法,2）下料方法的优缺点,锻造,传统的下料方式,锻造,1、剪切法,一般棒料剪切法一般棒料剪切法有：剪床剪切、冲床剪切。在剪床上剪切的棒料截面尺寸在15（150200）mm。剪床的大小，一般由强度极限为450MPa的钢材被剪切的最大直径表示。,2、剪切缺陷,1）端面裂纹；2）端面剪切斜度过大；3）毛刺；4）端面上产生凹陷；5）较大的压痕；,锻造,1、锯切法,一般锯切：弓形锯锯条往复运动，锯割效率低，而且锯断大直径圆钢时，锯条要加厚，材料利用率降低。,2、其它下料方法,砂轮切断：由于砂轮高速旋转下的热影响，产生粉 尘，噪音，污染环境。可燃气体熔断：主要是在切断的过程中受到熔断热影 响，材料的组织会发生变化，形成变质层，需采 用热处理工艺过程消除这种变化。,放电切割：成本高，普及率低，不能广泛用于钢材的 切断，只宜于应用在经过热处理以后的模具以及 高硬材料零件的切割。激光切割：在板料加工上用得较多，但在棒材、型材 的切割上用得较少。,锻造,锻前加热：提高金属塑性，降低变形抗力，使坯料易于 变形并获得良好的锻件。锻后冷却和热处理：获得良好的锻后组织，便于机械加 工。,1、锻件加热,2、加热方法：火焰加热和电加热,1）、火焰加热 利用燃料燃烧时所产生 的热量，通过对流、辐射加热坯料。燃料来源方便、加热炉修造容易、加热费低、适应性强。缺点：劳动条件差，加热速度慢，质量低、热效率低。应用范围：大、中、小型坯料。,锻造,1）电阻加热电阻加热与火焰加热原理相同，根据发热元件的不同分为：电阻炉加热、盐浴炉加热、接触电加热,2）感应加热 坯料放入通过交变电流的螺旋线圈内，利用电磁感应发热直接加热。优点：速度快、质量好、温度易控制、烧损少、易实现机械化。适于精密成形的加热。缺点：投资费用高，加热的坯料尺寸范围窄、电能消耗大。,2 电加热利用电能转换热能来加热坯料。,锻造,返回,1)自由锻工艺过程特征,（1）工具简单，通用性强，灵活性大，适合单件和小批锻件的生产。,（2）工具与坯料部分接触，逐步变形，所需设备功率比模锻小，可锻造大型锻件。,（3）靠人工操作控制锻件的形状和尺寸，效率低、劳动强度大。,锻造,2)自由锻工序分类,（1)基本工序：镦粗、拔长、冲孔、芯轴扩孔、芯轴拔长、弯曲切割错移扭转、锻接等。,（2)辅助工序：钢锭倒棱、预压钳把、分段压痕等。,（3)修整工序：鼓形滚圆、端面平整、弯曲校正等。,锻造,自由锻工序1,锻造,辅助工序,自由锻工序2,锻造,弯曲校正,鼓形滚圆,端面平整,修整工序,自由锻工序3,锻造,1 模锻,1)含义:利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法称为模锻。,2)成形方法:开式模锻、闭式模锻、挤压、顶镦。,2 开式模锻,1)概述,开式模锻时，上模和下模间的间隙不断变小，变形结束时，上下模完全打靠。从坯料开始接触模具到上下模打靠，锻造坯料最大外廓始终敞开，即飞边的仓部未完全充满。,2)特点,锻造过程中形成横向飞边，飞边既能帮助锻件充满模膛，也可放松对坯料体积的要求。飞边是工艺废料，一般在后续工序中切除。,锻造,开式模锻示意图如下：,开式模锻示意图,3)开式模锻的成形过程大体分为三个阶段：,a)锻粗阶段:锻粗阶段是开式模锻的第一阶段,整个坯料都产生变形，在坯料内部近似存在分流面。,锻造,b)充满模膛阶段:充满模膛阶段是开式模锻的第二阶段,这时下模膛已经充满，凸台部分尚未充满，金属开始流入飞边槽。随着桥部金属变薄，金属流入飞边的阻力增大，迫使金属流向凸台和角部，直到完全充满模膛，变形区仍然遍布整个坯料。,c)打靠阶段:打靠阶段是开式模锻的第三阶段,此时金属已完全充满模膛，但上、下模面尚未打靠（锤上模锻结束时要打靠），多余金属挤入飞边槽，锻造变形力急剧上升，变形区缩小为模锻件中心部分区域。,锻造,3 闭式模锻,1)概述,闭式模锻即无飞边模锻。主要优点是：锻件的几何形状、尺寸精度和表面品质最大限度地接近产品，省去了飞边。与开式模锻相比，可以大大提高金属材料的利用率。,2)闭式模锻的形成条件,a)、坯料体积准确；b)、坯料形状合理并且能够在模膛内准确定位；c)、设备的打击能量或打击力可以控制；d)、设备上有顶出装置。,锻造,3)闭式模锻的形成过程,a)第一阶段:由上模与坯料接触，坯料开始变形到与模膛侧壁接触为止，此阶段变形力增加相对较慢。,b)第二阶段:第1阶段结束到金属基本充满模膛为止，此阶段的变形力比第1阶段增大23倍，但H2很小。,c)第三阶段:坯料基本上已成为不变形的刚体，只有在极大的模锻力作用下才能使端部的金属产生变形，形成纵向飞刺。,锻造,3 挤压,1)概述,挤压是金属在三个方向不同压应力作用下，从模孔中挤出或流入模腔内以获得所需尺寸、形状制品或零件的锻造工艺。,2)特点,采用挤压不但可以提高金属塑性，生产复杂截面形状的制品，而且可以提高锻件精度，改善锻件力学性能，提高生产率和节约金属材料等。,锻造,4 顶镦,1)概述,指杆件的局部镦粗工艺过程。因为顶镦工艺过程常常在平锻机上完成，有时也称为平锻工艺。,2)特点,顶镦的生产效率高，在生产中应用较普遍。螺钉、汽车半轴等用顶镦生产最为适宜。顶镦的关键是使坯料在顶镦过程中不产生弯曲，或仅有少量弯曲但不能折叠。,3)分类,顶镦根据模具结构和变形过程中金属的流动方式分为闭式平锻（左）和开式平锻（右）两种。,锻造,两种平锻工艺示意图,锻造,返回,后续处理,1 现象,开式模锻件上的飞边，带孔锻件中的连皮，均需切除；为了消除模锻件的残余应力、改善其组织和性能，需要进行热处理；为了清除锻件表面氧化皮，便于检验表面缺陷和进行切削加工，要进行表面清理；锻件在出模、切边、热处理、清理过程中若有较大变形，应进行校正；对于精度要求高的锻件，则要进行精压；最终还要检验锻件的品质。,2 意义,锻造,后续工序对锻件品质有很大影响，尽管模锻出来的锻件品质好，若后续工序处理不当，仍会造成废、次品。后续工序在整个锻件生产过程中所占的时间常常比模锻工序长。这些工序安排得合理与否，直接影响锻件的生产率和成本。,3 处理工艺,1)切边与冲孔,切边和冲孔通常在切边压力机或摩擦压力机上进行，切边模和冲孔模主要由冲头（凸模）和凹模组成。切边时，锻件放在凹模洞口上，在冲头的推压下，锻件的飞边被凹模剪切，同锻件分离。由于冲头、凹模之间有间隙，在剪切过程中伴有弯曲、拉伸现象。通常切边冲头推压锻件，只起传递压力的作用，而凹模的刃口起剪切作用。但有时冲头与凹模同时起剪切作用。,锻造,冲孔时，情况相反，冲孔凹模只起支承锻件的作用，冲孔冲头起剪切作用。切边和冲孔分为热切、热冲和冷切、冷冲两种。锻件在热态下切边和冲孔，具有较好的塑性，不易产生裂纹。冲切时锻件走样小，凸凹模的调整和修配比较方便。,2)校正,在锻压生产工序及工序之间的运送过程中，由于冷却不均、局部受力、碰撞等各种原因可能使锻件弯曲、扭转，当变形量超出锻件图技术条件的允许范围时，必须校正。热校正可以在锻模的终锻模膛内进行。利用校正模校正还可使锻件在高度方向因欠压而增加的尺寸减小。,锻造,3)精压,精压是对已成形的锻件或粗加工的毛坯进一步改善其局部或全部表面粗糙度和尺寸精度的一种锻造方法，其优点如下：,提高锻件的尺寸精度、减小表面粗糙度精压可全部或部分代替零件的机械加工，节省机械加工工时，提高生产率，降低成本。精压可减小或免除机械加工余量，使锻件尺寸缩小，降低了原材料消耗。精压使锻件表面变形强化，提高零件的耐磨性和使用寿命。,4)表面清理,a)表面清理目的,锻造,（1）去除氧化皮和其它表面缺陷（裂纹、折痕等），提高表面品质，改善切削加工条件。（2）显露表面缺陷，以便检查表面品质。（3）给冷精压和精密模锻提供有良好表面品质的精压毛坯。,b)常见清理方法,锻造,锻造,返回,锻件品质检验,1)品质检验任务,锻件品质检验的主要任务是，鉴定锻件的品质、分析缺陷产生的原因和可以采取的预防措施。,2)检验内容,1化学成分检查 一般锻件不进行化学成分检查。如要检查，可从锻件上切下一些切屑，用化学分析或光谱分析法检验化学成分。2外观尺寸检查 采用目测、样板或划线的方法，检查锻件的表面缺陷，形状误差和尺寸大小，确定锻件可否需要机械加工.,锻造,5力学性能检查 锻件的力学性能检查包括检查硬度、确定强度、塑性、韧性等的具体指标。为了了解在持久载荷作用下的性能和受交变载荷作用的能力，还要作持久、高温蠕变和疲劳试验。,锻造,3宏观组织检查宏观组织检查又称低倍检查，是用肉眼或不大于10倍的放大镜，检查锻件表面或断面上所存在的缺陷，如偏析、白点、非金属夹杂、裂纹、过热、过烧等。其主要方法有；硫印、热酸浸、冷酸浸和断口、塔形车削等。,4显微组织检查显微组织检查即金相检查，是在光学显微镜下观察、辨认和分析锻件的微观组织状态、分布情况和各种 微观缺陷，如脱碳、折纹、过烧等。,8荧光检验对非磁性金属锻件表面的缺陷，可采用荧光检验，即荧光探伤。荧光检验是用荧光液渗透入锻件裂纹中，借助显示剂在紫外线的照射下，锻件缺陷处发出清晰的荧光。,锻造,6残余应力检查当锻件内部存在过大的残余应力时，不但机械加工时由于残余应力失去平衡而使工件变形，影响装配，而且在使用过程中由于残余应力和工作应力叠加也会造成零件失效，损坏整台机器。,7超声波检验 超声波能迅速而准确地发现锻件表层以内的宏观缺陷，如裂纹、夹杂、缩孔、白点以及气泡的形状、位置和大小，但对缺陷性质不易判断，必须配合以标准试块、或积累经验进行推断。,9磁力探伤可用来发现锻件表面层内的微小缺陷，如发裂、折纹、夹杂等。磁性检验只能用于铁磁性材料，而且锻件表面要求平整光滑。,锻造,1.冲压的实质,1.1 概述,利用冲模使金属板料产生变形或分离的压力加工方法。,冲模一般由两大部分组成：凸模和凹模。,当板料厚度S810mm时，则需采用热冲压。,冲压,2.冲压生产的特点,产品精度高，强度、刚度好；（加工硬化强化金属）金属消耗少，零件轻巧；大批量生产生产率高，成本低；冲模制造复杂，成本较高。,广泛应用于大批量生产塑性较好的金属冲压件，如：电器、仪表外壳，汽车制造，生活用品 材料：低碳钢、高塑性低合金钢、有色金属等。,3.冲压生产的应用,冲压,1.2 冲压加工,冲压加工是现代机械制造业中先进高效的加工方法之一,它是利用各种压力机和安装在压力机上的模具使材料在常温或着高温下进行分离和塑性变形,从而获得一定形状、尺寸和性能的零件的一种方法。,冲压,1.2 冲压生产的基本工序,基本工序有两大类：分离工序和成形工序。,(一)分离工序,1、定义：使板料的一部分与另一部分相互分离的工序。,2、种类：,剪裁（切断）：切口是不封闭的或是敞开的。,冲裁：切口封闭，其包括两类：冲孔和落料。,冲孔：带孔的板料是成品，冲下的部分是废料。,落料：。,修整工序：,冲压,3、冲裁的变形过程：,板料弯曲产生裂纹（上、下两面）裂纹扩展裂纹连通。,4、冲裁件的质量标准：切口光、齐、直，尺寸准确。,保证质量的措施：,凸、凹模的工作刃口要锋利,凸、凹模间要有适当的间隙,冲模要有合适的尺寸：,冲孔时：d凸=d孔 d凹=d凸+2Z,落料时：d凹=d料 d凸=d凹-2Z,冲压,（二）成型工序,1、实质：依靠模具在压力机作用下，使坯料发生塑性变形，获得所需形状和尺寸制件的冲压工序。,2、成型工序的种类：,拉深（拉延）工序、弯曲工序、成型工序、翻边工序,冲压,冲压,冲压,（1）拉深（拉延）工序：使板料变成中空零件的工序。,1）变形特点：筒底转角处最大，当 b时，则底部拉穿；板边变形，产生皱折，板厚拉深皱折；薄板具有各向异性时，形成制耳。,拉穿,皱折,制耳现象,冲压,2）、保证质量的措施：,为防皱折的产生，当 时，采用压边拉深。,凸、凹模工作部分要有圆角凸、凹模间隙适当,拉深系数，深度大的零件可多次拉深；,冲压,（2）弯曲工序：将板料弯成一定角度和圆弧的工序。,变形特点：,弯曲程度与弯曲半径有关,造成板料的断裂弯断。,产生回弹现象,防裂：r rmin 最小弯曲半径和角度。,保证质量的措施：,冲压,成型工序：利用局部变形使金属改变形状。,翻边工序：用扩孔的方法获得凸缘。,汽车消音器的冲压工序,冲压,（三）冲压零件的结构工艺性,1、冲压件的形状：,外形简单对称，便于排料；,避免窄而长的冲压件，冲模制造困难；,注意圆角连接，以防冲裂；,复杂件可采用冲压焊接结构。,冲压,2、冲压件的尺寸：,冲圆孔d，方孔短边长b 0.9；孔间距，孔与边缘的距离；外缘凸出与凹进的尺寸1.5；,3、冲压件的精度：,冲压件一般不再加工，不提过高要求。,弯曲边高度h2；带孔件弯曲时，弯边到孔的距离R+1.5。,冲压,冲压,1、冲压模具分类,实际生产中,模具的种类繁多,结构各异,分类的方法不一样,模具的种类就不一样.可以按照用途或者成型原理进行分类.,实际生产中,根据工序类别、压力机型式等的差异又可以进行不同的分类。,按照成型原理进行分类可以分为：拉深模、弯曲模和冲裁模。,例如：拉深模可以分为首次拉深模、二次拉深模、三次拉深模。,冲裁模按进行和出件方式分为手动模、半自动模和自动模；,1.3 冲压模具,冲压,2、模具材料,模具材料是模具制造的基础，模具材料和热处理技术对模具的使用寿命、精度和表面粗糙度起着重要的决定性作用。,根据模具材料的性能特点选用合理的模具结构，并采取相应的维护措施。,根据模具材料的工艺性能将直接影响模具的加工的难易程度、模具加工的质量和加工成本。,因此在进行模具设计时，除了考虑合理的模具结构外，还要选用合理的模具材料和热处理工艺，这样才能使模具获得良好的工作性能和较长的工作寿命。,制造冲压模具的材料有：灰铸铁、铸钢、硬质合金、塑料等；,冲压,3、冲压材料的选用原则,选用冲压材料时，首先要满足冲压件的使用要求：比如对于机器上的主要冲压件要有足够的强度和刚度，电机和电器上的冲压件要有足够的导电性和导磁性，汽车和飞机上的冲压件要有足够的强度还要求尽可能的减小质量。,从这里可以看出，不同的用途就决定了要选用的不同的材料，但是最主要的满足冲压工艺要求，保证冲压工艺过程顺利完成。,1）、良好的冲压性能,对各种工艺要有适应性，塑性好,2）、良好的表面质量,废品少、模具不易损坏、制件的表面质量好,冲压,3）、符合国家的厚度标准,模具的间隙是根据材料的厚度来确定的，所以材料的厚度公差要符合国家标准，否则的话将影响工件质量或者设备。,4）、新设计的冲压件要和过去的冲压件进行对比,可以确定材料的变形状态、线增长率等。,5）、试冲压,获得材料的成型性资料,6）、在生产准备阶段掌握材料成型的难易程度,试运转阶段，核对材料的适应性、生产稳定性和加工条件，最后确定大量生产用材料。,冲压,1.焊接的实质,1.1 概述,焊接的实质是使两个分离的物体通过加热或加压，或两者并用，在用或不用填充材料的条件下借助于原子间或分子间的联系与质点的扩散作用形成一个整体的过程。,焊接,1)焊接工艺 永久性连接 起源于一次世界大战后（凡尔赛公约）2)现代工业的基础工艺 造船、航空、锅炉、化工、机械、汽车,2.焊接的定义,焊接是通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种方法。,1）、熔焊：将待焊处母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法称为熔焊,2）、压焊：焊接过程中，必须对焊件施加压力,以完成焊接的方法称为压焊。,焊接,3）、钎焊：钎焊是硬钎焊和软钎焊的总称。采用比母材金属熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材溶化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。,3.焊接的分类,焊接,2.汽车焊装对焊接工艺的要求,1）提高焊缝的强度、耐蚀性、密封性和外观质量,前悬挂件一般为箱形截面，采用电焊与电弧焊，电弧焊方面采用二氧化碳气体保护焊；,3.几种典型汽车零件的焊接实例,2）采用经济的焊接工艺，适应大量生产和节省劳动力；,1）前悬挂件,2）转向轴,将渗碳后的蜗杆与轴相结合，一般采用闪光对焊，最近有摩擦焊代替闪光焊，可以得到较高的疲劳强度；,焊接,3）盘形车轮,盘形车轮由中间盘形辐板和外侧轮辋组成，一般用点焊固定。,4）制动蹄,使用凸焊工艺。,5）后桥壳,是以较厚钢板制成，焊缝长，以前采用埋弧自动焊，现在采用二氧化碳气体保护焊。,6）汽油箱,一般采用滚焊工艺来保证其气密性。,7）车身零部件,汽车上的板件采用1mm左右的钢板制成,一般采用点焊,基本上实现了焊接的自动化。,焊接,1.2 焊接方法,根据焊接过程中金属所处的状态不同来介绍一些常用的焊接方法,(一)电弧焊,1、焊接电弧：气体介质中导电现象。,焊接,(二)埋弧焊,1、特点：大电流（1000A）、生产率高、焊接质量高且稳定、节约金属、改善劳动条件、自动化程度高、工艺装备复杂、适合批量生产,（三）电阻焊,3、特点生产率高、焊接变形小操作简便、易实现自动（汽车外壳焊接）设备复杂、耗电量大接头形式、工件厚度受到限制,2、电阻热：Q=I2Rt,4、分类：点焊、缝焊、对焊,1、电阻焊：是利用电流通过工件及焊接接触面间所产生的电阻热，将焊件加热至塑性或局部熔化