第2章汽车零件常用制造工艺基础知识ppt课件.ppt
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1、第二章 汽车零件常用制造工艺基础,第一节 铸造工艺基础,第二节 锻造工艺基础,第三节 焊接工艺基础,第四节 冲压工艺基础,第七节 毛坯的选择,第五节 粉末冶金工艺基础,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毛坯或零件的成形方法。铸造的毛坯或零件称为铸件。,铸件材质:铸铁、铸钢、铸铝、铸铜 铸铁:白口:C以FeC形式存在 灰口:C以片状自由态存在 球铁:C以球状自由态存在 可锻:C以团絮状存在 蠕墨:灰口铁中添加稀土元素,车用铸件特点与分类:特点:1、薄壁、形状复杂、尺寸精度高;2、生产批量大;3、材质要求高,如强韧、抗压等。分类:砂
2、型铸造(90%)和特种铸造,合金的铸造性能1 流动性:液态合金的流动能力,影响充型能力。流动性好,则充型能力强,铸造缺陷少 影响因素:合金成分、浇注温度压力和铸型等,2.收缩性:液态与凝固收缩是产生缩孔(宏观)、缩松(微观)的基本原因;固态收缩是产生内应力、变形和裂纹的基本原因。影响因素:合金成分,浇注温度、铸型等。3.偏析及吸气性:偏析:铸件中出现化学成分不均匀的现象称为偏析,偏析使铸件性能不均匀;吸气性:熔炼、浇注时吸收气体的性能。冷凝时如气体不逸出,会在铸件中形成气孔或夹杂物(如FeO)。降低吸气性的方法主要有:缩短熔炼时间,炉料烘干;加保护气;提高铸型和型芯透气性;降低含水量等。,二、
3、砂型铸造的造型工艺,(一)砂型铸造的工艺过程,套筒的砂型铸造过程示意图,造型材料 型砂、芯沙:砂、粘结剂(粘土、桐油、合成脂等)、特殊附加物(如:木屑增加透气性;煤粉加强防粘性)。芯砂要比型砂具有更好的耐火性、强度、透气性、退让性(不阻碍收缩)。造型方法:手工造型与机器造型,(二)造型材料与造型方法,(三)砂型制造,1、砂型的组成,2、铸件浇注位置和分型面的选择,选择铸件浇注位置要考虑以下原则:a.铸件的重要加工面、主要工作面应朝下或在侧面(图12、13):保证组织均匀、致密;,铸件浇注位置:指铸件在铸型中的位置与姿态,b、大平面朝下(图2-14):在上时,由于热上升,型砂膨胀,易使铸件拱起c
4、.铸件薄壁部分应放在下部(图2-15):下部组织均匀、防热拱起,d.易形成缩孔的铸件,较厚的部分保证铸件实现定向凝固(图2-16);e.尽量减少型芯,利于其安放、合型、排气(图2-17)。,分型面:两个半铸型相互接触的表面,选择分型面要考虑以下原则:a.分型面应尽量采用平面(图2-19);b.分型面数量尽量少(图2-20);c.尽量使铸件全部或大部分放在同一砂型中(图2-21);d.应尽量减少型芯和活块的数量(图2-21)。,方案a:制模(手工)的过程中需要手工翻动沙箱,取出样模,生产率低,方案b:需用三箱手工造型方案c:两箱机器造型,减小错箱误差,保证位置精度(加工基准面为350,内孔与其在
5、一个箱容易保证二者位置精度和组织的均匀。若以350为分型面,虽可简化型芯,但分型面处铸造质量难以保证,(四).工艺参数的选择,铸造工艺方案确定以后,还要选择各种工艺参数。加工余量:为进行机械加工,铸件比零件增大的一层金属称为加工余量 加工余量取决于铸造合金的种类、造型方法、铸件大小及加工面在铸型中的位置等诸多因素。一般,各种铸造方法的加工余量可参阅机械制造手册。(2)起模斜度:为使模样便于从铸型中取出,垂直于分型面的立壁要有一定的斜度,称之为起模斜度。一般取0.5 4。(3)铸造圆角:防止铸件连接和拐角处产生应力、裂纹,防止铸型的尖角损坏和产生砂眼。,(4)型芯头:保证型芯在铸型中的定位、固定
6、和排气,型模和型芯都要设计出型芯头,型芯要有排气孔。(5)收缩余量:为补偿铸件收缩,模样要比铸件图纸尺寸略大,这个增大的数值称为收缩余量。一般灰铸铁的收缩余量为0.8%-1.0%,铸钢为1.8%-2.2%,铸造铝合金为1.0%-1.5%。收缩余量大小通常与合金种类、铸造工艺、铸件在收缩时的受阻情况等有关。,(五)铸造工艺图:用工艺符号或文字,将铸造工艺方案、工艺参数、型芯等绘制在零件图上形成的图形。,四、特种铸造,1.金属型铸造,特种铸造:指与砂型铸造不同的其他铸造方法。方法种类:金属型铸造、压力铸造、低压铸造、离心铸造、熔模铸造、陶瓷型铸造、石膏型铸造等等。,概念:借助重力将熔融金属浇注入金
7、属铸型获得铸件的方法.常用的垂直分型式金属型如图2-6所示。特点:“一型多铸”,铸件精度和力学性能高。尺寸精度IT12-IT16,表面粗糙度Ra6.3-12.5 应用:用于形状不复杂的中、小铸件的大批量生产中。如汽车中的铝合金缸盖、进气管及活塞等。工艺措施:1)排气;2)型腔喷耐火涂料;3)预热金属型,2.压力铸造(压铸机+金属膜),概念:指将熔融金属在高压下高速充型,并在压力下凝固的铸造方法。压力铸造使用的压铸机如图2-7所示。,特点:高压、高速充型(压力:5-150MPa,时间:0.15s,充填速度:5-100m/s),无流动性问题,生产率很高,适用于大批量生产(设备、铸型投资大)。组织细
8、密,精度高:力学性能比砂型铸造提高20%-40%。精度:IT11-IT13,Ra1.6-6.3排气困难,这可导致铸件表皮下产生含气体的微孔,容易引起压铸件变形。因此,压力铸造铸件不能进行热处理。结构工艺性:可铸出细小的螺纹、孔、齿、文字等;适用于薄壁件(铝合金:1.5-5mm,铜合金2-5mm);应用:在汽车上的压铸件上百种,如铝压铸件缸体、缸盖等。,3.低压铸造,概念:在20-60kPa的压力下,使金属液自下而上热压入铸型并在压力下结晶凝固的铸造方法。原理如图2-8。,特点:压力可控,压力下凝固,组织致密,无缺陷。成品率高,金属利用率高(可达95%)。铸件表面粗糙度可达IT14-lTl2,最
9、小壁厚为2-5mm。应用:适用于各种材料的铸型(金属型、砂型、壳型和熔模铸型)。可以生产铝、镁、铜合金和少量钢制薄壁壳体类铸件,例如发动机的缸体和缸套,高速内燃机的活塞、带轮、变速箱壳体等。,4.离心铸造,概念:将熔融金属浇入绕轴回转的铸型中,在离心力的作用下凝固成形的铸造方法。如图2-9所示。特点:在离心力作用下结晶,铸件组织致密,但内表面质量较差,尺寸不够准确。应用:主要用于制造铸钢、铸铁、有色金属等材料的各类管状零件的毛坯。常用于铸造要求壁厚均匀的中空铸件。,5、熔模铸造,工艺过程:蜡模结壳(涂挂耐火材料)脱蜡焙烧(硬化)填砂浇注破壳取件特点:没有任何分型面,精度较高。应用:形状复杂的零
10、件(如叶片)、难以切削加工的零件(如刀具),第二节 锻造工艺基础,一、概述,锻造:利用金属材料的可塑性,借助外力和模具的作用,使坯料或铸锭产生变形并形成所需要的形状、尺寸和一定组织性能的零件的加工方法。锻造加工的主要形式有:,(1)自由锻与模锻(含胎膜锻):,自由锻的主要设备:锻锤、压力机模锻的主要设备:模锻锤、模锻压力机(锻模固定在锤头、砧座上)胎膜锻:自由锻设备+锻模(不固定在锤头上)工艺:自由锻制坯胎膜锻1胎膜锻2-。-成型特点:1、自由锻设备、准模锻效果;2、多模联合使用,小设备大工件,模锻按成形温度又可分为:热锻:锻造过程结束时,锻件温度高于材料的再结晶温度。(通常,对钢铁材料,要加
11、温至1200度左右)。热锻无加工硬化现象,但要经历再结晶过程,即锻后变形大,属非精密成型,所需压力小。冷锻:在室温或经软化退火处理后进行的锻压,所需压力较大,锻后变形小,是一种精密成型技术,在汽车的小型零件加工中有广泛应用,主要用于中低碳钢。温锻:介于前两者之间的加热锻造,也是一种精密成型技术,具有前两者的优点。,(2)轧制:一般为热轧,利用金属坯料与轧辊接触表面的作用力,使金属坯料截面减小、长度增加的加工方法。图2-11(3)拉拔:金属坯料在拉力作用下通过拉拔模孔使截面缩小、长度增加的加工方法。图2-12(4)挤压:在挤压模内,使金属坯料受压并被挤出模孔,产生变形的加工方法。图2-13,锻造
12、特点:(1)可改善金属组织,细化晶粒,提高材料力学性能。(2)不需要切除金属,材料利用率高,工件强度高。(3)锻压件力学性能好、表面光洁、精度高、刚度大。(4)实现机械化、自动化,生产率高。(5)金属变形不能太大,工件形状不能太复杂,设备投资大。,锻造的适用范围:汽车中锻造的主要应用如下:(1)发动机:曲轴、连杆、连杆盖、凸轮轴、进排气门等。(2)前悬架:上悬臂架、下悬臂架、转向横拉杆球铰头等。(3)前桥:转向节、转向节臂等。(4)转向:转向扇形轴、转向摇臂等。(5)后桥:后车轴、外壳末端。(6)驱动轴:驱动轴、十字轴、轴叉、变速齿轮。(7)差速器:主动小齿轮、环齿轮、凸缘叉。(8)等速万向节
13、、半轴齿轮轴、轴承外座圈、内轴承座圈。,金属的锻造性能:锻造性能:亦称可锻性。通常以金属塑性变形能力和变 形抗力为衡量指标。影响因素:化学成分、金属组织、变形温度和速度等。,二、模锻,模锻:使金属坯料在锻模模腔内一次或多次承受冲击力或压力的作用,而被迫流动成形的锻造方法。,分类:锤上模锻、胎膜锻、压力机上模锻,特点与应用:(1)生产率高,金属变形是在模膛内进行,锻件成形快,适合于中、小型锻件的大批量生产。(2)模锻件尺寸相对精确,加工余量小;(3)可以锻出形状比较复杂的锻件;(4)比自由锻节省材料,切削加工量小,降低成本;(5)操作简单,易于实现机械化和自动化生产。(6)缺点是设备、模具成本高
14、;,锻模模膛:分为预锻模膛和终锻模膛两种。典型锻模结构如图2-14预锻模膛:使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸;终锻模膛:使工件达到要求的尺寸与形状。变形大、结构复杂的锻件常常要有若干个锻模:减小设备投资、防止锻件一次变形过大。,1.锻模,2.锤上模锻工艺规程的制订,一般工艺过程:切断毛坯加热坯料模锻切除飞边锻件热处理表面清理检验成堆存放。,模锻生产工艺规程包括:(1)绘制模锻件图:主要考虑问题与步骤:a.确定分模面:锻件最大尺寸截面(最好为平面);上下模膛分界处轮廓一致,深度相等,深度最浅为原则。b.选择余量、公差:根据锻件大小、形状和精度等级。一般余量:1-4mm,公差:+/-0.3-3m
15、m。,(1)模锻件应有合理的分模面、模锻斜度和圆角半径;(2)模锻件的几何形状应有利于金属成形;(3)应尽量避免锻件上有深孔或多孔结构;(4)形状复杂的模锻件可采用锻-焊组合工艺。,c.确定模锻斜度:一般外壁t=510,内壁斜度=t+25。d.确定凸凹圆角半径(rR):一般:r=单面加工余量+零件圆角半径,R=(23)r。(2)确定模锻工步:主要依据锻件的形状和尺寸确定,轴类模锻件:拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻等工步。盘类模锻件:墩粗、预锻和终锻等工步。(3)锻件修整:切边、冲去连皮、清理、精压、热处理等。,3.模锻零件结构工艺性要求,1、挤压:通过对挤压模内坯料施加强大压力,使它发生变形而获
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