云天課件－高職《汽車機械基礎》項目三汽車金屬制造工藝

汽車機械基礎授課：胡志恒項目三

汽車金屬制造工藝P.57

汽車上很多零部件都是通過鑄造、焊接、鍛壓等工藝成型的，這三種也是金屬材料成型的主要方法。進一步了解和學習鑄造、焊接、鍛壓的特點和工藝過程，對我們提高汽車的技術性能和使用壽命有著重要的作用。任務描述任務一金屬材料的鑄造與焊接P.571.鑄造基礎

鑄造是熔煉金屬，制造鑄型，并將液態(tài)金屬澆注到鑄型型腔中，待其冷卻凝固后，獲得一定形狀和性能的毛坯或零件的成形方法。

任務一金屬材料的鑄造與焊接一、鑄造P.58鑄件特征：表面比較粗糙，尺寸精度不高，一般作為毛坯，需經切削加工方能制成零件。

少數精密鑄件也可直接使用，例如用特種鑄造的方法生產的某些零件。1.鑄造基礎鑄造生產特點：

任務一金屬材料的鑄造與焊接一、鑄造

P.581.鑄造基礎鑄造生產特點：

1）鑄造可以制成形狀復雜，特別是內腔形狀復雜的零件毛坯。如汽車發(fā)動機的缸體、缸蓋、變速箱殼體、進排氣支管、驅動橋殼體、機床車身等（見圖3-1-1）。

任務一金屬材料的鑄造與焊接一、鑄造

（a）發(fā)動機缸體、缸蓋(b)

變速箱殼體(c)進排氣支管圖3-1-1常見汽車鑄件

2）鑄件的質量大小范圍很寬鑄件的質量輕則幾克，重則數百噸；壁厚可以從0.5mm到幾百毫米。P.58

3）鑄造材料應用廣泛常用的金屬材料都可用于鑄造，對于那些塑性很差的合金（生鐵、青銅、鑄鋁合金等），鑄造是制造零件毛坯的唯一方法。

4）鑄造成本低鑄造一般都不需要昂貴的設備；鑄造毛坯的形狀和尺寸接近于零件，節(jié)約金屬，減少切削加工量；鑄造材料來源廣泛，可以回收報廢幾件、廢鋼和切屑等。5）鑄造生產工藝復雜，生產周期長，鑄件力學性能較差，勞動強度大，且易造成對環(huán)境的污染，鑄造的缺陷較多，質量難以控制，廢品較多。任務一金屬材料的鑄造與焊接一、鑄造P.581.鑄造基礎鑄造生產特點：

2.合金的鑄造性能

主要指合金的流動性和收縮性

1）金屬或合金的流動性

液態(tài)合金流動時充滿型腔的能力。任務一金屬材料的鑄造與焊接一、鑄造P.58流動性問題：澆不足、氣孔等缺陷。

流動性比較：鑄鐵最好、鋁硅合金次之、鑄鋼最差。

2）鑄件的凝固與收縮

澆注鑄件時，液態(tài)合金凝固和固態(tài)鑄件冷卻過程中的體積收縮。收縮性問題：收縮過大，造成形狀尺寸變化、縮孔、裂紋等缺陷。

收縮性比較：鑄鐵最好、鑄鋼最差。

3．砂型鑄造（傳統(tǒng)方法）砂型鑄造是指用型砂緊實成形的鑄造方法。其生產過程主要由配砂、造型、制芯、合箱、熔煉、澆注和清理。例如，套筒鑄件的生產過程如圖3-1-2所示。任務一金屬材料的鑄造與焊接一、鑄造P.58砂型鑄造過程：造芯、合箱、澆注、落砂、清理、檢驗

與砂型鑄造不同的其他鑄造方法稱為特種鑄造。常用的特種鑄造方法如下：

1）熔模鑄造

4.特種鑄造任務一金屬材料的鑄造與焊接一、鑄造P.58

2）金屬型鑄造

3）壓力鑄造4）離心鑄造

焊接是通過加熱或加壓，或者兩者并用，使兩個分離的金屬達到原于結合，連接成一個整體的加工方法。焊接是一種不可拆連接，它不僅可以連接各種同類的金屬，也可以連接各種不同類金屈。焊接的方法很多，按焊接的結合特點可分為熔焊、壓焊和釬焊三大類。

熔焊是指焊接過程中將工件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。其是最基本的焊接方法，在焊接生產中占主導地位，常見的熔焊方法有氣焊、電弧焊、電渣焊等。

熔焊任務一金屬材料的鑄造與焊接

二、焊接P.58

壓力焊

釬焊

1.手工電弧焊手工電弧焊是電弧焊中的一種。手工電弧焊是利用電弧放電時產生的熱量(溫度高達3600℃)來熔化母材金屬和焊條，從而獲得牢固接頭的焊接過程。手工電弧焊特點：設備簡單，使用靈活、方便，適用于任意空間位置的焊接；但生產率低，勞動強度大，焊接質量決定于焊工的技術水平。

圖3-1-6手工電弧焊

（a）交流電焊機（b）直流電焊機圖3-1-7電焊機

任務一金屬材料的鑄造與焊接

二、焊接P.58（1）焊接過程

圖3-1-8電焊條

（2）手工電弧常用設備與工具

①電弧焊機

②常用工具

電焊鉗、面罩、手錘、焊條保溫筒、鋼絲刷、皮手套、皮足蓋、絕緣膠鞋等防護用具

③焊條

1.手工電弧焊

任務一金屬材料的鑄造與焊接

二、焊接P.58

（3）手工電弧焊的基本操作：

手工電弧焊的焊接步驟一般包括引弧、運條、接頭、收尾和焊后清理等幾個環(huán)節(jié)。圖3-1-9常用的運條方法

（4）焊接工藝：

焊接的基本接頭形式有對接、搭接、角接和T形接四種.

1.手工電弧焊

任務一金屬材料的鑄造與焊接

二、焊接P.58(a)對接(b)搭接(c)角接(d)T形接

圖3-1-11對接接頭坡口形式

1.手工電弧焊

任務一金屬材料的鑄造與焊接

二、焊接P.58

（4）焊接工藝

坡口形式：圖3-1-12焊縫的空間位置

焊縫空間位置：

1.手工電弧焊

任務一金屬材料的鑄造與焊接

二、焊接P.64

（4）焊接工藝

焊條直徑焊條直徑主要根據焊件厚度來選擇。焊接厚板時應選較粗的焊條。表3-1-1為平焊時焊條直徑與焊件厚度的關系。

焊接工藝參數：

焊接電流

焊接電流主要根據焊條直徑選擇。電流過大，金屬溶化快，溶深大，工件易燒穿；電流過小，未焊透，出現夾渣等缺陷。

焊接速度

影響焊接生產率和焊接質量。

圖3-1-13氣焊氣割裝置圖

利用可燃氣體與助燃氣體混合物燃燒所釋放出的熱量來熔化焊件和焊絲的一種焊接方法稱為氣焊。氣割是使氣體火焰的熱能將工件切割處預熱到一定溫度后，噴出高速切割氣流，使其燃燒并放出熱量實現切割的方法，其加熱的原理與氣割相同氣焊與氣割使用的可燃氣體目前大多是乙炔氣，助燃氣體是氧氣。它的設備與工具主要有氧氣瓶、乙炔瓶、減壓器、焊炬、割炬等，

2.氣焊與氣割

任務一金屬材料的鑄造與焊接

二、焊接P.58

圖3-1-13氣焊氣割裝置圖

2.氣焊與氣割

任務一金屬材料的鑄造與焊接

二、焊接P.58氬弧焊

電阻焊

二氧化碳氣體保護焊圖3-1-14二氧化碳氣體保護焊

3.汽車常用其它焊接方法

任務一金屬材料的鑄造與焊接

二、焊接P.58圖3-1-15氬弧焊過程原理圖電阻焊

焊接接頭會產生不符合設計或工藝要求的缺陷，主要有氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、焊瘤、咬邊等，

5.常見的焊接缺陷任務一金屬材料的鑄造與焊接

二、焊接P.58圖3-1-16常見焊接缺陷

任務一金屬材料的鑄造與焊接

二、焊接P.586.焊接應力與變形減少變形的措施：

反變形法、錘擊法、夾持法、合理選擇工藝。焊接應力：焊接熱脹冷縮不均。

焊接變形：

金屬壓力加工是在外力的作用下，使金屬坯料產生塑性變形來獲得滿足形狀、尺寸和力學性能要求的零件或毛坯的加工方法。壓力加工在現代工業(yè)中占有非常重要的地位，被廣泛地應用于工業(yè)生產的各個領域，

金屬壓力加工具有以下工藝特點：制件組織致密、力學性能高；較高的生產率；實現少或無切削加工；加工設備復雜，工件形狀簡單。

鍛造（熱）與沖壓（冷）

任務二金屬材壓力加工P.58

鍛造是汽車零件的生產制造中不可缺少的重要加工方法之一，例如汽車發(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、橋箱內的傳動齒輪等（如圖3-2-1所示）。(a)轉向節(jié)(b)半軸套管(c)連桿(d)轉向節(jié)臂圖3-2-1汽車常用鍛件

P.58任務二金屬材壓力加工

一、鍛造自由鍛造是用沖擊力或壓力使金屬材料在上下兩個砧塊之間產生塑性變形，以獲得所需形狀和尺寸鍛件的工藝方法。金屬坯料在抵鐵間受力變形時，除打擊方向外，朝其他方向的流動基本不受限制，鍛件形狀和尺寸由鍛工的操作技術來保證。

1．自由鍛造P.58任務二金屬材壓力加工

一、鍛造

自由鍛造方法：墩粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、錯移、扭轉、鍛接。

（a）完全墩粗

(b)一端墩粗

(c)中間墩粗

P.58

1．自由鍛造

1）墩粗任務二金屬材壓力加工

一、鍛造

P.58(a)平砧上拔長(b)在芯軸上拔長

自由鍛造方法：墩粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、錯移、扭轉、鍛接。

1．自由鍛造2）拔長任務二金屬材壓力加工

一、鍛造

P.58

自由鍛造方法：墩粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、錯移、扭轉、鍛接。

1．自由鍛造3）沖孔任務二金屬材壓力加工

一、鍛造

P.58

自由鍛造方法：墩粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、錯移、扭轉、鍛接。

1．自由鍛造4）彎曲

(a)角度彎曲

(b)角度彎曲

(c)成形彎曲任務二金屬材壓力加工

一、鍛造

P.58

自由鍛造方法：墩粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、錯移、扭轉、鍛接。

1．自由鍛造5）切割任務二金屬材壓力加工

一、鍛造

P.58

自由鍛造方法：墩粗、拔長、沖孔、彎曲、切割、錯移、扭轉、鍛接。

1．自由鍛造任務二金屬材壓力加工

一、鍛造

。

P.58

2．自由鍛造件的分類及鍛造工序任務二金屬材壓力加工

一、鍛造

。

模型鍛造是指利用模具使毛坯變形而獲得鍛件的鍛造方法，簡稱模鍛。由于鍛件的形成是在一定形狀與尺寸的模腔內進行的，因此它有以下特點：1)生產率比自由鍛造高3～4倍。2)鍛件尺寸精度高，表面光潔，公差和余量小，節(jié)省材料及切割加工費用。3)可以生產形狀比較復雜的鍛件。如汽車的前橋、轉向節(jié)、發(fā)動機的曲軸、連桿等。4)制模費用與成本費用高，故不宜采用單件和小批量生產。錘上模鍛

胎膜鍛

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3．模型鍛造任務二金屬材壓力加工

一、鍛造

錘上模鍛胎膜鍛

任務二金屬材壓力加工

一、鍛造P.58

3．模型鍛造

板料沖壓是用沖模使板料分離或變形的一種加工方法，又稱冷沖壓。當板料厚度大于8mm時，應采用熱沖壓。沖壓生產中常用的設備是剪床和沖床。

P.58任務二金屬材壓力加工

二、板料沖壓

①便于實現機械化和自動化，生產率很高，操作簡便，故零件成本低。

②可以沖壓出形狀復雜的零件，一般不需再進行切削加工。

③低碳鋼和有色金屬板材，產品重量輕、材料消耗少、強度高、剛性好。

④沖模保證產品具有足夠高的精度和較低的表面粗糙度，尺寸穩(wěn)定，互換性好。但沖模制造復雜、成本高，只有在大批量生產條件下，其優(yōu)越性才顯得突出。板材沖壓成形具有下列特點：

P.58

圖3-2-14汽車車身零件分解圖任務二金屬材壓力加工

二、板料沖壓

1.分離工序（沖裁）

P.58任務二金屬材壓力加工

二、板料沖壓

2.

變形工序

任務二金屬材壓力加工

二、板料沖壓P.58

金屬切削加工是利用切削刀具與工件的相對運動，從工件上切除多余材料的加工方法。

切削加工是汽車制造過程中的一種重要的工藝方法。通過車削、銑削、鉆削、鉸削、拉削、磨削和螺紋切削等各種切削工藝和方法，才能達到所需要的精確的表面形狀、尺寸精度、位置精度和表面粗糙度等各種要求。

任務三金屬切削加工

P.58知識準備

車床

金屬切削機床

任務三金屬切削加工

P.58銑床刨床磨床鉆床

1．切削運動

為了進行切削加工以獲得工件所需的各種形狀，并達到要求的加工精度和表面粗糙度，刀具和工件必須完成一系列運動。按切削時工件和刀具相對運動所起的作用不同可分為主運動和進給運動。

P.58

任務三金屬切削力加工

一、金屬切削加工基礎知識主運動：切削加工中最主要的運動。

進給運動：使新的金屬層不斷投入切削的運動。2.切削要素1）切削加工表面

P.58

任務三金屬切削力加工

一、金屬切削加工基礎知識

①待加工表面是有待被切除金屬的表面②加工表面是工件正在被切削的表面(過渡表面)。

③已加工表面是工件上切去一層金屬后，所形成的新的表面

①切削速度v：主運動的線速度。單位：m/s(或m/min)

②進給量f：進給運動方向上刀具與工件的相對位移量。單位：mm/r

③切削深度

：每次走刀的切入深度。單位：mm2.切削要素

2）切削用量

P.58任務三金屬切削力加工

一、金屬切削加工基礎知識切削用量三要素，是關系到加工質量、刀具消耗、加工生產效率和生產成本的重要因素。在加工中必須合理選擇。

3.切削刀具材料與幾何形狀（1）刀具材料應具備的性能

P.58任務三金屬切削力加工

一、金屬切削加工基礎知識

高硬度、高耐磨性、高的紅硬性、足夠強度和塑性、一定的工藝性。

（2）常用的刀具材料

碳素工具鋼、低合金工具鋼、高速鋼、硬質合金

3.切削刀具材料與幾何形狀

P.58任務三金屬切削力加工

一、金屬切削加工基礎知識（3）刀具的幾何形狀

典型車刀：三面兩刃一刀尖。

4.切削液切削液主要用來減少摩擦和降低切削溫度。合理使用切削液，以保證刀具耐用度和表面加工質量。

切削液的作用：冷卻與清洗、潤滑與防銹。切削液的種類主要有：乳化液、切削油。

P.58任務三金屬切削力加工

一、金屬切削加工基礎知識

5.工件材料的切削加工性

切削加工性好的材料：鋁合金、銅合金、鑄鐵、低中碳鋼等。

不易切削的材料：不銹鋼、鈦合金。

切削加工，在機床上用刀具對零件毛坯進行切削加工，獲得所零件形狀尺寸的方法。包括車、鉗、刨、銑、磨等等。

6.切削過程

金屬切削過程是指刀具從工件毛坯上切去多余金屬形成切屑的過程。

P.58任務三金屬切削力加工

一、金屬切削加工基礎知識

（1）切削力金屬被切削時，刀具切人工件，被加工材料發(fā)生變形，最后成為切屑所需要的力稱切削力。

（2）切削熱在切削過程中，切削力使切屑變形、刀具與工件以及刀具與切屑之間的摩擦共同產生了大量的切削熱，這些切削熱實質上是由切削功轉變來的。

（3）積屑瘤在一定的溫度和壓力下切削塑性材料時，切屑粘附在刀尖上，長出一個“瘤”狀的金屬塊，這就是積屑瘤。

積屑瘤對精加工有害，必須避免；而對粗加工則無害。

切削加工方法有車削、鉆削、鏜削、刨削、插削、拉削、銑削和磨削等，下面介紹幾種最常用的加工方法。

P.58任務三金屬切削力加工

二、常用金屬切削加工方法

車削是機械加工中的基本工種，它的技術性很強，主要用車床加工回轉表面，所用刀具是車刀，還可用鉆頭、鉸刀、絲錐、滾花刀等刀具。

1.車削主軸箱：主軸變速，主軸輸出掛輪箱：把主軸運動傳給進給箱進給箱：走刀變速，輸出光杠和絲杠卡盤：裝夾工件絲杠：車螺紋的傳動軸尾座：裝夾頂尖、鉆頭、鉸刀等床身：支承安裝車床其它部件，也是床鞍、尾座運動的導向部分。光杠：自動走刀的傳動軸刀架：安裝車刀的裝置溜板箱：帶動刀架實現縱、橫進給及車螺紋（1）車床

P.58任務三金屬切削力加工

二、常用金屬切削加工方法

1.車削（1）車床加工范圍(a)車外圓(b)車端面(c)車錐面(d)切槽、切斷

(e)切內槽(f)鉆中心孔(g)鉆孔(h)鏜孔

(i)鉸孔(j)車成形面(k)車外螺紋(l)滾花

P.58任務三金屬切削力加工

二、常用金屬切削加工方法

1.車削（2）車削加工的工藝特點

1）等截面的連續(xù)切削,車削生產效率高。

2）車削加工應用范圍廣泛工件結構形狀、工件材料種類、各類刀。

3）車刀為單刃刀具，結構簡單，制造容易，刃磨方便。4）多用于粗加工、半精加工，精度：IT12~IT7,Ra12.5~1.6μ。

鉆削是在鉆床上用鉆頭在工件加工孔的方法。(a)臺式鉆床(b)立式鉆床(c)搖臂鉆床

P.58任務三金屬切削力加工

二、常用金屬切削加工方法

2.鉆削（1）鉆床

P.58任務三金屬切削力加工

二、常用金屬切削加工方法

2.鉆削（3）鉆削的工藝特點

（2）鉆孔利用鉆床(也可以用車床、鏜床和銑床)在實體材料上用鉆頭加工出孔的方法稱為鉆孔。工作部分柄部切削部分導向部分(a)錐柄麻花鉆頸部(b)直柄麻花鉆1）鉆削加工，半封閉，切削量大，觀察、排屑困難。2）