汽車制造工藝及其自動化

汽車制造工藝及其自動化第1頁/共313頁

汽車制造工藝是以汽車制造中的工藝問題為研究對象，比較系統(tǒng)的闡述了汽車制造工藝的一些基本理論、內(nèi)容以及涉及汽車制造的各種工藝過程。

汽車制造工藝過程包括：鑄造、鍛造、沖壓、焊接、電鍍、涂漆以及裝配，講述內(nèi)容時我們主要突出其工藝工程，而不關(guān)注其工藝設(shè)計以及工藝實現(xiàn)時要求和工藝質(zhì)量控制，力求突出汽車制造的特點。

比如電鍍鋅工藝：堿水脫脂-水洗-堿洗-水洗-電解脫脂-水洗-堿水洗-鍍鋅-水洗-鈍化處理-水洗-熱水洗，我們只說明電鍍的分類、特點、其制造工序和工序的注意事項以及檢驗方法，不關(guān)注具體每種工許如何實現(xiàn)。緒論返回第2頁/共313頁

傳統(tǒng)制造技術(shù)吸收計算機、信息、自動化、新材料和現(xiàn)代管理技術(shù)，并綜合應(yīng)用產(chǎn)品的開發(fā)、設(shè)計、生產(chǎn)、管理、市場開發(fā)和售后服務(wù)，并取得社會經(jīng)濟效益的綜合技術(shù)。

生產(chǎn)工藝與生產(chǎn)規(guī)模、生產(chǎn)方式以及生產(chǎn)設(shè)備都有關(guān)系，汽車先進制造工藝：緒論

1、精益生產(chǎn)

2、敏捷制造

3、并行工程

4、快速成型技術(shù)

5、虛擬制造技術(shù)返回第3頁/共313頁

制造自動化是人類在長期的生產(chǎn)活動中不斷追求的目標。在計算機用于自動化之前，自動化的功能目標是以省力為主要目的，以代替人的體力勞動。隨著計算機和信息技術(shù)的發(fā)展，計算機和信息技術(shù)作為自動化技術(shù)的重要手段，使自動化的視野大大擴展，自動化的功能目標不再僅僅是代替人的體力勞動，而且還須代替人的部分腦力勞動。緒論

促使制造業(yè)逐漸由勞動密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型和知識密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變。制造自動化技術(shù)是制造業(yè)發(fā)展的重要標志，體現(xiàn)了一個國家科技水平的高低。采用制造自動化技術(shù)不僅顯著地提高勞動生產(chǎn)率、大幅度提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高經(jīng)濟效益，還有效地改善勞動條件、提高勞動者的素質(zhì)、有利于產(chǎn)品更新、帶動相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，大大提高企業(yè)的市場競爭能力。第4頁/共313頁

廣義——制造自動化則包含了產(chǎn)品設(shè)計自動化、企業(yè)管理自動化、加工過程自動化和質(zhì)量控制自動化等產(chǎn)品制造全過程以及各個環(huán)節(jié)綜合集成自動化，以使產(chǎn)品制造過程實現(xiàn)高效、優(yōu)質(zhì)、低耗、及時、潔凈的目標。

緒論

狹義——制造自動化的含義是生產(chǎn)車間內(nèi)產(chǎn)品的機械加工和裝配檢驗過程的自動化，包括切削加工自動化、工件裝卸自動化、工件儲運自動化、零件與產(chǎn)品清潔及檢驗自動化、斷屑與排屑自動化、裝配自動化、機器故障診斷自動化等。第5頁/共313頁

主要講狹義的自動化——機械加工過程以及與此關(guān)系緊密的物料儲運、質(zhì)量控制、裝配等過程。緒論

1、加工設(shè)備自動化

2、物流自動化

3、刀具自動化

4、裝配自動化

5、檢測自動化返回第6頁/共313頁1.機械制造工藝的定義鑄造1.1概述機械制造工藝是將各種原材料通過改變其形狀、尺寸、性能或相對位置，使之成為成品或半成品的方法和過程。機械制造工藝是機械制造業(yè)的一項重要基礎(chǔ)技術(shù)。機械制造工藝流程是由原材料和能源的提供、毛坯和零件成形、機械加工、材料改性與處理、裝配與包裝、質(zhì)量檢測與控制等多個工藝環(huán)節(jié)組成。第7頁/共313頁機械制造工藝按其功能的不同可分為三個階段：①零件毛坯的成形準備階段，包括原材料切割、焊接、鑄造、鍛壓加工成形等；②機械切削加工階段，包括車削、鉆削、銑削、刨削、鏜削、磨削加工等；③表面改性處理階段，包括熱處理、電鍍、化學(xué)鍍、熱噴涂、涂裝等。鑄造在現(xiàn)代機械制造工藝中，上述階段的劃分逐漸變得模糊、交叉，甚至合而為一.第8頁/共313頁2023/4/1692、鑄造定義鑄造

鑄造是熔煉金屬，制造鑄型，并將熔融金屬澆入鑄型，凝固后獲得一定形狀和性能的鑄件的成型方法。熔煉金屬鑄型澆注鑄件1)是機械零件毛坯或成品零件熱加工的一種重要工藝方法。2)用鑄造方法制造的毛坯或零件稱為鑄件。3)普通鑄件尺寸精度不高、表面粗糙，須切削加工才成為零件是制造復(fù)雜結(jié)構(gòu)金屬件的最靈活、最經(jīng)濟的成形方法，是目前零件毛坯生產(chǎn)的主要方法。第9頁/共313頁3、鑄造優(yōu)缺點

鑄造優(yōu)點：1）可以生產(chǎn)出形狀復(fù)雜，特別是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件毛坯，如各種箱體、床身、機架等。

2）鑄造生產(chǎn)的適應(yīng)性廣，工藝靈活性大。工業(yè)上常用的金屬材料均可用來進行鑄造，鑄件的重量可由幾克到幾百噸，壁厚可由0.5mm到1m左右。

3）鑄造用原材料大都來源廣泛，價格低廉，并可直接利用廢機件，故鑄件成本較低。缺點：

1）鑄造組織疏松、晶粒粗大，內(nèi)部易產(chǎn)生縮孔、縮松、氣孔等缺陷，因此，鑄件的力學(xué)性能，特別是沖擊韌度低于同種材料的鍛件。

2）鑄件質(zhì)量不夠穩(wěn)定。第10頁/共313頁機床、內(nèi)燃機、重型機器機械類別風(fēng)機、壓縮機拖拉機農(nóng)業(yè)機械汽車%70~9060~8050~7040~7020~30

各類機械工業(yè)中鑄件重量比一般機器設(shè)備45~904、應(yīng)用

鑄造第11頁/共313頁汽缸體、汽缸蓋、曲軸、凸輪軸

汽車典型鑄件舉例部件變速器發(fā)動機離合器制動器零件名稱撥叉、變速器殼離合器盤制動鼓、制動盤、制動鉗鑄造第12頁/共313頁鑄造第13頁/共313頁1.2鑄造方式鑄造1.砂型鑄造

用型砂緊實成型的鑄造方法稱為砂型鑄造。砂型鑄造是應(yīng)用最廣泛的一種鑄造方法，其主要工序包括：制造模樣，制備造型材料、造型、造芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理與檢驗等。

砂型在取出鑄件后便損壞，故稱為一次鑄型。砂型澆注的鑄件約占鑄件總產(chǎn)量的90％左右。

1)手工造型手工造型是全部用手工或手動工具完成的造型工序

砂型不同：兩箱造型、三箱造型、脫箱造型、地坑造型、組芯造型第14頁/共313頁特點：操作靈活、適應(yīng)性廣、工藝裝備簡單、成本低，但其鑄件質(zhì)量差、生產(chǎn)率低、勞動強度大、技術(shù)水平要求高模樣不同：整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活塊造型、刮板造型。

2)機器造型

機器造型是指用機器全部完成或至少完成緊砂操作的造型工序。

造型方法有：壓實緊實、高壓緊實、震擊緊實、震壓緊實、微震緊實、拋砂緊實、射壓緊實、射砂緊實。

特點：鑄件尺寸精確、表面質(zhì)量好、加工余量小，但需要專用設(shè)備，投資較大，適合大批量生產(chǎn)。鑄造第15頁/共313頁2.特種鑄造

分類：熔模鑄造、消失模（實型）鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、陶瓷型鑄造、電磁鑄造、爆炸成型等。鑄造

以金屬模取代砂型模，可使鑄件尺寸精確，表面光潔，內(nèi)部致密，鑄件可實少切削或無切削加工。

每一種特種鑄造方法都有其自身的特點，應(yīng)用場合都有一定的局限性，一般僅適用于中小型鑄件的生產(chǎn)，除熔模鑄造適用于鑄鋼件外，大多數(shù)特種鑄造方法僅局限于有色合金鑄件。第16頁/共313頁3．清潔(綠色)鑄造技術(shù)

清潔鑄造技術(shù)的主要內(nèi)容有：1)采用潔凈的能源:如以鑄造焦代替冶金焦；以少粉塵、少熔渣的感應(yīng)電爐熔化代替沖天爐熔化，以減輕在熔煉過程對空氣的污染。2)采用無砂和少砂的特種鑄造工藝:如壓力鑄造、金屬型鑄造、金屬型覆砂鑄造、擠壓鑄造等，改善操作者工作環(huán)境。3)使用清潔無毒的工藝材料:如研究使用無毒無味的變質(zhì)劑、精煉劑、粘結(jié)劑，用濕型砂無毒無污染粉料光潔劑代替煤粉等。鑄造第17頁/共313頁4)采用高潰散性型砂工藝:如樹脂砂、改性酯硬化水玻璃砂工藝。5)研究開發(fā)多種廢棄物的再生和綜合利用技術(shù):如鑄造舊砂的再生回收技術(shù)、熔煉爐渣的處理和綜合利用技術(shù)。6)研制開發(fā)鑄造機器人或機械手:以代替工人在惡劣條件下工作。鑄造第18頁/共313頁1.3鑄造工藝

鑄造工藝主要包括:造型與制芯、熔化、鑄造、熱處理、落砂處理；實際加工中，從實際用途出發(fā)，注意汽車鑄件的質(zhì)量，對鑄造工藝的特殊要求。2、汽車鑄件的質(zhì)量要求鑄件形狀復(fù)雜、尺寸精度高、采用薄壁鑄件、材質(zhì)穩(wěn)定、要求足夠的耐壓性和抗壓性。

3、鑄造技術(shù)造型技術(shù)、熔煉技術(shù)、材質(zhì)選擇以及鑄造方法上進行特殊處理。鑄造

1、鑄件工藝性要求鑄件結(jié)構(gòu)的合理性、對鑄造方法要有適應(yīng)性第19頁/共313頁1)鑄件應(yīng)有合理的壁厚2)鑄件壁厚應(yīng)力求均勻1、鑄件結(jié)構(gòu)的合理性3)鑄件壁的聯(lián)接形式要合理4)盡量避免過大的水平面5)避免冷卻收縮受阻和有利于減小變形2、鑄件結(jié)構(gòu)的工藝性1)鑄件的外形設(shè)計：少的分型面、盡量使分型面垂直、避免外部側(cè)凹、結(jié)構(gòu)上要有斜度2)鑄件的內(nèi)腔設(shè)計：少用型芯、型芯安放穩(wěn)固、排氣容易、清砂方便、避免封閉空腔鑄造返回第20頁/共313頁造型技術(shù)：可通過真空吸砂、氣流吹砂、氣動壓實、液動擠壓和氣沖等工藝手段獲得高緊實率鑄型（或高速高壓造型機）熔化技術(shù)：采用感應(yīng)爐，或者沖天爐與低頻感應(yīng)爐相結(jié)合的雙聯(lián)熔化方式。鑄造技術(shù)：結(jié)合材料、應(yīng)用場合、生產(chǎn)規(guī)模以及各種鑄造方法本身的特點，選用合適的鑄造技術(shù)。鑄造第21頁/共313頁鑄造

砂型鑄造基本工藝過程零件圖鑄造工藝圖模樣圖、芯盒圖、鑄型裝配圖制造模樣及芯盒混制芯砂預(yù)處理造型材料混制型砂造型制芯準備爐料熔煉金屬澆注化驗落砂、清理檢驗熱處理或防銹處理合格鑄件合型烘干鑄型烘干芯子第22頁/共313頁熔模鑄造基本工藝過程第23頁/共313頁1.4質(zhì)量控制1、影響鑄件質(zhì)量的主要因素鑄造

鑄造方案、造型、熔化、澆注、后處理等每一個過程都可能影響到鑄件的質(zhì)量1）鑄造方案是影響鑄造缺陷和經(jīng)濟性的重要因素，根據(jù)材料、壁厚、形狀、鑄造方法選擇；2、控制因素2）型砂配比、砂粒度對鑄件的尺寸精度和表面粗糙度有重要影響；3）砂型硬度和含水量與氣孔和縮孔有密切影響；第24頁/共313頁4）熔化與澆注條件、鐵水成分也是影響鑄件質(zhì)量的重要因素；3、質(zhì)量控制1）外觀檢查2）尺寸檢查3）材料檢查4）耐壓防漏檢查5）無損探傷檢查第25頁/共313頁兩箱造型

最基本的造型方法，鑄型由成對的上型和下型構(gòu)成，操作簡單。適用于各種生產(chǎn)批量和各種大小的鑄件。第26頁/共313頁三箱造型

由上、中、下三型構(gòu)成。中型高度需與鑄件兩個分型面的間距相適應(yīng)。三箱造型操作費工，主要適用于具有兩個分型面的單件、小批生產(chǎn)的鑄件。第27頁/共313頁利用車間地面砂床作為鑄型的下箱。大鑄件需在砂床下面鋪焦炭，埋上出氣管，以便澆注時引氣。地坑造型僅用或不用上箱即可造型，減少了造砂箱的費用和時間，但造型費工、生產(chǎn)率低，要求工人技術(shù)水平高。適用于砂箱不足，或生產(chǎn)要求不高的中、大型鑄件。

地坑造型第28頁/共313頁

組芯造型（殼型鑄造）

是用若干塊砂芯組合成鑄型，而無需砂箱。可提高鑄件的精度，但成本高。適用于大批量生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件。第29頁/共313頁

模樣是整體的，分型面是平面，鑄型型腔全部在半個鑄型內(nèi)，其造型簡單，鑄件不會產(chǎn)生錯型缺陷。適用于鑄件最大截面在一端，且為平面的鑄件。整模造型第30頁/共313頁挖砂造型

整體模樣，分型面為曲面。為便于起模，造型時用手工挖去阻礙起模的型砂、其造型費工、生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高。用于分型面不是平面的單件、小批生產(chǎn)鑄件。

第31頁/共313頁分模造型

將模樣沿最大截面處分成兩半，型腔位于上、下兩個砂箱內(nèi)，造型簡單省工。常用于最大截面在中部的鑄件。第32頁/共313頁刮板造型

用刮板代替實體模樣造型，降低模樣成本，節(jié)約木材，縮短生產(chǎn)周期。生產(chǎn)率低，工人技術(shù)水平要求高。用于有等截面或回轉(zhuǎn)體的大、中型鑄件的單件、小批生產(chǎn)，如帶輪、鑄管、彎頭等。鑄造返回第33頁/共313頁熔模鑄造的主要特點及適用范圍1）鑄件的精度和表面質(zhì)量較高，尺寸公差等級可達IT14-IT11，表面粗糙度Ra值可達12.5mm-1.6mm。2）適用于各種合金鑄件。3）可制造形狀較復(fù)雜的鑄件，鑄出孔的最小直徑為0.5mm，最小壁厚可達0.3mm。4）工藝過程較復(fù)雜，生產(chǎn)同期長，制造費用和消耗的材料費用較高，多用于小型零件（從幾十克到幾千克），一般不超過25kg。第34頁/共313頁金屬型鑄造概念：把液體金屬澆入用金屬制成的鑄型內(nèi)，而獲得鑄件的方法稱為金屬型鑄造。由于金屬型可重復(fù)使用，故又稱為永久型。為保證使用壽命，制造金屬型的材料具備如下的性能：高的耐熱性和導(dǎo)熱性，反復(fù)受熱不變形，不破壞；一定的強度、韌性及耐磨性；好的切削加工性能。

金屬型材料一般選用鑄鐵、碳素鋼或低合金鋼。第35頁/共313頁金屬型鑄造的工藝過程：金屬型預(yù)熱：預(yù)熱溫度通過試驗來確定，一般不低于150℃。刷涂料：金屬型表面應(yīng)噴刷一層耐火涂料（厚0.3－0.4mm），以保護型壁表面，免受金屬液的直接沖蝕和熱擊。澆注：金屬型的導(dǎo)熱能力強，澆注溫度應(yīng)比砂型鑄造高20℃－30℃。鋁合金680℃－740℃，鑄鐵1300℃－1370℃，錫青銅1100℃－1150℃，薄壁小件取上限，厚壁大件取下限。開型時間：要根據(jù)不同的鑄件選用合適的開型時間，具體數(shù)值需通過試驗來確定。第36頁/共313頁金屬型鑄造的特點和應(yīng)用范圍1）金屬型鑄件冷卻快，組織致密，力學(xué)性能高。2）鑄件的精度和表面質(zhì)量較高3）澆冒口尺寸較小，液體金屬耗量減少，一般可節(jié)約15－30%。4）不用砂或少用砂。主要缺點：金屬型無透氣和退讓性，鑄件冷卻速度大，容易產(chǎn)生澆不到、冷隔、裂紋等缺陷。應(yīng)用范圍：大批量生產(chǎn)形狀簡單的有色金屬鑄件，如鋁活塞、汽缸體、汽缸蓋、泵體、水泵葉輪、銅合金軸瓦、軸套等。第37頁/共313頁金屬型鑄造金相組織第38頁/共313頁金屬型示意圖第39頁/共313頁壓力鑄造概念：將熔融金屬液在高壓下快速壓入鑄型，并在壓力凝固，而獲得鑄件的方法稱為壓力鑄造，簡稱壓鑄。常用壓射壓力為5~1500MPa，充填速度約5~50m/s，充填時間很短，約0.01－0.2s。應(yīng)用范圍：主要用于大批量生產(chǎn)低熔點的有色合金（如鋁、鎂、鋅合金）中、小型鑄件，在汽車、航空、儀表、電子電器等部門獲得廣泛應(yīng)用。第40頁/共313頁壓力鑄造的優(yōu)點：1）壓鑄件尺寸精度高，表面質(zhì)量好，尺寸公差等級可達CT4~7，表面粗糙度達Ra1.6~12.5μm，有時可達0.8μm，一般不需機加工即可直接使用。2）壓力鑄造在快速、高壓下成型，可壓鑄出形狀復(fù)雜、輪廓清晰的薄壁精密鑄件，鋁合金鑄件最小壁厚可達0.5mm，最小孔徑Φ0.7mm。3）鑄件組織致密，力學(xué)性能好，其抗拉強度比砂型鑄件提高25~40%，但伸長率有所降低。4）生產(chǎn)率高，勞動條件好。第41頁/共313頁壓力鑄造的缺點1）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，故壓鑄件不宜進行較多余量的切削加工，以免氣孔外露。2）壓鑄黑色金屬時，壓鑄型壽命很低，困難較大。3）設(shè)備投資大，生產(chǎn)準備周期長。第42頁/共313頁壓力鑄機分類按照壓室是否浸入坩堝爐中分為：熱室壓鑄機和冷室式壓鑄機冷室式壓鑄機按照壓射活塞工作方式分為：立式和臥式壓鑄機；立式也有熱室和冷室第43頁/共313頁熱室和冷室第44頁/共313頁臥式壓鑄原理第45頁/共313頁離心鑄造名詞解釋：

是將液體金屬澆入高速旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使其在離心力作用下凝固成形的鑄造方法。應(yīng)用范圍：

廣泛用于生產(chǎn)管、套類鑄件，如鑄鐵管、銅套、汽缸套、雙金屬軋輥、滾筒、耐熱鋼管道、特殊鋼無縫鋼管毛坯等。第46頁/共313頁離心鑄造的特點1）鑄件在離心力作用下結(jié)晶，組織致密，無縮孔、縮松、氣孔、夾渣等缺陷，力學(xué)性能好。2）鑄造圓形中空鑄件時，可省去型芯和澆注系統(tǒng)，簡化了工藝，節(jié)約了金屬。3）便于制造雙金屬鑄件，如鋼套鑲鑄銅襯，其結(jié)合面牢固、耐磨，可節(jié)約銅合金。4）離心鑄造內(nèi)表面粗糙，尺寸不易控制，需要增加加工余量來保證鑄件質(zhì)量，且不適宜生產(chǎn)易偏析的合金。第47頁/共313頁離心鑄造示意圖a)立式離心鑄造

b)立式離心澆注成形鑄件

c)臥式離心鑄造1，16—澆包2，14—鑄型3，13—液體金屬4—帶輪和帶5—旋轉(zhuǎn)軸6—鑄件7—電動機8—澆注系統(tǒng)9—型腔10—型芯11—上型12—下型15—澆注槽17—端蓋第48頁/共313頁陶瓷型鑄造

是指用陶瓷質(zhì)耐火材料制成鑄型而獲得鑄件的方法。特點：陶瓷型的材料與熔模鑄造的殼型相似，鑄件精度和表面質(zhì)量與熔模鑄造相當；適合于高熔點、難加工材料的鑄造；與熔模鑄造相比，鑄件大小基本不受限制，工藝簡單、投資少、生產(chǎn)周期短。缺點：陶瓷型鑄造原材料價格貴，不適宜于鑄造大批量、形狀復(fù)雜的鑄件，且生產(chǎn)工藝過程難以實現(xiàn)自動化和機械化。應(yīng)用：適于制造小批量、較大尺寸精密鑄件，多用于模具的生產(chǎn)（如金屬型、壓鑄模、塑料模、鍛模等），還用于生產(chǎn)噴嘴、閥體、齒輪、鉆探用鉆頭、開鑿隧道用刀具等。第49頁/共313頁陶瓷型鑄造工藝過程（a）模樣（b）砂套造型（c）灌槳（d）噴燒（e）合型（f)鑄件第50頁/共313頁陶瓷型鑄造工藝過程第51頁/共313頁實型鑄造EPC（ExpendablePatternCasting）又稱消失模鑄造。是用泡沫塑料代替木模和金屬模樣，造型后不取出模樣，當澆入高溫金屬液時泡沫塑料模樣氣化消失，金屬液填充模樣的位置，冷卻凝固后獲得鑄件的方法。第52頁/共313頁實型鑄造工藝過程第53頁/共313頁實型鑄造特點

不用起模、不用型芯、不合型，簡化了造型工藝，并減少了由制芯、取模、合型引起的鑄造缺陷及廢品；干砂造型，砂處理系統(tǒng)大大簡化，落砂容易，改善勞動條件；不分型，鑄件無飛翅毛刺，使清理打磨工作量減少50%以上。缺點：消失模氣化造成空氣污染；泡沫模具設(shè)計生產(chǎn)周期長，成本高，產(chǎn)品要有相當批量才有經(jīng)濟效益；生產(chǎn)大尺寸鑄件時，由于模樣易變形，須采取防變形措施。第54頁/共313頁實型鑄造應(yīng)用范圍適用于各類合金（鋼、鐵、銅、鋁等合金）適合于結(jié)構(gòu)復(fù)雜（鑄件的形狀可相當復(fù)雜）、難以起?；蚧顗K和外芯較多的鑄件，如模具、氣缸頭、管件、曲軸、葉輪、殼體、藝術(shù)品、床身、機座等。

第55頁/共313頁1.鍛造的實質(zhì)1.1概述利用金屬材料的塑性，借助于外力的作用，使材料發(fā)生塑性變形，從而獲得所需的形狀、尺寸和一定組織性能鍛件的加工方法。2.鍛造工藝的分類1)熱鍛:終鍛溫度高于再結(jié)晶溫度，工作溫度高于模具溫度的鍛造。2)冷鍛:在室溫下或者低于再結(jié)晶溫度的鍛造。3)溫鍛:介于熱鍛和冷鍛之間的加熱鍛造。4)等溫鍛:具有帶加熱和保溫裝置，成型時模具與坯料等溫的鍛造。鍛造第56頁/共313頁3、常用的鍛造方法1)自由鍛的實質(zhì)a)實質(zhì)：在沖擊力或壓力的作用下，通過上下抵鐵等通用工具，使金屬發(fā)生塑性變形而成型的過程。b)自由：金屬在水平面的各個方向變形不受限制。c)分類手工自由鍛：生產(chǎn)率低，勞動強度大，錘擊力小。應(yīng)用:生產(chǎn)小型鍛件。鍛造第57頁/共313頁d)自由鍛的特點和應(yīng)用：特點：工具簡單，費用少；各種重量的鍛件都能適應(yīng)；生產(chǎn)率低，勞動條件差；只能鍛形狀簡單件，精度低加工余量大。應(yīng)用：單件、小批最經(jīng)濟；大型鍛件它是唯一的方法。機械自由鍛：空氣錘：落下部分的重量40～750公斤，只能鍛造100公斤以下的小型鍛件?？諝狻魵忮N：落下部分的重量0.5～5

噸，可以鍛造小于1500公斤的中小件。產(chǎn)生幾千噸的壓力（最大12000噸），用于大型鍛件，可達300噸。錘上自由鍛：水壓機上鍛造：鍛造第58頁/共313頁2)模型鍛造（簡稱模鍛）a)實質(zhì)：在壓力或沖擊力的作用下迫使坯料沿鍛模模膛變形而獲得鍛件的方法。b)鍛模：用高強度金屬制成，其模膛形狀與鍛件一致。c)分類：錘上模鍛：所用設(shè)備主要是蒸氣—空氣錘，適用于小于150公斤的小型鍛件。壓力機上模鍛：在壓力作用下迫使工件變形，所用的設(shè)備主要有：曲柄壓力機、平鍛機、磨擦壓力機。鍛造第59頁/共313頁d)特點和應(yīng)用：鍛件的形狀可以較復(fù)雜；纖維組織比較完整，提高了零件的機械性能；尺寸精度高；生產(chǎn)率高；操作簡單；大批量生產(chǎn)成本低；設(shè)備費用高；適用于中小型鍛件的大批量生產(chǎn)，重量＜150公斤，批量＞2500件。鍛造第60頁/共313頁a)實質(zhì)：在自由鍛設(shè)備上使用胎模生產(chǎn)鍛件的方法。b)胎模是一種簡單的模具。c)特點：鍛模不固定在設(shè)備上，可以和自由鍛相結(jié)合。d)用途：小型鍛件的中小批量生產(chǎn)（大于200件）。3)胎模鍛鍛造第61頁/共313頁1.2鍛造工藝

鍛造工藝主要包括:落料、成型、鍛件檢驗以及原材料與毛坯的熱處理等個工序。

2、毛坯

5、后續(xù)處理

1、原材料

3、自由鍛

4、模鍛鍛造

6、鍛件檢驗第62頁/共313頁鍛造用原材料返回1、鍛造用坯料一般為棒、板、管狀的黑色金屬、有色金屬和貴金屬。2、圓柱體毛坯要考慮高徑比H/d,當高徑比H/d≥2時，要預(yù)制坯，防止在成形過程中彎曲失穩(wěn)，或產(chǎn)生彎曲，形成折疊；H/d較小時，可采用板料下料。3、薄板毛坯采用普通沖裁落料或精密沖裁下料4、觀察和分析宏觀缺陷，一般包括裂紋、疤痕、折疊和夾雜等。鍛造第63頁/共313頁

下料是自由鍛和模鍛的第一道工序。不同的下料方式，直接影響著鍛件的精度、材料的消耗、模具與設(shè)備的安全以及后續(xù)工序過程的穩(wěn)定。傳統(tǒng)的下料方法的下料品質(zhì)均不太理想，斷口不齊，坯料的長度與品質(zhì)重復(fù)精度低。離子束切割、電火花線切割等新型下料方法，能鋸切很硬的材料，剪切品質(zhì)很好，但成本高，不宜用于大批量生產(chǎn)。金屬帶鋸下料既能得到高的下料精度，又能適應(yīng)大批量生產(chǎn)。1）下料和下料方法2）下料方法的優(yōu)缺點鍛造第64頁/共313頁傳統(tǒng)的下料方式

鍛造第65頁/共313頁1、剪切法一般棒料剪切法一般棒料剪切法有：剪床剪切、沖床剪切。在剪床上剪切的棒料截面尺寸在φ15~（φ150~φ200）mm。剪床的大小，一般由強度極限為450MPa的鋼材被剪切的最大直徑表示。2、剪切缺陷1）端面裂紋；

2）端面剪切斜度過大；

3）毛刺；

4）端面上產(chǎn)生凹陷；

5）較大的壓痕；鍛造第66頁/共313頁1、鋸切法

一般鋸切：弓形鋸鋸條往復(fù)運動，鋸割效率低，而且鋸斷大直徑圓鋼時，鋸條要加厚，材料利用率降低。2、其它下料方法砂輪切斷：由于砂輪高速旋轉(zhuǎn)下的熱影響，產(chǎn)生粉塵，噪音，污染環(huán)境?？扇細怏w熔斷：主要是在切斷的過程中受到熔斷熱影響，材料的組織會發(fā)生變化，形成變質(zhì)層，需采用熱處理工藝過程消除這種變化。放電切割：成本高，普及率低，不能廣泛用于鋼材的切斷，只宜于應(yīng)用在經(jīng)過熱處理以后的模具以及高硬材料零件的切割。激光切割：在板料加工上用得較多，但在棒材、型材的切割上用得較少。鍛造第67頁/共313頁鍛前加熱：提高金屬塑性，降低變形抗力，使坯料易于變形并獲得良好的鍛件。鍛后冷卻和熱處理：獲得良好的鍛后組織，便于機械加工。1、鍛件加熱2、加熱方法：火焰加熱和電加熱1）、火焰加熱 利用燃料燃燒時所產(chǎn)生的熱量，通過對流、輻射加熱坯料。燃料來源方便、加熱爐修造容易、 加熱費低、適應(yīng)性強。 缺點：：勞動條件差，加熱速度慢，質(zhì)量低、熱效率低。應(yīng)用范圍：大、中、小型坯料。鍛造第68頁/共313頁1）電阻加熱電阻加熱與火焰加熱原理相同，根據(jù)發(fā)熱元件的不同分為：電阻爐加熱、鹽浴爐加熱、接觸電加熱2）感應(yīng)加熱

坯料放入通過交變電流的螺旋線圈內(nèi)，利用電磁感應(yīng)發(fā)熱直接加熱。優(yōu)點：速度快、質(zhì)量好、溫度易控制、燒損少、易實現(xiàn)機械化。適于精密成形的加熱。缺點：投資費用高，加熱的坯料尺寸范圍窄、電能消耗大。2電加熱利用電能轉(zhuǎn)換熱能來加熱坯料。鍛造返回第69頁/共313頁1)自由鍛工藝過程特征（1）工具簡單，通用性強，靈活性大，適合單件和小批鍛件的生產(chǎn)。（2）工具與坯料部分接觸，逐步變形，所需設(shè)備功率比模鍛小，可鍛造大型鍛件。（3）靠人工操作控制鍛件的形狀和尺寸，效率低、勞動強度大。鍛造第70頁/共313頁2)自由鍛工序分類（1)基本工序：鐓粗、拔長、沖孔、芯軸擴孔、芯軸拔長、彎曲﹑切割﹑錯移﹑扭轉(zhuǎn)、鍛接等。（2)輔助工序：鋼錠倒棱、預(yù)壓鉗把、分段壓痕等。（3)修整工序：鼓形滾圓、端面平整、彎曲校正等。鍛造第71頁/共313頁自由鍛工序1鍛造第72頁/共313頁預(yù)壓鉗把鋼錠倒棱分段壓痕

輔助工序自由鍛工序2鍛造第73頁/共313頁彎曲校正鼓形滾圓端面平整修整工序

自由鍛工序3鍛造第74頁/共313頁1模鍛1)含義:利用模具使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛。2)成形方法:開式模鍛、閉式模鍛、擠壓、頂鐓。

2開式模鍛1)概述

開式模鍛時，上模和下模間的間隙不斷變小，變形結(jié)束時，上下模完全打靠。從坯料開始接觸模具到上下模打靠，鍛造坯料最大外廓始終敞開，即飛邊的倉部未完全充滿。

2)特點

鍛造過程中形成橫向飛邊，飛邊既能幫助鍛件充滿模膛，也可放松對坯料體積的要求。飛邊是工藝廢料，一般在后續(xù)工序中切除。鍛造第75頁/共313頁開式模鍛示意圖如下：

開式模鍛示意圖3)

開式模鍛的成形過程大體分為三個階段：a)鍛粗階段:鍛粗階段是開式模鍛的第一階段,整個坯料都產(chǎn)生變形，在坯料內(nèi)部近似存在分流面。鍛造第76頁/共313頁b)充滿模膛階段:充滿模膛階段是開式模鍛的第二階段,這時下模膛已經(jīng)充滿，凸臺部分尚未充滿，金屬開始流入飛邊槽。隨著橋部金屬變薄，金屬流入飛邊的阻力增大，迫使金屬流向凸臺和角部，直到完全充滿模膛，變形區(qū)仍然遍布整個坯料。c)打靠階段:打靠階段是開式模鍛的第三階段,此時金屬已完全充滿模膛，但上、下模面尚未打靠（錘上模鍛結(jié)束時要打靠），多余金屬擠入飛邊槽，鍛造變形力急劇上升，變形區(qū)縮小為模鍛件中心部分區(qū)域。

鍛造第77頁/共313頁3閉式模鍛1)概述

閉式模鍛即無飛邊模鍛。主要優(yōu)點是：鍛件的幾何形狀、尺寸精度和表面品質(zhì)最大限度地接近產(chǎn)品，省去了飛邊。與開式模鍛相比，可以大大提高金屬材料的利用率。2)閉式模鍛的形成條件a)、坯料體積準確；b)、坯料形狀合理并且能夠在模膛內(nèi)準確定位；c)、設(shè)備的打擊能量或打擊力可以控制；d)、設(shè)備上有頂出裝置。鍛造第78頁/共313頁3)閉式模鍛的形成過程

a)第一階段:由上模與坯料接觸，坯料開始變形到與模膛側(cè)壁接觸為止，此階段變形力增加相對較慢。

b)第二階段:第1階段結(jié)束到金屬基本充滿模膛為止，此階段的變形力比第1階段增大2~3倍，但△H2很小。

c)第三階段:坯料基本上已成為不變形的剛體，只有在極大的模鍛力作用下才能使端部的金屬產(chǎn)生變形，形成縱向飛刺。鍛造第79頁/共313頁3擠壓1)概述

擠壓是金屬在三個方向不同壓應(yīng)力作用下，從?？字袛D出或流入模腔內(nèi)以獲得所需尺寸、形狀制品或零件的鍛造工藝。2)特點

采用擠壓不但可以提高金屬塑性，生產(chǎn)復(fù)雜截面形狀的制品，而且可以提高鍛件精度，改善鍛件力學(xué)性能，提高生產(chǎn)率和節(jié)約金屬材料等。鍛造第80頁/共313頁4頂鐓

1)概述

指桿件的局部鐓粗工藝過程。因為頂鐓工藝過程常常在平鍛機上完成，有時也稱為平鍛工藝。2)特點

頂鐓的生產(chǎn)效率高，在生產(chǎn)中應(yīng)用較普遍。螺釘、汽車半軸等用頂鐓生產(chǎn)最為適宜。頂鐓的關(guān)鍵是使坯料在頂鐓過程中不產(chǎn)生彎曲，或僅有少量彎曲但不能折疊。3)分類

頂鐓根據(jù)模具結(jié)構(gòu)和變形過程中金屬的流動方式分為閉式平鍛（左）和開式平鍛（右）兩種。鍛造第81頁/共313頁兩種平鍛工藝示意圖鍛造返回第82頁/共313頁后續(xù)處理

1現(xiàn)象

開式模鍛件上的飛邊，帶孔鍛件中的連皮，均需切除；為了消除模鍛件的殘余應(yīng)力、改善其組織和性能，需要進行熱處理；為了清除鍛件表面氧化皮，便于檢驗表面缺陷和進行切削加工，要進行表面清理；鍛件在出模、切邊、熱處理、清理過程中若有較大變形，應(yīng)進行校正；對于精度要求高的鍛件，則要進行精壓；最終還要檢驗鍛件的品質(zhì)。2意義鍛造第83頁/共313頁

后續(xù)工序?qū)﹀懠焚|(zhì)有很大影響，盡管模鍛出來的鍛件品質(zhì)好，若后續(xù)工序處理不當，仍會造成廢、次品。后續(xù)工序在整個鍛件生產(chǎn)過程中所占的時間常常比模鍛工序長。這些工序安排得合理與否，直接影響鍛件的生產(chǎn)率和成本。

3處理工藝1)切邊與沖孔

切邊和沖孔通常在切邊壓力機或摩擦壓力機上進行，切邊模和沖孔模主要由沖頭（凸模）和凹模組成。切邊時，鍛件放在凹模洞口上，在沖頭的推壓下，鍛件的飛邊被凹模剪切，同鍛件分離。由于沖頭、凹模之間有間隙，在剪切過程中伴有彎曲、拉伸現(xiàn)象。通常切邊沖頭推壓鍛件，只起傳遞壓力的作用，而凹模的刃口起剪切作用。但有時沖頭與凹模同時起剪切作用。鍛造第84頁/共313頁

沖孔時，情況相反，沖孔凹模只起支承鍛件的作用，沖孔沖頭起剪切作用。

切邊和沖孔分為熱切、熱沖和冷切、冷沖兩種。鍛件在熱態(tài)下切邊和沖孔，具有較好的塑性，不易產(chǎn)生裂紋。沖切時鍛件走樣小，凸凹模的調(diào)整和修配比較方便。2)校正

在鍛壓生產(chǎn)工序及工序之間的運送過程中，由于冷卻不均、局部受力、碰撞等各種原因可能使鍛件彎曲、扭轉(zhuǎn)，當變形量超出鍛件圖技術(shù)條件的允許范圍時，必須校正。熱校正可以在鍛模的終鍛模膛內(nèi)進行。利用校正模校正還可使鍛件在高度方向因欠壓而增加的尺寸減小。鍛造第85頁/共313頁3)精壓

精壓是對已成形的鍛件或粗加工的毛坯進一步改善其局部或全部表面粗糙度和尺寸精度的一種鍛造方法，其優(yōu)點如下：①提高鍛件的尺寸精度、減小表面粗糙度②精壓可全部或部分代替零件的機械加工，節(jié)省機械加工工時，提高生產(chǎn)率，降低成本。③精壓可減小或免除機械加工余量，使鍛件尺寸縮小，降低了原材料消耗。④精壓使鍛件表面變形強化，提高零件的耐磨性和使用壽命。4)表面清理a)表面清理目的鍛造第86頁/共313頁

（1）去除氧化皮和其它表面缺陷（裂紋、折痕等），提高表面品質(zhì)，改善切削加工條件。（2）顯露表面缺陷，以便檢查表面品質(zhì)。（3）給冷精壓和精密模鍛提供有良好表面品質(zhì)的精壓毛坯。b)常見清理方法鍛造第87頁/共313頁方法優(yōu)點缺點適用范圍酸洗大批量；可保持坯料或鍛件的原形；可發(fā)現(xiàn)表面缺陷廢液污染，工作環(huán)境差坯料或鍛件干法滾筒清理大批量；成本低鍛件的棱角被磨去；可能會變形質(zhì)量小于6kg的坯料或鍛件濕法滾筒清理大批量；表面粗糙度于研磨相當；成本低鍛件的棱角被磨去；可能會變形質(zhì)量小于6kg的鍛件；若零件尺寸精度不高；可用作最后加工工序噴砂，噴丸大批量；可保持坯料或鍛件的尺寸成本低鍛件清理車削同時去掉氧化皮和脫碳層成本高；浪費原材料表面質(zhì)量、尺寸精度要求較高的坯料無芯磨同時去掉氧化皮和脫碳層成本高要求去掉氧化皮、脫碳層且尺寸精度較高的坯料淬冷水，鐓粗成本低氧化皮清除不徹底加熱后去掉坯料氧化皮鍛造返回第88頁/共313頁鍛件品質(zhì)檢驗

1)品質(zhì)檢驗任務(wù)

鍛件品質(zhì)檢驗的主要任務(wù)是，鑒定鍛件的品質(zhì)、分析缺陷產(chǎn)生的原因和可以采取的預(yù)防措施。2)檢驗內(nèi)容

1．化學(xué)成分檢查一般鍛件不進行化學(xué)成分檢查。如要檢查，可從鍛件上切下一些切屑，用化學(xué)分析或光譜分析法檢驗化學(xué)成分。

2．外觀尺寸檢查采用目測、樣板或劃線的方法，檢查鍛件的表面缺陷，形狀誤差和尺寸大小，確定鍛件可否需要機械加工.鍛造第89頁/共313頁

5．力學(xué)性能檢查鍛件的力學(xué)性能檢查包括檢查硬度、確定強度、塑性、韌性等的具體指標。為了了解在持久載荷作用下的性能和受交變載荷作用的能力，還要作持久、高溫蠕變和疲勞試驗。鍛造3．宏觀組織檢查宏觀組織檢查又稱低倍檢查，是用肉眼或不大于10倍的放大鏡，檢查鍛件表面或斷面上所存在的缺陷，如偏析、白點、非金屬夾雜、裂紋、過熱、過燒等。其主要方法有；硫印、熱酸浸、冷酸浸和斷口、塔形車削等。4．顯微組織檢查顯微組織檢查即金相檢查，是在光學(xué)顯微鏡下觀察、辨認和分析鍛件的微觀組織狀態(tài)、分布情況和各種微觀缺陷，如脫碳、折紋、過燒等。第90頁/共313頁

8．熒光檢驗對非磁性金屬鍛件表面的缺陷，可采用熒光檢驗，即熒光探傷。熒光檢驗是用熒光液滲透入鍛件裂紋中，借助顯示劑在紫外線的照射下，鍛件缺陷處發(fā)出清晰的熒光。鍛造6．殘余應(yīng)力檢查當鍛件內(nèi)部存在過大的殘余應(yīng)力時，不但機械加工時由于殘余應(yīng)力失去平衡而使工件變形，影響裝配，而且在使用過程中由于殘余應(yīng)力和工作應(yīng)力疊加也會造成零件失效，損壞整臺機器。7．超聲波檢驗超聲波能迅速而準確地發(fā)現(xiàn)鍛件表層以內(nèi)的宏觀缺陷，如裂紋、夾雜、縮孔、白點以及氣泡的形狀、位置和大小，但對缺陷性質(zhì)不易判斷，必須配合以標準試塊、或積累經(jīng)驗進行推斷。第91頁/共313頁

9．磁力探傷可用來發(fā)現(xiàn)鍛件表面層內(nèi)的微小缺陷，如發(fā)裂、折紋、夾雜等。磁性檢驗只能用于鐵磁性材料，而且鍛件表面要求平整光滑。鍛造第92頁/共313頁1.沖壓的實質(zhì)1.1概述利用沖模使金屬板料產(chǎn)生變形或分離的壓力加工方法。沖模一般由兩大部分組成：凸模和凹模。

當板料厚度S<8～10mm時，通常不加熱，稱之為冷沖壓；當板料厚度S>8～10mm時，則需采用熱沖壓。沖壓第93頁/共313頁2.沖壓生產(chǎn)的特點產(chǎn)品精度高，強度、剛度好；（加工硬化強化金屬）金屬消耗少，零件輕巧；大批量生產(chǎn)生產(chǎn)率高，成本低；沖模制造復(fù)雜，成本較高。

廣泛應(yīng)用于大批量生產(chǎn)塑性較好的金屬沖壓件，如：電器、儀表外殼，汽車制造，生活用品……

材料：低碳鋼、高塑性低合金鋼、有色金屬等。3.沖壓生產(chǎn)的應(yīng)用沖壓第94頁/共313頁1.2沖壓加工

沖壓加工是現(xiàn)代機械制造業(yè)中先進高效的加工方法之一,它是利用各種壓力機和安裝在壓力機上的模具使材料在常溫或著高溫下進行分離和塑性變形,從而獲得一定形狀、尺寸和性能的零件的一種方法。沖壓第95頁/共313頁1.2沖壓生產(chǎn)的基本工序基本工序有兩大類：分離工序和成形工序。(一)分離工序1、定義：使板料的一部分與另一部分相互分離的工序。2、種類：剪裁（切斷）：切口是不封閉的或是敞開的。沖裁：切口封閉，其包括兩類：沖孔和落料。沖孔：帶孔的板料是成品，沖下的部分是廢料。落料：。修整工序：沖壓第96頁/共313頁第97頁/共313頁3、沖裁的變形過程：板料彎曲→產(chǎn)生裂紋（上、下兩面）→裂紋擴展→裂紋連通。4、沖裁件的質(zhì)量標準：切口光、齊、直，尺寸準確。保證質(zhì)量的措施：凸、凹模的工作刃口要鋒利凸、凹模間要有適當?shù)拈g隙沖模要有合適的尺寸：沖孔時：d凸=d孔d凹=d凸+2Z

落料時：d凹=d料d凸=d凹-2Z

沖壓第98頁/共313頁（二）成型工序1、實質(zhì)：依靠模具在壓力機作用下，使坯料發(fā)生塑性變形，獲得所需形狀和尺寸制件的沖壓工序。2、成型工序的種類：拉深（拉延）工序、彎曲工序、成型工序、翻邊工序沖壓第99頁/共313頁第100頁/共313頁沖壓第101頁/共313頁沖壓第102頁/共313頁

（1）拉深（拉延）工序：使板料變成中空零件的工序。1）變形特點：筒底轉(zhuǎn)角處σ最大，當σ>σb時，則底部拉穿；板邊變形，產(chǎn)生皺折，板厚↓拉深↑皺折↑；薄板具有各向異性時，形成制耳。拉穿皺折制耳現(xiàn)象沖壓第103頁/共313頁2）、保證質(zhì)量的措施：為防皺折的產(chǎn)生，當時，采用壓邊拉深。凸、凹模工作部分要有圓角凸、凹模間隙適當拉深系數(shù)

，深度大的零件可多次拉深；沖壓第104頁/共313頁（2）彎曲工序：將板料彎成一定角度和圓弧的工序。變形特點：彎曲程度與彎曲半徑有關(guān)造成板料的斷裂—彎斷。產(chǎn)生回彈現(xiàn)象防裂：r≥rmin

最小彎曲半徑和角度。保證質(zhì)量的措施：沖壓第105頁/共313頁成型工序：利用局部變形使金屬改變形狀。翻邊工序：用擴孔的方法獲得凸緣。汽車消音器的沖壓工序沖壓第106頁/共313頁（三）沖壓零件的結(jié)構(gòu)工藝性1、沖壓件的形狀：外形簡單對稱，便于排料；避免窄而長的沖壓件，沖模制造困難；注意圓角連接，以防沖裂；復(fù)雜件可采用沖壓—焊接結(jié)構(gòu)。沖壓第107頁/共313頁2、沖壓件的尺寸：沖圓孔d>δ，方孔短邊長b>0.9δ；孔間距>δ，孔與邊緣的距離>δ；外緣凸出與凹進的尺寸>1.5δ；3、沖壓件的精度：沖壓件一般不再加工，不提過高要求。彎曲邊高度h>2δ；帶孔件彎曲時，彎邊到孔的距離>R+1.5δ。HRR沖壓第108頁/共313頁沖壓1、沖壓模具分類

實際生產(chǎn)中,模具的種類繁多,結(jié)構(gòu)各異,分類的方法不一樣,模具的種類就不一樣.可以按照用途或者成型原理進行分類.

實際生產(chǎn)中,根據(jù)工序類別、壓力機型式等的差異又可以進行不同的分類。

按照成型原理進行分類可以分為：拉深模、彎曲模和沖裁模。

例如：拉深?？梢苑譃槭状卫钅?、二次拉深模、三次拉深模。

沖裁模按進行和出件方式分為手動模、半自動模和自動模；1.3沖壓模具第109頁/共313頁沖壓第110頁/共313頁2、模具材料

模具材料是模具制造的基礎(chǔ)，模具材料和熱處理技術(shù)對模具的使用壽命、精度和表面粗糙度起著重要的決定性作用。

根據(jù)模具材料的性能特點選用合理的模具結(jié)構(gòu)，并采取相應(yīng)的維護措施。

根據(jù)模具材料的工藝性能將直接影響模具的加工的難易程度、模具加工的質(zhì)量和加工成本。

因此在進行模具設(shè)計時，除了考慮合理的模具結(jié)構(gòu)外，還要選用合理的模具材料和熱處理工藝，這樣才能使模具獲得良好的工作性能和較長的工作壽命。

制造沖壓模具的材料有：灰鑄鐵、鑄鋼、硬質(zhì)合金、塑料等；沖壓第111頁/共313頁3、沖壓材料的選用原則

選用沖壓材料時，首先要滿足沖壓件的使用要求：比如對于機器上的主要沖壓件要有足夠的強度和剛度，電機和電器上的沖壓件要有足夠的導(dǎo)電性和導(dǎo)磁性，汽車和飛機上的沖壓件要有足夠的強度還要求盡可能的減小質(zhì)量。

從這里可以看出，不同的用途就決定了要選用的不同的材料，但是最主要的滿足沖壓工藝要求，保證沖壓工藝過程順利完成。1）、良好的沖壓性能對各種工藝要有適應(yīng)性，塑性好2）、良好的表面質(zhì)量廢品少、模具不易損壞、制件的表面質(zhì)量好沖壓第112頁/共313頁3）、符合國家的厚度標準

模具的間隙是根據(jù)材料的厚度來確定的，所以材料的厚度公差要符合國家標準，否則的話將影響工件質(zhì)量或者設(shè)備。4）、新設(shè)計的沖壓件要和過去的沖壓件進行對比

可以確定材料的變形狀態(tài)、線增長率等。5）、試沖壓獲得材料的成型性資料6）、在生產(chǎn)準備階段掌握材料成型的難易程度

試運轉(zhuǎn)階段，核對材料的適應(yīng)性、生產(chǎn)穩(wěn)定性和加工條件，最后確定大量生產(chǎn)用材料。沖壓第113頁/共313頁1.焊接的實質(zhì)1.1概述焊接的實質(zhì)是使兩個分離的物體通過加熱或加壓，或兩者并用，在用或不用填充材料的條件下借助于原子間或分子間的聯(lián)系與質(zhì)點的擴散作用形成一個整體的過程。焊接1)焊接工藝永久性連接起源于一次世界大戰(zhàn)后（凡爾賽公約）

2)現(xiàn)代工業(yè)的基礎(chǔ)工藝造船、航空、鍋爐、化工、機械、汽車第114頁/共313頁2.焊接的定義焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達到結(jié)合的一種方法。1）、熔焊：將待焊處母材金屬熔化以形成焊縫的焊接方法稱為熔焊2）、壓焊：焊接過程中，必須對焊件施加壓力,以完成焊接的方法稱為壓焊。焊接3）、釬焊：釬焊是硬釬焊和軟釬焊的總稱。采用比母材金屬熔點低的金屬材料作釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料熔點、低于母材溶化溫度，利用液態(tài)釬料潤濕母材，填充接頭間隙并與母材相互擴散實現(xiàn)連接焊件的方法。第115頁/共313頁3.焊接的分類焊接第116頁/共313頁2.汽車焊裝對焊接工藝的要求1）提高焊縫的強度、耐蝕性、密封性和外觀質(zhì)量前懸掛件一般為箱形截面，采用電焊與電弧焊，電弧焊方面采用二氧化碳氣體保護焊；3.幾種典型汽車零件的焊接實例2）采用經(jīng)濟的焊接工藝，適應(yīng)大量生產(chǎn)和節(jié)省勞動力；1）前懸掛件2）轉(zhuǎn)向軸將滲碳后的蝸桿與軸相結(jié)合，一般采用閃光對焊，最近有摩擦焊代替閃光焊，可以得到較高的疲勞強度；焊接第117頁/共313頁3）盤形車輪

盤形車輪由中間盤形輻板和外側(cè)輪輞組成，一般用點焊固定。4）制動蹄

使用凸焊工藝。5）后橋殼

是以較厚鋼板制成，焊縫長，以前采用埋弧自動焊，現(xiàn)在采用二氧化碳氣體保護焊。6）汽油箱

一般采用滾焊工藝來保證其氣密性。7）車身零部件

汽車上的板件采用1mm左右的鋼板制成,一般采用點焊,基本上實現(xiàn)了焊接的自動化。焊接第118頁/共313頁1.2焊接方法根據(jù)焊接過程中金屬所處的狀態(tài)不同來介紹一些常用的焊接方法(一)電弧焊1、焊接電?。簹怏w介質(zhì)中導(dǎo)電現(xiàn)象。焊接第119頁/共313頁(二)埋弧焊1、特點：大電流（1000A）、生產(chǎn)率高、焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定、節(jié)約金屬、改善勞動條件、自動化程度高、工藝裝備復(fù)雜、適合批量生產(chǎn)第120頁/共313頁（三）電阻焊3、特點生產(chǎn)率高、焊接變形小操作簡便、易實現(xiàn)自動（汽車外殼焊接）設(shè)備復(fù)雜、耗電量大接頭形式、工件厚度受到限制2、電阻熱：Q=I2Rt4、分類：點焊、縫焊、對焊1、電阻焊：是利用電流通過工件及焊接接觸面間所產(chǎn)生的電阻熱，將焊件加熱至塑性或局部熔化狀態(tài)，在施加壓力形成焊接接頭的焊接方法。第121頁/共313頁點焊

是一種代表性的電阻焊，廣泛使用壓力機式點焊機以及移動式點焊機；

特點：焊接過程中不產(chǎn)生弧光、有害氣體及噪聲自動化和機械化程度高加熱集中，熱影響區(qū)域小，易形成優(yōu)良的焊接接頭第122頁/共313頁點焊的接頭形式第123頁/共313頁縫焊

是一種連續(xù)進行的點焊方法，可獲得密封優(yōu)良的焊縫，適用于汽油箱、后橋殼等部件；

焊接過程中,應(yīng)將電極與焊接部位用水冷卻,也實用汽車頂蓋周邊焊接.第124頁/共313頁對焊1、定義：是利用電阻熱將兩個工件沿整個端面同時焊接起來的一種電阻焊方法.1)可用于工件的接長2)環(huán)形工件的對焊3)部件的組焊2、對焊應(yīng)用第125頁/共313頁對焊接頭形式閃光對焊

將焊件裝配成對接接頭,接通電源,并使其端面逐漸移近達到局部接觸,利用電阻熱加熱這些接觸點(產(chǎn)生閃光),使端面金屬熔化,直至端部在一定深度范圍內(nèi)達到預(yù)定溫度時,迅速施加頂鐓力完成焊接的方法.第126頁/共313頁摩擦焊1)工件間的相對運動產(chǎn)生的摩擦熱能使結(jié)合面加熱到鍛造溫度并在預(yù)鍛力作用下，通過材料的塑性變形和擴散過程，形成固態(tài)連接的焊接方法.2)分類：慣性摩擦焊、徑向摩擦焊、線性摩擦焊、軌道摩擦焊、攪拌摩擦焊等3)特點：焊接接頭質(zhì)量高、焊接效率高、質(zhì)量穩(wěn)定、一致性好，可實現(xiàn)異種材料的焊接；第127頁/共313頁摩擦焊的接頭形式第128頁/共313頁釬焊

焊接過程中，采用比母材質(zhì)量熔點低的金屬材料作為釬料，將焊件和釬料加熱到高于釬料但低于母材熔點的溫度，利用液態(tài)釬料濕潤母材，充填接頭間隙并與母材相互擴散實現(xiàn)連接焊件的方法；1、硬釬焊450℃以上、接頭強度200MPa以上自行車架、工具、刀具

2、軟釬焊450℃以下、接頭強度70MPa以下儀表、導(dǎo)電元件、各種低載荷構(gòu)件

3、加熱方式烙鐵、火焰、電阻、感應(yīng)第129頁/共313頁第130頁/共313頁釬焊的常見接頭形式第131頁/共313頁釬焊接頭的比較第132頁/共313頁電渣焊1）利用電流通過熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，將填充金屬和母材熔化，凝固后形成金屬原子間牢固連接。2）過程：開始焊接時，將焊絲與起焊槽短路起弧，不斷加入少量固體焊劑，利用電弧的熱量使之熔化，形成液態(tài)熔渣，待熔渣達到一定深度時，增加焊絲的送進速度，并降低電壓，使焊絲插入渣池，電弧熄滅，從而轉(zhuǎn)入電渣焊階段。3）特點：輸入的熱量大，焊縫附近容易過熱，沖擊韌性低，焊后一般要進行正火和回火處理。第133頁/共313頁第134頁/共313頁激光焊接

特點：屬于熔融焊接，以激光束作為能源，沖擊在焊接接頭上；第135頁/共313頁第136頁/共313頁(二)焊接裂紋與焊接變形的形式焊接時，在任何情況下焊接應(yīng)力總是存在的。當焊接應(yīng)力超過該材料相應(yīng)溫度的屈服應(yīng)力時，焊件將產(chǎn)生變形；超過材料的斷裂應(yīng)力時，焊件將會產(chǎn)生裂紋甚至斷裂。焊接裂紋包括縱向裂紋、橫向裂紋、內(nèi)部裂紋、根部裂紋等；焊接變形的基本形式有角變形、彎曲變形、波浪變形、收縮變形、扭曲變形、錯邊變形等.第137頁/共313頁第138頁/共313頁(三)預(yù)防和減小焊接應(yīng)力及焊接變形的措施1、合理設(shè)計焊接結(jié)構(gòu)：包括接口的設(shè)計和坡口的選擇2、焊前預(yù)熱3、反變形法4、剛性固定法5、選擇合理的焊接順序6、錘擊焊縫法7、強迫冷卻法8、焊后熱處理(四)焊接變形的矯正

1、機械矯正法2、火焰矯正法第139頁/共313頁1.電鍍的定義1.1概述電鍍是一種電化學(xué)過程﹐也是一種氧化還原過程。電鍍的基本過程是將零件浸在金屬鹽的溶液中作為陰極﹐金屬板作為陽極﹐接通電源后﹐在零件上沉積出所需的鍍層。

1)不是所有的金屬離子都能從水溶液中沉積出來

電鍍2)陽極分為可溶性陽極和不溶性陽極

第140頁/共313頁2.電鍍的目的電鍍的目的是在基材上鍍上金屬鍍層，改變基材表面性質(zhì)或尺寸。例如賦予金屬光澤美觀、物品的防銹、防止磨耗、提高導(dǎo)電度、潤滑性、強度、耐熱性、耐候性、熱處理之防止?jié)B碳、氮化、尺寸錯誤或磨耗之修補。

電鍍第141頁/共313頁

電鍍大部份在液體(solution)下進行，又絕大部份是在水溶液中電鍍，約有30種的金屬可由水溶液進行電鍍,由水溶液電鍍的金屬有：銅Cu、鎳Ni、鉻Cr、鋅Zn、鎘Cd"、鉛Pb、金Au、銀Ag、鉑Pt、鈷Co、錳Mn、銻Sb、鉍Bi、汞Hg、鎵Ga、銦In、鉈、As、Se、Te、Pd、Mn、Re、Rh、Os、Ir、Nb、W等。

有些必須由非水溶液電鍍?nèi)玟?、鈉、鉀、鈹、鎂、鈣、鍶、鋇、鋁、La、Ti、Zr、Ge、Mo等?？捎伤芤杭胺撬芤弘婂冋哂秀~、銀、鋅、鎘、銻、鉍、錳、鈷、鎳等金屬。

3.金屬的電鍍環(huán)境電鍍第142頁/共313頁4電鍍分類1)按鍍層組成分

單金屬電鍍(應(yīng)用較廣的鍍層有鋅﹑鎘﹑銅﹑鉻﹑錫﹑鎳﹑金﹑銀等)

合金電鍍:二元合金電鍍：錫-鉛合金﹐鋅-鎳﹐鋅-鈷﹐銅-錫等

三元合金電鍍：銅-錫-鋅﹐鋅-鎳-鐵等

多元合金電鍍：基本處于研究階段

復(fù)合電沉積(電鍍層中嵌入固體顆粒形成復(fù)合鍍層)電鍍2）按獲取鍍層方式分

常規(guī)電鍍、脈沖電鍍等第143頁/共313頁1.2電鍍工藝1、基本工序

(磨光→拋光)→上掛→脫脂除油→水洗→(電解拋光或化學(xué)拋光)→酸洗活化→(預(yù)鍍)→電鍍→水洗→(后處理)→水洗→干燥→下掛→檢驗包裝

2、工序作用(1)前處理

施鍍前的所有工序稱為前處理﹐其目的是修整工件表面﹐除掉工件表面的油脂﹐銹皮﹐氧化膜等﹐為后續(xù)鍍層的沉積提供所需的電鍍表面。

在電鍍技術(shù)發(fā)達的國家,前處理工序占整個電鍍工藝的一半或以上

.電鍍第144頁/共313頁鍍前處理的常用方法：

機械法：采用機械設(shè)備，磨削，清除制品表面明顯的缺陷，如毛刺、氧化皮、焊接殘渣等。機械方法包括拋光、磨光、滾光和噴砂等?；瘜W(xué)法：依靠化學(xué)作用除去油污或氧化物。如在堿性溶液或有機溶劑中除油，在酸性溶液中浸蝕。電化學(xué)法：用電化學(xué)方法強化化學(xué)除油和浸蝕過程。鍍前典型污物：

(1)潤滑油(2)切削油(3)研磨

(4)熱斑油(5)銹及腐蝕物(6)淬火殘留物

(7)熱處理鹽(8)熱處理鹽(9)污跡

(10)油漆及油墨。電鍍第145頁/共313頁1)噴砂

除去零件表面的銹蝕﹐焊渣﹐積碳﹐舊油漆層﹐和其它干燥的油污﹔除去鑄件、鍛件或熱處理后零件表面的型砂和氧化皮﹔除去零件表面的毛刺和和方向性磨痕，降低零件表明的粗糙度﹐以提高油漆和其它涂層的附著力。2)磨光

除掉零件表明的毛刺﹐銹蝕﹐劃痕﹐焊縫﹐焊瘤﹐砂眼﹐氧化皮等各種宏觀缺陷﹐以提高零件的平整度和電鍍質(zhì)量。鍍前處理過程：電鍍第146頁/共313頁3)拋光

拋光的目的是進一步降低零件表面的粗糙度﹐獲得光亮的外觀。有機械拋光﹐化學(xué)拋光﹐電化學(xué)拋光等方式。4)脫脂除油

除掉工件表面油脂。有有機溶劑除油、化學(xué)除油、電化學(xué)除油、擦拭除油、滾筒除油等手段。

5)酸洗

除掉工件表面銹和氧化膜。有化學(xué)酸洗和電化學(xué)酸洗。

6)活化

促進鍍層附著性，可用各種酸溶液使金屬表面活化。

7)漂清

電鍍前立刻去除酸膜，然后電鍍。

電鍍第147頁/共313頁

前處理不良所造成之鍍層缺陷，有下列幾項：

(1)剝離

(2)氣脹

(3)污點

(4)光澤不均

(5)凹凸不平

(7)小孔

(8)降低耐蝕性

(9)脆化電鍍之不良，前處理占很大的原因。電鍍第148頁/共313頁（2）電鍍1)主鹽體系

此工序中對鍍層有重要影響的因素主要有以下幾個方面﹕

在工件表面得到所需鍍層﹐是電鍍加工的核心工序﹐此工序工藝的優(yōu)劣直接影響到鍍層的各種性能。

每一鍍種都會發(fā)展出多種主鹽體系及與之相配套的添加劑體系。如鍍鋅有氰化鍍鋅﹐鋅酸鹽鍍鋅,每一體系都有自己的優(yōu)缺點

2)添加劑

添加劑包括光澤劑，穩(wěn)定劑，柔軟劑，潤濕劑﹐低區(qū)走位劑等

電鍍第149頁/共313頁

主鹽與具體某一廠商的添加劑的聯(lián)合決定了使用的鍍液的整體性能。優(yōu)秀的添加劑能彌補主鹽某些性能的不足。

電鍍主要控制條件1)鍍液的組成：對鍍層結(jié)構(gòu)影響最大，例如氰化物鍍浴或復(fù)鹽鍍浴的鍍層，要比酸性單鹽的鍍層細致。其它如光澤劑等添加劑都影響很大。

2)電流密度：電流密度提高某一限度時，氫氣會大量析出，電流效率低，產(chǎn)生陰極極化作用，樹枝狀結(jié)晶將會形成。

3)鍍浴溫度：溫度升高，極化作用下降，使鍍層結(jié)晶粗大，可提高電流密度來抵消。電鍍第150頁/共313頁

4)攪拌：可防足氫氣停滯件表面形成針孔，一般攪拌可得到較細致鍍層，但鍍浴需過濾清潔，否則雜質(zhì)因攪拌而染鍍件表面產(chǎn)生結(jié)瘤或麻點等缺點。

5)電流型式：應(yīng)用交通電流，周期反向電(PR)電流、脈沖電流等特殊電流可改進陽極溶解，移去極化作用的鈍態(tài)膜，增強鍍層光澤度、平滑度、降低鍍層應(yīng)力、或提高鍍層均一性。

6)均一性(throwingpower)，或稱之投擲力，好的均一性是指鍍層厚度分布均勻。

電鍍第151頁/共313頁1)電器設(shè)備

:

（3）電鍍設(shè)備

電器設(shè)備分為電源設(shè)備和線路設(shè)備。其中電源設(shè)備又包括整流器；線路設(shè)備包含有配電盤、匯流條、導(dǎo)線等。

2)機械設(shè)備

機械設(shè)備包括整平設(shè)備（磨、拋光機）、噴砂清理設(shè)備（壓入和吸入式噴砂機）、滾光桶等

3)固定槽設(shè)備

電鍍第152頁/共313頁

鍍槽是電鍍的主要設(shè)備，用于盛裝電解液、酸液、堿液和水。有下列形式：冷水槽、熱水槽、化學(xué)除油槽、電化學(xué)除油槽、酸性溶液鍍槽、鍍鉻槽等。

4)通風(fēng)設(shè)備和過濾設(shè)備

電鍍?nèi)芤菏且环N含有金屬鹽及其它化學(xué)物之導(dǎo)電溶液，用來電沉積金屬。其主要類別可分酸性、中性及堿性電鍍?nèi)芤骸?/p>

電鍍第153頁/共313頁重點介紹其中的三個點：

因此合理的設(shè)計、制作和選用掛具，是保證鍍層質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，降低成本和減輕勞動強度的基本條件。

2)攪拌裝置

促進溶液流動﹐使溶液狀態(tài)分布均勻﹐消除氣泡在工件表面的停留

3)電源

1)掛具:

掛具在生產(chǎn)中與其它電鍍設(shè)備一樣，有著同樣重要作用。它既要固定零件又要與電極有良好的接觸，使電流均勻的傳遞到鍍件上。

掛具的結(jié)構(gòu)一般由掛鉤、提桿、主桿、支桿和吊桿幾個部分組成。電鍍第154頁/共313頁(4)后處理

電鍍后對鍍層進行各種處理以增強鍍層的各種性能﹐如耐蝕性、抗變色能力、可焊性等。1)脫水處理:

水中添加脫水劑﹐如鍍鎳后處理2)鈍化處理

提高鍍層耐蝕性﹐如鍍鋅

3)防變色處理

水中添加防變色藥劑﹐如鍍銀﹐鍍錫﹐鍍仿金等

4)提高可焊性處理

如鍍錫

后處理工藝的優(yōu)劣直接影響到鍍層這些功能的好壞。電鍍第155頁/共313頁3、電鍍工藝的發(fā)展

電鍍由于工藝和技術(shù)成熟﹐在金屬精飾中按噸位計占加工的首位。

電鍍的發(fā)展分三個時期﹐第一時期為改善光澤或耐蝕性﹐第二時期為因勞力不足而邁向省力化﹑自動化﹐第三時期為減輕公害問題。

電鍍不可避免帶來環(huán)境污染問題﹐隨著其它污染小的新技術(shù)的發(fā)展﹐電鍍使用范圍正面臨著逐漸被壓縮的威協(xié)。另一方面﹐電鍍本身也正在大力開發(fā)污染小新工藝﹐同時開發(fā)能獲取新功能鍍層的工藝﹐以拓展自身的生存空間。電鍍第156頁/共313頁1.3電鍍廢棄物的處理

電鍍廢物含有很多對生物具有嚴重毒害性,若未加處理,任意排放,將構(gòu)成生態(tài)環(huán)境極為嚴重破壞.

1)、清洗排放之廢水;雖污染物含量較低,但因排放量很大,故不可以忽視；

2)、廢棄溶液、電鍍液、清潔液等失去效用時,無法再生,更新或補充后再加以使用時,必須廢棄；

3)、電鍍過程中之無意排放物,如滲漏.濺出等；

4)、二次污染物:排放處理后留下之污泥沉淀物；(1)電鍍廢物的主要來源有:

(2)電鍍廢物處理的方式

:

1)、廢物回收再使用

；

2)、銷毀

,將有毒廢物處理轉(zhuǎn)化成合乎法規(guī)之廢物拋棄

電鍍第157頁/共313頁

不同的電鍍廢水，其處理方式是不一樣的，比如:鉻系廢水、氰系廢水及重金屬廢水、酸堿廢水等,其處理方法有很多，主要從成本、可行性等方面來考慮采取適當?shù)奶幚矸椒ā?/p>

電鍍第158頁/共313頁1.4質(zhì)量控制1、鍍層質(zhì)量規(guī)范

1)、厚度

2)、覆蓋面

3)、附著性