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2 21 世 纪 全 国 高 等 院 校 大 机 械 系 列 实 用 规 划 教 材 汽 车 系 列 汽 车 制 造 工 艺 主 编 赵 桂 范 杨 娜 副 主 编 余 桥 伟 刘 鸣 武 峰 张 建 军 卜 佳 锐 牛 熠 张 建 军 参 编 张 晓 莉 李 小 进 主 审 胡 业 发 张 建 军 标 准 分 享 网 免 费 下 载

3 内 容 简 介 本 书 是 根 据 车 辆 ( 汽 车 ) 工 程 专 业 的 培 养 目 标 而 编 写 的 高 等 学 校 教 材, 全 书 共 分 12 章, 内 容 包 括 绪 论 铸 造 锻 造 工 艺 冲 压 工 艺 焊 接 工 艺 塑 料 加 工 工 艺 机 械 加 工 热 处 理 电 镀 工 艺 涂 漆 装 配 工 艺 和 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 本 书 以 汽 车 生 产 制 造 过 程 为 主 线, 对 各 工 艺 的 介 绍 较 为 系 统 完 整, 具 有 独 特 风 格, 并 介 绍 了 当 前 汽 车 制 造 企 业 中 应 用 的 新 技 术 和 新 工 艺 每 章 后 列 有 习 题 本 书 除 可 作 为 车 辆 ( 汽 车 ) 工 程 专 业 教 材 外, 也 可 作 为 运 载 工 具 运 用 工 程 热 能 与 动 力 ( 内 燃 机 ) 工 程 农 业 机 械 化 工 程 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 等 专 业 的 教 材 和 教 学 参 考 书, 也 可 供 相 关 专 业 的 学 生 和 从 事 汽 车 运 用 与 维 修 汽 车 生 产 管 理 方 面 的 工 程 技 术 人 员 作 参 考 书 图 书 在 版 编 目 (CIP) 数 据 汽 车 制 造 工 艺 / 赵 桂 范, 杨 娜 主 编. 北 京 : 北 京 大 学 出 版 社, (21 世 纪 全 国 高 等 院 校 大 机 械 系 列 实 用 规 划 教 材 汽 车 系 列 ) ISBN Ⅰ. 汽 Ⅱ. 1 赵 2 杨 Ⅲ. 汽 车 车 辆 制 造 工 艺 高 等 学 校 教 材 Ⅳ. U466 中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 (2007) 第 号 书 名 : 汽 车 制 造 工 艺 著 作 责 任 者 : 赵 桂 范 杨 娜 主 编 责 任 编 辑 : 童 君 鑫 标 准 书 号 :ISBN /TH 0029 出 版 者 : 北 京 大 学 出 版 社 地 址 : 北 京 市 海 淀 区 成 府 路 205 号 网 址 : 电 话 : 邮 购 部 发 行 部 编 辑 部 出 版 部 电 子 邮 箱 :pup_6@163.com 印 刷 者 : 发 行 者 : 北 京 大 学 出 版 社 经 销 者 : 新 华 书 店 787 毫 米 1092 毫 米 16 开 本 18.5 印 张 423 千 字 2008 年 6 月 第 1 版 2008 年 6 月 第 1 次 印 刷 定 价 :30.00 元 未 经 许 可, 不 得 以 任 何 方 式 复 制 或 抄 袭 本 书 之 部 分 或 全 部 内 容 版 权 所 有 侵 权 必 究 举 报 电 话 : 电 子 邮 箱 :fd@pup. pku. edu. cn

4 21 世 纪 全 国 高 等 院 校 大 机 械 系 列 实 用 规 划 教 材 汽 车 系 列 专 家 编 审 委 员 会 主 任 委 员 崔 胜 民 副 主 任 委 员 ( 按 拼 音 排 序 ) 江 浩 斌 王 丰 元 杨 建 国 赵 桂 范 委 员 ( 按 拼 音 排 序 ) 韩 同 群 姜 立 标 林 波 凌 永 成 刘 瑞 军 刘 涛 刘 占 峰 鲁 统 利 罗 念 宁 肖 生 发 谢 在 玉 于 秋 红 张 京 明 张 黎 骅 赵 立 军 赵 又 群 标 准 分 享 网 免 费 下 载

5 前 言 汽 车 制 造 工 艺 学 是 以 汽 车 制 造 中 的 工 艺 问 题 为 研 究 对 象 的 一 门 应 用 性 技 术 学 科, 也 是 一 门 包 含 多 种 工 艺 的 综 合 性 学 科 本 书 全 面 系 统 地 阐 述 了 汽 车 制 造 工 艺 的 基 本 理 论 内 容 涉 及 汽 车 制 造 的 各 种 工 艺 过 程, 包 括 铸 造 锻 造 冲 压 焊 接 塑 料 加 工 机 械 加 工 热 处 理 电 镀 涂 漆 及 装 配 工 艺 等 为 了 适 应 新 时 代 与 新 形 势, 以 及 现 代 汽 车 工 业 发 展 的 需 要, 在 保 持 传 统 基 本 内 容 的 基 础 上, 本 书 增 加 了 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 使 学 生 通 过 阅 读 学 习 本 书, 在 掌 握 汽 车 制 造 工 艺 基 本 内 容 的 同 时, 能 对 当 前 的 先 进 制 造 工 艺 有 大 致 的 了 解 本 书 在 讲 述 各 种 加 工 工 艺 的 同 时, 力 求 突 出 汽 车 制 造 的 特 点, 即 详 细 介 绍 了 各 种 工 艺 在 汽 车 制 造 中 的 应 用 本 书 除 可 作 为 车 辆 ( 汽 车 ) 工 程 专 业 教 材 外, 也 可 作 为 运 载 工 具 运 用 工 程 热 能 与 动 力 ( 内 燃 机 ) 工 程 农 业 机 械 化 工 程 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 等 专 业 的 教 材 和 教 学 参 考 书, 也 可 供 相 关 专 业 的 学 生 和 从 事 汽 车 运 用 与 维 修 汽 车 生 产 管 理 方 面 的 工 程 技 术 人 员 作 参 考 书 本 书 建 议 授 课 学 时 为 40 学 时 但 考 虑 各 个 学 校 的 课 程 设 置 不 完 全 相 同, 所 以 采 用 本 教 材 进 行 教 学 时, 可 以 根 据 具 体 教 学 的 需 要 灵 活 处 理 各 章 的 参 考 授 课 学 时 数 见 下 表 : 章 次 建 议 学 时 章 次 建 议 学 时 第 1 章 绪 论 1 第 7 章 机 械 加 工 6 第 2 章 铸 造 6 第 8 章 热 处 理 3 第 3 章 锻 造 工 艺 3 第 9 章 电 镀 工 艺 3 第 4 章 冲 压 工 艺 4 第 10 章 涂 漆 3 第 5 章 焊 接 工 艺 2 第 11 章 装 配 工 艺 2 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 4 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 3 本 书 由 哈 尔 滨 工 业 大 学 赵 桂 范 和 杨 娜 主 编 在 编 写 过 程 中, 得 到 了 哈 尔 滨 工 业 大 学 汽 车 工 程 学 院 各 位 领 导 同 事 及 硕 士 研 究 生 朱 明 张 亮 等 同 学 的 大 力 支 持 和 帮 助, 在 此 表 示 衷 心 的 感 谢! 由 于 编 者 水 平 有 限, 书 中 难 免 有 疏 漏 和 不 妥 之 处, 恳 请 读 者 批 评 指 正 编 者 2008 年 2 月

6 目 录 第 1 章 绪 论 制 造 工 艺 概 要 生 产 方 式 与 设 备 生 产 工 艺 与 设 备... 3 习 题... 5 第 2 章 铸 造 概 述 铸 造 工 艺 概 要 铸 件 铸 造 方 式 铸 造 车 间 平 面 布 置 铸 造 材 料 铸 造 原 料 型 砂 芯 砂 铸 造 工 艺 与 设 备 造 型 与 制 芯 熔 化 铸 造 类 型 热 处 理 落 砂 清 理 模 型 模 型 设 计 模 型 制 造 铸 件 质 量 铸 造 条 件 与 质 量 检 查 方 法 曲 轴 凸 轮 轴 的 铸 造 工 艺 球 墨 铸 铁 曲 轴 和 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 的 湿 砂 型 铸 造 壳 型 铸 造 曲 轴 凸 轮 轴 工 艺 及 装 备 的 湿 砂 型 铸 造 金 属 型 盆 砂 铸 造 曲 轴 凸 轮 轴 工 艺 及 工 艺 设 备 曲 轴 的 先 进 制 造 工 艺 习 题 第 3 章 锻 造 工 艺 概 述 锻 造 工 艺 与 设 备 切 断 热 锻 冷 锻 温 锻 特 种 锻 造 锻 模 锻 模 设 计 锻 模 材 料 模 具 制 造 锻 件 质 量 控 制 锻 件 几 何 形 状 与 尺 寸 的 检 验 锻 件 表 面 质 量 的 检 验 应 用 实 例 连 杆 的 结 构 特 点 及 结 构 工 艺 性 分 析 连 杆 的 材 料 和 毛 坯 连 杆 主 要 表 面 的 加 工 方 法 整 体 精 锻 连 杆 盖 连 杆 体 的 撑 断 新 工 艺 大 批 量 生 产 时 连 杆 机 械 加 工 的 工 艺 过 程 习 题 第 4 章 冲 压 工 艺 概 述 冲 压 工 艺 概 要 标 准 分 享 网 免 费 下 载

7 IV 汽 车 制 造 工 艺 冲 压 件 冲 压 生 产 线 的 控 制 冲 压 材 料 冲 压 材 料 的 特 性 要 求 材 料 选 定 冷 轧 钢 板 热 轧 钢 板 表 面 处 理 钢 板 其 他 材 料 冲 模 冲 模 设 计 模 具 制 造 冲 压 工 艺 冲 压 车 间 平 面 布 置 车 身 零 件 的 冲 压 工 艺 车 架 底 盘 母 件 的 冲 压 工 艺 冲 压 设 备 冲 压 自 动 化 附 属 设 备 冲 压 件 质 量 控 制 精 度 检 验 外 观 检 验 汽 车 车 身 覆 盖 件 冲 压 工 艺 汽 车 车 身 覆 盖 件 冲 压 成 型 特 点 覆 盖 件 冲 压 基 本 工 序 及 冲 压 工 艺 方 案 的 确 定 车 身 覆 盖 件 拉 深 件 设 计 覆 盖 件 的 冲 压 工 序 习 题 第 5 章 焊 接 工 艺 概 述 焊 接 方 法 分 类 焊 接 工 艺 概 要 焊 接 零 件 设 计 焊 接 方 法 二 氧 化 碳 气 体 保 护 焊 电 阻 焊 气 焊 及 其 他 自 动 化 方 向 焊 接 夹 具 夹 具 设 计 夹 具 制 造 焊 接 设 备 与 平 面 布 置 自 动 焊 接 生 产 线 车 身 装 焊 压 力 机 焊 接 生 产 线 焊 接 质 量 质 量 检 验 尺 寸 与 表 面 精 度 习 题 第 6 章 塑 料 加 工 工 艺 概 述 塑 料 的 特 性 塑 料 加 工 方 法 概 要 塑 料 分 类 与 制 作 塑 料 加 工 工 艺 与 设 备 塑 料 成 型 法 加 工 生 产 线 加 工 设 备 零 件 精 度 起 因 于 成 型 的 变 形 起 因 于 时 效 的 变 形 塑 料 成 型 用 模 型 模 型 设 计 模 型 制 造 在 汽 车 中 的 应 用 及 汽 车 用 塑 料 的 发 展 趋 势 保 险 杠 汽 车 用 塑 料 的 发 展 趋 势 习 题 第 7 章 机 械 加 工 概 述 大 量 生 产 加 工 法 概 要 切 削 工 具 与 切 削 液 IV

8 目 录 V 被 加 工 材 料 质 量 保 证 机 械 加 工 设 备 加 工 生 产 线 设 计 专 用 机 床 自 动 机 ( 线 ) 自 动 化 装 置 检 验 设 备 辅 助 设 备 汽 车 零 件 加 工 举 例 汽 缸 体 曲 轴 连 杆 变 速 器 壳 齿 轮 后 桥 壳 习 题 第 8 章 热 处 理 概 述 热 处 理 概 要 汽 车 制 造 与 热 处 理 毛 坯 件 的 热 处 理 正 火 淬 火 回 火 退 火 渗 碳 淬 火 渗 碳 气 氛 与 渗 碳 机 理 渗 碳 热 处 理 条 件 高 频 淬 火 高 频 淬 火 原 理 高 频 淬 火 的 组 织 热 处 理 新 技 术 简 介 可 控 气 氛 热 处 理 与 真 空 热 处 理 强 韧 化 热 处 理 表 面 镀 覆 超 硬 层 工 艺 激 光 热 处 理 热 处 理 设 备 毛 坯 件 热 处 理 设 备 机 械 加 工 件 的 热 处 理 设 备 热 处 理 质 量 检 验 习 题 第 9 章 电 镀 工 艺 概 述 电 镀 零 件 与 质 量 要 求 电 镀 工 艺 概 要 电 镀 的 种 类 装 饰 镀 铬 防 锈 电 镀 铝 的 氧 化 处 理 塑 料 电 镀 电 镀 工 艺 与 设 备 电 镀 车 间 平 面 布 置 磨 抛 前 处 理 电 镀 后 处 理 废 液 处 理 电 镀 管 理 电 镀 质 量 检 验 外 观 检 验 耐 蚀 性 试 验 硬 度 试 验 习 题 第 10 章 涂 漆 概 述 涂 漆 质 量 与 要 求 涂 漆 工 艺 概 要 涂 料 涂 漆 工 艺 与 设 备 涂 漆 工 艺 设 计 涂 漆 车 间 平 面 布 置 前 处 理 装 置 喷 漆 室 V 标 准 分 享 网 免 费 下 载

9 VI 汽 车 制 造 工 艺 烘 干 炉 研 磨 工 序 涂 料 供 应 涂 漆 车 身 储 存 线 辅 助 设 备 涂 漆 方 法 涂 漆 质 量 保 证 外 貌 不 佳 质 量 管 理 汽 车 车 身 涂 装 的 典 型 工 艺 习 题 第 11 章 装 配 工 艺 装 配 生 产 方 式 装 配 工 艺 与 设 备 装 配 工 序 与 车 间 平 面 布 置 装 配 工 作 法 内 饰 装 配 线 车 辆 检 查 调 整 线 车 辆 修 整 出 厂 线 部 件 搬 运 机 械 车 身 安 装 工 艺 车 身 安 装 的 特 征 车 身 安 装 的 生 产 方 式 车 身 安 装 的 生 产 规 模 车 身 安 装 质 量 保 证 质 量 保 证 体 制 车 身 安 装 质 量 保 证 要 点 习 题 第 12 章 汽 车 先 进 制 造 工 艺 展 望 精 益 生 产 精 益 生 产 基 本 概 念 精 益 生 产 的 内 涵 精 益 生 产 模 式 精 益 生 产 的 主 要 内 容 敏 捷 制 造 敏 捷 制 造 的 提 出 敏 捷 制 造 的 内 涵 敏 捷 制 造 的 一 般 实 施 方 法 敏 捷 制 造 对 制 造 业 的 影 响 并 行 工 程 快 速 成 型 技 术 快 速 成 型 概 述 快 速 成 型 工 艺 方 法 快 速 成 型 技 术 的 特 点 及 应 用 领 域 快 速 成 型 技 术 的 发 展 趋 势 虚 拟 制 造 技 术 虚 拟 制 造 概 述 虚 拟 制 造 的 研 究 内 容 虚 拟 制 造 的 技 术 体 系 虚 拟 制 造 系 统 的 体 系 结 构 虚 拟 制 造 环 境 与 平 台 习 题 参 考 文 献 VI

10 第 1 章 绪 论 教 学 提 示 : 汽 车 工 业 是 一 个 综 合 性 企 业, 学 习 汽 车 制 造 工 艺 首 先 要 了 解 汽 车 的 基 本 生 产 过 程, 汽 车 生 产 方 式 由 生 产 规 模 与 工 艺 特 性 两 方 面 决 定, 通 过 考 虑 各 种 因 素 可 以 确 定 自 制 与 外 协 的 分 工 生 产 方 案 与 设 备 布 置 方 案 教 学 要 求 : 了 解 汽 车 制 造 工 艺, 了 解 三 种 汽 车 生 产 方 式 以 及 与 之 相 适 应 的 生 产 设 备, 了 解 自 制 与 外 协 的 分 工 生 产 方 案 与 设 备 布 置 方 案 1.1 制 造 工 艺 概 要 汽 车 工 业 是 在 许 多 相 关 联 的 工 业 和 有 关 技 术 的 基 础 上 发 展 起 来 的 综 合 性 企 业 汽 车 上 使 用 着 许 多 部 门 的 产 品, 而 且 从 毛 坯 加 工 到 整 车 装 配, 需 要 采 用 各 类 加 工 技 术 汽 车 零 件 包 括 大 至 地 板, 小 至 螺 钉 等 数 千 个 不 同 的 部 件 实 际 的 汽 车 生 产 过 程 是 由 若 干 不 同 的 专 业 生 产 厂 ( 车 间 ) 合 作 完 成 的 为 了 经 济 地 高 效 率 地 制 造 汽 车, 这 些 专 业 生 产 厂 ( 车 间 ) 按 产 品 的 协 作 原 则 组 织 生 产 分 工 合 作 一 般 来 说, 发 动 机 变 速 器 车 轴 车 身 等 主 要 总 成 由 本 企 业 自 己 制 造, 而 轮 胎 玻 璃 电 器 车 身 内 饰 件 与 其 他 小 型 零 部 件 等, 多 靠 协 作, 由 外 面 专 业 厂 生 产 图 1.1 所 示 的 是 汽 车 的 生 产 过 程 框 图 图 1.1 汽 车 生 产 过 程 框 图 标 准 分 享 网 免 费 下 载

11 2 汽 车 制 造 工 艺 汽 车 的 基 本 生 产 过 程 包 括 下 料 铸 造 锻 造 机 械 加 工 热 处 理 冲 压 冷 挤 压 粉 末 冶 金 焊 接 涂 漆 电 镀 与 装 配 等 多 种 而 外 协 件 的 制 造 工 艺, 通 常 又 包 括 许 多 极 其 特 殊 的 制 造 技 术 汽 车 制 造 工 艺 的 编 制 常 以 装 配 工 艺 为 核 心, 为 了 提 高 生 产 的 效 率, 其 趋 向 是 尽 量 采 用 流 水 线 生 产 方 式 要 点 在 于 同 时 进 行 各 种 零 部 件 的 制 造 加 工, 而 以 最 终 装 出 整 车 为 目 标, 彼 此 之 间 相 互 协 调 1.2 生 产 方 式 与 设 备 通 常, 生 产 方 式 由 生 产 规 模 ( 产 量 ) 与 工 艺 特 性 两 方 面 决 定, 大 致 可 分 为 以 下 三 种 (1) 单 件 生 产 方 式 : 采 用 通 用 机 床, 进 行 单 件 或 极 小 批 量 的 多 品 种 生 产 (2) 批 量 生 产 方 式 : 采 用 通 用 机 床 或 通 用 生 产 线, 通 过 定 期 改 变 生 产 程 序 进 行 多 品 种 中 批 量 或 小 批 量 生 产 (3) 流 水 生 产 方 式 : 采 用 专 用 机 床 或 专 用 生 产 线, 进 行 单 一 品 种 或 少 品 种 的 大 量 流 水 线 生 产 由 于 汽 车 生 产 本 身 的 特 性 及 其 大 量 生 产 规 模, 其 生 产 方 式 就 整 体 而 言 属 于 流 水 作 业, 但 不 同 的 工 艺, 可 能 具 有 程 度 上 的 差 异 例 如 : (1) 由 于 铸 造 锻 造 冲 压 等 工 艺 的 生 产 周 期 短, 采 用 容 易 变 换 程 序 进 行 批 量 生 产 的 通 用 生 产 线 比 采 用 专 用 生 产 线 更 为 有 利 (2) 机 械 加 工 与 焊 接 工 艺, 就 生 产 技 术 而 言 宜 采 用 专 用 生 产 线 进 行 流 水 生 产 (3) 涂 漆 与 装 配 工 艺 可 进 行 混 合 生 产 其 产 量 虽 小, 一 般 仍 可 采 用 流 水 生 产 汽 车 生 产 所 用 的 设 备 应 该 和 生 产 方 式 相 适 应 由 于 汽 车 以 大 量 生 产 为 原 则, 所 选 设 备 必 须 符 合 流 水 生 产 工 艺 的 要 求 装 配 生 产 线 使 用 输 送 机 进 行 流 水 作 业, 机 械 加 工 则 多 采 用 连 续 自 动 机 床 为 了 适 应 生 产 规 模 的 扩 大 合 理 化 与 节 省 人 力 的 要 求, 生 产 设 备 的 高 性 能 化 与 自 动 化 程 度 正 在 不 断 提 高 此 外, 还 采 用 电 子 计 算 机 来 保 证 零 部 件 的 及 时 供 应, 并 控 制 生 产 线 的 运 行 生 产 设 备 的 最 近 发 展 趋 向 见 表 1-1 表 1-1 生 产 设 备 的 最 近 发 展 趋 向 工 艺 原 用 设 备 最 近 设 备 油 砂 型 芯 手 工 夯 实 壳 芯 机 铸 造 挤 压 造 型 高 压 造 型 机 铝 合 金 金 属 型 铸 造 铝 合 金 压 铸 机 锻 锤 压 力 机 锻 造 重 油 加 热 炉 感 应 加 热 装 置 机 械 加 工 单 能 机 连 续 自 动 机 床 自 动 线 自 动 测 量 修 正 选 择 机 自 动 冲 压 线 冲 压 通 用 压 床 连 续 自 动 压 力 机 2

12 第 1 章 绪 论 3 工 艺 原 用 设 备 最 近 设 备 续 表 焊 接 涂 漆 装 配 移 动 式 电 焊 机 手 工 喷 涂 手 工 研 磨 链 式 输 送 机 多 工 位 焊 接 压 力 机 自 动 焊 机 自 动 静 电 喷 涂 电 泳 涂 漆 自 动 喷 涂 自 动 水 研 磨 机 推 式 悬 挂 输 送 机 自 动 装 配 机 1.3 生 产 工 艺 与 设 备 根 据 汽 车 生 产 准 备 阶 段 编 制 的 长 期 生 产 计 划, 考 虑 现 有 的 生 产 体 制 与 内 外 加 工 顺 序, 应 事 先 对 汽 车 生 产 工 序 与 设 备 计 划 进 行 周 密 分 析, 确 定 下 述 自 制 与 外 协 的 分 工 生 产 方 案 与 设 备 布 置 方 案 1. 自 制 外 协 分 工 计 划 与 作 业 计 划 在 制 订 零 部 件 或 某 些 工 序 的 自 制 外 协 分 工 方 案 时, 不 仅 应 考 虑 产 品 成 本, 还 应 考 虑 产 品 质 量 的 稳 定 性, 以 及 保 密 投 资 计 划, 对 协 作 企 业 扶 植 方 针 等 许 多 因 素 表 1-2 为 日 本 汽 车 企 业 自 制 外 协 分 工 的 一 般 情 况, 外 协 率 占 购 入 量 的 90%, 占 购 入 金 额 的 70% 汽 车 工 厂 的 生 产 时 间 一 般 为 两 班 制, 每 天 一 共 生 产 14~16h, 以 降 低 设 备 的 折 旧 费 在 集 体 劳 动 程 度 高 的 装 配 部 门 内, 也 有 采 用 一 班 制 的 至 于 热 处 理 等 预 热 损 失 大 的 部 门, 则 实 行 24h 连 续 作 业 制 度 表 1-2 自 制 外 协 分 工 一 般 情 况 举 例 特 征 主 要 零 部 件 自 制 自 制 外 协 混 合 外 协 生 产 的 连 续 性 缩 短 生 产 周 期 减 轻 设 备 负 荷 充 分 运 用 专 业 工 厂 总 成 装 配 与 主 要 零 部 件 加 工 ( 铸 造 锻 造 机 械 加 工 ) 坐 垫 燃 油 箱 盘 式 车 轮 制 动 盘 等 飞 轮 制 动 鼓 等 简 单 的 机 械 加 工 零 件 护 板 件 装 配 ( 中 型 ) 大 的 电 镀 件 轮 胎 玻 璃 电 器 仪 表 等 弹 簧 轴 承 等 活 塞 离 合 器 散 热 器 等 橡 胶 塑 料 装 饰 品 等 软 质 材 料 铸 铁 铝 合 金 等 原 材 料 与 坯 料 3 标 准 分 享 网 免 费 下 载

13 4 汽 车 制 造 工 艺 2. 加 工 方 法 与 设 备 大 量 生 产 时, 一 般 根 据 生 产 计 划 确 定 生 产 节 拍, 然 后 选 定 各 种 加 工 方 法 与 设 备, 所 应 考 虑 如 下 基 本 问 题 (1) 通 过 对 各 工 序 的 分 解 与 合 并, 或 对 加 工 条 件 的 改 进, 尽 量 使 各 工 序 的 生 产 周 期 与 所 需 要 的 生 产 节 拍 相 吻 合, 以 形 成 一 条 同 步 生 产 的 专 用 线 此 外, 当 工 序 之 间 达 到 同 步, 并 将 生 产 管 理 ( 零 部 件 供 应 方 式 与 库 存 安 排 方 式 ) 和 质 量 管 理 ( 质 量 控 制 方 式 与 设 备 检 测 点 等 ) 的 内 容 充 分 纳 入 后, 就 可 形 成 一 条 具 有 综 合 机 能 的 生 产 线 (2) 应 该 注 意 减 少 总 装 配 量 ( 适 当 分 组 装 配 ), 减 少 调 整 作 业 量, 减 少 工 序 数 目, 并 保 持 工 艺 过 程 的 连 续 性, 以 提 高 大 量 生 产 线 运 行 的 平 稳 性 与 生 产 速 度 (3) 参 照 最 佳 节 拍 时 间, 确 定 生 产 线 数 量 与 流 动 方 式 一 般 对 大 量 生 产 线 而 言, 机 械 加 工 生 产 线 的 最 佳 节 拍 时 间 为 0.7~2.0min 装 配 生 产 线 为 1.0~2.0min 但 若 单 一 品 种 加 工 数 量 不 能 达 到 经 济 数 量 时, 一 条 生 产 线 上 可 流 动 生 产 两 种 产 品, 它 们 的 产 量 应 相 互 配 合 从 而 达 到 经 济 产 量 例 如, 可 形 成 装 配 与 涂 漆 的 混 合 生 产 线, 至 于 机 械 加 工 与 焊 接, 也 可 通 过 工 序 变 换, 形 成 批 量 生 产 线 在 这 种 场 合 下, 应 该 尽 量 做 到 车 辆 与 总 成 的 系 列 化, 零 部 件 的 通 用 化 与 标 准 化 (4) 选 定 加 工 方 法 时, 应 该 根 据 产 量 进 行 经 济 核 算, 选 择 经 济 性 最 好 的 加 工 方 法 为 此, 在 大 量 生 产 线 上, 应 该 尽 量 采 用 符 合 节 拍 要 求 的 大 量 生 产 方 法, 如 无 切 屑 加 工 法, 加 工 装 配 的 高 速 化 同 步 化 多 方 位 同 时 进 行 等 方 法 (5) 不 言 而 喻, 在 可 能 范 围 内 应 该 尽 量 做 到 省 力 化 与 自 动 化 然 而, 为 了 适 应 今 后 难 于 避 免 的 生 产 变 动, 应 选 用 适 应 性 高 的 设 备 例 如, 可 采 用 通 用 性 大 的 专 用 生 产 线, 这 种 生 产 线 的 程 序 变 换 简 便, 且 当 车 辆 改 型 时, 通 过 更 换 加 工 装 备, 也 容 易 进 行 相 应 变 动 与 改 造 (6) 虽 然 要 求 设 备 的 可 靠 性 高, 但 是 希 望 在 带 刚 性 的 机 械 与 单 能 机 的 刀 具 配 置 和 加 工 条 件 方 面, 保 持 适 当 的 变 动 余 地 设 备 的 标 牌 与 型 号 应 保 存 齐 全, 以 利 于 设 备 维 护 并 掌 握 操 作 要 点 (7) 工 夹 具 对 产 品 质 量 和 生 产 情 况 有 很 大 影 响, 必 须 周 密 研 究 设 计 时 必 须 注 意, 为 了 保 持 检 验 量 规 的 精 度 省 力 化 与 时 间 平 衡, 宜 采 用 同 时 加 工 零 件 的 单 手 柄 固 定 和 自 动 夹 紧 等 措 施 3. 操 作 定 额 根 据 工 艺 设 备 与 工 艺 装 备, 确 定 各 工 序 各 类 操 作 的 加 工 定 级 并 制 订 工 时 定 额, 进 而 确 定 工 人 数 量 尤 其 是 装 配 生 产 线, 应 在 平 衡 每 个 工 人 操 作 时 间 的 条 件 下, 提 高 劳 动 生 产 率 4. 设 备 布 置 设 备 布 置 要 保 证 工 件 流 程 的 通 畅 各 种 设 备 应 组 成 一 个 有 机 体, 以 提 高 设 备 的 利 用 率 这 种 情 况 应 表 示 在 设 备 平 面 布 置 图 上 布 置 设 备 时, 为 了 便 于 搬 运 维 护 与 管 理, 一 般 要 求 单 一 化 直 线 化 在 工 序 间 与 生 产 线 间, 应 配 备 调 节 储 存 装 置, 以 适 应 工 具 更 换 设 备 停 顿, 作 业 时 间 波 动, 换 班 贻 误 等 情 况, 这 种 补 充 设 施 与 输 送 机 相 结 合, 以 达 到 自 动 化 生 产 4

14 第 1 章 绪 论 5 在 装 配 线 上, 对 多 品 种 大 量 零 部 件 的 供 应 采 用 输 送 机 线 侧 装 置 与 流 动 台 车, 以 保 证 适 时 供 应 根 据 上 述 计 划 ( 自 制 与 外 协 工 艺 设 备 工 艺 装 备, 工 时 定 额 设 备 布 置 等 ) 制 订 工 艺 流 程 表 操 作 程 序 表 工 具 表 工 时 定 额 表 等 技 术 标 准 文 件, 并 应 随 时 使 之 具 有 最 新 内 容 在 生 产 准 备 阶 段, 应 该 把 它 作 为 正 式 的 新 计 划 部 署 文 件 发 给 有 关 部 门, 据 此 进 行 各 项 生 产 准 备 工 作 习 题 1. 用 框 图 描 述 汽 车 的 生 产 过 程 2. 汽 车 产 品 的 生 产 有 几 种 方 式? 试 进 行 比 较 3. 大 量 生 产 时 要 考 虑 的 基 本 问 题 有 哪 些? 5 标 准 分 享 网 免 费 下 载

15 第 2 章 铸 造 教 学 提 示 : 铸 造 生 产 在 机 器 制 造 工 业 和 其 他 工 业 部 门 应 用 十 分 广 泛, 汽 车 铸 件 生 产 包 括 多 种 具 有 特 色 的 铸 造 方 法, 铸 造 材 料 的 选 取 又 显 得 十 分 的 重 要, 铸 造 工 艺 主 要 包 括 造 型 与 制 芯 熔 化 铸 造 热 处 理 落 砂 处 理 等 技 术 与 工 序, 从 用 途 出 发, 又 必 须 密 切 注 意 汽 车 铸 件 的 质 量 教 学 目 标 : 了 解 汽 车 铸 造 所 需 的 原 料, 了 解 各 种 铸 造 工 艺 及 其 铸 造 方 法, 了 解 模 型 的 设 计 及 其 制 造 方 法, 掌 握 铸 件 质 量 检 查 方 法, 同 时 学 习 曲 轴 凸 轮 轴 的 铸 造 工 艺 2.1 概 述 铸 造 工 艺 概 要 将 熔 化 的 金 属 或 合 金 浇 入 已 制 好 的 铸 型 中, 经 冷 却 凝 固 后 获 得 所 需 形 状 和 尺 寸 的 铸 件, 这 种 方 法 称 为 铸 造 铸 造 生 产 有 如 下 特 点 (1) 不 但 可 以 生 产 与 机 械 零 件 形 状 接 近 的 毛 坯, 而 且 可 以 生 产 半 成 品 甚 至 成 品, 这 样 可 以 大 大 减 少 机 械 加 工 及 金 属 的 消 耗 (2) 一 般 说 来, 可 以 制 造 任 何 尺 寸 质 量 和 复 杂 形 状 的 铸 件 (3) 可 以 用 其 他 方 法 不 能 加 工 或 不 易 加 工 的 材 料 生 产 铸 件, 如 铸 铁 南 锰 钢 等 (4) 生 产 成 本 低 这 是 因 为 铸 造 所 用 原 材 料 来 源 广 泛, 价 格 低 廉, 废 品 回 收 容 易, 一 般 不 需 要 很 多 的 复 杂 设 备, 生 产 准 备 工 作 也 比 较 容 易 铸 造 生 产 在 机 器 制 造 工 业 和 其 他 工 业 部 门 应 用 十 分 广 泛 如 各 种 机 器 设 备 的 机 座 机 体, 坦 克 的 炮 塔, 汽 车 和 飞 机 的 发 动 机 壳 体, 耕 田 用 的 犁 铧 及 日 常 生 活 中 用 的 铁 锅 等 均 是 用 铸 造 方 法 制 造 的 在 化 工 机 器 生 产 中 也 不 例 外, 如 压 缩 机 中 的 铸 件 质 量 占 机 器 全 部 质 量 的 60%~80% 铸 造 生 产 可 以 根 据 金 属 材 料 和 生 产 方 法 来 分 类 根 据 金 属 材 料 的 不 同, 可 分 为 铸 铁 铸 钢 和 有 色 金 属 铸 造 等 ; 根 据 生 产 方 法 的 不 同, 可 分 为 砂 型 铸 造 和 特 种 铸 造 将 熔 融 金 属 浇 入 铸 型 而 得 到 铸 件, 从 方 法 上 说 可 算 十 分 简 单, 但 因 铸 造 条 件 相 当 复 杂, 如 何 定 量 地 掌 握 住 各 主 要 因 素 之 间 的 关 系, 就 相 当 困 难 了 最 近, 在 基 础 理 论 研 究 成 果 不 断 充 实 的 情 况 下, 逐 渐 明 确 了 各 主 要 因 素 之 间 的 量 的 关 系, 对 于 稳 定 产 品 质 量 起 着 重 大 的 作 用 汽 车 上 的 铸 件, 不 仅 在 形 状 和 强 度 方 面 应 符 合 设 计 要 求, 对 于 材 质 稳 定 性 和 铸 件 的 经 济 性 也 有 严 格 规 定 近 年 来, 随 着 新 的 铸 造 技 术 的 不 断 涌 现 铸 件 的 可 靠 性 日 益 增 高 对 于 汽 车 铸 件 特 性 的 主 要 要 求 是 :1 铸 件 形 状 复 杂, 常 需 使 用 砂 芯 ;2 尺 寸 精 度 高 ;3 采 用 薄 壁 铸 件 以 减 轻 质 量 ;4 材 质 稳 定 ;5 具 有 足 够 的 耐 压 性 和 抗 压 性 针 对 上 述 要 求, 所 采

16 第 2 章 铸 造 7 用 新 的 铸 造 技 术 有 :1 自 动 化 的 高 速 高 压 造 型 法 ;2 大 型 低 频 感 应 电 炉 熔 炼 法, 或 冲 天 炉 低 频 电 炉 的 双 联 熔 炼 法 ;3 强 韧 铸 铁 的 薄 壁 轻 型 铸 件 ;4 精 密 铸 造 法 等 此 外, 从 汽 车 废 气 处 理 方 面 考 虑, 要 求 生 产 耐 热 耐 蚀 性 能 优 良 的 铸 件, 预 计 这 类 铸 件 所 占 的 比 例 将 日 益 增 加 今 后 铸 造 方 面 的 课 题 是 : 以 改 善 铸 造 车 间 作 业 环 境 和 防 止 公 害 的 措 施 为 核 心, 进 一 步 提 高 机 械 化 和 自 动 化 程 度 图 2.1 所 示 为 一 般 铸 铁 件 的 铸 造 工 艺 过 程 球 墨 铸 铁 件 与 可 锻 铸 铁 件 的 铸 造 工 艺 过 程 与 此 基 本 相 同 球 墨 铸 铁 铁 水 从 化 铁 炉 中 流 出 后, 应 加 入 镁 合 金 (Fe-Si-Mg) 及 其 他 合 金, 进 行 石 墨 的 球 化 处 理 球 墨 铸 铁 件 既 可 在 铸 态 下 使 用, 也 可 经 热 处 理 后 使 用, 而 可 锻 铸 铁 件 则 需 经 热 处 理 以 提 高 其 强 韧 性 压 铸 件 于 压 铸 型 中 成 型, 其 铸 造 工 艺 过 程 也 与 图 2.1 的 情 况 基 本 相 同 图 2.1 铸 造 工 艺 过 程 铸 件 由 于 铸 件 的 成 本 低 并 具 有 强 韧 性 和 耐 磨 性, 可 用 于 制 造 发 动 机 变 速 器 车 轴 与 车 轮 等 动 力 传 动 系 统 的 大 型 复 杂 零 件 最 近, 为 了 适 应 轻 量 化 散 热 性 与 工 艺 性 的 要 求, 汽 缸 盖 汽 缸 体 与 变 速 器 壳 等 零 件 多 采 用 铝 合 金 制 造 表 2-1 列 出 了 汽 车 的 典 型 铸 件 成 分 表 2-1 汽 车 典 型 铸 件 成 分 举 例 部 件 零 件 名 称 材 料 化 学 成 分 /(%) 汽 缸 盖 普 通 铸 铁 合 金 铸 铁 C:3.20~3.40,Si:1.60~2.00,Mn:0.6~0.8,P<0.25,S<0.1 C:3.30~3.50,Si:1.90~2.10,Mn:0.6~0.8,Cr:0.2~0.4 发 动 机 普 通 铸 铁 C:3.20~3.40,Si:1.60~2.00,Mn:0.6~0.8,P<0.25,S<0.1 汽 缸 体 合 金 铸 铁 C:3.35~3.55,Si:1.90~2.10,Mn:0.6~0.8,Cr:0.1~0.3,Cu:0.6~0.8 曲 轴 球 墨 铸 铁 C:3.55~3.70,Si:2.30~2.45,Mn:0.25~0.35Cu:0.75~0.85,Mg:0.04~0.05 凸 轮 轴 合 金 铸 铁 C:3.45~3.65,Si:1.75~1.95,Mn:0.6~0.8,Cr:0.1~0.2 活 塞 铝 合 金 Si:11.5~12.5,Ni:1.8~2.2,Cu:0.8~1.2,Mg:0.6~1.0,Fe<0.4 7 标 准 分 享 网 免 费 下 载

17 8 汽 车 制 造 工 艺 续 表 部 件 零 件 名 称 材 料 化 学 成 分 /(%) 变 速 器 拨 叉 球 墨 铸 铁 C:3.65~3.80, Si:2.40~2.60, Mn:0.2~0.3, Mg:0.04~0.05 变 速 器 壳 铝 合 金 Si:9.0~10.0, Cu:3.0~4.0, Fe<0.8 离 合 器 离 合 器 盘 合 金 铸 铁 C:3.30~3.50, Si:1.80~2.00, Mn:0.6~0.8, Cr:0.2~0.4 制 动 鼓 普 通 铸 铁 C:3.30~3.60, Si:1.40~1.90, Mn:0.6~0.9, P<0.2, S<0.2 制 动 器 制 动 盘 合 金 铸 铁 C:3.30~3.50, Si:1.80~2.00, Mn:0.6~0.8, Cr:0.1~0.3 制 动 钳 ( 钳 体 ) 球 墨 铸 铁 C:3.65~3.80, Si:2.40~2.60, Mn:0.2~0.3, Mg:0.04~ 铸 造 方 式 汽 车 铸 件 生 产 采 用 多 种 各 具 特 色 的 铸 造 方 法, 本 节 只 选 择 其 中 有 代 表 性 的 几 种, 扼 要 说 明 1. 砂 型 铸 造 砂 型 铸 造 主 要 使 用 合 成 砂, 组 成 铸 造 生 产 线 除 用 于 生 产 汽 缸 体 汽 缸 盖 制 动 鼓 等 零 件 外, 其 适 用 范 围 还 在 不 断 扩 大 最 近, 高 速 高 压 造 型 法 迅 速 普 及, 造 型 速 度 可 达 240~ 300 箱 / 小 时, 生 产 率 极 高 这 种 方 法 的 特 点 见 表 2-2 表 2-2 高 速 高 压 造 型 机 的 特 征 优 点 缺 点 尺 寸 精 度 高, 铸 件 尺 寸 偏 差 小 生 产 率 高, 造 型 工 时 少 减 少 机 械 加 工 工 时 铸 件 致 密, 质 量 稳 定 设 备 价 格 高 易 形 成 气 孔 冲 砂 等 疵 病 对 型 砂 需 进 行 严 格 管 理 需 注 意 设 备 的 维 护 保 养 2. 壳 型 铸 造 本 法 以 热 固 性 树 脂 使 型 砂 结 成 硬 壳, 具 有 生 产 率 高, 铸 件 尺 寸 精 度 高, 砂 型 透 气 性 好 和 含 水 量 低 等 优 点, 正 被 多 方 采 用 由 于 壳 型 的 强 度 高, 可 使 用 严 格 的 工 艺 方 案, 以 提 高 铸 件 材 料 的 利 用 率, 防 止 铸 造 缺 陷 然 而, 所 用 树 脂 的 成 本 高, 是 这 种 方 法 的 缺 点 为 此 可 采 用 金 属 型 覆 砂 铸 造 法, 在 金 属 型 腔 表 面 覆 上 一 层 3~6mm 厚 的 型 砂 壳 层 这 种 方 法 可 减 少 昂 贵 的 树 脂 用 量, 不 仅 在 经 济 上 有 利, 并 可 使 材 质 稳 定 其 应 用 实 例 有 曲 轴 汽 缸 体 等 零 件 3. 压 力 铸 造 此 法 是 向 金 属 型 内 压 入 熔 融 的 金 属, 得 到 尺 寸 精 度 高 表 面 光 洁 的 铸 件 此 外, 由 于 金 属 型 的 冷 却 速 度 大, 铸 件 致 密 而 强 度 高 这 类 铸 件 的 尺 寸 精 度 也 高, 可 以 减 少 机 械 加 工 工 时 汽 车 上 具 有 代 表 性 的 铝 合 金 压 铸 件 有 汽 缸 体 汽 缸 盖 变 速 器 壳 传 动 链 壳 体 转 向 器 壳 体 等 多 种 铸 造 车 间 平 面 布 置 确 定 铸 造 车 间 平 面 布 置 时, 必 须 考 虑 铸 件 种 类 尺 寸 和 产 量 在 铸 造 车 间 内, 为 使 铸 件 能 高 效 率 流 动, 对 于 工 序 间 和 车 间 内 部 各 种 设 备 的 配 置 必 须 进 行 充 分 的 分 析 应 注 意 的 8

18 第 2 章 铸 造 9 有 :1 缩 短 搬 运 距 离, 并 使 产 品 流 通 顺 畅 ;2 设 备 立 体 布 置, 充 分 利 用 空 间 ;3 提 高 车 间 的 机 械 化 自 动 化 程 度, 充 分 进 行 检 测 管 理 ;4 改 善 劳 动 环 境 熔 化 工 序 与 造 型 工 序 是 工 艺 管 理 的 重 点, 要 根 据 熔 化 炉 的 类 型 和 操 作 条 件, 进 行 严 格 地 管 理 与 此 同 时, 为 了 型 砂 的 再 生 利 用, 对 于 砂 的 透 气 性 压 缩 强 度 等 性 能 也 必 须 认 真 管 理, 以 缩 小 它 们 的 变 动 范 围 为 了 防 止 造 型 机 与 脱 箱 机 的 噪 声 与 粉 尘, 改 善 劳 动 环 境, 已 有 设 置 隔 音 室 和 采 取 全 车 间 通 风 除 尘 措 施 之 实 例 为 了 防 止 公 害, 已 开 始 采 用 囊 式 滤 尘 器 清 除 冲 天 炉 排 气 中 的 灰 尘 对 于 壳 型 烧 结 时 发 生 的 恶 臭 气 体, 则 采 用 燃 烧 或 吸 收 的 办 法 来 消 除 2.2 铸 造 材 料 铸 造 原 料 铸 造 的 主 要 原 料 包 括 生 铁 废 钢 回 炉 料 等 熔 化 用 料, 以 及 铸 造 用 砂 等 造 型 材 料 铸 造 生 铁 的 质 量 稳 定 十 分 重 要, 最 好 对 成 批 购 进 的 生 铁 做 化 学 分 析 并 制 表 记 录, 以 供 参 考 本 企 业 内 的 废 钢, 已 知 其 成 分, 可 以 放 心 使 用, 对 于 从 外 面 购 进 的 废 钢, 则 应 预 先 确 定 成 分 后, 才 可 使 用 材 料 分 析 除 采 用 湿 式 的 化 学 分 析 法 外, 最 近 多 采 用 光 谱 分 析 法 粒 度 分 布 对 造 型 用 砂 十 分 重 要, 影 响 造 型 时 的 成 型 性 铸 件 的 表 面 质 量 和 铸 型 的 透 气 性 此 外, 还 希 望 保 持 适 当 的 耐 热 性, 以 承 受 高 温 铁 水 的 作 用 目 前, 铸 造 用 砂 除 最 常 使 用 的 硅 砂 外, 还 有 锆 砂 橄 榄 石 矿 砂 铬 矿 砂 等 由 于 铸 造 原 材 料 对 铸 件 质 量 和 铸 造 缺 陷 有 很 大 影 响, 必 须 严 格 管 理 1. 对 型 砂 和 芯 砂 性 能 的 要 求 型 ( 芯 ) 砂 质 量 对 铸 件 的 质 量 有 很 大 的 影 响, 如 砂 眼 夹 砂 气 孔 裂 纹 等 缺 陷 的 产 生 常 是 由 于 型 ( 芯 ) 砂 质 量 不 合 格 所 引 起 的 同 时, 新 的 造 型 材 料 的 出 现, 也 常 能 促 使 造 型 或 制 芯 工 艺 的 变 革 此 外, 每 生 产 1 吨 合 格 铸 件 需 4~5 吨 型 砂 因 此, 合 理 选 用 型 ( 芯 ) 砂, 可 提 高 铸 件 质 量, 降 低 成 本 型 ( 芯 ) 砂 应 具 备 如 下 的 性 能 (1) 可 塑 性 型 砂 在 外 力 作 用 下 容 易 获 得 清 晰 的 模 型 轮 廓, 外 力 去 除 后 仍 能 保 持 其 形 状 的 性 能 称 之 为 可 塑 性 砂 子 几 乎 是 不 可 塑 的, 而 含 有 一 定 水 分 的 黏 土, 则 有 很 好 的 可 塑 性 所 以 在 型 砂 中 含 黏 土 量 越 多, 并 且 黏 土 的 分 布 越 均 匀, 可 塑 性 越 好 (2) 强 度 型 砂 在 外 力 作 用 下 而 不 破 坏 的 能 力 叫 做 强 度 为 了 在 搬 运 合 箱 和 浇 注 时 不 致 损 坏, 型 砂 应 具 有 足 够 的 强 度 型 砂 的 强 度 随 黏 土 含 量 和 型 砂 的 捣 实 程 度 的 增 加 而 增 加, 细 小 砂 粒 和 大 小 不 均 匀 的 砂 粒 也 能 提 高 型 砂 的 强 度 型 砂 的 强 度 随 黏 土 含 量 和 紧 实 度 的 增 加 而 增 加, 砂 的 粒 度 越 细 强 度 越 高 型 砂 的 含 水 量 对 强 度 也 有 很 大 影 响, 过 多 或 过 少 均 使 强 度 变 低 型 砂 的 强 度 可 用 标 准 试 样 在 专 门 仪 器 上 测 定 (3) 耐 火 性 在 高 温 液 体 金 属 作 用 下, 型 砂 不 软 化 不 黏 结 金 属 的 性 能 称 之 为 耐 火 性 若 耐 火 性 差, 型 砂 将 黏 结 在 铸 件 表 面 上, 使 机 械 加 工 非 常 困 难, 严 重 时, 因 不 能 机 械 加 工 而 报 废 耐 火 性 主 要 与 化 学 成 分 砂 粒 形 状 及 大 小 等 有 关 纯 石 英 砂 的 耐 火 性 最 好 圆 形 粗 大 砂 粒 的 耐 火 性 较 多 角 形 细 小 砂 粒 的 耐 火 性 好 为 弥 补 型 砂 耐 火 性 的 不 足, 还 需 采 用 防 粘 砂 材 料 如 在 型 砂 中 混 入 少 量 煤 粉 或 在 型 腔 9 标 准 分 享 网 免 费 下 载

19 10 汽 车 制 造 工 艺 表 面 刷 覆 一 层 石 墨 涂 料, 这 些 碳 质 物 质 所 产 生 的 还 原 性 气 体 可 有 效 地 防 止 粘 砂 (4) 透 气 性 型 砂 允 许 气 体 透 过 的 能 力 称 之 为 透 气 性 型 腔 中 本 来 就 有 空 气 型 砂 和 芯 砂, 在 液 体 金 属 高 温 作 用 下, 将 有 气 体 产 生 ; 液 体 金 属 本 身 在 冷 却 时 也 会 析 出 气 体 如 果 型 砂 的 透 气 性 不 好, 这 些 气 体 不 能 及 时 排 除, 将 会 使 铸 件 产 生 气 孔 缺 陷 砂 粒 大 而 均 匀, 黏 土 含 量 少, 水 分 适 当, 混 合 均 匀, 捣 实 程 度 越 小, 则 透 气 性 越 好 型 砂 含 水 量 过 少 时, 砂 粒 表 面 黏 土 膜 不 光 滑, 透 气 性 不 高 ; 含 水 量 过 多 时, 空 隙 被 堵 塞, 也 使 透 气 性 降 低 (5) 退 让 性 铸 件 凝 固 和 冷 却 过 程 中 产 生 收 缩 时, 型 砂 能 被 压 缩, 退 让 的 性 能 称 为 退 让 性 金 属 浇 注 后, 型 砂 的 高 温 强 度 越 低, 其 退 让 性 越 好, 铸 件 收 缩 受 到 的 机 械 阻 力 越 小, 铸 件 内 应 力 减 小 反 之, 铸 件 收 缩 受 阻, 内 应 力 加 大, 甚 至 产 生 裂 纹 等 缺 陷 用 黏 土 作 黏 结 剂 时, 由 于 黏 土 在 高 温 时 发 生 烧 结, 强 度 进 一 步 增 加, 所 以 退 让 性 差 为 提 高 型 砂 的 退 让 性, 除 改 用 其 他 黏 结 剂 ( 如 油 树 脂 等 ) 外, 还 可 在 干 型 型 砂 中 混 入 少 量 木 屑 等 附 加 物, 使 砂 粒 的 间 隙 增 加 由 于 砂 芯 是 形 成 铸 件 的 内 腔, 它 被 高 温 液 体 金 属 所 包 围, 因 此, 除 对 上 述 性 能 要 求 较 高 外, 还 须 考 虑 型 ( 芯 ) 砂 的 回 用 性 发 气 性 和 出 砂 性 等 回 用 性 良 好 的 型 砂, 便 于 重 复 使 用, 型 砂 耗 费 量 低 ; 发 气 性 低 的 型 砂, 浇 注 时 自 身 产 生 的 气 体 少, 铸 件 不 易 产 生 气 孔 ; 出 砂 性 好 的 型 砂, 浇 注 冷 却 后 残 留 强 度 低, 铸 件 易 于 清 理 2. 配 制 型 砂 和 芯 砂 用 的 原 材 料 为 了 使 型 砂 和 芯 砂 具 有 合 适 的 性 能, 需 要 进 行 配 制 配 制 型 砂 和 芯 砂 用 的 原 材 料, 种 类 很 多, 现 将 常 用 的 原 材 料 介 绍 如 下 (1) 原 砂 原 砂 是 型 砂 和 芯 砂 的 主 要 组 成 成 分 原 砂 一 般 采 自 山 地 海 滨 和 河 边 原 砂 性 能 的 好 坏, 主 要 决 定 于 它 的 化 学 成 分 砂 粒 形 状 和 均 匀 度 砂 中 SiO 2 含 量 越 高, 它 的 耐 火 性 越 好 砂 粒 以 圆 形 为 佳, 越 均 匀 越 好 (2) 黏 结 剂 黏 结 剂 的 作 用 是 将 砂 粒 黏 结 起 来, 使 型 砂 芯 砂 具 有 一 定 的 强 度 可 塑 性 等 黏 结 剂 有 黏 土 和 特 殊 黏 结 剂 两 大 类 黏 土 是 来 源 广 泛 价 格 便 宜 的 黏 结 剂 型 砂 芯 砂 中 常 用 的 黏 土 有 陶 土 和 白 泥 陶 土 颗 粒 极 细, 吸 水 性 能 和 黏 结 性 能 良 好, 但 烘 干 后 铸 型 容 易 开 裂, 所 以 只 适 用 于 铸 铁 铸 钢 的 潮 型 白 泥 的 耐 火 性 高, 黏 结 性 较 陶 土 为 差, 但 在 烘 干 后 铸 型 不 易 开 裂, 一 般 只 适 用 于 铸 铁 及 铸 钢 的 干 型 黏 土 的 缺 点 是 降 低 型 砂 芯 砂 的 透 气 性 和 退 让 性 等 为 获 得 高 质 量 的 铸 件, 要 采 用 特 殊 黏 结 剂 除 黏 土 以 外 的 黏 结 剂, 都 称 为 特 殊 黏 结 剂, 因 种 类 很 多, 下 面 仅 介 绍 常 用 的 几 种 1 桐 油 在 烘 干 过 程 中, 蒙 在 砂 粒 上 的 桐 油 被 氧 化, 形 成 坚 固 的 薄 膜, 将 砂 粒 与 砂 粒 连 结 起 来, 使 芯 砂 具 有 足 够 的 强 度 在 液 体 金 属 浇 入 铸 型 以 后 桐 油 将 被 烧 掉, 使 型 芯 砂 具 有 良 好 的 退 让 性 和 湿 散 性, 既 不 妨 碍 铸 件 的 收 缩, 又 便 于 铸 件 的 清 理 所 以, 桐 油 是 很 好 的 黏 结 剂 此 外, 亚 麻 仁 油 也 属 此 类 黏 结 剂 这 些 油 类 黏 结 剂 由 于 来 源 少, 价 格 贵, 主 要 用 于 配 制 复 杂 而 重 要 铸 件 的 芯 砂, 一 般 应 尽 量 不 用 2 合 脂 它 是 制 皂 工 厂 利 用 石 蜡 制 取 合 成 脂 肪 酸 后 的 副 产 品 它 比 桐 油 便 宜, 湿 强 度 干 强 度 与 桐 油 差 不 多, 目 前 大 部 以 合 脂 代 替 桐 油 除 上 述 黏 结 剂 外, 还 有 纸 浆 废 液 糖 浆 水 玻 璃 等 10

20 第 2 章 铸 造 11 (3) 特 殊 附 加 物 为 了 提 高 造 型 材 料 的 某 些 性 能 而 附 加 的 物 质 称 之 为 特 殊 附 加 物 例 如, 为 了 提 高 型 砂 和 芯 砂 的 退 让 性 和 透 气 性, 可 加 入 一 些 木 屑 ; 为 了 防 止 粘 砂, 在 铸 铁 的 型 砂 和 芯 砂 中 加 入 适 量 的 煤 粉, 或 在 铸 型 及 型 芯 表 面 扑 撒 或 涂 刷 一 层 石 墨 粉 石 英 粉 等 型 砂 型 砂 可 分 面 砂 填 充 砂 和 单 一 砂 等 面 砂 是 紧 贴 铸 件 的 一 层 型 砂, 质 量 要 求 高 填 充 砂 在 面 砂 层 之 后, 不 和 金 属 液 接 触, 质 量 要 求 不 严 格 单 一 砂 是 不 分 面 砂 与 背 砂 的 型 砂, 主 要 用 于 机 器 造 型 另 外 大 型 铸 件 的 砂 型 常 需 烘 干 后 再 浇 注, 它 所 用 的 型 砂 中 含 有 较 多 的 黏 土, 这 种 型 砂 叫 干 模 砂 ; 中 小 型 铸 件 常 用 潮 型 浇 注, 它 所 用 的 型 砂 中 合 黏 土 量 较 少, 这 种 型 砂 称 为 潮 模 砂 型 砂 是 由 用 过 的 旧 砂 新 砂 黏 土 及 特 殊 附 加 物 加 水 配 制 而 成 的 其 具 体 组 成 应 根 据 铸 件 大 小 合 金 种 类 铸 造 工 艺 特 点 等 确 定 例 如, 铸 铁 件 湿 型 用 的 面 砂, 可 采 用 新 砂 10%~ 25%, 旧 砂 50%~80%, 黏 土 4%~6%, 煤 粉 2%~5%, 另 加 水 分 4%~6% 砂 型 铸 造 用 砂 是 在 硅 砂 内 加 入 膨 润 土 与 其 他 黏 结 剂, 并 加 入 碳 质 与 淀 粉 等 添 加 剂, 以 改 善 造 型 性 和 铸 件 的 表 面 质 量 最 近, 由 于 旧 砂 几 乎 可 全 部 回 用, 新 砂 的 补 充 量 极 少, 其 值 仅 为 百 分 之 几 当 采 用 壳 芯 时, 有 的 例 子 说 可 以 不 加 新 砂 砂 黏 结 剂 添 加 剂 水 等 物 质 的 配 比, 应 根 据 砂 型 的 性 质 来 确 定, 并 用 辗 轮 式 混 砂 机 或 摆 轮 式 高 速 混 砂 机 配 制 型 砂 最 近 各 种 高 效 率 连 续 式 辗 轮 混 砂 机 已 投 入 使 用 型 砂 试 验 有 几 种 :1 砂 的 成 分 试 验 ( 黏 土 量 化 学 成 分 );2 透 气 性 与 粒 度 试 验 ;3 强 度 试 验 ;4 硬 度 试 验 ;5 流 动 性 试 验 ;6 老 化 度 试 验 ;7 高 温 强 度 试 验 等 应 该 根 据 需 要 来 选 用 必 须 尽 量 缩 小 型 砂 性 质 的 变 动 范 围 芯 砂 砂 芯 除 芯 头 外 四 周 都 被 金 属 液 所 包 围, 因 此 要 求 芯 砂 的 耐 火 性 强 度 透 气 性 和 退 让 性 比 型 砂 好, 而 且 也 要 便 于 清 理 因 此 芯 砂 的 组 成 与 型 砂 不 同, 它 一 般 不 用 旧 砂, 对 于 要 求 高 的 芯 砂 要 全 部 采 用 硅 砂, 同 时 采 用 特 殊 黏 结 剂 ( 如 桐 油 合 脂 纸 浆 废 液 或 水 玻 璃 等 ) 例 如, 铸 铁 件 用 的 形 状 复 杂 的 小 型 砂 芯, 其 组 成 全 为 硅 砂, 另 加 1%~1.5% 的 桐 油 或 亚 麻 仁 油, 视 需 要 再 另 加 1%~2% 的 黏 土, 以 保 证 它 有 一 定 的 湿 强 度 芯 砂 采 用 油 砂 CO 2 干 燥 砂 和 壳 芯 砂 最 近, 在 砂 型 中 装 配 壳 芯 的 例 子 极 多, 壳 芯 则 以 含 有 2%~3% 树 脂 的 复 膜 树 脂 砂 制 造, 这 种 砂 的 流 动 性 非 常 好, 并 有 适 当 的 强 度, 容 易 制 成 型 状 复 杂 的 砂 芯 此 外, 当 将 这 种 壳 芯 装 入 砂 型 内, 其 树 脂 在 铁 水 浇 注 时 分 解, 铸 件 容 易 清 理 由 于 芯 砂 将 混 入 型 砂 内, 所 以 壳 芯 砂 的 粒 度 一 般 应 和 型 砂 的 粒 度 相 同 2.3 铸 造 工 艺 与 设 备 造 型 与 制 芯 1. 造 型 造 型 就 是 用 型 砂 和 模 型 制 造 铸 型 的 过 程 造 型 方 法 分 手 工 造 型 和 机 器 造 型 两 大 类 手 11 标 准 分 享 网 免 费 下 载

21 12 汽 车 制 造 工 艺 工 造 型 主 要 用 于 单 件 和 小 批 生 产, 也 用 于 形 状 复 杂 和 大 型 铸 件 的 生 产 在 大 量 生 产 时, 主 要 采 用 机 器 造 型 1) 各 种 手 工 造 型 方 法 的 特 点 和 应 用 手 工 造 型 时 紧 砂 和 起 模 是 用 手 工 来 进 行 的, 其 操 作 灵 活, 适 应 性 强, 模 型 成 本 低 生 产 准 备 时 间 短, 但 铸 件 质 量 较 差, 生 产 率 低, 且 劳 动 强 度 大 因 此, 主 要 用 于 单 件 小 批 生 产 在 实 际 生 产 中, 由 于 铸 件 的 尺 寸 形 状 生 产 批 量 铸 件 的 使 用 要 求, 以 及 生 产 条 件 的 不 同, 手 工 造 型 有 着 各 式 各 样 的 造 型 方 法 合 理 地 选 择 造 型 方 法, 对 于 获 得 合 格 铸 件 减 少 制 模 和 造 型 工 作 员, 降 低 铸 件 成 本 和 缩 短 生 产 周 期 是 非 常 重 要 的 表 2-3 为 常 用 手 工 造 型 方 法 的 特 点 及 其 适 用 范 围 表 2-3 常 用 手 工 造 型 方 法 的 特 点 及 其 适 用 范 围 分 类 造 型 方 法 特 点 模 样 结 构 和 分 型 面 砂 箱 操 作 应 用 范 围 整 模 造 型 整 体 模, 分 型 面 为 平 面 两 箱 简 单 较 广 泛 分 模 造 型 分 开 模, 分 型 面 多 为 平 面 两 或 三 箱 较 简 单 回 旋 类 铸 件 按 模 样 特 征 按 砂 箱 特 征 活 块 造 型 模 样 上 有 妨 碍 起 模 的 部 分, 做 成 活 块 两 或 三 箱 较 简 单 单 件 小 批 量 整 体 模, 铸 件 最 大 截 面 不 在 分 型 面 外, 费 事, 对 操 作 单 件 小 批 量 生 挖 砂 造 型 造 型 时, 须 挖 去 阻 碍 取 模 的 型 砂, 分 型 两 或 三 箱 技 能 要 求 高 产 的 中 小 铸 件 面 一 般 为 曲 面 假 箱 造 型 刮 板 造 型 两 箱 造 型 三 箱 造 型 地 坑 造 型 为 免 去 挖 砂 操 作, 用 假 箱 代 替 挖 砂 操 需 挖 砂 造 型 的 两 或 三 箱 较 简 单 作, 分 型 面 仍 为 曲 面 成 批 铸 件 大 中 型 轮 类, 管 用 与 铸 件 截 面 相 适 应 的 板 状 模 样, 分 型 两 箱 或 地 坑 很 费 事 类 铸 件, 单 件 小 面 为 平 面 批 生 产 各 类 模 样, 分 型 面 为 平 面 或 曲 面, 手 工 两 箱 简 单 较 广 泛 或 机 器 造 型 均 可 铸 件 截 面 为 中 间 小 两 端 大, 用 两 箱 造 型 各 种 大 小 铸 件, 取 不 出 模 样 必 须 用 分 开 模, 分 型 面 一 三 箱 费 事 单 件 小 批 生 产 般 为 平 面, 分 型 面 有 两 个 上 型 用 砂 中 大 型 整 体 模 分 开 模 刮 板 模 均 可, 大 中 件 单 件 箱, 下 型 用 费 事 分 型 面 一 般 为 平 面 生 产 地 坑 2) 机 器 造 型 及 其 工 艺 特 点 机 器 造 型 是 现 代 化 铸 造 车 间 生 产 的 基 本 方 式 它 可 大 大 提 高 劳 动 生 产 率, 铸 件 尺 寸 精 确, 表 面 光 洁, 加 工 余 量 小 同 时, 可 大 大 改 变 铸 造 车 间 的 落 后 面 貌, 改 善 工 人 劳 动 条 件 在 大 批 量 生 产 中, 尽 管 机 器 造 型 所 需 要 的 设 备 专 用 砂 箱 和 模 板 投 资 较 大, 但 铸 件 的 成 本 还 能 显 著 的 降 低 (1) 紧 砂 方 法 机 器 造 型 紧 实 型 砂 的 方 法 见 表

22 第 2 章 铸 造 13 表 2-4 常 用 的 砂 型 铸 造 机 器 造 型 比 较 类 别 紧 砂 原 理 特 点 及 应 用 范 围 借 机 械 振 击 使 型 砂 获 得 动 能, 靠 惯 性 机 构 简 单, 振 击 噪 声 大, 用 于 要 求 不 高 振 击 造 型 紧 砂 成 型 的 中 小 铸 件 成 批 生 产 压 实 造 型 振 压 造 型 气 动 微 振 压 实 造 型 抛 砂 造 型 多 触 头 高 压 造 型 射 砂 造 型 气 流 冲 击 造 型 靠 压 头 压 实 型 砂 先 振 击, 或 用 较 低 比 压 压 实 型 砂 先 预 振, 然 后 同 时 微 震 ( 高 频 率 小 增 幅 ) 压 实 或 者 先 微 震 后 压 实 靠 抛 砂 头 上 高 速 旋 转 的 叶 片 将 砂 团 抛 出, 以 达 到 填 砂 和 紧 实 的 目 的 用 许 多 小 触 头 压 实 砂 型, 同 时 还 进 行 微 震 用 压 缩 空 气 射 砂 紧 实, 再 用 压 头 补 压 成 型 靠 具 有 一 定 压 力 的 气 体 瞬 时 膨 胀 而 产 生 的 冲 击 波 紧 砂 机 构 简 单, 噪 声 小, 用 于 精 度 要 求 不 高 的 简 单 铸 件 中 小 批 生 产 特 点 与 振 击 造 型 基 本 相 同, 但 砂 型 紧 实 比 较 均 匀, 用 于 要 求 较 高 较 复 杂 的 中 小 铸 件 大 批 量 生 产 砂 型 紧 实 度 高, 均 匀 性 较 好 用 于 精 度 要 求 较 高 和 较 复 杂 铸 件 的 成 批 大 量 生 产 砂 型 ( 芯 ) 紧 实 度 均 匀, 适 应 性 较 广 泛 适 用 于 大 中 型 铸 件 的 单 件 或 中 小 批 生 产 砂 型 紧 实, 铸 件 质 量 好, 生 产 率 高, 劳 动 条 件 好, 设 备 复 杂, 适 用 于 大 批 量 生 产 的 铸 件 填 砂 和 紧 实 两 工 序 一 同 完 成 速 度 快, 铸 件 质 量 好 适 用 于 中 小 铸 件 的 大 批 量 生 产 ( 主 要 用 于 型 芯 ) 砂 型 紧 实 度 高 且 均 匀, 生 产 率 高, 铸 件 质 量 好 用 于 要 求 高 的 复 杂 铸 件 的 大 量 生 产 (2) 起 模 方 法 除 抛 砂 机 外, 退 型 机 大 都 装 有 起 模 机 构, 其 动 力 也 多 是 应 用 压 缩 空 气 起 模 机 构 有 顶 箱 漏 模 和 翻 转 三 种 (3) 工 艺 特 点 机 器 造 型 是 采 用 模 板 进 行 两 箱 造 型 的 模 板 是 将 模 型 浇 注 系 统 沿 分 型 面 与 底 板 连 接 成 一 整 体 的 专 用 模 具, 造 型 后 底 板 形 成 分 型 面, 模 型 形 成 铸 型 型 腔 机 器 造 型 多 采 用 单 面 模 板 造 型, 其 特 点 是 上 下 型 以 各 自 的 模 板, 分 别 在 两 台 配 对 的 造 型 机 上 造 型, 造 好 的 上 下 半 型 用 箱 锥 定 位 而 合 箱 对 于 小 铸 件 生 产 有 时 采 用 双 面 模 板 进 行 脱 箱 造 型 双 面 模 板 是 把 上 下 两 个 半 型 及 浇 注 系 统 闭 定 在 同 一 模 板 的 两 侧, 此 时, 上 下 两 型 均 在 同 一 台 造 型 机 上 制 出, 铸 型 合 箱 后 将 砂 箱 脱 除, 并 在 浇 注 前 在 铸 型 上 加 套 箱, 以 防 错 箱 机 器 造 型 是 不 能 进 行 三 箱 造 型 的, 同 时 也 应 避 免 活 块, 因 为 取 出 活 块 费 时, 使 造 型 机 的 生 产 率 显 著 降 低 因 此, 在 设 计 大 批 量 生 产 的 铸 件 及 确 定 其 铸 造 工 艺 时, 须 考 虑 机 器 造 型 这 些 工 艺 要 求, 并 采 取 措 施 予 以 满 足 目 前 造 型 多 采 用 高 速 高 压 造 型 机, 其 比 压 为 10~30kg/cm 2, 以 生 产 密 实 度 高 的 砂 型, 可 显 著 提 高 铸 件 的 尺 寸 精 度 这 种 造 型 机 的 生 产 率 极 高, 造 型 速 度 可 达 300~360 箱 /h 砂 箱 尺 寸 可 至 1200mm 1300mm, 能 对 各 种 铸 件 施 行 一 箱 多 铸 生 产, 并 能 在 几 分 钟 之 内 更 换 模 型 砂 型 硬 度 与 模 型 至 砂 箱 间 距 离 铸 件 形 状 砂 箱 尺 寸 造 型 比 压 等 因 素 有 关, 应 根 据 实 际 情 况 来 确 定 由 于 型 砂 配 比 和 混 拌 情 况 对 铸 件 质 量 有 很 大 影 响, 必 须 认 真 研 究, 严 格 管 理 壳 型 造 型 是 以 复 膜 树 脂 砂 或 粉 末 树 脂 砂 用 翻 斗 法 或 喷 吹 法 成 型 的 喷 吹 法 的 优 点 在 于 可 以 控 制 壳 层 厚 度, 壳 层 的 紧 实 度 好 强 度 高 13 标 准 分 享 网 免 费 下 载

23 14 汽 车 制 造 工 艺 2. 制 芯 和 制 造 砂 型 一 样, 可 用 手 工 造 芯 机 器 造 芯 在 大 量 生 产 中 多 采 用 机 器 造 芯 手 工 造 芯 方 法 也 有 很 多 种, 但 主 要 是 用 芯 盒 造 芯 为 了 提 高 砂 芯 的 强 度, 造 芯 时 在 砂 芯 中 应 放 入 铸 铁 芯 骨 ( 大 型 芯 ) 或 铁 丝 制 成 的 芯 骨 ( 小 型 芯 ) 为 了 提 高 砂 芯 的 透 气 能 力, 在 砂 芯 里 应 做 出 通 气 孔, 做 通 气 孔 的 方 法 有 : 用 通 气 针 扎 孔, 埋 蜡 线 形 成 复 杂 通 气 孔, 在 大 型 芯 内 部 填 放 焦 炭 等 为 了 提 高 砂 芯 的 退 让 性, 大 型 芯 可 做 成 空 心 的, 或 在 芯 骨 上 缠 上 草 绳 制 芯 一 般 使 用 吹 芯 机 或 射 芯 机 吹 芯 机 是 以 5~7 kg/cm 2 的 压 力 将 油 砂 CO 2 干 燥 砂 吹 入 芯 盒, 制 成 砂 芯 壳 芯 制 造 可 使 用 高 效 壳 芯 吹 芯 机 射 芯 机 是 靠 安 装 在 储 气 罐 和 砂 斗 之 间 的 射 芯 阀 的 开 合, 将 砂 射 入 芯 盒 内 制 芯, 流 动 性 差 的 砂 也 能 使 用 熔 化 汽 车 铸 件 壁 薄 而 形 状 复 杂, 容 易 发 生 铸 造 缺 陷 此 外, 对 材 质 强 度 与 抗 压 性 的 要 求 高, 必 须 以 高 超 的 铸 造 技 术 进 行 生 产 所 以, 熔 化 时 除 应 注 意 材 料 管 理 外, 必 须 使 熔 化 炉 经 常 保 持 恰 当 的 熔 化 条 件 熔 化 可 单 独 采 用 冲 天 炉, 近 来 也 多 采 用 冲 天 炉 与 低 频 感 应 电 弧 相 结 合 的 双 联 熔 化 方 式 最 近, 由 于 30~40t 大 型 坩 埚 低 频 感 应 电 炉 制 造 技 术 的 完 成, 可 单 独 使 用 坩 埚 低 频 感 应 电 炉 进 行 熔 化, 或 是 与 槽 型 低 频 感 应 电 炉 结 合 进 行 双 联 熔 化 低 频 电 炉 中 的 铁 水 成 分 与 熔 化 温 度 容 易 控 制, 铸 件 质 量 稳 定 1. 普 通 铸 铁 熔 化 表 2-5 (1) 列 举 了 各 种 熔 化 法 所 用 的 材 料 配 比 不 论 采 用 哪 种 熔 化 方 法, 都 应 尽 量 防 止 高 温 熔 化 时 铁 水 被 氧 化 以 及 铁 水 氧 化 所 引 起 的 铸 造 缺 陷 铁 水 成 分 的 炉 前 分 析 多 采 用 反 射 光 谱 分 析 仪 与 碳 当 量 仪, 必 须 将 分 析 结 果 迅 速 反 映 到 操 作 条 件 的 控 制 上 去 2. 球 墨 铸 铁 熔 化 熔 化 炉 一 般 使 用 碱 性 冲 天 炉 无 衬 冲 天 炉 与 低 频 感 应 电 炉, 其 原 料 配 比 见 表 2-5(2) 由 于 冲 天 炉 与 电 炉 都 能 单 独 熔 化 回 炉 料 与 钢 屑, 所 以 无 需 使 用 高 价 生 铁 球 墨 铸 铁 熔 化 时, 应 尽 量 降 低 铁 水 中 的 含 硫 量 与 含 氧 量, 以 及 石 墨 球 化 所 需 要 的 镁 合 金 加 入 量 因 为 镁 合 金 加 入 量 过 大 时, 容 易 发 生 球 铁 所 特 有 的 缩 孔 夹 渣 等 缺 陷, 对 于 耐 压 铸 件 尤 其 应 注 意 3. 可 锻 铸 铁 熔 化 熔 化 炉 有 冲 天 炉 电 弧 炉 反 射 炉 与 低 频 电 炉 等 数 种, 这 些 熔 化 炉 虽 可 单 独 使 用, 但 多 和 冲 天 炉 结 合 进 行 双 联 熔 化 为 使 铸 件 材 质 稳 足, 必 须 严 格 控 制 铁 水 的 成 分 黑 心 可 锻 铸 铁 (FCMB28) 熔 化 时 的 炉 料 配 比 见 表 2-5 (3) 铸 造 类 型 1. 砂 型 铸 造 铸 件 设 计 对 铸 件 质 量 的 稳 定 起 着 重 要 的 作 用 例 如, 应 尽 量 减 少 铸 件 壁 厚 的 差 别, 以 14

24 第 2 章 铸 造 15 及 为 了 防 止 薄 壁 端 部 白 口 化 而 采 取 工 艺 增 厚 等 措 施 汽 车 铸 件 常 因 减 轻 质 量 或 自 身 冷 却 的 要 求, 需 用 夹 层 砂 芯, 这 些 砂 芯 的 形 状 应 尽 量 设 计 得 简 单 些, 并 便 于 排 气 现 在 多 采 用 高 速 高 压 造 型 造 型 拆 箱 和 其 他 工 序 几 乎 全 部 自 动 化, 以 节 省 人 力, 提 高 生 产 率 一 般 来 说, 铁 水 先 经 孕 育 处 理 再 注 入 砂 型 孕 育 处 理 是 为 了 改 善 石 墨 形 状, 提 高 质 量, 防 止 薄 壁 部 位 微 冷 硬 化, 改 进 切 削 性 使 用 Fe-Si Ca-Si 等 孕 育 剂 表 2-5 各 种 熔 化 方 法 的 炉 料 配 比 回 炉 料 / 废 钢 / 车 屑 / 增 碳 剂 / Fe-Si/ Fe-Mn/ 熔 化 炉 材 料 生 铁 /(%) (%) (%) (%) (%) (kg/t) (kg/t) (1) 普 通 铸 铁 合 金 铸 铁 的 炉 料 配 比 酸 性 冲 天 炉 FC 无 衬 冲 天 炉 FC 低 频 感 应 电 炉 合 金 铸 铁 (2) 球 墨 铸 铁 的 炉 料 配 比 碱 性 冲 天 炉 FCD 无 衬 冲 天 炉 FCD 低 频 感 应 电 炉 FCD (3) 黑 心 可 锻 铸 铁 的 炉 料 配 比 与 冲 天 炉 结 合 的 双 联 生 铁 /(%) 钢 屑 /(%) 白 口 铁 回 炉 料 /(%) Fe-Si/(kg/t) Fe-Mn/(%) 熔 化 法 FCMB 以 往, 浇 注 工 序 是 用 人 工 操 作 铁 水 包 最 近, 为 了 节 省 人 力, 改 善 劳 动 环 境, 已 采 用 自 动 浇 注 装 置 其 形 式 可 分 为 :1 倾 动 式 自 动 浇 注 装 置 ;2 柱 塞 式 自 动 浇 注 装 置 ;3 加 压 式 自 动 浇 注 装 置 ;4 电 磁 泵 式 自 动 浇 注 装 置 这 些 装 置 的 可 靠 性 不 断 提 高, 可 收 到 预 期 良 好 的 经 济 效 果 浇 注 后, 已 经 冷 却 的 铸 件 经 过 捅 型 机 震 动 落 砂 机 除 芯 机 等 拆 箱 落 砂, 再 经 抛 丸 机 和 抛 丸 清 理 滚 筒 充 分 消 理 后, 送 去 热 处 理 或 机 械 加 工 拆 箱 后 的 旧 砂 于 分 解 冷 却 之 后, 经 过 磁 力 分 离 筒 和 筛 砂 机, 最 后 送 至 砂 斗 储 存 2. 压 力 铸 造 压 铸 机 可 分 为 热 压 室 与 冷 压 室 两 类 铝 合 金 与 镁 合 金 一 般 采 用 冷 压 室 压 铸 机 保 温 炉 装 在 压 铸 机 近 旁, 金 属 液 由 自 动 进 给 装 置 从 保 温 炉 中 掏 出, 送 到 压 室 内, 然 后 在 高 速 高 压 下 于 压 铸 型 内 成 型 压 铸 件 表 面 粗 糙 度 尺 寸 精 度 也 比 砂 型 铸 件 高 此 外, 由 于 金 属 液 在 金 属 型 内 的 冷 却 速 度 极 大, 所 以 铸 件 机 械 性 能 显 著 提 高 表 2-6 对 比 了 压 铸 件 和 砂 型 铸 件 的 机 械 性 能 3. 金 属 型 铸 造 将 液 态 金 属 浇 入 金 属 型 内, 靠 金 属 液 自 身 质 量 充 满 型 腔 的 铸 造 方 法 称 为 金 属 型 铸 造 金 属 型 铸 件 的 尺 寸 精 度 高, 机 械 性 能 好, 但 因 金 属 型 的 成 本 高, 故 多 品 种 少 量 生 产 时 的 经 济 性 差 与 压 力 铸 造 相 比, 其 生 产 率 虽 较 低, 但 在 一 人 可 操 作 数 台 自 动 化 铸 造 机 的 情 况 下, 15 标 准 分 享 网 免 费 下 载

25 16 汽 车 制 造 工 艺 能 够 高 效 率 地 生 产 活 塞 表 2-6 各 种 合 金 压 铸 件 与 砂 型 铸 件 的 机 械 性 能 压 铸 件 ( 铸 态 压 铸 试 样 ) 砂 型 铸 件 ( 铸 态 砂 型 铸 件 ) 合 金 种 类 抗 拉 强 度 / 引 伸 率 / 硬 度 / 抗 拉 强 度 引 伸 率 硬 度 / (kg/mm 2 ) (%) (HB10/500/3C) /(kg/mm 2 ) /(%) (HB10/500/3C) 铝 合 金 21~34 2~9 50~80 14~22 0.5~12 40~79 锌 合 金 29~33 7~10 80~95 铜 合 金 31~63 10~25 120~170 25~45 12~25 60~100 镁 合 金 22~26 2~5 60~70 14~22 1~6 50~65 锡 与 铅 合 金 5~12 1~20 10~30 4. 低 压 铸 造 使 密 闭 坩 埚 内 的 金 属 液 在 低 压 (0.05~0.5kg/cm 2 ) 下 注 入 铸 型 内, 称 之 为 低 压 铸 造 法 由 于 直 到 最 后 凝 固 时, 浇 口 中 的 液 态 金 属 始 终 承 受 着 压 力 作 用, 所 以 可 以 得 到 非 常 致 密 的 铸 件 这 种 方 法 常 用 于 制 造 汽 缸 盖 制 动 鼓 之 类 的 铝 合 金 铸 件 热 处 理 1. 普 通 铸 铁 为 了 消 除 铸 造 应 力, 可 将 铸 件 于 500~600 保 温 数 小 时 而 后 冷 却 加 热 温 度 若 高 于 600, 将 使 强 度 下 降, 应 予 注 意 此 外, 为 了 使 合 浇 铸 铁 凸 轮 轴 的 凸 轮 硬 化, 提 高 耐 磨 性, 可 施 以 高 频 淬 火 或 火 焰 淬 火 2. 球 墨 铸 铁 为 了 得 到 预 期 的 机 械 性 能, 可 进 行 退 火 或 正 火 3. 铁 黑 心 可 锻 铸 铁 是 在 920~940 经 10~30h 保 温, 随 后 在 700~740 经 20~45h 保 温 的 可 锻 化 退 火 制 成 的 落 砂 清 理 1. 落 砂 与 抛 丸 铸 铁 汽 缸 体 与 汽 缸 盖 等 是 采 用 复 杂 砂 芯 的 铸 件, 应 在 除 芯 机 上 去 掉 砂 芯, 并 在 悬 链 抛 丸 机 上 清 理 小 型 铸 件 则 在 抛 丸 清 理 滚 筒 内 清 理 以 钢 丸 为 抛 射 体 2. 清 除 披 缝 对 汽 缸 体 汽 缸 盖 等 主 要 铸 件, 应 用 专 用 磨 床 清 除 披 缝 其 他 小 型 铸 件 则 可 使 用 悬 挂 式 砂 轮 机 双 头 砂 轮 机 与 手 提 式 砂 轮 机 清 除 披 缝 铝 合 金 铸 件 披 缝 的 清 理 使 用 的 是 带 锯 或 双 头 砂 轮 机 16

26 第 2 章 铸 造 模 型 模 型 设 计 模 型 设 计 时 应 该 考 虑 铸 件 的 形 状 尺 寸 材 料 组 织 变 化 与 铸 造 缺 陷 等 许 多 因 素 并 应 根 据 造 型 方 法 的 特 点 确 定 模 型 的 结 构 尺 寸 材 料 和 制 造 方 法 1. 模 型 材 料 砂 型 铸 造 用 模 型 常 由 铸 铁 碳 素 钢 铜 合 金 铝 合 金 合 成 树 脂 与 木 材 等 制 成 从 强 度 耐 磨 性 工 作 性 能 等 方 面 考 虑, 以 铸 铁 模 型 使 用 最 多 壳 型 法 所 用 金 属 模 是 在 250~ 300 受 热 状 态 下 使 用, 从 热 膨 胀 热 容 量 强 度, 耐 磨 性 加 工 性 和 脱 壳 性 等 方 面 考 虑, 几 乎 都 使 用 铸 铁 模, 其 材 料 牌 号 为 FC25 FC30 或 合 金 铸 铁 为 了 防 止 铸 铁 模 在 工 作 条 件 下 受 热 变 形, 应 该 预 先 进 行 低 温 退 火 处 理 2. 拔 模 斜 度 为 了 便 于 起 出 模 型, 应 使 模 型 垂 直 面 具 备 一 定 的 拔 模 斜 度, 其 值 视 模 型 表 面 粗 糙 度 型 砂 特 性 造 型 方 法 而 定 拔 模 斜 度 关 系 到 铸 件 的 加 工 余 量, 应 该 尽 量 减 小 特 别 是 加 工 基 准 面 的 拔 模 斜 度, 更 应 从 机 械 加 工 方 面 进 行 充 分 分 析 后 再 作 决 定 一 般 来 说, 砂 型 铸 造 的 拔 模 斜 度 约 为 1/50, 芯 型 铸 造 的 拔 模 斜 度 为 1/50~1/ 收 缩 余 量 液 态 金 属 凝 固 时 收 缩, 使 得 铸 件 尺 寸 小 于 型 腔, 所 以 应 在 模 型 尺 寸 上 放 出 收 缩 裕 量 铸 件 收 缩 率 不 仅 与 其 材 料 有 关, 还 受 铸 件 形 状 壁 厚 等 因 素 的 影 响 一 般 而 言, 铸 铁 件 的 收 缩 余 量 为 8/1000~12/1000, 铸 钢 件 的 收 缩 余 量 为 15/1000~20/ 加 工 余 量 根 据 铸 件 材 料 形 状 尺 寸 加 工 条 件 铸 造 性 等 因 素, 确 定 加 工 余 量 加 工 余 量 虽 应 尽 量 减 少, 但 有 时 还 要 适 当 加 大, 以 作 为 铸 造 缺 陷 ( 激 冷 夹 渣 等 ) 的 预 防 措 施 其 值 一 般 常 取 1~4mm 5. 芯 头 座 确 定 芯 头 座 是 支 持 和 固 定 砂 芯 的 重 要 部 位, 芯 头 座 和 砂 芯 之 间 要 有 适 当 的 装 配 裕 量 此 装 配 裕 量 不 仅 影 响 铸 件 的 铸 造 披 缝 量, 而 且 影 响 铸 件 的 壁 厚 在 砂 型 中 使 用 壳 芯 时, 必 须 考 虑 它 们 之 间 膨 胀 系 数 的 差 异 6. 铸 造 方 案 铸 造 方 案 关 系 到 铸 件 质 量 的 稳 定 和 防 止 铸 造 缺 陷 的 发 生, 必 须 慎 重 确 定 设 计 铸 造 方 案 时, 除 应 掌 握 各 种 铸 造 方 法 的 特 征 外, 还 应 充 分 考 虑 铸 件 形 状 尺 寸 壁 厚 和 材 料 等 因 素 对 于 浇 口 系 统 的 诸 要 素 ( 直 浇 口 横 浇 口 内 浇 口 等 ), 应 进 行 流 体 力 学 理 论 方 面 的 计 算 17 标 准 分 享 网 免 费 下 载

27 18 汽 车 制 造 工 艺 模 型 制 造 模 型 制 造 采 用 数 字 控 制 的 机 械 加 工 方 法, 以 提 高 精 度, 缩 短 加 工 时 间 一 般 常 用 的 金 属 模 型 加 工 设 备 见 表 2-7 由 于 铸 件 形 状 复 杂, 结 构 纤 细, 当 以 机 械 加 工 方 法 不 能 获 得 预 期 形 状 时, 则 需 采 用 下 述 特 殊 加 工 方 法 表 2-7 金 属 模 型 加 工 设 备 设 备 名 称 用 途 种 类 车 床 圆 形 工 件 加 工 普 通 车 床 仿 形 车 床 立 式 车 床 平 面 加 工 机 床 平 面 加 工 立 式 铣 床 卧 式 铣 床 龙 门 铣 床 龙 门 刨 床 牛 头 刨 床 型 面 加 工 机 床 平 面 曲 面 及 沟 槽 加 工 万 能 铣 床 刻 模 机 刻 模 铣 床 仿 形 铣 床 模 型 仿 形 加 工 具 有 液 压 仿 形 装 置 的 铣 床 镗 床 精 密 孔 加 工 坐 标 镗 床 卧 式 镗 床 钻 床 孔 加 工 台 式 钻 床 摇 臂 钻 床 磨 床 磨 削 加 工 平 面 磨 床 外 圆 磨 床 内 圆 磨 床 模 具 对 合 压 力 机 模 具 对 合 修 整 模 具 压 力 机 1. 模 型 仿 形 加 工 用 于 石 膏 合 成 树 脂 木 材 等 材 料 制 造 的 模 具 2. 雕 刻 加 工 使 用 对 小 转 弯 极 细 部 位 进 行 加 工 的 机 械 3. 电 火 花 加 工 用 于 不 能 以 机 械 加 工 方 法 成 型 的 模 具 目 前, 像 数 字 控 制 机 床 那 样, 为 许 多 模 具 制 造 者 所 采 用 4. 数 字 控 制 加 工 加 工 的 精 度 高, 适 于 重 复 加 工 5. 肖 氏 铸 造 法 它 是 一 种 精 密 的 铸 造 方 法, 铸 态 的 尺 寸 精 度 极 高, 可 大 幅 度 降 低 机 械 加 工 量 对 于 已 制 成 的 模 型, 除 应 检 查 形 状 外, 还 应 对 照 设 计 图 样, 严 格 检 查 那 些 对 产 品 质 量 有 密 切 影 响 的 直 浇 道 内 浇 道 和 浇 注 系 统 比 是 否 符 合 要 求 此 外, 在 使 用 过 程 中, 还 应 定 期 检 查 模 型 的 磨 损 情 况 和 损 伤 程 度, 并 对 不 合 要 求 的 部 位 及 时 修 理, 以 防 止 因 造 型 不 当 发 生 铸 造 废 品 2.5 铸 件 质 量 铸 造 条 件 与 质 量 从 汽 车 铸 件 的 用 途 出 发, 必 须 密 切 注 意 其 质 量 其 中 特 别 重 要 的 是 稳 定 铸 件 材 质, 防 止 铸 造 缺 陷 影 响 铸 件 质 量 的 主 要 因 素 如 图 2.2 所 示, 可 见 影 响 因 素 极 多 为 了 得 到 符 合 18

28 第 2 章 铸 造 19 设 计 要 求 的 铸 件, 必 须 随 时 掌 握 住 这 些 因 素 的 变 化 规 律, 进 行 以 稳 定 质 量 为 中 心 的 严 格 的 工 艺 管 理 1. 铸 造 图 2.2 影 响 铸 件 质 量 的 主 要 因 素 铸 造 方 案 是 影 响 铸 件 缺 陷 和 经 济 性 的 重 要 因 素, 必 须 仔 细 分 析 铸 件 形 状 壁 厚 材 料 铸 造 方 法 等 各 种 条 件, 确 定 适 当 的 铸 造 方 案 型 砂 是 由 硅 砂 黏 结 剂 添 加 剂 等 材 料 配 成 的, 其 配 合 比 例 砂 的 粒 度 和 形 状 对 于 型 砂 性 质 ( 强 度 透 气 性 等 ), 铸 件 的 尺 寸 精 度, 铸 造 缺 陷, 铸 件 表 面 粗 糙 度 等 有 很 大 影 响 尤 其 是 砂 型 的 硬 度 与 含 水 量 与 铸 件 中 气 孔 缩 孔 等 缺 陷 的 关 系 极 大, 必 须 严 格 控 制 2. 熔 化 熔 化 与 浇 注 条 件 铁 水 成 分 都 是 影 响 铸 件 材 质 性 能 的 重 要 因 素 铁 水 性 质 决 定 于 化 铁 炉 化 学 成 分 钢 屑 配 比 孕 育 剂 铁 水 中 的 气 体 量 与 冷 却 条 件 尤 其 是 碳 硅 含 量 以 及 由 壁 厚 差 异 所 引 起 时 冷 却 条 件 变 化, 对 于 铸 铁 性 质 的 影 响 更 大 由 于 铸 铁 中 的 石 墨 尺 寸 随 碳 含 量 增 加 而 增 加, 机 械 性 能 则 随 之 下 降 图 2.3 所 示 为 在 低 频 感 应 电 炉 与 冲 天 炉 中 熔 化 的 铸 铁 强 度 的 对 比 图 2.3 在 低 频 感 应 电 炉 与 冲 天 炉 中 熔 化 的 铸 铁 强 度 的 对 比 19 标 准 分 享 网 免 费 下 载

29 20 汽 车 制 造 工 艺 生 产 球 墨 铸 铁 时, 必 须 注 意 石 墨 的 球 化 率, 以 得 到 所 需 要 的 机 械 性 能 此 外, 碳 当 量 1 (CE) = TC% + (Si% + P%) 3 增 高, 容 易 发 生 夹 渣 等 表 面 缺 陷, 应 予 注 意 浇 注 温 度 与 浇 注 时 间 等 条 件 也 影 响 铸 造 浇 注 时 间 决 定 于 铸 造 方 案, 是 发 生 气 体 缺 陷 的 重 要 原 因 一 般 来 说, 浇 注 温 度 低, 虽 可 防 止 发 生 缩 孔, 但 却 使 铁 水 流 动 性 下 降 所 以 应 该 根 据 铸 件 形 状, 选 择 适 当 的 浇 注 温 度 检 查 方 法 铸 件 检 查 方 法 包 括 外 观 检 查 尺 寸 检 查 耐 压 防 漏 检 查 材 质 检 查 与 无 损 探 伤 检 查 等 数 种 1. 外 观 检 查 用 肉 眼 观 察 铸 件 表 面 状 态 以 发 现 表 面 粗 糙 孔 穴 未 铸 满, 形 状 与 尺 寸 超 差, 激 冷 不 良 等 缺 陷 并 可 从 铸 件 外 观 推 断 缺 陷 发 生 的 原 因 但 是, 这 样 检 查 往 往 不 能 发 现 细 微 的 缺 陷, 对 于 那 些 在 严 格 条 件 下 工 作 的 不 允 许 细 微 缺 陷 存 在 的 铸 件, 这 种 检 查 方 法 就 显 得 不 够 完 备 了 2. 尺 寸 检 查 尺 寸 检 查 是 以 图 样 为 依 据, 测 量 铸 件 尺 寸 是 否 在 公 差 范 围 之 内, 以 发 现 形 状 与 尺 寸 的 误 差 此 外, 还 应 仔 细 检 查 加 工 基 准 面 位 置 的 准 确 度 机 械 加 工 余 量 分 布 以 及 壁 厚 偏 差 等 由 于 汽 车 铸 件 一 般 都 是 大 量 生 产, 所 以 在 产 品 试 制 阶 段 就 应 彻 底 检 查 模 型 尺 寸 和 铸 件 尺 寸, 确 保 大 量 生 产 时 得 到 尺 寸 稳 定 的 铸 件 3. 材 料 检 查 汽 车 铸 件 材 料 应 根 据 使 用 目 的 来 选 定 为 了 保 证 材 料 的 性 能, 应 进 行 化 学 分 析 金 相 检 验 与 机 械 性 能 试 验 普 通 铸 铁 ( 片 状 石 墨 ) 与 球 墨 铸 铁 ( 球 状 石 墨 ) 可 从 其 共 振 频 率 求 得 抗 拉 强 度 图 2.4 所 示 即 为 普 通 铸 铁 的 抗 拉 强 度 与 共 振 频 率 的 关 系 图 2.4 普 通 铸 铁 的 抗 拉 强 度 与 共 振 频 率 的 关 系 20

30 第 2 章 铸 造 耐 压 防 漏 检 查 检 查 铸 件 中 从 里 到 外 连 续 存 在 的 细 微 裂 纹 与 缩 孔 气 孔 群, 是 一 种 对 能 承 受 压 力 的 零 件 或 产 品 广 泛 使 用 的 方 法 一 般 采 用 水 压 试 验, 也 可 用 油 压 或 气 压 做 精 密 试 验, 5. 无 损 探 伤 检 查 利 用 仪 器 进 行 声 波 试 验 渗 透 探 伤 磁 粉 探 伤 涡 流 探 伤 超 声 探 伤 和 放 射 性 探 伤, 在 保 证 铸 件 质 量 上 起 着 重 要 的 作 用 2.6 曲 轴 凸 轮 轴 的 铸 造 工 艺 球 墨 铸 铁 曲 轴 和 合 金 铸 铁 凸 轮 轴 的 湿 砂 型 铸 造 1. 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 曲 轴 是 发 动 机 中 重 要 的 机 件 之 一, 发 动 机 全 部 功 率 都 是 通 过 曲 轴 输 出 曲 轴 的 主 要 载 荷 是 承 受 扭 转 疲 劳 弯 曲 疲 劳 和 连 杆 传 递 来 的 小 能 量 多 次 冲 击 ; 曲 轴 轴 颈 与 轴 瓦 的 配 合, 在 较 高 的 比 压 下 高 速 运 转, 正 常 情 况 下 为 有 机 油 润 滑 的 滑 动 摩 擦 磨 损 依 据 国 内 外 曲 轴 失 效 的 统 计 数 据, 其 主 要 失 效 方 式 是 交 变 应 力 下 的 疲 劳 破 坏 (80% 为 弯 曲 疲 劳 断 裂 ) 和 轴 径 的 早 期 磨 损 烧 伤 根 据 曲 轴 服 役 的 工 况 和 主 要 失 效 方 式, 要 求 曲 轴 材 料 不 但 要 有 较 高 的 强 度 韧 性, 而 且 要 有 一 定 的 硬 度 球 墨 铸 铁 曲 轴 与 传 统 的 锻 钢 曲 轴 比 较, 既 有 制 造 简 便, 成 本 低 廉 的 优 势 又 有 吸 震 耐 磨, 对 表 面 刻 痕 不 敏 感 等 锻 钢 材 料 所 不 具 备 的 优 良 特 性 球 铁 与 巴 氏 合 金 铅 青 铜 钢 背 铝 合 金 的 轴 瓦 均 有 良 好 的 匹 配 性 石 墨 具 有 润 滑 作 用 和 储 存 润 滑 油 作 用, 其 耐 磨 性 比 钢 好 ; 球 墨 铸 铁 在 承 受 小 能 量 多 次 冲 击 载 荷 条 件 下, 其 抗 冲 击 性 能 也 优 于 钢 ; 球 墨 铸 铁 曲 轴 通 过 合 金 化 合 理 球 化 孕 育 处 理 等, 其 在 扭 转 弯 曲 疲 劳 应 力 状 态 下 的 疲 劳 强 度, 可 达 到 甚 至 超 过 锻 钢 曲 轴 从 国 内 外 学 者 的 研 究 和 生 产 实 践 证 明 : 球 墨 铸 铁 是 中 小 型 发 动 机 曲 轴 的 理 想 材 料 现 在, 铸 态 QT600 3 QT700 3 牌 球 墨 铸 铁 已 广 泛 应 用 于 汽 车 曲 轴 ;QT800 2 QT900 5 牌 热 处 理 球 墨 铸 铁 也 成 功 地 用 于 汽 车 曲 轴 的 生 产 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 与 热 处 理 工 艺 比 较, 不 仅 可 节 约 能 源, 降 低 成 本, 缩 短 生 产 周 期, 而 且 省 去 了 因 热 处 理 而 产 生 的 曲 轴 变 形 所 带 来 的 清 理 和 热 校 直 工 序 在 满 足 设 计 要 求 的 前 提 下, 工 厂 首 先 选 择 了 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 这 一 操 作 简 便, 成 本 低 廉 的 生 产 方 式 2. 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 材 质 本 部 分 主 要 介 绍 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 质 量 分 数 及 合 金 元 素 的 选 择, 以 及 对 球 墨 铸 铁 曲 轴 金 相 组 织 力 学 性 能 的 要 求 1) 质 量 分 数 及 合 金 元 素 的 选 择 这 部 分 介 绍 C Si Mn P S 等 五 种 元 素 和 合 金 元 素 及 其 加 入 量 的 选 择 (1) C 和 Si 两 元 素 对 球 墨 铸 铁 的 性 能 影 响 很 大, 它 们 的 影 响 不 仅 与 各 自 的 含 量 有 关, 而 且 与 碳 当 量 [w(c)+1/3(w(si)+w(p)] 有 关 碳 当 量 控 制 在 4.3%~4.5.% 之 间, 可 以 获 得 缩 21 标 准 分 享 网 免 费 下 载

31 22 汽 车 制 造 工 艺 孔 小 缩 松 小 健 全 的 铸 件, 并 且 具 有 较 好 的 铸 造 性 能 碳 当 量 过 低 易 产 生 白 口, 过 高 则 会 产 生 石 墨 飘 浮 图 2.5 所 示 是 4110 型 柴 油 机 球 铁 曲 轴 的 生 产 统 计 结 果 碳 当 量 超 过 4.5%~4.6%, 曲 轴 断 面 会 出 现 石 墨 漂 浮, 并 且 随 着 碳 当 量 的 增 加, 石 墨 漂 浮 层 的 厚 度 几 乎 直 线 加 厚 应 该 指 出, 碳 当 量 不 是 产 生 石 墨 漂 浮 的 唯 一 因 素, 曲 轴 尺 寸 的 大 小 也 是 一 个 重 要 条 件 曲 轴 断 面 尺 寸 越 小, 碳 当 量 可 能 选 的 高 一 些, 也 不 会 出 现 石 墨 漂 浮, 相 反, 厚 大 断 面 曲 轴 的 碳 当 量 应 该 低 一 些 图 2.5 石 墨 漂 浮 层 厚 度 与 碳 当 量 的 关 系 为 了 保 证 球 墨 铸 铁 曲 轴 具 有 良 好 的 力 学 性 能 和 铸 造 性 能, w (C) 应 控 制 在 3.6 %~3.9% 之 间 C 含 量 低, 石 墨 不 易 球 化, 易 出 现 白 口,C 含 量 过 高, 易 产 生 石 墨 漂 浮 Si 的 来 源 有 三 个 : 金 属 炉 料 球 化 剂 和 孕 育 剂 Si 这 种 石 墨 化 元 素, 影 响 球 墨 铸 铁 的 铸 造 性 能 和 力 学 性 能, 通 过 以 下 三 种 途 径 表 现 出 来 : 改 变 石 墨 大 小 分 布 圆 整 度 ; 分 解 渗 碳 体, 促 进 生 成 铁 素 体 ; 溶 解 在 α-fe 中, 强 化 金 属 基 体 一 般 w (Si) 控 制 在 1.8%~2.2% 为 宜 (2) Mn 和 P Mn 和 P 都 是 严 重 偏 析 元 素 Mn 易 导 致 晶 界 碳 化 物 的 形 成, 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 不 宜 采 用 高 锰 来 稳 定 珠 光 体 ;P 易 在 晶 界 处 形 成 磷 共 晶, 会 造 成 球 铁 塑 韧 性 下 降, 同 时 显 著 降 低 疲 劳 强 度 所 以 生 产 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴,Mn 和 P 的 含 量 都 应 控 制 一 般 w (Mn) 0.3%, w (P) 0.06% 为 宜 (3) S S 是 反 球 化 元 素, 属 于 有 害 杂 质 生 产 中 根 据 原 铁 水 含 S 量 的 高 低 决 定 球 化 剂 的 加 入 量, 原 铁 水 S 量 越 高, 加 入 量 越 多 但 是,S 含 量 高, 即 使 球 化, 曲 轴 内 部 易 出 现 夹 渣, 球 化 衰 退 很 快, 不 容 易 浇 注 出 健 全 的 铸 件 所 以, 原 铁 液 的 含 S 量 越 低 越 好, 一 般 w (S) 0.03%, 有 脱 S 条 件 的 w (S) 0.02 % 最 好 (4) 合 金 元 素 添 加 稳 定 珠 光 体 合 金 元 素 生 产 铸 态 球 墨 铸 铁 曲 轴 是 行 之 有 效 的 方 法 添 加 的 元 素 主 要 有 Cu Sn Ni Sb Cr Mo W V 等 然 而, 后 四 种 元 素 虽 能 增 加 基 体 组 织 的 珠 光 体 含 量, 提 高 球 铁 的 强 度 和 耐 磨 性, 但 它 们 都 是 碳 化 物 形 成 元 素, 容 易 使 材 料 变 脆, 降 低 材 料 的 疲 劳 强 度 Cu Sn Ni Sb 等 合 金 元 素 的 共 同 特 点 是 能 促 进 形 成 珠 光 体, 并 细 化 组 织, 提 高 球 铁 的 强 度 硬 度 和 耐 磨 性 但 它 们 各 自 稳 定 珠 光 体 的 能 力 不 同 它 们 稳 定 珠 光 体 的 能 力 可 以 近 似 地 用 下 式 表 示 : Ni Cu Sn Sh= 稳 定 珠 光 体 的 能 力 Cu 是 Ni 的 3 倍,Sn 是 Cu 的 10 倍,Sb 是 Sn 的 3 倍 Cu 能 够 明 显 地 降 低 球 铁 断 面 敏 感 性, 减 少 Mn 的 偏 析 程 度, 可 使 曲 轴 厚 壁 处 也 能 达 到 高 的 珠 光 体 含 22

32 第 2 章 铸 造 23 量, 并 可 以 提 高 球 墨 铁 的 疲 劳 强 度 Ni 能 强 烈 地 细 化 珠 光 体, 提 高 球 铁 的 塑 韧 性 Mo 能 显 著 的 稳 定 球 铁 奥 氏 体, 促 进 生 成 针 状 组 织, 增 强 球 墨 铸 铁 的 淬 透 性 Sb 对 球 化 有 强 烈 的 干 扰 作 用, 加 入 过 量 时, 不 但 使 石 墨 畸 变, 而 且 与 Mg 反 应 生 成 富 锑 的 脆 性 相, 偏 析 在 晶 界, 使 铸 件 严 重 脆 化, 特 别 是 大 大 降 低 了 冲 击 韧 性 Sn 加 入 量 大 于 0.06% 时, 铸 件 产 生 脆 性 以 上 各 元 素 均 能 不 同 程 度 的 稳 定 珠 光 体, 但 Cu 和 Sn 的 组 合 合 金 化, 不 仅 符 合 高 质 量 低 成 本 要 求, 而 且 还 可 以 加 在 球 化 包 内, 满 足 一 种 原 铁 水 生 产 多 种 牌 号 球 铁 的 需 要 2) 金 相 组 织 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 疲 劳 强 度 与 石 墨 和 基 体 的 形 态 组 成 尺 寸 大 小 分 布 特 征 以 及 非 金 属 夹 杂 物 的 类 别 形 状 大 小 数 量 及 分 布 均 匀 性 有 密 切 关 系 (1) 石 墨 石 墨 的 形 态 不 仅 影 响 球 墨 铸 铁 的 静 载 荷 性 能, 而 且 更 能 显 著 影 响 动 载 荷 性 能 稀 土 镁 球 铁 中, 球 状 和 团 状 石 墨 ( 球 化 级 别 1~3 级 ) 的 动 态 性 能 相 差 较 少, 当 出 现 团 片 状 石 墨 时, 性 能 明 显 下 降, 尤 其 是 组 织 中 有 厚 片 状 石 墨 聚 集 分 布 时 ( 球 化 级 别 6 级 ), 疲 劳 强 度 约 下 降 20%, 而 小 能 量 多 次 冲 击 韧 性 下 降 约 5 倍 镁 球 铁 中, 球 化 率 65% 的 球 铁 比 球 化 率 93% 的 球 铁 抗 拉 强 度 σb 下 降 8.2 %, 而 疲 劳 强 度 σ-1 下 降 26% 当 石 墨 的 体 积 一 定 时, 石 墨 的 平 均 球 径 越 大, 单 位 面 积 视 场 中 球 墨 个 数 越 少, 疲 劳 强 度 越 低 石 墨 成 行 排 列, 会 促 进 疲 劳 断 裂, 降 低 疲 劳 强 度 实 践 证 明 : 石 墨 球 越 细 小 圆 整 均 布, 球 铁 的 疲 劳 强 度 就 越 高 (2) 基 体 组 织 球 墨 铸 铁 基 体 中, 随 着 珠 光 体 含 量 的 增 加, 强 度 硬 度 增 加, 塑 性 韧 性 下 降 如 图 2.6 所 示 是 w ( 珠 光 体 ) 质 量 分 数 与 硬 度 (HB) 抗 拉 强 度 ( σ ) 冲 击 韧 性 (αk) 延 伸 率 (δ ) 的 关 系 示 意 图 如 图 所 示, 当 珠 光 体 质 量 分 数 大 于 80% 时, 抗 拉 强 度 和 布 氏 硬 度 值 上 升 比 率 增 加 ; 当 珠 光 体 质 量 分 数 大 于 50% 时, 延 伸 率 下 降 梯 度 减 缓, 冲 击 韧 性 值 变 化 比 率 变 化 较 小 图 2.7 是 w ( 珠 光 体 ) 与 疲 劳 强 度 (σ-1) 的 关 系 图 如 图 所 示, 当 基 体 组 织 中 珠 光 体 质 量 分 数 由 0% 增 加 到 100%, 疲 劳 强 度 从 230MPa 增 加 到 320MPa; 珠 光 体 质 量 分 数 由 20% 增 加 到 80% 时, 疲 劳 强 度 变 化 不 大 ; 当 珠 光 体 质 量 分 数 超 过 80% 并 进 一 步 增 加 时, 疲 劳 强 度 明 显 增 加 基 体 组 织 中 珠 光 体 的 层 片 间 距 越 小, 疲 劳 强 度 越 高 如 图 2.8(a) 珠 光 体 层 片 间 距 大 的 球 铁 疲 劳 强 度 小 于 图 2.8(b) 珠 光 体 层 片 间 距 小 的 球 铁 疲 劳 强 度 基 体 中 铁 素 体 的 作 用, 当 珠 光 体 质 量 分 数 一 定, 在 抗 拉 强 度 相 近 的 条 件 下, 牛 眼 状 铁 素 体 屈 服 强 度 最 高, 延 伸 率 最 低 综 上 所 述, 球 墨 铸 铁 中 较 高 的 珠 光 体 含 量 是 获 得 高 强 度, 特 别 是 提 高 疲 劳 强 度 的 有 效 途 径 随 着 珠 光 体 含 量 的 提 高, 要 依 赖 基 体 组 织 的 强 化 和 细 化 来 阻 止 疲 劳 裂 纹 的 扩 展 b 图 2.6 w ( 珠 光 体 ) 对 HBS σ b α k δ 的 影 响 23 标 准 分 享 网 免 费 下 载

33 24 汽 车 制 造 工 艺 图 2.7 w ( 珠 光 体 ) 与 疲 劳 强 度 的 关 系 (a) 大 层 片 间 距 3000 (b) 小 层 片 间 距 3000 图 2.8 珠 光 体 基 体 的 二 次 电 子 像 (3) 夹 杂 物 研 究 表 明, 非 金 属 夹 杂 物 的 数 量 尺 寸 大 小 形 状 及 其 分 布 比 石 墨 更 能 显 著 地 影 响 球 铁 的 疲 劳 强 度 夹 杂 物 越 少, 形 状 粒 化, 颗 粒 越 小, 其 疲 劳 强 度 越 高 所 以, 生 产 球 墨 铸 铁 曲 轴, 采 用 金 属 净 化 是 必 不 可 少 的 工 艺 措 施 通 常 采 用 在 浇 注 系 统 中 安 放 过 滤 网, 净 化 铁 液, 图 2.9 所 示 为 球 铁 曲 轴 立 浇 立 冷 的 工 艺 方 案, 在 浇 注 系 统 中 放 置 了 过 滤 网, 起 到 了 良 好 的 净 化 铁 液 作 用 24 图 2.9 球 铁 曲 轴 立 浇 立 冷 工 艺 方 案

34 第 2 章 铸 造 25 3) 力 学 性 能 图 2.10 是 抗 拉 强 度 (σb) 与 疲 劳 强 度 (σ-1) 的 关 系 图 如 图 所 示, 随 着 抗 拉 强 度 的 提 高, 最 初, 试 棒 的 疲 劳 强 度 也 成 正 比 例 的 提 高 ; 当 抗 拉 强 度 上 升 到 750 MPa 时, 疲 劳 强 度 不 复 增 加, 呈 一 水 平 线 所 以, 中 小 球 铁 曲 轴 的 抗 拉 强 度 控 制 在 600~800MPa 为 宜, 没 有 必 要 追 求 过 高 的 抗 拉 强 度 值, 以 提 高 疲 劳 强 度 比 (σ-1/σb), 充 分 发 挥 材 料 的 强 度 潜 力 图 2.10 抗 拉 强 度 与 疲 劳 强 度 的 关 系 图 为 适 应 曲 轴 的 服 役 工 况, 材 料 还 应 有 一 定 的 塑 性 和 韧 性, 通 常 延 伸 率 大 于 3% 为 宜 同 时 曲 轴 材 料 还 应 有 一 定 的 硬 度, 一 般 以 (200~270)HBS 为 宜, 以 适 应 曲 轴 耐 磨 性 的 要 求 3. 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 湿 砂 型 铸 造 1) 球 铁 曲 轴 的 铸 造 工 艺 (1) 顺 序 凝 固 工 艺 一 般 球 铁 曲 轴 采 用 顺 序 凝 固 工 艺, 并 在 曲 轴 大 头 部 位 安 放 冒 口, 再 让 浇 口 通 过 冒 口, 提 高 冒 口 中 的 铁 液 温 度, 使 冒 口 最 后 凝 固 达 到 充 分 补 缩 的 目 的 (2) 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 冒 口 球 墨 铸 铁 凝 固 过 程 中, 体 收 缩 的 大 小, 缩 孔 的 大 小, 缩 松 所 占 的 面 积 与 质 量 分 数, 球 化 剂 的 种 类, 处 理 工 艺 及 铸 型 工 艺 有 密 切 关 系 国 内 目 前 普 遍 采 用 湿 砂 型 铸 造, 缩 孔 及 缩 松 的 体 积 占 铸 件 的 4%~10% 所 以, 砂 型 铸 造 工 艺 必 须 考 虑 设 置 冒 口 设 置 冒 口 的 目 的, 在 于 把 因 铁 液 体 积 收 缩 而 产 生 的 缩 孔 转 移 到 冒 口 中 去, 冒 口 起 着 补 缩 作 用 从 球 铁 的 凝 固 特 点 可 知, 冒 口 可 以 有 效 地 消 除 集 中 缩 孔, 但 不 能 完 全 消 除 缩 松 冒 口 的 形 状 种 类 很 多, 一 般 球 铁 曲 轴 采 用 圆 柱 形 腰 圆 形 和 球 状 冒 口 球 形 冒 口 的 补 缩 能 力 较 强, 因 为 同 样 质 量 的 铁 液, 球 形 冒 口 具 有 最 小 的 表 面 积, 散 热 最 慢, 可 以 较 长 时 间 起 到 保 温 补 缩 作 用 一 般 采 用 暗 冒 口 暗 冒 口 在 铸 件 上 的 位 置 可 分 为 顶 冒 口 和 侧 冒 口 顶 冒 口 放 在 铸 件 壁 最 厚 处 ( 即 热 节 ) 的 上 面, 侧 冒 口 则 设 在 热 节 的 侧 面 冒 口 的 尺 寸 对 补 缩 效 率 和 金 属 消 耗 影 响 较 大, 通 常 应 根 据 热 节 产 生 缩 孔 的 大 小 来 确 定 影 响 热 节 缩 孔 体 积 的 因 素 很 多, 设 计 铸 型 工 艺 把 这 些 因 素 全 部 考 虑 进 去 是 不 可 能 的 很 多 工 厂 凭 多 年 生 产 经 验 来 确 定 冒 口 尺 寸 成 批 大 量 生 产 可 以 通 过 解 剖 铸 件 来 验 证 图 2.11 给 出 了 球 墨 铸 铁 曲 轴 常 用 侧 冒 口 的 尺 寸 比 例 范 围 25 标 准 分 享 网 免 费 下 载

35 26 汽 车 制 造 工 艺 图 2.11 球 墨 铸 铁 曲 轴 侧 冒 口 随 着 科 学 技 术 的 发 展, 用 计 算 机 模 拟 铁 液 凝 固 过 程 已 经 被 国 内 外 学 者 广 泛 应 用, 并 开 始 应 用 于 铸 造 工 艺 设 计 这 对 准 确 地 预 测 曲 轴 铸 件 缩 孔 的 位 置 和 尺 寸, 合 理 地 设 计 铸 造 工 艺, 具 有 重 要 的 意 义 (3) 球 墨 铸 铁 浇 注 系 统 的 特 点 球 墨 铸 铁 的 铸 造 性 能 与 普 通 灰 铸 铁 不 同, 容 易 产 生 皮 下 气 孔 二 次 氧 化 夹 渣 球 化 衰 退 浇 不 足 和 缩 松 等 缺 陷 因 此, 铸 件 浇 注 系 统 必 须 保 证 铁 液 平 稳 畅 通, 比 灰 铸 铁 稍 快 地 充 型 为 做 到 这 点, 许 多 工 厂 采 用 半 封 闭 或 开 放 式 的 浇 注 系 统 其 特 点 是 : 直 浇 道 小, 内 浇 道, 横 浇 道 的 截 面 积 均 要 比 直 浇 道 大 此 时, 铁 液 不 会 充 满 浇 注 系 统, 铁 液 进 入 型 腔 的 速 度 低, 平 稳, 无 冲 击 但 这 种 浇 注 系 统 挡 渣 效 果 差 二 次 氧 化 夹 渣 是 球 铁 曲 轴 疲 劳 失 效 的 主 要 裂 纹 源, 所 以, 球 铁 曲 轴 的 浇 注 系 统 必 须 采 取 挡 渣 措 施, 如 茶 壶 嘴 式 浇 包, 拔 塞 外 浇 道 闸 门 浇 道 过 滤 网 集 渣 包 等 球 铁 曲 轴 浇 注 系 统 各 组 元 断 面 比 例 范 围 : A 直 A 横 A 内 =l (2~4) (1.5~4) 式 中,A 直 为 直 浇 道 截 面 积 (mm 2 );A 横 为 模 浇 道 载 面 积 (mm 2 );A 内 为 内 浇 道 载 面 积 (mm 2 ) 根 据 曲 轴 的 大 小 和 每 型 数 量 来 选 择 浇 注 系 统 的 尺 寸 (4) 球 墨 铸 铁 曲 轴 的 浇 注 方 案 国 内 外 球 铁 曲 轴 的 浇 注 方 案 大 致 有 四 种, 即 卧 浇 卧 冷 ( 包 括 斜 浇 斜 冷 ) 卧 浇 立 冷 立 浇 立 冷 和 侧 浇 侧 冷 4 种 方 案 1 卧 浇 卧 冷 图 2.12 是 球 铁 曲 轴 卧 浇 卧 冷 浇 注 工 艺 方 案 示 意 图 这 种 卧 浇 卧 冷 的 工 艺, 适 合 于 机 械 化 自 动 化 程 度 较 高 的 水 平 分 型 机 器 造 型, 大 量 流 水 生 产 图 2.12 球 铁 曲 轴 卧 浇 卧 冷 工 艺 方 案 示 意 图 26

36 第 2 章 铸 造 27 2 卧 浇 立 冷 图 2.13 是 球 铁 曲 轴 卧 浇 立 冷 浇 注 工 艺 方 案 示 意 图 这 种 工 艺 造 型 方 便, 浇 注 时, 铸 型 放 平, 铁 液 平 稳 经 过 冒 口, 无 冲 击 地 进 入 型 腔 浇 满 后 用 泥 塞 头 堵 塞 直 浇 道, 然 后 立 即 立 起 铸 型 此 时, 冒 口 位 置 最 高, 温 度 也 最 高, 造 成 曲 轴 自 下 而 上 的 顺 序 凝 固, 充 分 补 缩, 有 利 于 消 除 缩 孔 及 减 少 缩 松 一 些 尺 寸 较 大 的 曲 轴 采 用 卧 浇 立 冷 的 干 砂 型 工 艺 但 这 种 工 艺 劳 动 条 件 差, 还 需 要 专 门 翻 转 机 构 和 地 坑, 不 适 合 大 量 流 水 生 产 3 立 浇 立 冷 球 铁 曲 轴 立 浇 立 冷 浇 注 工 艺 方 案 详 见 图 2.9 这 种 立 浇 立 冷 的 工 艺 方 案, 适 合 于 壳 型 铸 造 工 艺 生 产 曲 轴, 可 以 实 现 一 箱 多 型 机 械 化 流 水 生 产 图 2.13 球 铁 曲 轴 卧 浇 立 冷 工 艺 方 案 示 意 图 4 侧 浇 侧 冷 图 2.14 是 球 铁 曲 轴 侧 浇 侧 冷 浇 注 工 艺 方 案 示 意 图 这 种 侧 浇 侧 冷 工 艺, 适 合 于 垂 直 分 型 无 箱 射 挤 压 DISA 造 型 线 生 产 球 铁 曲 轴 用 DISA2070 造 型 线 生 产 4 缸 球 铁 曲 轴, 其 铸 型 尺 寸 为 700mm 900mm (200~560)mm 其 最 大 特 点 是 造 型 速 度 快, 占 地 面 积 小, 生 产 率 可 达 到 (150~250) 型 /h, 无 噪 声, 劳 动 强 度 低, 辅 机 少, 无 砂 箱, 用 砂 量 少, 能 耗 少, 自 动 化 程 度 高 图 2.14 球 铁 曲 轴 侧 浇 侧 冷 工 艺 方 案 示 意 图 5 缩 尺 球 铁 曲 轴 模 型 缩 尺 一 般 采 用 0.50%~0.85% 2) 曲 轴 湿 砂 型 铸 造 生 产 过 程 一 般 曲 轴 湿 砂 型 铸 造 生 产 是 由 炉 料 准 备 熔 化 造 型 ( 含 砂 处 理 和 制 芯 ) 球 化 孕 育 浇 注 清 理 检 查 等 以 造 型 为 中 心 的 铸 造 生 产 过 程 组 成, 如 图 2.15 所 示 (1) 炉 料 准 备 炉 料 准 备 是 熔 炼 铁 液 的 准 备 部 门, 承 担 着 生 铁 废 钢 回 炉 料 合 金 27 标 准 分 享 网 免 费 下 载