汽车机械基础-汽车零件加工基础课件

模块四汽车零件加工基础模块四汽车零件加工基础1金属压力加工焊接加工基础

金属切削加工

技能实训一二三四技能实训四模块小结五金属压力加工焊接加工基础金属切削加工技能实训一二三四技能2知识目标学习目标（1）了解：金属压力加工、焊接加工、金属切削加工的基础知识。（2）熟悉：金属压力加工、焊接加工、金属切削加工的工艺特点。（3）掌握：金属压力加工的基本原理，锻造、冲压、焊接、气割的基本工序；结构的焊接工艺；金属切削加工的工艺特点及其应用。（1）应知：金属压力加工方法、焊接加工工艺特点、基本原理；自由锻造、模锻、冲压的基本工序；焊接的类型、特点，焊接应力与变形产生的原因，预防和减少焊接应力与变形的措施；金属切削加工的基础知识。（2）应会：金属压力加工、手工电弧焊、气焊与气割、金属切削加工的工艺特点及其应用；分析常用金属材料的焊接性能、焊接变形与防止措施；分析零件的加工的正确方法。

能力目标知识目标学习目标（1）了解：金属压力加工、焊接加工、31）锻造2）冲压3）挤压4）轧制5）拉拔a)挤压；b)轧制；c)拉拔；1金属压力加工方法

金属压力加工一、基础知识d)锻造e）冲压

1）锻造2）冲压3）挤压4）轧制5）拉4（1）改善了金属内部结构组织，提高了金属材料的力学性能。（2）节省材料。压力加工提高了金属材料的力学性能，因此，相对地缩小了同等载荷下的截面尺寸，减轻了零件的质量。（3）具有较高的生产效率。（4）压力加工设备复杂，难以获得形状复杂的制件。（5）制件的尺寸精度、形状精度和表面质量不够高。2金属压力加工的工艺特点一、基础知识（1）改善了金属内部结构组织，提高了金属材料的力学性能。2金51）金属的塑性变形

实验证明，晶体在正应力作用下，只能产生弹性变形，只有在切应力作用下才会产生塑性变形。单晶体的塑性变形主要是以滑移的方式进行的，即晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动，如图4-2所示。单晶体的变形方式，有滑移和孪晶两种。

a)未变形b)滑移变形图4-2滑移变形图3金属压力加工基本原理一、基础知识1）金属的塑性变形a)未变形61）金属的塑性变形多晶体是由若干微小的单个晶粒杂乱组合而成的，其塑性变形过程可看成是由若干单个晶粒塑性变形的总和。同时，多晶体塑性变形还存在着晶粒与晶粒之间的晶间变形(滑移和转动)，如图4-3所示。4-3多晶体塑性变形示意图3金属压力加工基本原理一、基础知识1）金属的塑性变形4-3多晶体塑性变形示意图3金属压力加72）冷变形强化现象

随着金属冷变形程度的增加，金属材料的强度和硬度都有所提高，但塑性有所下降的现象称为冷变形强化。冷变形强化使金属的晶格严重畸变，晶粒被压扁或拉长，形成纤维组织，多晶体晶粒形状变化如图4-4所示。金属的位错密度提高，变形阻力加大。图4-4多晶体晶粒形状变化图a)冷轧前退火状态组织b)冷轧后的纤维组织3金属压力加工基本原理一、基础知识2）冷变形强化现象图4-4多晶体晶粒形状变化图a)82）冷变形强化现象

对于低碳钢塑性变形时的力学性能变化规律，如图4-5所示。强度、硬度都随变形程度的増大而增加，塑性、韧性随变形程度的增大而下降，使金属的可锻性变差。图4-4多晶体晶粒形状变化图3金属压力加工基本原理一、基础知识2）冷变形强化现象图4-4多晶体晶粒形状变化图3金属93）回复与再结晶对冷变形强化组织进行加热，变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大3个阶段的变化，如图4-6所示。图4-6变形金属加热时组织与性能变化示意图3金属压力加工基本原理一、基础知识3）回复与再结晶图4-6变形金属加热时组织与性能变化示意103）回复与再结晶（1）回复将冷变形后的金属加热至一定的温度，使原子回复到平衡位置，晶粒内残余应力大大减少，但不改变晶粒形状的现象称为回复。（2）再结晶当加热温度较高时，塑性变形后的金属被拉长了的晶粒重新生核，变为细小、均匀等轴晶粒的过程称为再结晶。再结晶恢复了变形金属的可锻性。（3）晶粒长大已形成纤维组织的金属，通过再结晶一般都能得到细小而均匀的等轴晶粒。3金属压力加工基本原理一、基础知识3）回复与再结晶3金属压力加工基本原理一、基础知识111.自由锻造工艺知识自由锻是指只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上下砧铁之间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。2.自由锻造的工序采用自由锻方法生产的锻件称为自由锻件。自由锻是通过局部锻打逐步成型的，它的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。二、自由锻造1.自由锻造工艺知识二、自由锻造121）镦粗a)完全镦粗b)一端镦粗c)中间镦粗图4-2镦粗二、自由锻造1）镦粗a)完全镦粗b)一端镦粗132）拔长拔长是指使毛坯横断面积减小、长度增加的锻造工序，如图4-3所示。常用于锻造杆类与轴类锻件。3）冲孔冲孔是指在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序，如图4-4所示。常用于锻造齿轮坯和环套类等空心锻件。图4-3拔长图4-4冲孔二、自由锻造2）拔长图4-3拔长144）切割切割是指将坯料分成几部分或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割出一部分的锻造工序，如图4-5所示。5）弯曲弯曲是将坯料弯成所规定的外形的锻造工序，如图4-6所示。常用于锻造角尺、弯板和吊钩等轴线弯曲的零件。a)单面切割；b)双面切割；c)局部切割后再拔长图4-5切割图4-6弯曲二、自由锻造4）切割a)单面切割；b)双面切割；c)156）锻接锻接是将两件坯料在炉内加热至高温后用锤快击，使两者在固态结合的锻造工序。锻接的方法有搭接、对接和咬接等，如图4-7所示。锻接后的接缝强度可达被连接材料强度的70%～80%。

a)咬接；b)搭接图4-7锻接二、自由锻造6）锻接a)咬接；167）错移错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离的锻造工序如图4-8所示。8）扭转扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时，可用锤击方法扭转，如图4-9所示。图4-8错移图4-9锤击方法扭转二、自由锻造7）错移图4-8错移171）模锻分类（1）按所用设备不同，模锻可分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻等。锤上模锻如图4-10所示。图4-10锤上模锻三、模型锻造（2）根据功用的不同，模膛可分为模锻模膛和制坯模膛两大类。2）模锻的特点1）模锻分类图4-10锤上模锻三、模型锻造（2）根据功用182.胎模锻造胎模锻造是在自由锻设备上使用可移动模具生产锻件的一种锻造方法。胎模是一种只有一个模膛且不固定在锻造设备上的锻模。胎模不固定在锤头或砧座上，只是在使用时才放上去。胎模的种类较多，常用的胎模有扣模、套模、摔模、弯曲模、合模和冲切模等。如图4-11所示为扣模与套模。a)扣模；b)套模图4-11胎模锻造三、模型锻造2.胎模锻造a)扣模；19冲压是指使板料经成形或分离而得到制件的加工方法。因其通常都是在冷态下进行的，又称为冷冲压。1.冲压成形概述冲压在汽车、航空、电器和仪表等工业中应用广泛。2.冲压的基本工序冲压的基本工序可分为分离和成型两大类。1）分离工序分离工序是指使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序，如剪切、落料和冲孔等。四、板料冲压冲压是指使板料经成形或分离而得到制件的加工方法。因其通常都是20（1）剪切。剪切是指将材料沿不封闭的曲线分离的一种冲压方法。剪切通常都是在剪板机上进行的。（2）冲裁。冲裁是指利用冲模将板料以封闭轮廓与坯料分离的冲压方法。落料和冲孔，都属于冲裁。二者的目的不同：落料是被冲下的部分为成品，周边是废料；冲孔是被冲下的部分为废料，而周边形成的孔是成品。板料的冲裁过程如图4-12所示。图4-12板料的冲裁过程四、板料冲压（1）剪切。剪切是指将材料沿不封闭的曲线分离的一种冲压方法。212）成型工序成型工序是指使板料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如弯曲、拉深等。（1）弯曲。弯曲是指将板料、型材或管材弯成具有一定曲率和角度的成形方法，如图4-13所示。（2）拉深。拉深是使平面板料(或浅的空心杯)成型为空心件(或深的空心件)的加工方法，如图4-14所示。图4-13弯曲图4-14拉深四、板料冲压2）成型工序图4-13弯曲图4-14拉深四、板料22轧制是指在外力作用下进行轧压坯料的加工方法，它主要是生产型材、板材和管料的加工方法。广泛应用于钢材和有色金属生产，如轧制各种圆钢、螺纹钢、钢板、铜板、铜管和钢管等。轧制一般分热轧和冷轧。热轧是将坯料加热至一定温度状态下进行碾压热坯料，使之产生塑性变形。而冷轧是直接以一定压力进行碾压坯料，使之产生塑性变形。五、轧制轧制是指在外力作用下进行轧压坯料的加工方法，它主要是生产型材23焊接是指通过加热或加压，并用(或不用)填充材料，使工件达到不可拆卸联接的加工方法。1.焊接的类型焊接的类型有熔焊、压焊和钎焊3种。1）熔焊。将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接加工方法。2）压焊。在焊接过程中，必须对焊件施加压力(如加热或不加热)以完成焊接的加工方法。3）钎焊。采用比母材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，远低于母材熔化温度，利用液态钎料填充接头间的缝隙，并与母材相互扩散而冷却，达到实现连接焊件的加工方法。焊接加工基础一、焊接加工概述焊接是指通过加热或加压，并用(或不用)填充材料，使工件达到不242.焊接的特点1）可以制造双金属结构。2）可减轻结构质量，节省金属材料。与铆接相比可节省15%～20%的金属材料，结构自重也减轻。3）能化大为小，以小拼大。4）结构强度高，产品质量好，在多数情况下焊接接头都能达到与母材等强度，甚至接头强度超过母材的强度。5）焊接时的噪音较小，工人劳动强度较低，生产率较高，易于实现机械化与自动化。6）焊接是一个不均匀的加热过程，所以，焊后会产生焊接应力与变形。焊接加工基础一、焊接加工概述2.焊接的特点焊接加工基础一、焊接加工概述251.焊接电弧焊接电弧是在焊条与焊件之间施加有一定的电压，使气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。产生焊接电弧有接触引弧和非接触引弧两种方式，焊条电弧焊采用接触引弧时，其焊接过程如图4-15所示。1—电焊机；2—焊钳；3—焊条；4—焊条进给方向；5—运条方向；6—工件；7—焊缝；8—熔池；9—电弧；10—搭铁线图4-15焊接过程如图焊接加工基础二、手工电弧焊1.焊接电弧1—电焊机；2—焊钳；3—焊条；4—焊条进给方向26在焊条端部与焊件间形成了电弧。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区3部分组成，如图4-16所示。1—焊条；2—阴极区；3—弧柱区；4—阳极区；5—焊件图4-16焊接过程焊接加工基础二、手工电弧焊在焊条端部与焊件间形成了电弧。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱272.手工电弧焊的设备电焊机1）交流电焊机2）直流电焊机焊接加工基础二、手工电弧焊2.手工电弧焊的设备焊接加工基础二、手工电弧焊283.焊接工艺1）焊缝的空间位置按焊缝在空间位置的不同，可分为平焊、横焊、立焊和仰焊4种，如图4-17所示。其中，平焊操作容易、劳动条件好、生产率高、质量易于保证。因此，一般都应把焊缝放在平焊位置进行施焊。横焊、立焊、仰焊的焊接较为困难，应尽量避免。若无法避免时，可选用小直径的焊条，较小的电流，调整好焊条与焊件的夹角、弧长后再进行焊接。a)平焊b)横焊c)立焊d)仰焊图4-17焊缝的空间位置焊接加工基础二、手工电弧焊3.焊接工艺a)平焊b)横焊292）焊接接头基本形式和坡口基本形式由于结构形状、工件厚度及对质量要求的不同，其接头的基本形式有：对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头等。基本的坡口形式有：I型坡口(不开坡口)、单边V形坡口、V形坡口、双边V形坡口、U形坡口和双U形坡口等。焊接接头形式和坡口形式，如图4-18所示。焊接加工基础二、手工电弧焊2）焊接接头基本形式和坡口基本形式焊接加工基础二、手工电弧焊30图4-18焊接接头形式和坡口形式焊接加工基础二、手工电弧焊图4-18焊接接头形式和坡口形式焊接加工基础二、手工电弧焊31气焊与气割设备基本相同，不同之处是焊接时采用焊炬(又叫焊枪)，而气割时采用割炬(又叫割枪)。气焊是利用氧气和可燃气体(乙炔)混合燃烧所产生的热量将焊件和焊丝局部熔化而进行焊接的。1）气焊火焰（1）氧化焰。（2）中性焰。（3）碳化焰。气焊与气割图4-19氧-乙炔火焰类型一、气焊与气割的设备二、气焊气焊与气割设备基本相同，不同之处是焊接时采用焊炬(又叫焊枪)322）基本操作方法，如图4-20所示。图4-20焊嘴倾角和焊丝的位置3）焊接速度。焊接速度与焊件的熔点及厚度有关，焊件熔点高、厚度大时焊接速度应慢一些。但在保证焊接质量的前提下应尽量提高焊速，以提高生产率。气焊与气割二、气焊2）基本操作方法，如图4-20所示。图4-20焊嘴倾角和33气割是利用氧-乙炔火焰的热量，将金属预热到燃点，然后开放高压氧气流使金属氧化燃烧，产生大量反应热，并将氧化物熔渣从切口吹掉，形成割缝的过程，如图4-21所示。图4-21氧-乙炔火焰气割气焊与气割三、气割气割是利用氧-乙炔火焰的热量，将金属预热到燃点，然后开放高压341）金属气割的条件（1）金属材料的燃点必须低于其熔点。否则切割变为熔割，使割口过宽且不整齐。（2）燃烧生成的金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点。这样熔渣具有一定的流动性，便于高压氧气流吹掉。（3）金属在氧气中燃烧时所产生的热量应大于金属本身由于热传导而散失的热量，这样才能保证有足够高的预热温度，使切割过程不断地进行。2）基本操作方法气焊与气割三、气割1）金属气割的条件气焊与气割三、气割35常见的焊接变形可归纳为收缩变形、角变形、扭曲变形、波浪变形和弯曲变形5种形式，如图4-22所示。焊接变形与防止措施图4-225种焊接变形一、焊接应力与变形产生的原因二、焊接变形的基本形式常见的焊接变形可归纳为收缩变形、角变形、扭曲变形、波浪变形和361）设计方面的措施（1）选用合理的焊缝尺寸和形状。在保证结构有足够承载能力的前提下，应采用尽量小的缝尺寸。（2）尽可能减少焊缝数量。焊接结构应尽量选用型材、冲压件和铸件等，简化焊接工艺，使焊接应力与变形减少，保证焊接质量。（3）尽可能使焊缝分散，避免集中。（4）合理安排焊缝位置。在结构上允许时，应尽可能使焊缝对称于焊件截面的中性轴或者接近中性轴，这样可以使焊接弯曲变形消除或减小到最低程度。三、焊接变形与防止措施1）设计方面的措施三、焊接变形与防止措施37（5）焊接接头的厚薄处要逐渐过渡。焊件厚度差别悬殊时，易引起应力集中或产生其它焊接缺陷，如图4-23所示。a）不合理b)合理图4-23焊接接头过渡三、焊接变形与防止措施（5）焊接接头的厚薄处要逐渐过渡。a）不合理382）工艺方面的措施（1）焊前预热，焊后缓冷。（2）采用合理的焊接顺序和方向。（3）反变形法，如图4-24所示。（4）采用刚性固定法。（5）焊后及时消除应力。3）矫正变形的方法图4-24反变形法三、焊接变形与防止措施2）工艺方面的措施图4-24反变形法三、焊接变形与防止措施391、非合金钢及低合金钢1）低碳钢的焊接2）中、高碳钢的焊接2.低合金钢和中高合金钢的焊接焊接时必须采取措施(通常是焊前预热，焊后热处理)。3.铸铁的焊接铸铁的焊接性较差，焊接时焊缝金属的碳和硅等元素烧损较多，易产生白口组织及裂纹，因此焊接时必须采用严格的措拖。4.铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接性一般都较差，铜的热导率大，焊接时母材和填充金属难以熔合，因此必须采用大功率热源，必要时还要采取预热措施。5.铝及铝合金的焊接常用金属材料的焊接性能1、非合金钢及低合金钢常用金属材料的焊接性能401.切削运动机械零件的形状主要由外圆面、内圆面、平面和成形面4种典型表面组成。要完成工件表面的切削加工，则刀具与工件之间一定要有相对运动，这种相对运动就是切削运动。它是直接形成工件的表面轮廓，切削运动包括主运动和进给运动，如图4-25所示。金属切削加工a)车削加工b)钻削加工c)刨削加工d)铣削加工图4-25主运动和进给运动v—主运动；f—进给运动一、金属切削加工的基础知识1.切削运动金属切削加工a)车削加工b)412.切削要素1）切削加工表面在切削过程中，刀具切削使工件上形成了3个表面，如图4-26所示。(1)待加工表面。工件上有待切除的表面。(2)已加工表面。工件上经刀具切削后形成的表面。(3)过渡加工表面。工件上由切削刃形成的表面。1削已加工表面；2—待加工表面；3—过渡加工表面；Ⅰ—刀具位置1；Ⅱ—刀具位置2图4-26车削外圆时形成的切削要素金属切削加工一、金属切削加工的基础知识2.切削要素1削已加工表面；2—待加工表面；3—过渡加工表422）切削用量切削用量包括切削速度v、进给量f和背吃刀量αp。要完成切削加工三者缺一不可，又称为切削用量三要素。(1)切削速度v。切削速度是指刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的线速度，当主运动为旋转运动时，切削速度是指圆周运动的线速度，即

(2)进给量f。进给量是指主运动在一个循环内(转一周或一次往返行程时)，刀具沿着进给方向相对于工件的移动距离(又叫位移量)。(3)背吃刀量αp。背吃刀量计算公为:应合理选择切削用量。金属切削加工一、金属切削加工的基础知识2）切削用量金属切削加工一、金属切削加工的基础知识433.刀具材料与几何形状在切削加工过程中，刀具是切削加工中的重要工具，也是切削加工中影响生产率、加工质量和成本的重要因素。刀具由切削部分和刀体两部分组成，如图4-27a)所示。a)外圆车刀的组成

b)外圆车刀的切削部分图4-27外圆车刀的几何形状金属切削加工一、金属切削加工的基础知识3.刀具材料与几何形状a)外圆车刀的组成44（二）金属切削加工的工艺特点1.切削机床的分类与型号金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点（二）金属切削加工的工艺特点金属切削加工二、金属切削加工的工452.金属切削加工的工艺特点及其应用1)车削：工件旋转做主运动，车刀作进给运动的切削加工方法称为车削。(1)车床。车床主要用于加工各种回转体表面。一般占机床总数的40%左右。卧式车床的外形结构，如图4-28所示。图428卧式车床外形结构1—挂轮架；2—主轴箱；3—中滑板；4—刀架；5—小滑板；6—尾座；7—床鞍；8—床身；9—右床腿；10—光杠；11—丝杠；12—溜板箱；13—左床腿；14—进给箱金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点2.金属切削加工的工艺特点及其应用图428卧式车床外形结构46车床的加工范围很广，利用车床可以完成各种回转表面和端面的加工，如图4-29所示。金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点图4-29车床的加工范围车床的加工范围很广，利用车床可以完成各种回转表面和端面的加工472)钻削钻削一般是指刀具作旋转主运动和进给运动的切削加工方法。按使用的刀具不用可分为钻孔、扩孔和铰孔。(1)钻床。常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床等，如图4-30所示。图4-30钻床金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点2)钻削图4-30钻床金属切削加工二、金属切削加工的工艺48(2)钻床的加工。在钻床能完成的加工有钻孔、扩孔、铰孔、锪锥孔、锪沉孔、锪平面和攻螺纹等，如图4-31所示。图4-31钻床能完成的加工金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点(2)钻床的加工。图4-31钻床能完成的加工金属切削加工493)镗削镗削是镗刀做旋转主运动，工件或镗刀做进给运动的切削加工方法。镗削通常在镗床上进行，为卧式镗床外形和组成结构，如图4-32所示。图4-32卧式镗床外形结构和组成1—后立柱；2—尾座；3—工作台；4—主轴；5—前立柱；6—主轴箱；7—床身；8—下滑板；9—上滑板金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点3)镗削图4-32卧式镗床外形结构和组成金属切削加工二、50在镗床上可以完成的加工，如图4-33所示。图4-33镗床上能完成的加工金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点在镗床上可以完成的加工，如图4-33所示。图4-33镗床上514)刨削和插削刨削和插削的共同特点是刀具是主运动，并作直线往复运动，进给运动则是工件的间歇运动。刨床的种类有牛头刨床、液压刨床和龙门刨床等，刨床是用刨刀来加工的机床，刨削加工的范围，如图4-34所示。图4-34刨削加工的范围金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点4)刨削和插削图4-34刨削加工的范围金属切削加工二、金525)铣削铣削的主运动是铣刀的旋转运动，进给运动是工件的移动运动。铣床是用铣刀加工的机床，铣床的外形结构，如图4-36所示。1—主电机；2—床身；3—橫梁；4—主轴；5—铣刀心轴；6—支架；7—工作台；8—回转台；9—床鞍；10—升降台；11—调速电机；12—底座图4-36铣床的外形结构金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点5)铣削1—主电机；2—床身；3—橫梁；4—主轴；5—铣刀53铣削主要用于加工平面、沟槽、成形面及切断等，如图4-37所示。加工质量一般可达IT7、Ra=1.6μm。图4-37铣削的加工范围金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点铣削主要用于加工平面、沟槽、成形面及切断等，如图4-37所示546)磨削用砂轮或其它磨具切削工件的方法称为磨削。它是零件精密加工的工要方法之一，可以加工其它机床不能加工或很难加工的高硬度材料。磨床是用砂轮进行磨削加工的机床，磨床的种类很多，常用的有外圆磨床、内圆磨床、平面磨床、无心磨床、工具磨床和曲轴磨床等。半自动外圆磨床的外形结构如图4-38所示。1—床身；2—工作台；3—砂轮；4—砂轮架；5—立柱图4-38半自动外圆磨床的外形结构金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点6)磨削1—床身；2—工作台；3—砂轮；4—砂轮架；5—立55磨床可用来磨削各种内(外)圆柱面、内(外)圆锥面、平面和成型表面等，常见磨床能完成的加工，如图4-39所示。图4-39常见磨床能完成的加工金属切削加工二、金属切削加工的工艺特点磨床可用来磨削各种内(外)圆柱面、内(外)圆锥面、平面和成型56

谢观！

模块小结谢观！模块小结57谢谢观看！谢谢观看！58

模块四汽车零件加工基础模块四汽车零件加工基础59金属压力加工焊接加工基础

金属切削加工

技能实训一二三四技能实训四模块小结五金属压力加工焊接加工基础金属切削加工技能实训一二三四技能60知识目标学习目标（1）了解：金属压力加工、焊接加工、金属切削加工的基础知识。（2）熟悉：金属压力加工、焊接加工、金属切削加工的工艺特点。（3）掌握：金属压力加工的基本原理，锻造、冲压、焊接、气割的基本工序；结构的焊接工艺；金属切削加工的工艺特点及其应用。（1）应知：金属压力加工方法、焊接加工工艺特点、基本原理；自由锻造、模锻、冲压的基本工序；焊接的类型、特点，焊接应力与变形产生的原因，预防和减少焊接应力与变形的措施；金属切削加工的基础知识。（2）应会：金属压力加工、手工电弧焊、气焊与气割、金属切削加工的工艺特点及其应用；分析常用金属材料的焊接性能、焊接变形与防止措施；分析零件的加工的正确方法。

能力目标知识目标学习目标（1）了解：金属压力加工、焊接加工、611）锻造2）冲压3）挤压4）轧制5）拉拔a)挤压；b)轧制；c)拉拔；1金属压力加工方法

金属压力加工一、基础知识d)锻造e）冲压

1）锻造2）冲压3）挤压4）轧制5）拉62（1）改善了金属内部结构组织，提高了金属材料的力学性能。（2）节省材料。压力加工提高了金属材料的力学性能，因此，相对地缩小了同等载荷下的截面尺寸，减轻了零件的质量。（3）具有较高的生产效率。（4）压力加工设备复杂，难以获得形状复杂的制件。（5）制件的尺寸精度、形状精度和表面质量不够高。2金属压力加工的工艺特点一、基础知识（1）改善了金属内部结构组织，提高了金属材料的力学性能。2金631）金属的塑性变形

实验证明，晶体在正应力作用下，只能产生弹性变形，只有在切应力作用下才会产生塑性变形。单晶体的塑性变形主要是以滑移的方式进行的，即晶体的一部分沿一定的晶面和晶向相对于另一部分发生滑动，如图4-2所示。单晶体的变形方式，有滑移和孪晶两种。

a)未变形b)滑移变形图4-2滑移变形图3金属压力加工基本原理一、基础知识1）金属的塑性变形a)未变形641）金属的塑性变形多晶体是由若干微小的单个晶粒杂乱组合而成的，其塑性变形过程可看成是由若干单个晶粒塑性变形的总和。同时，多晶体塑性变形还存在着晶粒与晶粒之间的晶间变形(滑移和转动)，如图4-3所示。4-3多晶体塑性变形示意图3金属压力加工基本原理一、基础知识1）金属的塑性变形4-3多晶体塑性变形示意图3金属压力加652）冷变形强化现象

随着金属冷变形程度的增加，金属材料的强度和硬度都有所提高，但塑性有所下降的现象称为冷变形强化。冷变形强化使金属的晶格严重畸变，晶粒被压扁或拉长，形成纤维组织，多晶体晶粒形状变化如图4-4所示。金属的位错密度提高，变形阻力加大。图4-4多晶体晶粒形状变化图a)冷轧前退火状态组织b)冷轧后的纤维组织3金属压力加工基本原理一、基础知识2）冷变形强化现象图4-4多晶体晶粒形状变化图a)662）冷变形强化现象

对于低碳钢塑性变形时的力学性能变化规律，如图4-5所示。强度、硬度都随变形程度的増大而增加，塑性、韧性随变形程度的增大而下降，使金属的可锻性变差。图4-4多晶体晶粒形状变化图3金属压力加工基本原理一、基础知识2）冷变形强化现象图4-4多晶体晶粒形状变化图3金属673）回复与再结晶对冷变形强化组织进行加热，变形金属将相继发生回复、再结晶和晶粒长大3个阶段的变化，如图4-6所示。图4-6变形金属加热时组织与性能变化示意图3金属压力加工基本原理一、基础知识3）回复与再结晶图4-6变形金属加热时组织与性能变化示意683）回复与再结晶（1）回复将冷变形后的金属加热至一定的温度，使原子回复到平衡位置，晶粒内残余应力大大减少，但不改变晶粒形状的现象称为回复。（2）再结晶当加热温度较高时，塑性变形后的金属被拉长了的晶粒重新生核，变为细小、均匀等轴晶粒的过程称为再结晶。再结晶恢复了变形金属的可锻性。（3）晶粒长大已形成纤维组织的金属，通过再结晶一般都能得到细小而均匀的等轴晶粒。3金属压力加工基本原理一、基础知识3）回复与再结晶3金属压力加工基本原理一、基础知识691.自由锻造工艺知识自由锻是指只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上下砧铁之间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件的加工方法。2.自由锻造的工序采用自由锻方法生产的锻件称为自由锻件。自由锻是通过局部锻打逐步成型的，它的基本工序包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。二、自由锻造1.自由锻造工艺知识二、自由锻造701）镦粗a)完全镦粗b)一端镦粗c)中间镦粗图4-2镦粗二、自由锻造1）镦粗a)完全镦粗b)一端镦粗712）拔长拔长是指使毛坯横断面积减小、长度增加的锻造工序，如图4-3所示。常用于锻造杆类与轴类锻件。3）冲孔冲孔是指在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序，如图4-4所示。常用于锻造齿轮坯和环套类等空心锻件。图4-3拔长图4-4冲孔二、自由锻造2）拔长图4-3拔长724）切割切割是指将坯料分成几部分或部分地割开，或从坯料的外部割掉一部分，或从内部割出一部分的锻造工序，如图4-5所示。5）弯曲弯曲是将坯料弯成所规定的外形的锻造工序，如图4-6所示。常用于锻造角尺、弯板和吊钩等轴线弯曲的零件。a)单面切割；b)双面切割；c)局部切割后再拔长图4-5切割图4-6弯曲二、自由锻造4）切割a)单面切割；b)双面切割；c)736）锻接锻接是将两件坯料在炉内加热至高温后用锤快击，使两者在固态结合的锻造工序。锻接的方法有搭接、对接和咬接等，如图4-7所示。锻接后的接缝强度可达被连接材料强度的70%～80%。

a)咬接；b)搭接图4-7锻接二、自由锻造6）锻接a)咬接；747）错移错移是指将坯料的一部分相对另一部分平行错开一段距离的锻造工序如图4-8所示。8）扭转扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。该工序多用于锻造多拐曲轴和校正某些锻件。小型坯料扭转角度不大时，可用锤击方法扭转，如图4-9所示。图4-8错移图4-9锤击方法扭转二、自由锻造7）错移图4-8错移751）模锻分类（1）按所用设备不同，模锻可分为锤上模锻、曲柄压力机上模锻、摩擦压力机上模锻等。锤上模锻如图4-10所示。图4-10锤上模锻三、模型锻造（2）根据功用的不同，模膛可分为模锻模膛和制坯模膛两大类。2）模锻的特点1）模锻分类图4-10锤上模锻三、模型锻造（2）根据功用762.胎模锻造胎模锻造是在自由锻设备上使用可移动模具生产锻件的一种锻造方法。胎模是一种只有一个模膛且不固定在锻造设备上的锻模。胎模不固定在锤头或砧座上，只是在使用时才放上去。胎模的种类较多，常用的胎模有扣模、套模、摔模、弯曲模、合模和冲切模等。如图4-11所示为扣模与套模。a)扣模；b)套模图4-11胎模锻造三、模型锻造2.胎模锻造a)扣模；77冲压是指使板料经成形或分离而得到制件的加工方法。因其通常都是在冷态下进行的，又称为冷冲压。1.冲压成形概述冲压在汽车、航空、电器和仪表等工业中应用广泛。2.冲压的基本工序冲压的基本工序可分为分离和成型两大类。1）分离工序分离工序是指使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序，如剪切、落料和冲孔等。四、板料冲压冲压是指使板料经成形或分离而得到制件的加工方法。因其通常都是78（1）剪切。剪切是指将材料沿不封闭的曲线分离的一种冲压方法。剪切通常都是在剪板机上进行的。（2）冲裁。冲裁是指利用冲模将板料以封闭轮廓与坯料分离的冲压方法。落料和冲孔，都属于冲裁。二者的目的不同：落料是被冲下的部分为成品，周边是废料；冲孔是被冲下的部分为废料，而周边形成的孔是成品。板料的冲裁过程如图4-12所示。图4-12板料的冲裁过程四、板料冲压（1）剪切。剪切是指将材料沿不封闭的曲线分离的一种冲压方法。792）成型工序成型工序是指使板料的一部分相对于另一部分产生位移而不破裂的工序，如弯曲、拉深等。（1）弯曲。弯曲是指将板料、型材或管材弯成具有一定曲率和角度的成形方法，如图4-13所示。（2）拉深。拉深是使平面板料(或浅的空心杯)成型为空心件(或深的空心件)的加工方法，如图4-14所示。图4-13弯曲图4-14拉深四、板料冲压2）成型工序图4-13弯曲图4-14拉深四、板料80轧制是指在外力作用下进行轧压坯料的加工方法，它主要是生产型材、板材和管料的加工方法。广泛应用于钢材和有色金属生产，如轧制各种圆钢、螺纹钢、钢板、铜板、铜管和钢管等。轧制一般分热轧和冷轧。热轧是将坯料加热至一定温度状态下进行碾压热坯料，使之产生塑性变形。而冷轧是直接以一定压力进行碾压坯料，使之产生塑性变形。五、轧制轧制是指在外力作用下进行轧压坯料的加工方法，它主要是生产型材81焊接是指通过加热或加压，并用(或不用)填充材料，使工件达到不可拆卸联接的加工方法。1.焊接的类型焊接的类型有熔焊、压焊和钎焊3种。1）熔焊。将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接加工方法。2）压焊。在焊接过程中，必须对焊件施加压力(如加热或不加热)以完成焊接的加工方法。3）钎焊。采用比母材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，远低于母材熔化温度，利用液态钎料填充接头间的缝隙，并与母材相互扩散而冷却，达到实现连接焊件的加工方法。焊接加工基础一、焊接加工概述焊接是指通过加热或加压，并用(或不用)填充材料，使工件达到不822.焊接的特点1）可以制造双金属结构。2）可减轻结构质量，节省金属材料。与铆接相比可节省15%～20%的金属材料，结构自重也减轻。3）能化大为小，以小拼大。4）结构强度高，产品质量好，在多数情况下焊接接头都能达到与母材等强度，甚至接头强度超过母材的强度。5）焊接时的噪音较小，工人劳动强度较低，生产率较高，易于实现机械化与自动化。6）焊接是一个不均匀的加热过程，所以，焊后会产生焊接应力与变形。焊接加工基础一、焊接加工概述2.焊接的特点焊接加工基础一、焊接加工概述831.焊接电弧焊接电弧是在焊条与焊件之间施加有一定的电压，使气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。产生焊接电弧有接触引弧和非接触引弧两种方式，焊条电弧焊采用接触引弧时，其焊接过程如图4-15所示。1—电焊机；2—焊钳；3—焊条；4—焊条进给方向；5—运条方向；6—工件；7—焊缝；8—熔池；9—电弧；10—搭铁线图4-15焊接过程如图焊接加工基础二、手工电弧焊1.焊接电弧1—电焊机；2—焊钳；3—焊条；4—焊条进给方向84在焊条端部与焊件间形成了电弧。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区3部分组成，如图4-16所示。1—焊条；2—阴极区；3—弧柱区；4—阳极区；5—焊件图4-16焊接过程焊接加工基础二、手工电弧焊在焊条端部与焊件间形成了电弧。焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱852.手工电弧焊的设备电焊机1）交流电焊机2）直流电焊机焊接加工基础二、手工电弧焊2.手工电弧焊的设备焊接加工基础二、手工电弧焊863.焊接工艺1）焊缝的空间位置按焊缝在空间位置的不同，可分为平焊、横焊、立焊和仰焊4种，如图4-17所示。其中，平焊操作容易、劳动条件好、生产率高、质量易于保证。因此，一般都应把焊缝放在平焊位置进行施焊。横焊、立焊、仰焊的焊接较为困难，应尽量避免。若无法避免时，可选用小直径的焊条，较小的电流，调整好焊条与焊件的夹角、弧长后再进行焊接。a)平焊b)横焊c)立焊d)仰焊图4-17焊缝的空间位置焊接加工基础二、手工电弧焊3.焊接工艺a)平焊b)横焊872）焊接接头基本形式和坡口基本形式由于结构形状、工件厚度及对质量要求的不同，其接头的基本形式有：对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头等。基本的坡口形式有：I型坡口(不开坡口)、单边V形坡口、V形坡口、双边V形坡口、U形坡口和双U形坡口等。焊接接头形式和坡口形式，如图4-18所示。焊接加工基础二、手工电弧焊2）焊接接头基本形式和坡口基本形式焊接加工基础二、手工电弧焊88图4-18焊接接头形式和坡口形式焊接加工基础二、手工电弧焊图4-18焊接接头形式和坡口形式焊接加工基础二、手工电弧焊89气焊与气割设备基本相同，不同之处是焊接时采用焊炬(又叫焊枪)，而气割时采用割炬(又叫割枪)。气焊是利用氧气和可燃气体(乙炔)混合燃烧所产生的热量将焊件和焊丝局部熔化而进行焊接的。1）气焊火焰（1）氧化焰。（2）中性焰。（3）碳化焰。气焊与气割图4-19氧-乙炔火焰类型一、气焊与气割的设备二、气焊气焊与气割设备基本相同，不同之处是焊接时采用焊炬(又叫焊枪)902）基本操作方法，如图4-20所示。图4-20焊嘴倾角和焊丝的位置3）焊接速度。焊接速度与焊件的熔点及厚度有关，焊件熔点高、厚度大时焊接速度应慢一些。但在保证焊接质量的前提下应尽量提高焊速，以提高生产率。气焊与气割二、气焊2）基本操作方法，如图4-20所示。图4-20焊嘴倾角和91气割是利用氧-乙炔火焰的热量，将金属预热到燃点，然后开放高压氧气流使金属氧化燃烧，产生大量反应热，并将氧化物熔渣从切口吹掉，形成割缝的过程，如图4-21所示。图4-21氧-乙炔火焰气割气焊与气割三、气割气割是利用氧-乙炔火焰的热量，将金属预热到燃点，然后开放高压921）金属气割的条件（1）金属材料的燃点必须低于其熔点。否则切割变为熔割，使割口过宽且不整齐。（2）燃烧生成的金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点。这样熔渣具有一定的流动性，便于高压氧气流吹掉。（3）金属在氧气中燃烧时所产生的热量应大于金属本身由于热传导而散失的热量，这样才能保证有足够高的预热温度，使切割过程不断地进行。2）基本操作方法气焊与气割三、气割1）金属气割的条件气焊与气割三、气割93常见的焊接变形可归纳为收缩变形、角变形、扭曲变形、波浪变形和弯曲变形5种形式，如图4-22所示。焊接变形与防止措施图4-225种焊接变形一、焊接应力与变形产生的原因二、焊接变形的基本形式常见的焊接变形可归纳为收缩变形、角变形、扭曲变形、波浪变形和941）设计方面的措施（1）选用合理的焊缝尺寸和形状。在保证结构有足够承载能力的前提下，应采用尽量小的缝尺寸。（2）尽可能减少焊缝数量。焊接结构应尽量选用型材、冲压件和铸件等，简化焊接工艺，使焊接应力与变形减少，保证焊接质量。（3）尽可能使焊缝分散，避免集中。（4）合理安排焊缝位置。在结构上允许时，应尽可能使焊缝对称于焊件截面的中性轴或者接近中性轴，这样可以使焊接弯曲变形消除或减小到最低程度。三、焊接变形与防止措施1）设计方面的措施三、焊接变形与防止措施95（5）焊接接头的厚薄处要逐渐过渡。焊件厚度差别悬殊时，易引起应力集中或产生其它焊接缺陷，如图4-23所示。a）不合理b)合理图4-23焊接接头过渡三、焊接变形与防止措施（5）焊接接头的厚薄处要逐渐过渡。a）不合理962）工艺方面的措施（1）焊前预热，焊后缓冷。（2）采用合理的焊接顺序和方向。（3）反变形法，如图4-24所示。（4）采用刚性固定法。（5）焊后及时消除应力。3）矫正变形的方法图4-24反变形法三、焊接变形与防止措施2）工艺方面的措施图4-24反变形法三、焊接变形与防止措施971、非合金钢及低合金钢1）低碳钢的焊接2）中、高碳钢的焊接2.低合金钢和中高合金钢的焊接焊接时必须采取措施(通常是焊前预热，焊后热处理)。3.铸铁的焊接铸铁的焊接性较差，焊接时焊缝金属的碳和硅等元素烧损较多，易产生白口组织及裂纹，因此焊接时必须采用严格的措拖。4.铜及铜合金的焊接铜及铜合金的焊接性一般都较差，铜的热导率大，焊接时母材和填充金属难以熔合，因此必须采用大功率热源，必要时还要采取预热措施。5.铝及铝合金的焊接常用金属材料的焊接性能1、非合金钢及低合金钢常用金属材料的焊接性能981.切削运动机械零件的形状主要由外圆面、内圆面、平面和成形面4种典型表面组成。要完成工件表面的切削加工，则刀具与工件之间一定要有相对运动，这种相对运动就是切削运动。它是直接形成工件的表面轮廓，切削运动包括主运动和进给运动，如图4-25所示。金属切削加工a)车削加工b)钻削加工c)刨削加工d)铣削加工图4-25主运动和进给运动v—主运动；f—进给运动一、金属切削加工的基础知识1.切削运动金属切削加工a)车削加工b)992.切削要素1）切削加工表面在切削过程中，刀具切削使工件上形成了3个表面，如图4-26所示。(1)待加工表面。工件上有待切除的表面。(2)已加工表面。工件上经刀具切削后形成的表面。(3)过渡加工表面。工件上由切削刃形成的表面。1削已加工表面；2—待加工表面；3—过渡加工表面；Ⅰ—刀具位置1；Ⅱ—刀具位置2图4-26车削外圆时形成的切削要素金属切削加工一、金属切削加工的基础知识2.切削要素1削已加工表面；2—待加工表面；3—过渡加工表1002）切削用量切削用量包括切削速度v、进给量f和背吃刀量αp。要完成切削加工三者缺一不可，又称为切削用量三要素。(1)切削速度v。切削速度是指刀具切削刃上选定点相对于工件主运动的线速度，当主运动为旋转运动时，切削速度是指圆周运动的线速度，即

(2)进给量f。进给量是指主运动在一个循环内(转一周或一次往返行程时)，刀具沿着进给方向相对于工件的移动距离(又叫位移量)。(3)背吃刀量αp。背吃刀量计算公为:应合理选择切削用量。金属切削加工一、金属切削加工的基础知识2）切削用量金属切削加工一、金属切削加工的基础知识1013.刀具材料与几何形状在切削加工过程中，刀具是切削加工中的重要工具，也是切削加工中影响生产率、加工质量和成本的重要因素。刀具由切削部分和刀体两部分组成，如图4-27a)所示。a)外圆车刀的组成

b)外圆车刀的