金属加工工艺教程文件

金属加工工艺汽车中的金属零件汽车金属零件加工工艺1金属铸造2

塑性加工3

切削加工4金属焊接

5热处理6表面处理金属材料是金属及其合金的总祢。金属的特性是由金属结合键的性质所决定的。金属的特性表现在以下几个方面：①金属材料几乎都是具有晶格结构的固体。②金属材料是电与热的良导体。③金属材料表面具有金属所特有的色彩与光泽④金属材料具有良好的展延性。

⑤金属可以制成金属间化合物，可以与其他金属或非金属元素在熔融态下形成合金，以改善金属的性能。

⑥除了贵金属之外，几乎所有金属曲化学性能都较为活泼，易于氧化而生锈。1金属材料的特性

铸造是

将熔融态金属浇入铸型后，冷却凝固成为具有一定形状铸件的工艺方法。铸造按铸型所用材料及浇注方式分为砂型铸造、熔模铸造、金属型铸造、压力铸造。在汽车制造过程中，采用铸铁制成毛坯的零件很多，约占全车重量10％左右，如气缸体、变速器箱体、转向器壳体、后桥壳体、制动鼓、各种支架等。制造铸铁件通常采用砂型。1金属铸造汽车压铸件

砂型的原料以砂子为主，并与粘结剂、水等混合而成。砂型材料必须具有一定的粘合强度，以便被塑成所需的形状并能抵御高温铁水的冲刷而不会崩塌。砂型铸造的生产工序主要包括：制模、配砂、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、清理和检验。砂型铸造

熔模铸造是用易熔材料制成模样，然后再模样上涂耐火材料，经硬化之后，再将模样熔化，排出型外，获得无分型面的铸型，浇注即可获得铸件。也称失蜡铸造，是发展较快的一种精密铸造方法。加热脱腊

成型浇铸

撒砂

制造腊模熔模铸造金属的塑性加工主要分为两类：体积成形：坯料一般为棒材或扁坯，坯料经受很大的塑性变形，坯料的形状或横截面以及表面积与体积之比发生显著的变化。板料成形：坯料是各种板材或用板材预先加工成的中间坯料，板材的形状发生显著变化，但其横截面形状基本上不变。2塑性加工

金属塑性加工分类体积成形板料成形轧制挤压拉拔锻造剪切胀形拉深弯曲冲压应用

使板料经分离或塑性变形而得到制件的工艺称为冲压。凡承受重载荷、工作条件恶劣的机器零件，如发电机转子、主轴、叶轮、重要齿轮、连杆等，通常均需采用锻件毛坯，再经切削加工制成。冷冲压或板料冲压是使金属板料在冲模中承受压力而被切离或成形的加工方法。采用冷冲压加工的汽车零件有：发动机油底壳，制动器底板，汽车车架以及大多数车身零件。挤压应用

坯料在压应力作用下从模具的孔口或缝隙挤出，使之横截面积减小、长度增加，成为所需制品的加工方法称为挤压。按挤压温度可分为冷挤、温挤、热挤，适用于加工有色金属和低碳钢等金属材料。冷挤压产品自由锻

只用简单的通用性工具或在锻造设备的上下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量的锻件，这种加工方法称为自由锻。自由锻a)完全镦粗b)端面镦粗

c)中间镦粗d)水压机用球面板镦粗模锻精密锻造模车架液压胀形机理示意图部分零件胀形应用3切削加工

制造尺寸、形状、位置精度要求较高，表面粗糙度较细的零件，通常采用切削加工方法。金属切削机床就是利用刀具对金属毛坯进行切削加工的设备，通常简称为机床。

本节主要涉及到车削，铣削，刨削，镗削，电火花切割和气割。车削加工

车床主要用于加工各种回转表面（内外圆柱面、圆锥面、成型回转面等）以及回转体的端面。车床主要使用的刀具为各种车刀，也可用钻头、扩孔钻、绞刀进行孔加工，用丝锥、板牙加工内外螺纹表面。铣削加工

铣床可以加工水平面、垂直面、T形槽、键槽、燕尾槽、螺纹、螺旋槽、分齿零件（齿轮、链轮、棘轮、花键轴）以及成形面等。刨削加工刨床的加工范围很广，主要用来加工平面、各种沟槽及成形表面等。镗削加工

镗床主要用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别适用于加工分布在不同位置上，孔距精度、相互位置精度要求很严格的孔系。除镗孔外，镗床还可以完成钻孔、扩孔、铰孔，汽车箱体类粗、精镗孔等工作，大部分镗床还具有铣削的功能。机夹式盲口镗刀机夹式通口镗刀可转位式镗刀电火花线切割加工

电火花加工是一种利用电火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行加工的方法。电火花线切割加工是指在工具电极(电极丝)和工件间施加脉冲电压,使电压击穿间隙产生火花放电的一种加工方式。

气割是利用可燃气体与氧气混合燃烧的火焰热能将工件切割处预热到一定温度后，喷出高速切割氧流，使金属剧烈氧化并放出热量，利用切割氧流把熔化状态的金属氧化物吹掉，而实现切割的方法。金属的气割过程实质是铁在纯氧中的燃烧过程，而不是熔化过程。气割

焊接作为现代机械制造业中一种必要的工艺方法，在汽车制造中有广泛的应用。汽车的发动机、变速箱、车桥、车架、车身、车厢六大总成都离不开焊接技术的应用。在汽车零部件的制造中，点焊、凸焊、缝焊、焊条电弧焊、二氧化碳气体保护焊、氩弧焊、气焊、钎焊、摩擦焊、电子束焊和激光焊等各种焊接方法中，由于点焊、气体保护焊、钎焊具有生产量大，自动化程度高，高速、低耗、焊接变形小、易操作等的特点，所以对汽车车身薄板覆盖零部件特别适合。因此，在汽车生产中应用最多。在投资费用中点焊约占75%，其他焊接方法只占25%。本节主要介绍焊条电弧焊，电阻焊，气体保护焊和激光焊在汽车中的应用。4

金属焊接焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接过程的实质是用加热或加压力等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，是分离的金属材料牢固地连接起来。

按焊接过程的特点分：熔化焊、压力焊、钎焊三大类1熔化焊通过加热，使被焊金属自身熔化而相互连接，也称为自身焊2压力焊在加热的同时加压，使被焊金属相互连接3焊料焊通过加热，利用焊接材料将被焊金属相互连接熔焊主要焊接方法压焊钎焊等离子弧焊气焊电弧焊电渣焊电子束焊激光焊硬钎焊软钎焊冷压焊超声波焊扩散焊爆炸焊摩擦焊电阻焊焊条电弧焊埋弧焊气体保护焊点焊缝焊对焊锡焊铜焊银焊自动半自动氩弧焊co2焊焊条电弧焊是工业生产中应用最广泛的焊接方法，它是利用电弧放电（俗称电弧燃烧）所产生的热量将焊条与工件互相熔化并在冷凝后形成焊缝，从而获得牢固接头的焊接过程。

手工电弧焊必备的焊接用具有焊接电缆、焊钳、面罩，以及钢丝刷、尖头手锤和扁錾子等。焊钳和面罩焊接示意图电弧焊（一）焊条手工电弧焊使用的焊条由焊芯和药皮组成，如下图所示。

a.焊芯焊芯是焊接专用的金属丝，是组成焊缝金属的主要材料。焊接时焊芯的作用是：一是导电，产生电弧；二是熔化后作为填充金属，与熔化的母材一起形成焊缝。

b.药皮焊条药皮由矿石粉和铁合金粉等原料按一定比例配制而成。药皮的作用是保证焊接电弧的稳定燃烧，防止空气进入焊接熔池，添加合金元素，保证焊缝具有良好的力学性能。（二）焊缝空间位置

按焊缝在空间位置的不同，可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种。

(a)平焊；(b)立焊；(c)横焊；(d)仰焊a.在焊接前清理焊接表面，以免影响电弧引燃和焊缝的质量。

b.准备好接头形式。坡口的作用是使焊条、焊丝能直接伸入坡口底部以保证焊透，并有利于脱渣和便于焊条在坡口内作必要的摆动，以获得良好的熔合。

（三）手工电弧焊的基本工艺（四）焊接参数

为了保证焊接质量和提高生产率，必须正确选择焊接参数。焊条电弧焊的焊接参数包括焊条直径、焊接电流及焊接速度等。

焊条直径主要根据焊件厚度来选择。焊接厚板时应选较粗的焊条。焊缝图坡口形式电阻焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并施以电流，利用电流流经工件接触面及邻近区域产生的电阻热效应将其加热到熔化或塑性状态，使之形成金属结合的一种方法。电阻焊包括点焊、缝焊、对焊三种，其中点焊和对焊在汽车工业中大量使用。

a．点焊电阻焊

点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两柱状电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的电阻焊方法。点焊主要用于薄板焊接。

b．对焊

对焊是利用电阻热将两工件沿整个端面同时焊接起来的一类电阻焊方法。对焊的生产率高、易于实现自动化，因而获得广泛应用。

1）环形工件的对焊例如汽车轮辋和自行车、摩托车轮圈的对焊、各种链环的对焊等。2）部件的组焊例如汽车方向轴外壳和后桥壳体的对焊，各种连杆、拉杆的对焊，以及特殊零件的对焊等。3）异种金属的对焊例如刀具的工作部分（高速钢）与尾部（中碳钢）的对焊，内燃机排气阀的头部（耐热钢）与尾部（结构钢）的对焊，铝铜导电接头的对焊等。电阻焊的应用范围：

气体保护焊是利用具有一定性质的气流排除电弧周围的空气，从而达到保护金属熔池的电弧焊方法。常用的保护气体有CO2和Ar

气。

气体保护焊CO2保护焊是由送丝机构自动将光焊丝向熔池送进，CO2由喷嘴不断喷出，形成一个保护区，代替焊条药皮和焊剂来保证焊缝质量。a．二氧化碳气体保护焊

b.氩弧焊

氩弧焊是以氩气为保护气体的电弧焊，氩气是惰性气体，可保护电极和熔化金属不受空气的有害作用。因此能有效地保证焊接质量，氩弧焊适合于不锈钢和有色金属材料的焊接。氩弧焊按照电极的不同分为熔化极氩弧焊和非熔化极氩弧焊两种。

b)非熔化极氩弧焊a)熔化极氩弧焊

2000

年美国三大汽车公司已经有50%的电阻点焊生产线被激光焊生产线所取代。2004年，大众公司共有73台激光焊接机，当年全世界使用的激光焊接机700多台。激光拼焊是采用激光能源，将若干不同材质、不同厚度、不同涂层的钢材、不锈钢材、铝合金材等进行自动拼合和焊接而形成一块整体板材、型材、夹芯板等。CO2激光焊接机器人NdYAG激光焊接机器人激光焊接法激光拼焊技术激光拼焊的目的：为了降低车身重量，根据车身不同部位的性能要求，选择钢材等级和厚度不同的钢板，通过激光裁剪和拼焊技术完成车身某一部位的制造。激光拼焊的优点：减少零件和模具数量；缩短设计和开发周期；减少材料浪费；最合理使用不同级别、厚度和性能的钢板，减少车身重量；降低制造成本；提高尺寸精度；提高车身结构刚度和安全性。激光拼焊应用（1）车身顶盖与侧围激光钎焊激光钎焊：车顶、头部、尾部（2）激光拼焊钢板

可将不同厚度和具有不同表面涂镀层的金属板焊在一起，然后再进行冲压，这样制成的面板结构能达到最合理的金属组合。

汽车底盘（1985年AUDI）、车门(1986年丰田)！车身侧框架、车门内板、挡风玻璃窗框、轮罩板、底板、中间支柱等。（3）汽车零部件焊接

变速箱的齿轮焊接，激光焊接后的齿轮几乎没有焊接变形，不需要焊后热处理，而且焊接速度大大提高。

尾气排放系统（歧管、排气管、消声器等）、变速箱双联齿轮、减振器储油缸筒体、滤清器、车门铰链等。迈腾车身激光拼接技术5热处理

热处理是在一定的条件下，给金属一定的加热与冷却，使金属获得一定的机械性能或化学性能的工艺方法。主要分为普通热处理和化学热处理两大类。

金属零件进行热处理的主要目的是：a.提高硬度、强度及增加耐磨性b.降低硬度，便于机械加工c.消除加工过程中所引起的内应力d.提高表面耐磨、耐蚀性能普通热处理主要包括：a退火b正火c淬火d回火普通热处理b、退火把工件加热到一定温度（稍高于临界温度），经过一定时间保温后，缓慢冷却下来（一般随炉冷却)的过程叫退火。由于加热温度和冷却速度不同，退火处理对改变金属组织和性能的作用也不同。a、淬火把工件加热到一定温度（临界温度以上），经过一定时间保温后，在水、油或盐水中急速冷却的操作过程叫淬火。以此使工件的表面得到很高的硬度，内部却保持原来的韧性。常用退火方法

完全退火

主要是细化颗粒、消除或减少组织的不均匀性、降低温度、

改善切削加工性、提高韧性和塑性、消除内应力。

球化退火

主要用于刀具和冷却模具的锻造毛坯，效果同上，为淬火处理作组织准备。消除加工硬化的退火

主要用于消除工件经冷拔、冷弯灯产生的硬化现象。去应力退火

主要用于消除铸件、焊接件在加工过程中产生的内应力，以及精密零件表面加工时留下的加工应力。c、正火正火是退火的一种变态，正火与完全退火的区别是：正火是使工件在空气中冷却，完全退火是工件随炉冷却。正火的目的主要是细化晶粒、改善切削加工性、提高韧性和强度、为最后的热处理做好准备。d、回火把淬火的零件加热到723摄氏度以下某一温度，经过一定时间保温后，在油、水或空气中冷却的操作过程叫回火。回火的目的是：消除或减少淬火零件的内应力、降低脆性、硬度、增加韧性、稳定淬火后的工件尺寸、防止使用中变形。a、渗碳

钢件在渗碳介质中加热和保温，使碳原子渗入表面，获得一定的表面含碳量和一定碳浓度梯度的工艺。目的是为了提高表面硬度、耐磨性及提高接触疲劳强度和抗疲劳强度。c、氰化氰化又叫碳氮共渗。时间短、效率高、但是所用氰盐（氰化钾、氰化钠有剧毒）成本高。b、氮化

氮化是把放在含氮原子的介质中，加热到500-600℃，使工件表面增氮的一种化学热处理。目的：提高硬度和耐磨性，提高疲劳强度，提高抗腐蚀能力。化学热处理6表面加工

随着汽车工业的迅速发展，人们对汽车抵御外界环境作用能力和汽车长期运行的可靠性、稳定性、耐腐蚀性以及汽车的外观提出了越来越高的要求。汽车损坏主要有事故损坏、磨损损坏、腐蚀损坏等三种形式，汽车上所使用的材料主要以金属