工藝基礎(chǔ)知識(shí)

制造行業(yè)工藝基礎(chǔ)知識(shí)開(kāi)發(fā)部2010-12-10材料分類工程材料金屬材料非金屬材料黑色金屬有色金屬有機(jī)非金屬材料復(fù)合材料無(wú)機(jī)非金屬材料鐵碳鋼合金鋼輕有色金屬重有色金屬稀土金屬合成塑料合成橡膠合成纖維樹(shù)脂基復(fù)合材料金屬基復(fù)合材料非金屬基復(fù)合材料陶瓷材料玻璃材料石墨及碳木材、水泥及混泥土等一、材料基本知識(shí)二、金屬材料性能為更合理使用金屬材料，充分發(fā)揮其作用，必須掌握各種金屬材料制成的零部件在正常工作情況下應(yīng)具備的性能（使用性能）及其在冷熱加工過(guò)程中材料應(yīng)具備的性能（工藝性能）。

材料的使用性能包括物理性能（如比重、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、熱膨脹性、磁性等）、化學(xué)性能（耐用腐蝕性、抗氧化性），力學(xué)性能（機(jī)械性能）。

材料的工藝性能指材料適應(yīng)冷、熱加工方法的能力。二、金屬材料性能1、力學(xué)性能（機(jī)械性能）：指金屬材料在外力作用下所表現(xiàn)出來(lái)的特性。強(qiáng)度：材料在外力（載荷）作用下，抵抗變形和斷裂的能力。材料單位面積承受載荷公稱應(yīng)力。

屈服點(diǎn)（бs）：稱屈服強(qiáng)度，指材料在拉抻過(guò)程中，材料所受應(yīng)力達(dá)到某一臨界值時(shí)，載荷不再增加變形卻繼續(xù)增加時(shí)的應(yīng)力值，單位用N/mm2表示。

抗拉強(qiáng)度（бb）（強(qiáng)度極限）指材料在拉斷前承受最大應(yīng)力值。單位用N/mm2表示。

延伸率（δ）：材料在拉伸斷裂后，總伸長(zhǎng)與原始標(biāo)距長(zhǎng)度的百分比。

斷面收縮率（Ψ）：材料在拉伸斷裂后、斷面最大縮小面積與原斷面積百分比。

硬度：指材料抵抗其它更硬物壓力其表面的能力，常用硬度按其范圍測(cè)定分為布氏硬度（HBS、HBW）和洛氏硬度（HKA、HKB、HRC）。

沖擊韌性（Ak）：材料抵抗沖擊載荷的能力，單位為（J/cm2）。二、金屬材料性能2、工藝性能：指材料承受各種加工、處理的能力的那些性能。

鑄造性能：指金屬或合金是否適合鑄造的一些工藝性能，主要包括流性能、充滿鑄模能力；收縮性、鑄件凝固時(shí)體積收縮的能力；偏析指化學(xué)成分不均性。

焊接性能：指金屬材料通過(guò)加熱或加熱和加壓焊接方法，把兩個(gè)或兩個(gè)以上金屬材料焊接到一起，接口處能滿足使用目的的特性。

頂氣段性能：指金屬材料能承受預(yù)頂鍛而不破裂的性能。

冷彎性能：指金屬材料在常溫下能承受彎曲而不破裂性能。彎曲程度一般用彎曲角度α（外角）或彎心直徑d對(duì)材料厚度a的比值表示，a愈大或d/a愈小，則材料的冷彎性愈好。

沖壓性能：金屬材料承受沖壓變形加工而不破裂的能力。在常溫進(jìn)行沖壓叫冷沖壓。檢驗(yàn)方法用杯突試驗(yàn)進(jìn)行檢驗(yàn)。

鍛造性能：金屬材料在鍛壓加工中能承受塑性變形而不破裂的能力。二、金屬材料性能3、化學(xué)性能：指金屬材料與周圍介質(zhì)掃觸時(shí)抵抗發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)的性能。

耐腐蝕性：指金屬材料抵抗各種介質(zhì)侵蝕的能力。

抗氧化性：指金屬材料在高溫下，抵抗產(chǎn)生氧化皮能力。各類材料的牌號(hào)、性能指標(biāo)等不再一一介紹，大家可查閱相關(guān)手冊(cè)和標(biāo)準(zhǔn)。三、工藝術(shù)語(yǔ)生產(chǎn)過(guò)程：將原材料轉(zhuǎn)變?yōu)槌善返娜^(guò)程稱為生產(chǎn)過(guò)程。工藝過(guò)程：生產(chǎn)過(guò)程中為改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其成為成品或半成品的過(guò)程。工序：工序是一個(gè)或一組工人，在一個(gè)工作地點(diǎn)對(duì)同一個(gè)或同時(shí)對(duì)幾個(gè)工件進(jìn)行加工所連續(xù)完成的那一部分工藝過(guò)程。它是組成工藝過(guò)程的基本單元。工位：為了完成一定的工序部分，一次裝夾工件后，工件與夾具或設(shè)備的可動(dòng)部分一起，相對(duì)于刀具或設(shè)備的固定部分所占據(jù)的每一個(gè)位置稱為工位。工步：工步是在加工表面和加工工具不變的情況下，所連續(xù)完成的那一部分工序。三、工藝術(shù)語(yǔ)工藝規(guī)程1）、定義：規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過(guò)程和操作方法等的工藝文件稱為工藝規(guī)程。2）、工藝規(guī)程的作用：指導(dǎo)生產(chǎn)的重要技術(shù)文件是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理工作的基本依據(jù)是新建或擴(kuò)建工廠或車間的基本資料3）、制定工藝規(guī)程的基本原則：保證以最低的生產(chǎn)成本和最高的生產(chǎn)效率，可靠地加工出符合設(shè)計(jì)圖樣要求的產(chǎn)品。1、零件結(jié)構(gòu)的工藝分析零件形狀構(gòu)成基本表面內(nèi)、外圓柱表面圓錐面平面特殊表面螺旋面漸開(kāi)線齒輪表面其它成形表面2、零件的技術(shù)要求分析1）、零件的技術(shù)要求：尺寸精度、幾何形狀精度、各表面的相互位置精度、表面質(zhì)量、零件材料、熱處理及其它要求。2）、通過(guò)分析，判斷其可行性和合理性，合理選擇零件的各種加工方法和工藝路線。四、金屬零件的工藝分析3、零件結(jié)構(gòu)的工藝性比較序號(hào)結(jié)構(gòu)的工藝性不好結(jié)構(gòu)的工藝性好說(shuō)明1鍵槽的尺寸、方向相同，可在一次裝夾中完成全部鍵槽的加工，提高生產(chǎn)效率。2退刀槽尺寸相同，減少刀具種類、更換刀具時(shí)間。3三個(gè)凸臺(tái)表面在同一平面上，可在一次進(jìn)給中加共完成。4型腔淬硬后，銷孔無(wú)法進(jìn)行配作。四、金屬零件的工藝分析序號(hào)結(jié)構(gòu)的工藝性不好結(jié)構(gòu)的工藝性好說(shuō)明5被加工孔的位置不利于刀具進(jìn)給。6方形凹槽的四角加工時(shí)無(wú)法清角，影響配合。7銷孔太深，增加鉸孔工作量，螺紋孔太長(zhǎng)，沒(méi)必要。8將淬硬型芯安裝在模板上時(shí)，定位銷孔無(wú)法鉸配，改用淺凹槽定位使加工更容易。四、金屬零件的工藝分析1、零件的沖壓工藝性1)、沖壓件設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要素——圓角半徑采用模具一次沖制完成的沖裁件，其外形和內(nèi)孔應(yīng)避免尖銳的清角，宜有適當(dāng)?shù)膱A角。一般圓角半徑R應(yīng)大于或等于板厚t的0.5倍，即R≥0.5t?！獩_孔尺寸優(yōu)先選用圓形。沖孔的最小尺寸與孔的形狀、材料力學(xué)性能和材料厚度有關(guān)，自由凸模沖孔的直徑d或邊寬a按表1的規(guī)定。——凸出凹入尺寸沖裁件上應(yīng)避免窄長(zhǎng)的懸臂和凸槽（圖1）。一般凸出和凹入部分的寬度B應(yīng)大于或等于板厚t的1.5倍，即B≥1.5t。對(duì)高碳鋼、合金鋼等較硬材料允許值應(yīng)增加30%~50%，對(duì)黃銅、鋁等軟材料應(yīng)減少20%~25%。圖1五、典型工藝-冷沖壓材料鋼（σb＞690MPa）d≥1.5ta≥1.35ta≥1.2ta≥1.1t鋼（σb＞490~690MPa）d≥1.3ta≥1.2ta≥1.0ta≥0.9t鋼（σ≤490）MPad≥1.0ta≥0.9ta≥0.8ta≥0.7t黃銅、銅d≥0.9ta≥0.8ta≥0.7ta≥0.6t鋁、鋅d≥0.8ta≥0.7ta≥0.6ta≥0.5t膠紙板、膠布板d≥0.7ta≥0.6ta≥0.5ta≥0.4t紙板d≥0.6ta≥0.5ta≥0.4ta≥0.3t五、典型工藝-冷沖壓——孔邊距和孔間距孔邊距A應(yīng)大于或等于板厚t的1.5倍，即A≥1.5t（圖2），Amin≥0.8mm；孔間距B應(yīng)大于或等于板厚t的1.5倍，即B≥1.5t（圖2），Bmin≥0.8mm。如采用分工序沖孔或采用跳步模沖制，其值可適當(dāng)減小。圖2——端頭圓弧尺寸用條料沖制端頭帶圓弧的工件，其圓弧半徑R應(yīng)大于條料寬度B（含正偏差）的1/2（圖3），即R＞B/2。圖3五、典型工藝-冷沖壓——彎曲件的結(jié)構(gòu)要素彎曲件在彎曲變形區(qū)截面會(huì)產(chǎn)生變化，彎曲半徑與板厚之比愈小，截面形狀變化就愈大。彎曲件的彎曲線最好垂直于軋制方向。彎曲毛坯的光亮帶最好作為彎曲件的外沿，以減少外層的拉裂。彎曲成形時(shí)會(huì)產(chǎn)生回彈現(xiàn)象，彎曲半徑與板厚之比愈大，回彈就愈大。——彎曲半徑彎曲半徑的標(biāo)注：彎曲件的彎曲半徑r標(biāo)注在內(nèi)半徑上。建議選取以下彎曲半徑：

0.1；0.2；0.3；0.5；1.0；1.5；2.0；2.5；3.0；4.0；5.0；6.0彎曲件的彎曲半徑應(yīng)選擇適當(dāng)，不宜過(guò)大或過(guò)小。最小彎曲半徑只有在結(jié)構(gòu)上有必要時(shí)才選用。常用材料的最小彎曲半徑按JB/T5109中的表1選用。五、典型工藝-冷沖壓——彎曲件直邊高度為了保證工件的彎曲質(zhì)量，在彎曲直角時(shí)，彎曲件直邊高度H應(yīng)大于彎曲半徑R加上板厚t的2倍（圖4），即H＞R+2t。圖4——彎曲件孔邊距彎曲件上孔的邊緣離彎曲變形區(qū)應(yīng)有一定距離，以免孔的形狀因彎曲而變形。最小孔邊距L=R+2t，（圖5）。

圖5五、典型工藝-冷沖壓彎曲件的彎曲線不應(yīng)位于尺寸突變的位置，離突變處的距離L應(yīng)大于彎曲半徑R，即L＞R（圖7）；或切槽或沖工藝孔，將變形區(qū)與不變形區(qū)分開(kāi)（圖8）。圖7圖8五、典型工藝-冷沖壓——拉深件的結(jié)構(gòu)要素——拉深件底部圓角半徑底部圓角半徑r1應(yīng)選擇適當(dāng)，一般為板厚t的3~5倍。如結(jié)構(gòu)需要，最小圓角半徑r1min應(yīng)大于或等于板厚t（見(jiàn)圖10）。圖10——拉深件凸緣圓角半徑凸緣圓角半徑r2

應(yīng)選擇適當(dāng)，一般為板厚t的5~8倍。如結(jié)構(gòu)需要，最小凸緣圓角半徑r2min應(yīng)大于或等于板厚t的2倍（見(jiàn)圖10）。

五、典型工藝-冷沖壓六、塑料材料的工藝塑料的定義以合成樹(shù)脂為主要成分，加入一定的添加劑，在一定的溫度、壓力、時(shí)間條件下，可以塑制成具有一定形狀，但在一定條件下仍能保持形狀不變的材料。塑料的組成和分類——一般由樹(shù)脂和添加劑組成。

樹(shù)脂：塑料的主要組成部分，它決定了塑料的類型，影響塑料的基本性能（力學(xué)性能、化學(xué)性能、電氣性能），目前，生產(chǎn)中使用的樹(shù)脂主要為合成樹(shù)脂，很少用天然樹(shù)脂。合成樹(shù)脂是以煤、石油等為主要原料，經(jīng)過(guò)化學(xué)、物理方法合成的高分子化合物。

添加劑：為改善塑料的成型工藝性能，改善制品的使用性能或降低成本，塑料中一般都加入各種添加劑。常用的添加劑有以下幾種：六、塑料材料的工藝填充劑（填料）——鈣質(zhì)填料：具有增量、提高制品剛性與耐熱性的作用；——玻璃纖維填料：可提高制品的力學(xué)性能和耐熱性；——氧化鋁填料：可提高制品的電氣性能及阻燃性；——云母和石棉填料：可提高制品的耐熱性、耐電弧性能以及增強(qiáng)絕緣性能

常用的填料還有：木粉、石墨和棉纖維等。增塑劑

為了增強(qiáng)塑料的塑性、流動(dòng)性和柔韌性。改善成型性能。穩(wěn)定劑

為抑制和防止樹(shù)脂受光、熱、氧等外界因素所引起的破壞作用，使之不易氧化，延長(zhǎng)使用壽命。

常用的穩(wěn)定劑有：環(huán)氧樹(shù)脂、鉛化合物等。潤(rùn)滑劑

為了方便脫模并使制品表面光滑。

常用的潤(rùn)滑劑有硬酯酸等。固化劑

為加速成型。

其他添加劑：阻燃劑、著色劑等。六、塑料材料的工藝塑料成型工藝

通常情況下，對(duì)于熱固性塑料，采用壓制成型、注射成型和擠出成型工藝。

對(duì)于熱塑性塑料，除了采用上述工藝外，還采用吹塑成型和真空成型。塑料成型的工藝條件：溫度、壓力、成型時(shí)間。

此外，為穩(wěn)定塑料制品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，通常還安排一些輔助工藝

：塑料預(yù)干燥

、金屬嵌件的預(yù)熱等。塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性在設(shè)計(jì)塑料零件時(shí)，應(yīng)充分考慮塑料成型工藝要求，塑料零件的結(jié)構(gòu)合理性、尺寸及其公差合理性、技術(shù)要求合理性等，都將影響制品的質(zhì)量、成本以及成型效果。七、塑料零件工藝結(jié)構(gòu)分析1、制品的壁厚設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)原則：均勻壁厚制品中薄壁和厚壁的關(guān)系：——熱固性塑料：

壓制:1:3；擠塑：1:5——熱塑性塑料：

注射：1:1.5（2）當(dāng)無(wú)法避免不均勻的壁厚時(shí)，壁厚設(shè)計(jì)可采取逐步過(guò)渡的形式（圖11），或設(shè)計(jì)為兩個(gè)制品再裝配成一個(gè)制品的形式（圖12）等方法。圖11圖12設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)查閱相關(guān)手冊(cè)和資料七、塑料零件工藝結(jié)構(gòu)分析七、塑料零件工藝結(jié)構(gòu)分析七、塑料零件工藝結(jié)構(gòu)分析2、加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)——尺寸參數(shù)熱塑性塑料制品熱固性塑料制品A-制品厚度B=0.8AC=3B(如果制品強(qiáng)度要求比較高，可考慮增加筋的數(shù)量）D=2BE=(0.1~0.15)AF:斜度（1.50~20)A-筋在底面上的寬度B=A/2C=3AD=A/4E=A/4F=100