新編金屬工藝學學習包

《金屬工藝學》學習包

目錄

課程任務和學習方法................................................2

笫一章金屬材料性能..............................................1

習題..........................................................2

第二章金屬和合金晶體結構和結晶..................................3

力題..........................................................5

笫三章鐵碳合金....................................................6

月題..........................................................7

第四章鋼熱處理..................................................8

習題..........................................................10

笫五章鋼鐵材料表面熱處理........................................

習題

第六章常見工程材料...................................................11

見題.........................................................13

第七章鑄造成形....................................................14

習題.........................................................15

笫八章鍛壓成形.....................................................16

習題........................................................17

笫九章焊接和膠結成形..............................................18

月題........................................................21

第十章機械零件材料及毛坯選擇和質量檢驗..........................22

月題........................................................24

笫十一章金屬切削加工基礎知識....................................25

習題........................................................28

第十二章切削加工方法..............................................29

月題........................................................31

笫十三章機械加工工藝過程基礎知識................................32

見題........................................................34

第十四章零件結構工藝性..........................................35

習題........................................................35

笫十五章優(yōu)異制造技術..............................................

習題............................................................

習題答案36

課程任務和學習方法

一、本課程特點

1、本課程是一門相關機械零件制造方法及其用財綜合性技術基礎課。

2、本課程實踐性很強，學生應主動認真地參與生產(chǎn)實習和實踐，才能更有效地掌握

本門課程知識，方便為后續(xù)專業(yè)課程學習和以后生產(chǎn)實踐打下很好基礎。

二、本課程任務

1、了解常見工程材料種類、性能及改性方法，初步掌握其應用范圍和選擇標準。

2、掌握關鍵毛坯成形方法基礎原理和工藝特點，含有選擇毛坯及工藝分析初步能力。

3、掌握多種關鍵加工方法實質、工藝特點、基礎原理和設備；了解零件加工工藝過

程，能制訂簡單制造工藝過程。

4、了解零件結構工藝性。

三、本課程學習方法

1、每章學習時，首先閱讀自學指導書，了解本章學習目標中關鍵內容，和關鍵、難

點所在，以后閱讀教材和自學指導書中本章基礎內容閱讀指導。閱讀時要重視對基礎概

念、基礎理論了解，同時要主動開展理論和實踐結合。

2、每章閱讀了解后，耍結合復習思索題進行自檢，看是否初步掌握基礎內容，并要

立即完成習題作業(yè)，以求達成較牢靠掌握基礎內容。

3、每章學完后，要閉日回想，循序總結，自測自驗。依據(jù)記憶和熟練周期，階段性

安排復習，恢復和喚起所學過內容，以求達成深入、全方面、牢靠地掌握所學內容；并

加強實踐訓練，多干、多看、勤思索、多積累。這么才能夠良好地完成本課程學習任務。

四、閱讀教材選擇和刪減內容

1、本課程采取中國機械工業(yè)教育協(xié)會組編，劉會霞主編《金屬工藝學》教材。

2、教材中帶第五章鋼鐵材料表面熱處理、第十五章優(yōu)異制造技術為加寬內容，為非

必讀內容，讀者可依據(jù)需要學習，但不計入要求課時內和考試范圍。

第1章金屬材料性能

一、學習目標

1、清楚金屬材料性能包含哪些內容。

2、掌握金屬材料力學性能各項指標概念，符號及表示方法，應用條件和范圍。

3、了解金屬材料物理、化學性能及應用。

二、基礎內容

1、金屬材料性能

1）使用性能

包含：力學性能、物理性能、化學性能。

2）工藝性能

包含：鑄造性能、鑄造性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理性能。

2、載荷概念

1）靜載荷：大小不變或變動很慢載荷。

2）沖擊載荷：忽然增加或消失載荷。

3）疲憊載荷：周期性動載荷。

3、金屬材料力學性能各項指標概念符號及表示方法應用條件和范圍

1）強度

概念：金屬材料在載荷作用下抵御塑性變形或斷裂能力。

符號表示：屈服強度。s——材料產(chǎn)生屈服時最小應力。單位為Mpa。

抗拉強度。b一一材料拉斷前所承受最大應力。單位為Mpao

應用條件和范圍：設計機械零件和選材關鍵依據(jù)。

2）塑性

概念：金屬材料在載荷作用下產(chǎn)生塑性變形而不停裂能力。

符號表示：斷后伸長率6一一試樣拉斷后，標距長度相對伸長率。

斷面收縮率中一一試樣拉斷后，試樣截面積相對收縮率。

應用條件和范圍：材料進行壓力加工時選材關鍵依據(jù)。

3）硬度

概念：材料表面局部體積內抵御另一物體壓入時變形能力。

符號表示：布氏硬度HB

洛氏硬度HR

應用條件和范圍：布氏硬度關鍵用于測量灰鑄鐵、有色金屬和經(jīng)過退火、正火

和調質鋼材等材料。HBS適于測量硬度值小于450材料，HBW適于測量硬度值小

于650材料。洛氏硬度計可測定軟金屬材料?，也可測定硬金屬材料。HRA關鍵用于

測量硬質合金、表面淬火鋼；HRB關鍵用于測量軟鋼、退火鋼、銅合金等；HRC關

鍵用于測量通常淬火鋼。

4）沖擊韌度

概念：金屬材料抵御沖擊載荷載荷作用而不破壞能力。

符號表示：沖擊吸收功Ak。

沖擊韌度ak。

應用條件和范圍：沖擊韌度值通常只作為選材時參考，不能作為計算依據(jù)。材

料數(shù)次沖擊抗力關鍵取決于塑性；沖擊能量地時，關鍵取決于強度。

5）疲憊強度

概念：金屬材料在數(shù)次反復交變載荷作用下而不發(fā)生斷裂最大應力。

符號表示：疲憊強度6T

應用條件和范圍：黑色金屬循環(huán)周次107次方，有色金屬和一些高強鋼循環(huán)周

次108次方。

三、本章關鍵

金屬材料力學性能各項指標概念，符號及表示方法，應用條件和范圍。

四、習題

一、填空題

1、金屬性能包含（）性能和（）性能。

2、材料工藝性能包含（）、（）、（）、（）和（）。

3、填寫下列力學性能指標符號：屈服點?）、洛氏硬度A標尺（）、抗拉強度

（）、斷后伸長率（）。

二、判定題

1、塑性變形隨載荷去除而消失。（）

2、當布氏硬度試驗條件相同時，壓痕直徑愈小，金屬硬度愈低。（）

三、選擇題

1、做疲憊試驗時，試樣承受載荷是（）

A靜載荷B沖擊載荷C循環(huán)載荷

2、金屬（）愈好，則其鑄造性能愈好。

A強度B塑性C硬度

四、名詞解釋

強度硬度塑性沖擊韌性疲憊強度

五、簡答題

1、為何疲憊斷裂對機械零件危害最大？怎樣提升零件疲憊強度?

第2章金屬和合金晶體結構和結晶

一、學習目標

1、了解晶格、晶胞、實際金屬多晶體結構、結晶等概念。

2、掌握金屬晶體三種常見晶格類型：面心立方、體心立方和密排六方晶格。3、

掌握實際金屬點、線、面缺點和金屬力學性能關系。

4、掌握純金屬結晶過程，過冷度和晶粒大小對力學性能影響，細化晶粒措

施。

5、掌握合金基砧概念，了解固溶體和金屬間化合物概念。

6、了解二元合金相圖建立，了解合金結晶過程。

二、基礎內容

1、金屬晶體結構基礎知識

1）晶格、晶胞概念：

晶格一：用來描述原子在晶體中排列形式假想空間格架。

晶胞：晶格中能代表晶體結構特征最小組成幾何單元。

2）金屬晶體結構常見三種晶格類型：體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方

晶格。

3）金屬實際晶體結構：實際金屬晶體結構是多晶體結構；實際金屬晶體結構內

部存在晶體缺點。晶體缺點包含：點缺點、線缺點、面缺點。點缺點即空位、間隙

原子和置換原子；線缺點即位錯：面缺點即晶界和亞晶界。晶體缺點會使金屬內部

晶格發(fā)生晶格畸變，產(chǎn)生內應力；金屬性能發(fā)生改變，強度、硬度增加。晶體缺點

是強化金屬手段之一

2、金屬結晶：

1）純金屬結晶過程。

結晶概念：凝固時原子在物質內部做有規(guī)則排列。

過冷度：金屬實際結晶溫度低于理論結晶溫度差值。

結晶過程：液態(tài)金屬結晶是不停生成晶核和晶核不停長大，直至完全結晶成固

態(tài)過程。

2）金屬結晶后晶粒大小。

晶粒大小對金屬力學性能影響：細晶粒金屬含有較高強度和韌性。

細化晶粒方法：增大形核率，抑制長大速率。常見方法有：增加過冷度；變質

處理；振動等。

3、合金晶體結構

1）合金基礎概念：

合金：一個金屬元素和其它金屬元素和非金屬元素，經(jīng)熔煉、燒結或其它方法

結合成含有金屬特征物質。

組元：組成合金最基礎獨立物質。能夠是金屬、非金屬元素或穩(wěn)定化合物。

相：合金中含有同一聚集狀態(tài)，同一個結構和性質均勻組成部分。

組織：用肉眼或借助顯微鏡觀察到材料晶粒內部組成相數(shù)量、形態(tài)、大小和分

布狀態(tài)。

2）合金組織：

固溶體：合金由液態(tài)結晶成固態(tài)時，一組元溶解在另一組元中，形成均勻固相。

占關鍵地位元素叫溶劑，被溶解元素叫溶質。固溶體晶格類型保持溶劑晶格類型。

因為溶質原子融入，容劑品格發(fā)生畸變，使塑性變形阻力增加，造成金屬強度、硬

度提升，塑性、韌性有所下降，這種現(xiàn)象稱為固溶強化。

金屬間化合物：合金組員間發(fā)生相互作用而形成含有金屬特征新相，它晶格類

型和性能不一樣于任一組元。金屬間化合物含有高熔點、高硬度、脆性大特點，在

合金中關鍵作為強化相，用以提升材料強度、硬度和耐磨性，但塑性、韌性有所降

低。

機械混合物：兩種或兩種以上相按一定質量分數(shù)組合成物質。經(jīng)過調整固溶體

中容質含量和金屬間化合物數(shù)量、大小、形態(tài)和分布情況，能夠改變合金力學性能。

3）合金結晶:

二元合金相圖建立：相圖是表示在極其緩慢冷卻條件下合金系中多種合金狀態(tài)

和溫度、成份之間關系簡明圖解。它是經(jīng)過試驗方法建立。

二元合金相圖分析：相圖橫坐標表示二元合金成份分數(shù)，縱坐標表示溫度；特

征點：純金屬熔點；特征線：液相線、固相線。二元合金結晶過程：液相線以上溫

度，合金為液相一一抵達液相線，合金開始結晶一一液相線、固相線之間，合金液

相、固相共存一一抵達固相線及一下，合金為固相。

三、本章關鍵

1、金屬晶體結構。

2、合金晶體結構。

四、習題

一、填空題

1、晶體和非晶體根本區(qū)分在于（）0

2、金屬晶格常見基礎類型有（）、（）、（）三種。

3、實際金屬晶體缺點有（）、（）、（）三種。

4、金屬晶粒愈細小，其強度（），塑性、韌性（）o

二、判定題

1、不管是純金屬，還是合金，其結晶過程全部是恒溫過程。（）

2、金屬結晶過程是晶核形成和晶核長大過程。（）

3、一個金屬元素和其它金屬元素或非金屬元素，經(jīng)熔煉、燒結或其它方法結合

成物質叫合金。（）

三、選擇題

1、通常來說，細晶粒金屬含有（）強度和韌性。

A較高B較低C中等

2、實際金屬結晶溫度通常全部（）理論結晶溫度。

A高于B低于C等于

四、名詞解釋

晶體晶體缺點結晶合金固溶體金屬間化合物

五、簡答題

1、實際金屬中存在晶體缺點對金屬力學性能有何影響？

2、為何期望得到細小晶粒組織？怎樣細化晶粒?

第3章鐵碳合金

一、學習目標

1、熟悉鐵碳合金基礎組織特點。

2、熟悉鐵碳相圖中相、特征點和特征線。

3、熟悉經(jīng)典鐵碳合金結晶過程和組織轉變。

4、掌握含碳量電鐵碳合金組織轉變和力學性能影響。

二、基礎內容

1、鐵碳合金基礎組織

1）純鐵同素異構轉變：

6-Fc：1394°C以上固態(tài)鐵，體心立方晶珞。

y-Fe：1394°C-9120c固態(tài)鐵，面心立方晶格，。

a-Fe：912°C以下固態(tài)鐵，體心立方晶格。

2）鐵碳合金基礎組織：

鐵素體：碳溶于0-羥中所形成間隙固溶體，用符號F表示。力學性能：塑性、

韌性很好，強度、硬度低。

奧氏體：碳溶于Y-Fe中所形成間隙固溶體，用符號A表示。力學性能：有良好

塑性，強度、硬度較低。

滲碳體：是鐵和碳組成含有復雜晶格結構間隙化合物，用符號Fe3c表示。力學

性能：塑性、韌性幾乎為零，硬度很高。

珠光體：是鐵素體和滲碳體機械混合物，用符號P表示。力學性能：介于鐵素

體和滲碳體之間，即綜合性能良好。

萊氏體：1148。C—727。C時為奧氏體和滲碳體機械混合物，用符號Ld表示；

727°C及以下時為珠光體和滲碳體機械混合物，用符號Ld，表示。力學性能：和

滲碳體相同，即硬度高、塑性差。

2、鐵碳合金相圖

1）相圖分析：

鐵碳合金相圖中相：液相、3鐵素體、鐵素體、奧氏體和滲碳體。

鐵碳合金相圖中特征點：C、E、P、So

鐵碳合金相圖中特征線：ECF線、ES線、PSK線、GS線。

2）經(jīng)典鐵碳合金結晶過程和組織轉變：

工業(yè)純鐵：含碳量W0.0218%,室溫平衡組織F。

亞共析鋼：含碳量>0.0218%——<0.77%,室溫平衡組織F+P。

共析鋼：含碳量0.77樂室溫平衡組織P。

過共析鋼：含碳量>0.77%——<2.11%,室溫平衡組織F+Fe3Cll。

亞共晶白口鑄鐵：含碳量22.11%——<4.3%,室溫平衡組織P+Fe3Cn+Ld\

共晶白口鑄鐵：含碳量4.3%,室溫平衡組織Ld'。

過共晶白口鑄鐵：含碳量24.3%——<6.69%,室溫平衡組織Fe3Cl+Ld'。

3）含碳量對鐵碳合金組織轉變和力學性能影響：

對平衡組織影響：伴隨含碳量增加，鐵素體不停降低，滲碳體不停增加，滲碳

體形態(tài)和分布有所改變。

對鋼力學性能影響：：伴隨鋼中含碳量增加，鋼強度、硬度增加，而塑性、韌性

下降，但當含碳量超出0.9%時，強度顯著下降。

三、本章關鍵

含碳量對鐵碳合金組織轉變和力學性能影響。

四、習題

一、填空題

1、寫出鐵碳合金組織符號：鐵素體（）、奧氏體（）、滲碳體（）、珠光體（）。

2、鐵碳合金能夠分為（）、（）、（）三種。

3、寫出三種鋼含碳量：亞共析鋼（）、共析鋼（）、過共析鋼（

二、判定題

1、碳溶于a-Fe中形成間隙固溶體，稱為奧氏體。（）

2、滲碳體含碳量是6.69機（）

3、碳在丫-Fe中最大溶解度為2.11%。（）

三、選擇題

1、鐵素體為（）晶格。

A體心立方B面心立方C港排六方

2、奧氏體為（）晶格。

A體心立方B面心立方C西排六方

3、滲碳體為（）晶格。

A復雜B面心立方C容排六方

四、名詞解釋

同素異構轉變鐵素體奧氏體滲碳體

五、簡答題

1、簡述含碳量對鋼組織和力學性能影響。

第4章鋼熱處理

一、學習目標

1、了解鋼在加熱和冷卻時組織轉變；

2、掌握鋼退火、正火、淬火、回火工藝特點、關鍵目標和用途;

3、了解鋼表面熱處理。

二、基礎內容

1、鋼在加熱和冷卻時組織轉變

1）鋼在加熱時組織轉變：

鋼奧氏體化：把鋼加熱到臨界溫度以上，由室溫下組織轉變?yōu)閵W氏體。其過程

是：奧氏體晶核生成、晶核長大、殘余滲碳體溶解和奧氏體均勻化。

奧氏體晶粒長大及其控制：加熱溫度愈高和保溫度時間愈長，奧氏體晶粒長愈

粗大，冷卻后鋼性能愈差，所以要控制奧氏體晶粒大小。在加熱溫度相同時，加熱

速度愈快，保溫時間愈短，奧氏體晶粒愈小。

2）鋼在冷卻時組織轉變：

等溫冷卻轉變：將奧氏體化鋼快速冷卻到臨界溫度以下給定溫度等溫保持，使

過冷奧氏體發(fā)生組織轉變，待轉變完成后再冷卻到室溫。

共析鋼等溫冷卻轉變產(chǎn)物：在A1——550。C之間溫度等溫冷卻，轉變產(chǎn)物為珠

光體組織，內部鐵素體和滲碳體呈片狀，間距愈小，性能愈好；在550℃一—Ms之

間溫度等溫冷卻，轉變產(chǎn)物為貝氏體組織，下貝氏體組織含有較高強度和硬度、塑

性和韌性；在Ms以下溫度等溫冷卻，轉變產(chǎn)物為馬氏體組織，低碳板條狀馬氏體含

有較高硬度和強度、很好塑性和韌性，高碳針片狀馬氏體含有很高硬度、但塑性和

韌性很差，脆性大。

連續(xù)冷卻轉變：將奧氏體化鋼在溫度連續(xù)下降過程中使過冷奧氏體發(fā)生組織轉

變，冷卻速度不一樣，轉變產(chǎn)物也不一樣。

2、鋼退火和正火：

1）鋼退火：將鋼加熱到合適溫度，保溫一定時間，隨即緩慢冷卻取得靠近平衡

組狀態(tài)組織。

退火目標：消除偏析、細化組織、降低硬度、提升塑性、消除殘余應力。

應用：完全退火用于鑄、鍛、焊、軋件及中碳鋼和中碳合金鋼；球化退火用于

高碳鋼鍛軋件；去應力退火用于鑄、鍛、焊、軋件。

2）鋼正火：將鋼加熱到Ac3或Acm以上30—50°C溫度，保溫一定時間，隨即

在靜止空氣中冷卻熱處理工藝。

正火目標：消除網(wǎng)狀滲碳體、細化組織、改善切削加工性能、降低應力。

應用：用于中、低碳鋼提升硬度，改善切削加工性能；用于高碳鋼消除網(wǎng)狀滲

碳體、為球化退火做準備。

3、鋼淬火和回火

1）鋼淬火：將鋼加熱到Ac3或Acl以上30—50°C溫度，保溫一定時間，隨即

以大于臨界冷卻速度進行冷卻熱處理工藝。

淬火目標：取得馬氏體或貝氏體組織，以提升鋼硬度和耐磨性。

應用：用于中、高碳鋼及中、高碳合金鋼提升硬度和耐磨性。

2）淬火鋼回火：將鋼加熱到Acl以下某一溫度，保溫一定時間后冷卻到室溫熱

處理工藝。

回火種類和應用：（1）低溫回火（150—2E0°C）目標是消除淬火應力，保持硬

度和耐磨性，常見于刃、量、冷模具，軸承、表面淬火件。（2）中溫回火（350—500

℃）目標是提升韌性和彈性，保持一定硬度，常見于彈簧、熱模具等件。（1）高溫

回火（500—650°C）目標是取得良好綜協(xié)力學性能，常見于關鍵構件，如傳動軸、

齒輪、曲軸、連桿等件。淬火及高溫回火復合熱處理工藝稱為調質。

4、鋼表面熱處理

1）鋼表面淬火：

僅對工件表層進行淬火工藝，稱為表面淬火。它是利用快速加熱使鋼件表層快

速達成淬火溫度，不等熱量傳到心部就立即淬火冷卻，從而使表層取得馬氏體組織,

心部仍為原始組織。常見有感應加熱表面淬火和火焰加熱表面淬火。

感應加熱表面淬火通常見于中碳鋼或中碳合金鋼。火焰加熱表面淬火是用于單件

或小批生產(chǎn)大型零件和需要局部淬火工具和零件。

2）鋼化學熱處理：

鋼表面熱處理是將工件至于一定溫度活性介質中保溫，是一個或多個元素滲透

它表層，以海邊其化學成份，組織和性能工藝。常見有滲碳、滲氮和碳氮共滲。

鋼滲碳：目標是提升表層碳含量，經(jīng)過淬火和低溫回火，提升工件表面硬度、

耐磨性和疲憊強度。常見材料為低碳鋼或低碳合金鋼。

鋼滲氮：目標是提升工件表面硬度、耐磨性和疲憊強度、耐蝕性及熱硬性。常

見材料為含有Al、Cr、Mo合金鋼。

三、本章關鍵

鋼退火、正火、淬火、回火工藝特點和應用。

四、習題

一、填空題

1、鋼整體熱處理分為（）、（）、（）、（）。

2、熱處理工藝過程由（）、（）、（）三個階段組成。

3、常見冷卻淬火方法有（）淬火、（）淬火、（）淬火、（）淬火。

4、按回火溫度不一樣可將回火分為（）回火、（）回火、（）回火。

5、表面淬火方法有（）表面淬火、（）表面淬火。

二、判定題

1、淬火后鋼，伴隨回火溫度增高，其強度和硬度也增高。（）

2、鋼中碳質量分數(shù)越高，其淬火加熱溫度越高。（）

3、鋼晶粒因過熱而粗化時，就有變脆傾向。（）

4、低碳鋼可用正火替換淬火，以改善其切削加工性能。（）

5、鋼化學熱處理種類很多，通常以滲透元素來命名。（）

三、選擇題

1、調制處理就是（）熱處理。

A淬火+高溫回火B(yǎng)淬火+中溫回火C淬火+低溫回火

2、球化退火用于（）鍛軋件。

A亞共析鋼B過共析鋼C合金鋼

3、低溫回火目標是（）,中溫回火目標是（）,高溫回火目標是（）o

A保持淬火鋼高硬度和耐磨性B提升鋼彈性和韌性C是鋼含有良好綜

協(xié)力學性能

4、零件滲碳后，通常需經(jīng)（）處理，才能達成表面高硬度計耐磨性目標。

A淬火+低溫回火B(yǎng)正火C調質

5、低溫回火常見于（）,中溫回火常見于（）,高溫回火常見于（）熱處理。

A刃、量、模具等B彈簧等C關鍵傳動件等

6、化學熱處理和其它熱處理方法根本區(qū)分是（）o

A加熱溫度B組織改變C改變表面化學成份

四、名詞解釋

熱處理淬硬性淬透性化學熱處理

五、簡答題

1、退火目標是什么？

2、工件淬火后為何要立即回火？

3、什么是表面淬火？其目標是什么？

4、滲碳目標是什么？為何滲碳后一定要淬火和低溫回火？

第6章常見工程材料

二、學習目標

1、了解鋼分類、牌號和用途。

2、了解鑄鐵分類、牌號和用途。

3、了解銅及銅合金、鋁及鋁合金分類、牌號和用途。

三、基礎內容

1、工業(yè)用鋼

1）常存元素對鋼性能影響：

缽和硅存在鋼中，大部分溶于鐵素體中，能提升鋼強度和硬度，是有益元素。

硫和磷是有害雜質，硫會造成鋼在熱加工時開裂，磷會引發(fā)冷脆。

2）鋼分類、牌號和用途：

鋼分類：按成份、用途、質量分為碳素結構鋼、優(yōu)質碳素結構鋼、碳素工具鋼、

合金結構鋼、合金工具鋼和特殊性能鋼。

鋼編號：（國家標準要求，書中作了介紹，此處不多作贅述。）

鋼用途：（參看教材，要求基礎做到從鋼編號能夠判定出鋼類別、大致成份和關

鍵用途。）

2、鑄鐵

鑄鐵分類、牌號和用途：

鑄鐵分類：依據(jù)碳在鑄鐵中存在形式和石墨形態(tài)，可將鑄鐵分為灰鑄鐵、球墨鑄

鐵、蠕墨鑄鐵、可鍛鑄鐵等。

鑄鐵編號；（國家標準要求，書中作了介紹，此處不多作贅述。）

鑄鐵用途：（參看教材，要求基礎做到從鑄鐵編號能夠判定出鑄鐵類別、大致成

份和關鍵用途。）

2、非鐵合金

1）鋁合金分類、牌號和用途：

鋁合金分類：按成份和工藝特點分為變形鋁合金和鑄造鋁合金。變形鋁合金

有防銹鋁、硬鋁、超硬鋁和鍛鋁合金；鑄造鋁合金有鋁硅系、鋁銅系、鋁鎂系、鋁

鋅系。

鋁合金牌號：（國家標準要求，書中作了介紹，此處不多作贅述。）

鋁合金用途：（參看教材，要求基礎做到從鋁合金編號能夠判定出鋁合金類別、

大致成份和關鍵用途。）

2）銅合金分類、牌號和用途：

銅合金分類：按加入合金元素分為黃銅、白銅、青銅。

銅合金牌號：（國家標準要求，書中作了介紹，此處不多作贅述。）

鋁合金用途：（參看教材，要求基礎做到從銅合金編號能夠判定出銅合金類別、

大致成份和關鍵用途。）

三、本章關鍵

1、鋼分類、牌號和用途。

四、習題

一、填空題

1、鋼中常存雜質元素有硅、錦、硫、磷，其中（）、（）是有益元素，（）、

（）是有害元素。

2、按用途分類，鋼能夠分為（）、（）、（）三種。

3、低碳鋼碳質量分數(shù)是（）、中碳鋼碳質量分數(shù)是（）、高碳鋼碳質量分數(shù)是

（）0

4、45鋼按用途分類屬于（）,口0鋼按月途分類屬于（）0

5、依據(jù)碳在鑄鐵中存在形式及石墨形態(tài)，鑄鐵分為（）、（）、（）、（）。

二、判定題

1、碳素工具鋼全部是優(yōu)質或高級優(yōu)質鋼。（）

2、40Cr是最常見合金調質鋼。（）

3、鑄鐵牌號全部是由HT加一組數(shù)字組成。（）

三、選擇題

1、在下列三種鋼中，（）鋼彈性最好，（）鋼硬度最大，（）鋼塑性最好。

AT10B20C65

2、選擇制造下列零件材料，冷沖壓件（）：齒輪（）；小彈簧（）。

A08FB70C45

3、將下列合金鋼牌號歸類，合金彈簧鋼（）；合金模具鋼（）；軸承鋼（）。

AGGrl5B60Si2MnCCrl2MoV

4、為下列零件正確選材，機床主軸（）；板彈簧（）；坦克履帶（）o

A40GrB60Si2MnACZQlnl3-3

5、為下列零件正確選材，汽車變速齒輪（）；儲酸槽（）；滾動軸承（）o

A!Crl8Ni9TiBGGrl5C20CrMnTi

6、為下列零件正確選材，機床床身（）；汽車后橋外殼（）；柴油機曲軸（）o

AQT700-2BKTH350-10CHT300

四、簡答題

1、比較一般鋼和灰鑄鐵在性能上區(qū)分和承載用途特點。

第7章鑄造成形

一、學習目標

1、熟悉在鑄造應用范圍。

2、熟悉合金鑄造性能。

3、掌握手工造型方法特點和應用。

4、了解特種鑄造。

5、了解鑄件結構工藝性。

二、基礎內容

1、鑄造成形工藝基礎

1）合金流動性和充型能力：

流動性好合金，充型能力強，易取得形狀完整、尺寸正確、輪廓清楚、壁薄和

形狀復雜鑄件。灰鑄鐵流動性最好，硅黃銅、鋁硅合金次之，鑄鋼最差。

2）合金收縮:

液態(tài)收縮和凝固收縮是鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松關鍵原因，固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生內

應力、變形和裂紋關鍵原因。

鑄造成形方法

1）砂型鑄造：

多種手工造型方法特點和應用，見書中表7-1。

鑄件常見缺點特征及產(chǎn)生原因，見書中表7-2

2）特種鑄造：

熔模鑄造工藝過程：制母模一壓型一制蠟模一制殼一焙燒一澆注一清理。

熔模鑄造特點：鑄件尺寸精度及表面質量高，降低切削、節(jié)省材料，適于鑄熔

點高、難切削加工材料。

3、鑄件結構工藝性

1）砂型鑄造對鑄件結構設計要求：

降低和簡化分型面；外形努力爭取簡單對稱；有結構斜度；有利于節(jié)省型芯及

型芯定位、固定、排氣和清理。

2）合金鑄造性能對鑄件結構設計要求：

鑄件壁厚要合理、壁厚應均勻、有鑄造圓角和過渡連接、盡可能避免過大平面。

三、本章關鍵

手工造型方法特點和應用。

四、習題

一、填空題

1、合金鑄造性能關鍵是指（）、（）、（）、（）。

2、合金收縮過程分為（）、（）、（）三個階段。

3、鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松關鍵原因是（）收縮和（）收縮。

4、鑄件產(chǎn)生內應力、變形和裂紋關鍵原因是（）收縮。

二、判定題

1、機器造型不能進行三箱造型。（）

2、鑄造造型時，模樣尺寸和鑄件尺寸一樣大。（）

三、選擇題

1、下列鑄造合金中，鑄造性能最好是（）,鑄造性能最差是（）o

A鑄鋼B鑄鐵C鑄銅

2、下列鑄件大批量生產(chǎn)時，采取什么方法鑄造為宜？車床床身（）、汽輪機葉

（）、鑄鐵水管（）o

A砂型鑄造B熔模鑄造C離心鑄造

四、簡答題

1、砂型鑄造工藝對鑄件結構設計有哪些要求？

2、合金鑄造性能對鑄件結構設計有哪些要求？

3、下圖中砂型鑄造鑄件結構工藝性不好，說明原因，畫出正確圖形。

第8章鍛壓成形

一、學習目標

1、了解鍛壓成形基礎知識。

2、掌握簡單軸、盤、環(huán)類鍛件自由鍛工藝規(guī)程制訂。

3、熟悉錘上模鍛工藝過程。

4、熟悉板料沖壓工藝特點。

二、基礎內容

1、鍛壓成形基礎知識

1）塑性變形對金屬性能影響：

伴隨變形程度增加，強度和硬度提升而塑性和韌性下降現(xiàn)象稱為冷變形強化。

經(jīng)過再結晶退火，可消除冷變形強化。

2）鑄造流線及鑄造比：

鑄造流線是金屬性能呈各項異性：沿著流線方向拉伸時，有較高抗拉強度；沿

著流線垂直方向剪切時，有較高抗剪強度。

鑄造比愈大，熱變形程度愈大，金屬性能改善愈顯著，鑄造線愈顯著。

3）合金鑄造性能：

內在原因：對鋼來講，含碳量愈低，鑄造性能愈好，合金元素和多，鑄造性能

愈差，含硫量和含磷量愈多，鑄造性能愈差。

2、自由鍛

1）自由鍛基礎工序：

包含：敦粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉等。

2）自由鍛工藝規(guī)程制訂：

包含：繪制鍛件圖、計算坯料質量及尺寸、選擇鑄造工序。

3）自由鍛鍛件結構工藝性要求：

避免錐面和斜面；避免加強肋、工字形、橢圓和復雜截面；避免非平面交接結

構。

3、模鍛

1）模鍛優(yōu)點：

和自由鍛相比，斷件尺寸和精度比較高，加工余量少，節(jié)省工時和材料：鑄造

流線分布合理，生產(chǎn)率高。

2）錘上模鍛：

鍛模：分為模鍛模膛和制坯模膛。模鍛模膛包含終鍛模膛和預鍛模膛；制坯模

膛包含拔長模膛、滾壓模膛、彎曲模膛和切斷模膛。

模鍛工藝規(guī)程：包含繪制模鍛件圖、計算坯料尺寸、確定模鍛工步、選擇設備

和安排修整工序。繪制模鍛件圖注意分型面、加工余量、模鍛斜度、模鍛圓角和沖

孔連皮等。常見修整工序有切邊、沖孔、精壓等。

模鍛件結構設計：要有合理分模面、模鍛斜度和圓角半徑；配合表面要留有加

工余量，非配合表面可不留加工余量；避免截面相差過大，薄壁、高筋、凸起等結

構；避免深孔和多孔結構；降低余塊，簡化模鍛工藝。

4、板料沖壓

1）沖壓工序：

板料沖壓工序:分為分離工序和變形工序。分離工序包含落料、沖孔、修整、剪

切。變形工序包含彎曲、拉伸、翻邊、成形等。

2）沖模：

按組合方法分為單工序模、級進模、組合模三種。

三、本章關鍵

簡單經(jīng)典零件自由鍛工藝過程。

四、習題

一、填空題

1、當沿著鑄造流線方向拉伸時，有（）抗拉強度；當沿著垂直鑄造流線方向

剪切時，有（）抗剪強度。

2、自由鍛工序可分為（）工序、（）工序、（）工序三大類。

3、模鍛按使用設備不一樣，可分為（）模鍛、（）模鍛、（）模鍛三種。

4、板料沖壓工序可分為（）工序，（）工序兩大類。

二、判定題

1、金屬冷塑性變形后，強度和硬度下降，而塑性和韌性提升。（）

2、鐵在400。C時加工屬于熱加工。（）

3、對于鋼來講，含硫量和含磷量愈多，則鑄造性能愈好。（）

三、選擇題

1、下列材料中，（）鑄造性能最好，（）鑄造性能最差。

A鑄鐵B低碳鋼C合金鋼

2、板料沖裁時，被分離部分成為成品或坯料，稱為（）；被分離部分成為廢料,

稱為（）o

A沖裁B落料C沖孔

四、名詞解釋

熱變形冷變形

五、簡答題

1、什么叫冷變形強化？

2、以圓鋼為壞料，自由鍛制帶孔圓環(huán)形、圓筒形鍛件，其鑄造工序有何異同？

3、下圖中自由鍛鍛件結構工藝性不好，說明原因，畫出正確圖形。

第9章焊接和膠接成形

一、學習目標

1、了解焊接實質、焊接方法分類和特點。

2、了解電弧焊焊接接頭組織和性能，了解焊接應力和變形。

3、掌握常見焊接方法過程、特點和應用。

4、掌握結構鋼焊條選擇。

5、了解電渣焊、電阻焊、釬焊特點和應月。

6、熟悉常見金屬材料焊接性及焊接工藝特點。

7、掌握焊接結構工藝性。

8、了解膠接基礎原理、膠粘劑和膠接工藝特點。

二、學習內容

1、焊接實質、焊接方法分類和特點

1）焊接實質：

焊件接頭經(jīng)過加熱或加壓，或并用，使焊件達成原子間結合工藝方法。

2）焊接方法分類：

按焊接過程特點可分為熔焊、壓焊、釬焊三大類。

3）焊接特點:

優(yōu)點有連接性能好，密封性能好，省工料，成本低，可簡化工藝等。不足之處

有不能拆卸，更換修理不方便，接頭組織性能變差，存在焊接應力及缺點，易產(chǎn)生

變形等。

2、焊接接頭

1）焊接接頭組織和性能：

焊接接頭有焊縫、熔合區(qū)、熱影響區(qū)組成。

焊縫組織是柱狀晶體鑄造組織，因為合金化作用，性能不低于母材。

熔合區(qū)組織是粗大晶粒鑄態(tài)組織，性能是焊接接頭中最差區(qū)域之一。

熱影響區(qū)分為過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。過熱區(qū)組織是粗大晶粒過熱組織,

性能是熱影響區(qū)中最差部位；正火區(qū)組織是細小晶粒均勻組織，性能優(yōu)于母材；部

分相變區(qū)組織是晶粒大小不均勻組織，性能稍差于母材。

2）焊接應力和變形：

產(chǎn)生原因：因為焊件在焊接時是不均勻局部加熱和泠卻，造成煌件熱脹冷卻速

度和組織改變前后不一致，從而造成焊接應力和變形產(chǎn)生，影響焊件質量。

焊接變形基礎形式：收縮變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪變形。

預防變形工藝方法：反變形法、剛性固定法、合理安排焊接次序、焊前預熱，

焊后處理。

焊接變形矯正方法：機械矯正法、火焰矯正法。

4、常見焊接方法

1）手工電弧焊:

特點和應用：含有設備簡單、操作靈活、對接頭要求不高、焊接條件和位置不

限、成本低、應用廣泛，但有強烈弧光和煙塵、勞動條件差、效率低、對工人技術

水平要求高，焊接質量不穩(wěn)定。通常見于單件小批生產(chǎn)中焊接碳素鋼、低合金結構

鋼、不銹鋼及鑄鐵補焊。

焊條：由焊芯和藥皮組成，焊芯起導電和填充金屬作用，藥皮起保護、冶金作

用。焊條按溶渣化學性質分為酸性焊條和堿性焊條，按用途分為十一大類。焊接通

常碳素結構鋼、低合金結構鋼結構，選擇強度等級相同焊條，焊接特殊性能鋼結構,

選擇成份相同或相近焊條，焊接承受動載、交變載荷、沖擊載荷結構，選擇堿性焊

條，焊接承受靜載結構，選擇酸性焊條。

2）氣體保護焊：

氧弧焊特點及應用：氤弧焊含有保護效果好、焊縫成形美觀、焊縫質量優(yōu)良、

明弧煌接易于觀察、溫度輕易控制、焊接變形小、易于實現(xiàn)自動焊接、氯氣較貴，

成木高。氧弧焊適適用于焊接易氧化有色金屬和合金鋼。

C02焊特點及應用：C02焊含有保護效果好、焊縫質量很好、但成形較差、明弧

焊接易于觀察、焊接變形小、易于實現(xiàn)全位焊接、C02氣廉價，成本低。C02焊適適

用于焊接低碳鋼和強度等級不高一般低合金結構鋼，關鍵焊接薄板。

3）電阻焊：

電阻焊通常分為點焊、縫焊、對焊三種。其特點是：焊接變形小、勞動條件好、

操作方便、易于實現(xiàn)自動化，在自動化生產(chǎn)線上應用較多，但設備投資大、耗電多、

接頭形式和工件厚度受到一定限制。點焊關鍵用于4mm以下薄板沖壓殼體結構及鋼

筋焊接，尤其是汽車和飛機制造?？p焊只適合于3mm以下薄板結構焊接，如易拉罐、

油箱、煙道等。對焊關鍵用于桿狀零件對接，如刀具、管子、鋼筋等。

4）釬焊：

釬焊按釬料熔點分為軟釬焊和硬釬焊，釬料熔點在450。C以下釬焊叫軟釬焊，

釬料熔點在450°C以上釬焊叫硬釬焊。釬焊含有焊接變形小、焊件尺寸正確、能膨

焊接異種材料和特殊結構、可一次焊成整體結構、生產(chǎn)率高、易于實現(xiàn)自動化。關

鍵用于精密儀表、電器零部件、異種金屬結構、復雜薄板結構及硬質合金刀具。

4、常見金屬材料焊接

1）金屬材料焊接性評定：

碳當量法:CE=C+Mn/6+（Ni+Cr）/15+（Cr+Mo+V）/5（%）0碳當量越大,

焊接性越差。CE<0.4%時,焊接性良好：CE=0.4-0.6%時,焊接性較差:CE>妾6%時,

焊接性差。

2）碳素結構鋼、低合金高強度結構鋼焊接：

低碳鋼焊接:沒有淬硬傾向，冷裂傾向小,，焊接性良好，焊前不需要預熱。手

工電弧焊通常選擇E4303（結422）和E4315（結427）焊條。

中碳鋼焊接：淬便傾向和冷裂傾向較大，焊前必需預熱。手工電弧焊通常選擇

E5015（結507）焊條。

低合金高強度結構鋼焊接：淬硬傾向和冷裂傾向較小，焊接性很好，強度等級

低焊前不需要預熱，強度等級高焊前需要預熱。手工電弧焊通常按同強度等級選擇

焊條。

5、焊接結構工藝性

1）焊接接頭設計：

接頭形式有對接、搭接、角接、T形接四種。薄板焊接有多種卷邊接頭形式。

2）焊縫部署：

焊縫部署盡可能分散、應避開應力集中部位、部署應盡可能對稱、應便于操作、

應盡可能降低焊縫長度和數(shù)量、應盡可能避開機械加工表面。

3）坡口形式設計：電弧焊常見基礎坡口形式有I形坡口、V形坡口、X形坡口、

U形坡口等四種。

三、本章關鍵

1、常見焊接方法過程、特點和應用。

2、結構鋼焊條選擇。

四、習題

一、填空題

1、焊接實質是被連接焊件形成（）間結合。

2、按焊接過程特點，可將焊接分為（）、（）、（）三種焊接方法。

3、焊接接頭中性能最差部位是（）區(qū)和（）區(qū)。

4、酸性焊條常應用于（）焊接結構；堿性焊條常應用于（）焊接結構。

二、判定題

1、鋼中碳和合金元素對鋼焊接性影響是大一樣，合金元素影響最大。（）

2、焊接熱裂紋產(chǎn)生關鍵跟硫、磷等雜質太多相關。（）

3、焊接冷裂紋產(chǎn)生關鍵跟含氫量多少相關。（）

三、選擇題

1、下列材料中，（）焊接性能最好，（）焊接性能最差。。

A20BT10AC45

2、在手工電弧焊中，低碳鋼焊接通常選擇（）焊條，中碳鋼焊接通常選擇（）

焊條。

AH08ABE4315（結427）CE5015（結507）

3、低碳鋼焊前通常（）預熱，低溫焊厚板時（）預熱；中碳鋼焊前（）預

熱。

A需要B不需要C必需

四、名詞解釋

碳當量

五、簡答題

1、焊芯作用是什么？其化學成份有何特點？

2、焊條藥皮有哪些作用？

3、下圖中手工電弧焊焊件結構工藝性不好，說明原因，畫出正確圖形。

(a)(b)

第10章機械零件材料及毛坯選擇

一、學習目標

1、了解機械零件失效關鍵形式和原因C

2、了解機械零件材料選擇通常標準。

3、掌握經(jīng)典零件選材及工藝路線。

4、掌握常見毛坯加工方法特點及應用。

5、掌握經(jīng)典零件毛坯選擇。

二、基礎內容

1、機械零件失效

1）：零件失效關鍵形式：

過量變形失效、斷裂失效、表面損傷失效、裂紋失效。

2）零件失效原因：

結構設計不合理、材料選擇不妥、加工工藝問題、適用維護不妥。

2、機械零件材料選擇通常標準

在滿足使用性能要求前提下，盡可能選擇工藝性能和經(jīng)濟性良好材料。

3、經(jīng)典零件選材及工藝路線

1）齒輪類零件選材及工藝路線：

常見齒輪材料：關鍵用途中載齒輪用中碳鋼或中碳合金鋼鍛制；高速耐沖擊重

載齒輪用低碳鋼或低碳合金鋼鍛制；低速無沖擊輕載精度底齒輪用鑄鐵制造；直徑

大形狀復雜齒輪用鑄鋼制造。

汽車、拖拉機齒輪選材及工藝路線：材料20CrMnTi；工藝路線為：下料一鑄造

一正火一切削加工一滲碳（孔防滲）淬火、低溫回火一噴丸一校正花鍵孔一精磨齒

機床齒輪選材及工藝路線：材料40Cr或45；工藝路線為：下料一鑄造一正火

一粗切削加工一調質一半精加工一高頻淬火、低溫回火一磨削

2）軸類零件選材及工藝路線：

常見材料：關鍵用途軸通常見中碳鋼或中碳合金鋼鍛制：高速大功率內燃機曲

軸用合金調質鋼鍛制；中、小型內燃機曲軸用球墨鑄鐵或45剛。

機床主軸選材及工藝路線：材料40Cr或45；工藝路線為：下料一鑄造一正火

一粗切削加工一調質一半精加工（花鍵除外）一局部淬火、回火（錐孔及外錐體）

一粗磨（外圓、外錐體、錐空）一銃花鍵一花鍵高頻淬火、回火一精磨削

球墨鑄鐵曲軸工藝路線：鑄造一高溫正火一高溫回火一機械加工一軸頸表面淬

火、自熱回火一磨削

4、常見毛坯加工方法特點及應用

1）毛坯種類：

機械零件常見毛坯種類有鑄件、鍛件、焊接件、沖壓件和型材等。

2）常見毛坯加工方法特點及應用：常見毛坯加工方法有鑄造、鍛壓、沖壓、焊

接、型材等。其埼點及應用見表10T。

3）毛坯選擇標準：

在滿足使用性能耍求前提下，盡可能降低生產(chǎn)成本和提升生產(chǎn)效率。

4）經(jīng)典機械零件毛坯選擇：

軸桿類零件：承受彎矩、傳輸扭矩、要求含有高力學性能軸桿類零件，多采取

鍛件；結構復雜、受力不大凸輪軸、曲軸等，可采取球墨鑄鐵鑄造；承受彎矩和傳

輸扭矩很小、力學性能要求不高軸桿類零件，多采取型材；一些情況可采取鑄-焊、

鍛-焊結合方法制造。

盤套類零件：關鍵用途齒輪，選擇鍛件：直徑較大、形狀復雜齒輪，可用碳鋼

或球墨鑄鐵鑄造；低速輕載、不受沖擊齒輪，可用灰鑄鐵鑄造。

機架、箱體類零件：箱體類零件大多選擇鑄鐵鑄造；承載較大箱體可用鑄鋼；

要求重量輕、散熱好箱體，可采取鋁合金鑄造；單件小批生產(chǎn)時，可采取鋼材焊接

而成。

三、本章關鍵

1、經(jīng)典零件選材。

2、常見毛坯加工方法特點及應用。

3、經(jīng)典零件毛坯選擇。

四、習題

一、填空題

1、零件失效關鍵形式有（）失效，（）失效，（）失效，（）失效四種類型。

2、機械零件常見毛坯種類有（）、（）、（）、（）、（）。

二、判定題

1、齒輪類零件、軸類零件最好用鍛鋼制作。（）

2、箱體類零件單件小批生產(chǎn)時，可采取鋼材焊接而成。（）

三、選擇題

1、選擇下列零件材料：箱蓋（），齒輪軸（）,螺栓（）o

A45BQ235CHT200

2、選擇下列零件毛坯類型：箱體（），受沖擊齒輪（），墊圈（）。

A鑄件B鍛件C沖壓件

四、簡答題

1、簡述汽車齒輪選材和工藝路線。

2、簡述C616機床主軸選材和工藝路線。

第11章金屬切削加工基礎知識

一、學習目標

1、掌握切削運動和切削要素。

2、掌握金屬切削刀具材料。

3、熟悉車刀切削部分幾何參數(shù)。

4、熟悉金屬切削過程中物理現(xiàn)象。

5、了解工件切削加工性，了解影響已加工表面質量原因。

6、掌握切削液、刀具幾何角度及切削用量合理選擇。

二、基礎內容

1、切削運動和切削要素

1）切削運動：

切削運動：為了切除工件上多出金屬，刀具和工件之間所作相對運動。按切削

運動在切削過程中起作用不一樣，可分為主運動和進給運動。

主運動：切下切屑所必需最基礎運動，也是切削加工中速度最高、消耗功率最

多運動。切削加工中只有一個主運動。

進給運動：是使工件切削層不停投入切削而加工出完整表面運動。切削加工中

能夠有一個主運動，也能夠有多個主運動。

2）切削要素：

切削用量要素：切削速度、進給量、背吃刀量。

切削層平面尺寸要素：切削層厚度、切削層寬度、切削層截面而積。

2、金屬切削刀具:

1）刀具常見材料：

碳素工具鋼：用于制造簡單手工刀具。常見鋼牌號有T10A、T12Ao

量具刃具鋼：用于制造形狀復雜手工刀具。常見鋼牌號有CrWMn、9SiCr0

高速鋼：用于制造形狀復雜機動刀具。常見鋼牌號有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2o

硬質合金：多制成多種形狀刀片，機動加工多種金屬材料。常見鋼牌號有YG3、

YG5、YG8、YT5、YT15、YT30。

2）車刀切削部分幾何參數(shù)：

外圓車刀切削部分組成：前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、

刀尖。

3）車刀標注角度參考系：

基面Pr：過切削刃上任一點水平面。

切削平面Ps：經(jīng)過切削刃上任一點和切削刃相切，垂直于基面平面。

正交平面P。：經(jīng)過切削刃上任一點，并同時和垂直于基面和切削平面平面。

3）車刀正交平面參考系內標注角度：

主偏角Kr：基面內主切削刃和進給方向夾角。其關鍵作用是影響背向力大小和

刀具壽命。

副偏角Kr'：基平面內副切削刃和進給反方向夾角。其關鍵作用是影響工件以

加工表面粗糙度。

前角Y。：正交平面內前刀面和基面之間夾角。其關鍵作用是使刃口鋒利。

后角a。：正交平面內后刀面和切削平面之間夾角。其關鍵作用是降低主后刀面

和工件過渡表面之間摩擦。

刃傾角入s：切削平面內主切削刃和基面間夾角。其關鍵作用是控制切屑流向

4、金屬切削過程中物理現(xiàn)象

1)金屬切削過程實質：

就是經(jīng)過刀具把金屬層變?yōu)榍行歼^程，其實質是一個擠壓變形過程，塑性金屬

在切削過程中通常要經(jīng)歷彈性變形、塑性變形、擠裂破壞和切離四個階段。

2)切削變形區(qū)：

第【變形區(qū)：又禰基礎變形區(qū)。切削力、力削熱關鍵來自這個區(qū)域。

第II變形區(qū)：是切屑于前刀面間摩擦變形區(qū)。該區(qū)域對積屑瘤形成和前刀面磨

損有直接影響。

第HI變形區(qū)：是工件已加工表面和刀具后刀面摩擦區(qū)。該區(qū)域對工件已加工表

面變形強化和殘余應力及后刀面磨損有很大影響。

3)積屑瘤:

產(chǎn)生條件：切削塑性金屬；切削速度在5—60m/min。

對切削加工影響：粗加工時有好處，保護刀刃，增大前角。精加工時不利，影

響表面質量和尺寸精度，所以精加工時避免產(chǎn)生積屑瘤,故常采取高速(v>100m/min)

或低速(v<5m/min)精加工。

4)切削力:

總切削力F：三個變形區(qū)變形抗力和切屑、工件和刀具間摩擦力協(xié)力。通常將

總切削力分解成三個相互垂直奮力：主切削力Fc、進給力Ff（軸向力）、背向力Fp

（徑向力）。

影響原因：有工件材料、刀具角度和切削用量。增大刀具前角，減小切削深度,

施加切削液，均可使切削力減小。增大主偏角，可顯著減小背向力，減小工件彎曲

變形和振動。

5）切削熱：

切削熱產(chǎn)生：有切削變形功和摩擦功形成。

切削熱傳出：在切削過程中有切屑、工件和周圍介質傳出。降低切削熱不利影

響方法關鍵有：合理選擇切削用量和刀具角度，合理施加切削液。

5、切削加工質量和切削效率

1）影響材料切削加工性關鍵原因：

材料強度和硬度愈高；塑性、韌性愈大；導熱系數(shù)愈小，材料切削加工性愈差。

2）已加工表面質量：

表面粗糙度：減小進給量、主偏角、副偏角，增加刀尖圓弧半徑等，可降低殘

留面積高度，從而減小表面粗糙度。選擇適宜切削速度，避免產(chǎn)生積屑瘤，可顯著

降低表面粗糙度。增大前角、減小切削厚度、增加切削速度、選擇潤滑性能良好潤

滑液，可有效或降低鱗刺產(chǎn)生。提升工藝系統(tǒng)剛度、采取消振隔振方法，降低振動

對表面粗糙度影響。

表面加工硬化：增大前角和切削速度、采取有效潤滑方法，可大大減輕表面加

工硬化現(xiàn)象。

表面殘余應力：采取時效處理可有效消除表面殘余應力。

3）切削液：

切削液作用：

有冷卻作用、潤滑作用、清洗作用、防銹作用。

切削液種類和選擇：

水溶液：水加入少許防銹劑和潤滑劑。通常見于一般磨削和其它精加工。

乳化液：乳化油和水稀釋而成。低濃度乳化液關鍵用于磨削、粗車、鉆孔。高

濃度乳化液關鍵用于精車、攻絲、較孔、插齒等。

切削油：礦物油，少數(shù)采取動植物油。一般車削、攻絲用機油；精車有色金屬

和鑄鐵用煤油：加工螺紋用植物油：在礦物油中加入油性劑和極壓添加劑，用于精

銃、較孔、功絲和齒輪加工等。

4）刀具幾何角度選擇：

前角選擇：工件材料強度和硬度較低時，取較大前角；反之，取較小前角；加

工塑性材料，取較大前角；加工脆性材料，取較小前角；硬質合金刀具加工尤其硬

材料時，應取負前角。高速鋼刀具取較大前角；硬質合金刀具取較小前角；工藝系

統(tǒng)剛性較差時，取較大前角。

后角選擇：精加工或斷續(xù)切削時取較大后角；粗加工時取較小后角；工件材料

強度和硬度較高時，取較小后角；工件材料塑性和韌性較大時，取較大后角；工藝

系統(tǒng)剛性較差時，取較小后角。

主偏角選擇：工藝系統(tǒng)剛性很好時，取較小主偏角；工藝系統(tǒng)剛性較差或強力

切削時，取較大主偏角；車削階梯軸時，取90。主偏角；車削細長軸時，取90。一93

。主偏角。

副偏角選擇:精加工時，取5°—10°副偏角；粗加工時取10°—15°副偏角。

刃傾角選擇：精加工時，取0°—5。刃傾角；粗加工時取-5。一0。刃傾角。

5）切削用量選擇：

選擇標準：粗加工時，優(yōu)先選擇背吃刀量，以后盡可能選擇較高切削速度。

背吃刀量選擇：數(shù)次進給時，應盡可能將第一次進給背吃刀量取大些。

進給量選擇：粗加工時，取較大進給量；精加工時，取較小進給量。

切削速度選擇：工件材料強度和硬度較高時，切削加工性較差時，應取較

低切削速度。

三、本章關鍵

1、掌握切削運動和切削要素。

2、掌握金屬切削刀具材料。

3、掌握切削液、刀具幾何角度及切削用量合理選擇。

四、習題

一、填空題

1、切削運動可分為（）和（）。

2、切削用量要素包含（）、（）、（）。

3、切削液作用關鍵有（）、（）、（）、（）。

4、塑性金屬切削過程經(jīng)歷了（）、（）、（）、（）四個階段。

二、判定題

1、碳素工具鋼耐熱性差，所以用于制造簡單手工刀具。（）

2、硬質合金耐熱性優(yōu)良，適于制造形狀復雜刀具。（）

3、采取較大主偏角，可使背向力Fp減小，進給力Ff增大。（）

三、選擇題

1、加工塑性材料時，應?。ǎ┣敖牵庸ご嘈圆牧蠒r，應?。ǎ┣敖?。

A較小B較大