第二章-金屬材料與加工工藝

1、第三章 金屬材料及加工工藝,金屬材料及加工工藝,第二章,現(xiàn)代工業(yè)中，金屬材料得到了極其廣泛的應(yīng)用它是現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品造型設(shè)計(jì)中最重要的材料之一。,設(shè)計(jì)師對(duì)各種常用的金屬材料的種類、性能及其應(yīng)用條件等，必需有一個(gè)全面的了解。,金屬材料及加工工藝,第二章,一、材料的一般特性,機(jī)械性能,是指金屬材料在外力的作用下表現(xiàn)出來的變形和抗變形特性，是材料抵抗外力作用的能力，因而也稱為力學(xué)性能。 金屬材料在受外力作用時(shí)，由于外加載荷的性質(zhì)和加載方式的不同，使金屬材料的變形和抗變形能力即強(qiáng)度具有不同的特征。 靜載荷下金屬材料的機(jī)械性能 動(dòng)載荷下金屬材料的機(jī)械性能 交變載荷下金屬材料的機(jī)械性能,靜載荷下金屬材料的機(jī)械

2、性能,在緩慢加載條件下測(cè)得的金屬材料抗變形和抗斷裂的能力，稱為金屬材料的靜力強(qiáng)度。 通常以拉伸強(qiáng)度為最基本的強(qiáng)度值。通過拉伸試驗(yàn)測(cè)定拉伸強(qiáng)度，是確定金屬材料機(jī)械性能的一種最重要的方法。,P,O,E,S,B,K,Pe,Ps,Pb,Pk,l,lk,靜載荷下金屬材料的機(jī)械性能,1、彈性 2、剛度 3、塑性 （屈服、縮頸） 4、強(qiáng)度 5、硬度,動(dòng)載荷下金屬材料的機(jī)械性能,沖擊韌性： kAK/F = G(H1-H2)/F,交變載荷下金屬材料的機(jī)械性能,疲勞強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度的近似關(guān)系： 碳素鋼 -1 (0.40.55) b 灰口鑄鐵 -1 0.4 b 有色金屬 -1 (0.30.4) b,金屬材料的物理和化

3、學(xué)性質(zhì),1、物理性質(zhì)： 比重差別大， 導(dǎo)熱、導(dǎo)電性好， 受熱體積膨脹， 在磁場(chǎng)中易被磁化。,金屬材料的物理和化學(xué)性質(zhì),2、化學(xué)性質(zhì)： 普通金屬易被腐蝕和氧化， 貴重金屬抵抗能力強(qiáng)。 對(duì)產(chǎn)品表面進(jìn)行噴漆、電鍍、氧化和磷化等處理，可防止腐蝕、保護(hù)金屬材料，而且具有裝飾意義。,金屬材料的工藝性能,各種金屬材料只有經(jīng)過一系列加工和工藝處理才能制成產(chǎn)品，材料適應(yīng)各種加工和工藝處理要求的能力，稱為金屬材料的的工藝性能。它是金屬材料機(jī)械、物理、化學(xué)性能的綜合反映，是決定金屬材料能否進(jìn)行加工或如何進(jìn)行加工的重要因素，它直接關(guān)系到加工效率、產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)成本等。在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和選擇工藝方法時(shí)，必須認(rèn)真考慮金屬材

4、料的工藝性能。 按照工藝方法的不同，工藝性能可分為鑄造性能、鍛造性能、焊接性能和切削加工性能等。,金屬材料及加工工藝,第二章,一、材料的一般特性 二、金屬結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,A：體心立方晶格 B：面心立方晶格 C：密排立方晶格 金屬元素中，除極少數(shù)外，絕大多數(shù)金屬的晶體具有上述三種晶格形式。,金屬的晶格結(jié)構(gòu),金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,結(jié)晶的概念：金屬及合金從液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)并形成晶體結(jié)構(gòu)的過程稱為結(jié)晶。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，結(jié)晶就是金屬原子的聚集狀態(tài)，從不規(guī)則排列過渡到按一定幾何形狀作有序排列的過程。 結(jié)晶的過程：液態(tài)金屬的結(jié)晶過程，是由晶核的形成和成長(zhǎng)這樣兩個(gè)同時(shí)并行的環(huán)節(jié)組成的。當(dāng)液態(tài)金屬冷卻到一

5、定溫度時(shí)，有一些金屬原子就會(huì)自發(fā)聚集到一起，形成規(guī)則排列的原子集團(tuán)，稱為結(jié)晶的核心，簡(jiǎn)稱晶核。這些晶核，由于不斷吸附周圍的液態(tài)而逐漸長(zhǎng)大。同時(shí)，新的晶核也不斷產(chǎn)生并長(zhǎng)大，直到各晶體彼此相連，液體金屬全部消失，結(jié)晶過程即告完成。,金屬的結(jié)晶過程,金屬的結(jié)構(gòu)與結(jié)晶,自然界80多種金屬中，絕大多數(shù)在結(jié)晶后其晶格結(jié)構(gòu)的類型都保持不變，只有少數(shù)幾種金屬，如鐵、錳、錫、鈦、鋁等，在固態(tài)范圍內(nèi)，因溫度的變化還會(huì)出現(xiàn)晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，并稱之為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。,液態(tài)純鐵,體心立方晶格,面心立方晶格,體心立方晶格,1535,(Fe),(Fe),(Fe),金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變，是固態(tài)下金屬原子重新排列的過程，并稱之為相變

6、或者重結(jié)晶。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變這一性質(zhì)很重要，鐵正是因?yàn)橛羞@一特性，才使鋼能通過各種熱處理方法來改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到改善鋼材料性能的目的。,金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變,以一種金屬元素為基礎(chǔ)，加入另外一種或幾種金屬或非金屬元素，經(jīng)過熔合而組成的具有金屬特性的材料，稱為合金。 合金中具有同一化學(xué)成分和晶格結(jié)構(gòu)的均勻部分稱為相，依此可分為單相合金和多相合金。按照相結(jié)構(gòu)的不同，合金相可分為三種類型。 1，固溶體 合金由液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)時(shí)，由于各組元之間相互溶解而形成的一種成分和性質(zhì)均勻的新晶體，成為固溶體。固溶體是一種均勻的單相組織。 2，金屬化合物 固態(tài)合金中，由于各組元之間相互作用而形成的一種具特殊晶格和明顯

7、金屬特性的物質(zhì)，成為金屬化合物，它的晶格結(jié)構(gòu)具有較復(fù)雜的形式。 3，機(jī)械混合物 機(jī)械混合物時(shí)有兩種以上的相組成的合金，使固態(tài)下既不互相溶解又不形成化合物，而按一定重量比混合的新物質(zhì)。,合金的結(jié)構(gòu),鐵碳合金中，當(dāng)合金處于液態(tài)時(shí)，鐵和碳可以無限互溶。而固態(tài)時(shí)，存在四種基本相和組織。 1，鐵素體：碳在-Fe中的固溶體稱為鐵素體，或固溶體，常用符號(hào)F表示。 2、奧氏體：碳在 -Fe中的固溶體稱為奧氏體，或固溶體，常用符號(hào)A表示。 3、滲碳體 滲碳體是由鐵和6.67%的碳形成的金屬化合物，其分子式為Fe3C。滲碳體的晶格形式很復(fù)雜。 4、珠光體 鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物稱為珠光體，以符號(hào)P表示,鐵碳合

8、金的組織結(jié)構(gòu),金屬材料及加工工藝,第二章,熱處理工藝方法的種類繁多，但其基本過程都是由加熱、保溫和冷卻三個(gè)階段組成的。 碳鋼在室溫下的組織基本上由鐵素體和滲碳體構(gòu)成。熱處理的首要步驟即將鋼由室溫加熱到相變溫度以上，使其組織轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體，從而獲得所需要的性能，此過程稱為奧氏體化。 熱處理過程的冷卻也是非常重要的一步，它是將經(jīng)奧氏體化的鋼，根據(jù)不同的目的要求，自高溫以不同的速度（緩慢或迅速）冷卻，使其發(fā)生分解，從而得到具有不同組織的性能的轉(zhuǎn)變產(chǎn)物。,熱處理原理,一、一般特性 二、結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 三、鋼的熱處理,鋼的熱處理,根據(jù)熱處理時(shí)加熱、冷卻規(guī)范的基本特點(diǎn)以及對(duì)組織性能的影響的不同，鋼的常用熱

9、處理方法，可劃分如下：,1，退火 退火是把鋼加熱到高于或低于臨界溫度，經(jīng)保溫、緩冷，從而得到接近于平衡狀態(tài)組織的一種熱處理工藝。其目的是軟化組織，降低硬度，消除冷熱加工的殘余內(nèi)應(yīng)力，均勻組織和成分，改善鋼中碳化物的分布和形態(tài)，以及為改善加工性能和最終熱處理，作好和金內(nèi)部組織的準(zhǔn)備等。,普通熱處理,普通熱處理,2，正火 正火也成為?；蛘；?。正火是把鋼加熱到臨界溫度以上50-100，并適當(dāng)保溫后在空氣中進(jìn)行冷卻的熱處理工藝。它實(shí)質(zhì)上是一種特殊形式的退火，其目的與退火相似，區(qū)別在于冷卻速度較快。因而強(qiáng)度和硬度有所提高。,普通熱處理,3，淬火 淬火是將鋼加熱到臨界溫度以上30-50，保溫后，根據(jù)鋼

10、的化學(xué)成分，選用油或水、鹽水等作為冷卻介質(zhì)，進(jìn)行快速冷卻，從而得到馬氏體組織的一種熱處理工藝。淬火處理后再與回火處理相配合，一般可以強(qiáng)化鋼的組織，大幅度提高鋼的強(qiáng)度、硬度、耐磨性等綜合機(jī)械性能。所以，機(jī)械工程中的重要零件，大多都要經(jīng)過淬火和回火處理。,普通熱處理,4，回火 回火是將淬火后的鋼重新加熱到低于臨界溫度的溫度，保溫后在再冷卻下來的一種熱處理工藝。其主要目的是穩(wěn)定淬火組織，消除淬火應(yīng)力，調(diào)整鋼的硬度，提高塑性和韌性，從而達(dá)到所要求的機(jī)械性能。 回火處理可分為低溫回火（150-250）、中溫回火（350-500 ）和高溫回火（500-650 ）三種。,1，表面淬火 用快速加熱的方法，將工

11、件表面有限深度范圍加熱到相變臨界點(diǎn)以上，然后迅速冷卻，使工件表面形成一定厚度淬硬層的一種熱處理工藝表面快速加熱可以采用高頻感應(yīng)、火焰、電接觸、電解液、激光，以及電子束等方式。,表面熱處理,2，表面化學(xué)熱處理 表面化學(xué)熱處理是將工件放入一定介質(zhì)中加熱和保溫，是介質(zhì)分解出的某些元素的活性原子滲入到工件表層，從而改變表面層的化學(xué)成分和組織性能的熱處理方法。生產(chǎn)中常用的化學(xué)熱處理工藝有三種，即：滲碳、滲氮、碳氮共滲。,其他熱處理,一些新的熱處理工藝，如真空熱處理、可控氣氛熱處理、形變熱處理和新的表面熱處理（激光熱處理、電子束淬火等）也越來越多地應(yīng)用于熱處理工藝中。,金屬材料及加工工藝,第二章,一、一般

12、特性 二、結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 三、鋼的熱處理 四、鋼鐵材料生產(chǎn)及分類,含碳量多少是區(qū)別鋼鐵的主要標(biāo)準(zhǔn)。生鐵含碳量大于2.0；鋼含碳量小于2.0。生鐵含碳量高，硬而脆，幾乎沒有塑性。鋼不僅有良好塑性，而且鋼制品具有強(qiáng)度高、韌性好、耐高溫、耐腐蝕、易加工、抗沖擊、易提煉等優(yōu)良物理化學(xué)應(yīng)用性能，因此被廣泛利用。,鋼鐵材料的生產(chǎn),鐵礦石中把金屬鐵分離出來并獲得生鐵的過程稱為煉鐵，不論是煉鋼用生鐵還是鑄造用生鐵，都是在高爐中冶煉的。 高爐生產(chǎn)時(shí)從爐頂裝入鐵礦石（赤鐵礦、磁鐵礦、褐鐵礦）、焦炭、造渣用熔劑(石灰石)，從位于爐子下部的風(fēng)口吹入經(jīng)預(yù)熱的空氣。在高溫下焦炭中的碳同鼓入空氣中的氧燃燒生成的一氧化碳和氫氣，

13、在爐內(nèi)上升過程中除去鐵礦石中的氧，從而還原得到鐵。煉出的鐵水從鐵口放出。鐵礦石中不還原的雜質(zhì)和石灰石等熔劑結(jié)合生成爐渣，從渣口排出。產(chǎn)生的煤氣從爐頂導(dǎo)出，經(jīng)除塵后，作為熱風(fēng)爐、加熱爐、焦?fàn)t、鍋爐等的燃料。經(jīng)過這一過程得到的液態(tài)生鐵，含碳量一般為為34，還含有一定量的硅、錳及少量雜質(zhì)硫和磷等。,生鐵冶煉,鋼鐵材料的生產(chǎn),經(jīng)高爐煉鐵得到的生鐵，含有較高的碳和硫、磷等有害雜質(zhì)，其機(jī)械性能很差，有此限制了它的用途。因而，除少數(shù)經(jīng)熔化燒鑄生產(chǎn)鑄鐵件外，絕大多數(shù)還必須進(jìn)一步精練成鋼，提高機(jī)械性能 。 所謂煉鋼，即在高溫下降低生鐵中的碳和有害雜質(zhì)的含量，并根據(jù)需要調(diào)整金屬的化學(xué)成分，對(duì)鋼進(jìn)行合金化處理。通常

14、是向液態(tài)生鐵通氧，使碳和有害雜質(zhì)元素被氧化來完成的。主要的煉鋼方法有三種：轉(zhuǎn)爐煉鋼法、電爐煉鋼法、平爐煉鋼法。,煉鋼,鋼鐵材料的分類,是鑄造用的生鐵，含碳量24.0之間的鐵碳合金，成本低廉、具有良好的鑄造性能、切削性能及耐磨性和減振性等優(yōu)點(diǎn)。 常見的機(jī)床床身、工作臺(tái)、箱體、底座等形態(tài)復(fù)雜或受壓力及摩擦力的零件，大多用鑄鐵制成。 鑄鐵的常用種類可分為：灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、蠕墨鑄鐵。,鑄鐵,鋼鐵材料的分類,為保證其韌性和塑性，鋼的含碳量一般不超過1.7%。鋼的主要元素除鐵、碳外，還有硅、錳、硫、磷等。鋼的分類方法多種多樣： 1、按品質(zhì)分類 (1) 普通鋼（P0.045%，S0.050%）

15、 (2) 優(yōu)質(zhì)鋼（P、S均0.035%） (3) 高級(jí)優(yōu)質(zhì)鋼（P0.035%，S0.030%） 2、按化學(xué)成份分類 (1) 碳素鋼：a.低碳鋼（C0.25%）；b.中碳鋼（C0.250.60%）；c.高碳鋼（C0.60%）。 (2) 合金鋼：a.合金結(jié)構(gòu)鋼（切削鋼、彈簧鋼 ）；b.合金工具鋼（刃具鋼、模具鋼 ）；c.特殊性能鋼（不銹鋼、耐熱鋼 ）。 3、按成形方法分類：(1) 鍛鋼；(2) 鑄鋼；(3) 熱軋鋼；(4) 冷拉鋼。,鋼的分類,有色金屬材料的分類,1、按密度、儲(chǔ)量和分布情況分 有色輕金屬指密度小于4.5g/cm3的有色金屬，有鋁、鎂、鈣等及其合金 有色重金屬指密度大于4.5g/cm

16、3的有色金屬、有銅、鎳、鉛、鋅及其合金 貴金屬指礦源少、提取難、價(jià)格貴的金屬，如金、銀和鉑族元素及其合金 半金屬指物理化學(xué)性質(zhì)介于金屬與非金屬之間的硅、硒、碲、砷、硼等 稀有金屬指在自然界中含量很少、分布散或難提取的金屬，稀有金屬又分為鈦、鈹、鋰、銫、等稀有輕金屬；鎢、鉬、鈮、釩等稀有高熔點(diǎn)金屬；鎵、銦、鍺等稀有分散金屬；鈧、釔等元素的稀土金屬；鐳、錒系元素等稀有放散性元素,第二章,一、一般特性 二、結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 三、鋼的熱處理 四、鋼鐵材料生產(chǎn)及分類 五、有色金屬,鋁及鋁合金,1、鋁 鋁在自然界中分布很廣，是地殼中儲(chǔ)量最豐富地元素，幾乎占地殼中全部金屬含量地1/3。鋁的生產(chǎn)分兩個(gè)步驟：第一步從

17、鋁礦石中提取氧化鋁，第二步由氧化鋁電解得到純鋁。純鋁為面心立方晶體結(jié)構(gòu)，銀白色、塑性好，便于切削。強(qiáng)度、硬度低，不宜作結(jié)構(gòu)材料。 2、鋁合金 因?yàn)榧冧X的硬度、強(qiáng)度較低，所以在機(jī)械制造、交通工具、一起儀表等制造上，均大量采用各種鋁合金。鋁中加入錫、銅、鎂、鋅等元素制成合金，強(qiáng)度提高。,銅及銅合金,1、純銅 玫瑰紅色金屬，表面被氧化后生成氧化銅薄膜呈紫紅色，所以純銅也稱紫銅。純銅的導(dǎo)電性極好，又是抗磁性材料，因此在電器工業(yè)中有廣泛的用途。純銅具有面心立方晶格架構(gòu)，有優(yōu)良的可塑性和加工性能。 2、銅合金 銅合金種類很多，通產(chǎn)將銅合金分為黃銅、青銅、白銅（白銅是以鎳為主要添加元素的銅基合金，呈銀白色）

18、三大類。工業(yè)上使用較多的是黃銅（以鋅為主要合金元素的銅合金）、青銅（以錫為主要合金元素的銅合金）。,鈦及鈦合金,1、純鈦 銀白色的輕金屬，具有優(yōu)良的耐蝕性和耐熱性，在大氣和海水中不受腐蝕，穩(wěn)定好、抗氧化能力強(qiáng)、并有一定的強(qiáng)度和高的塑性，易于加工成型。鈦的比強(qiáng)度在金屬材料中為最好。因而是航空及國(guó)防工業(yè)中重要的金屬材料。 2、鈦合金 以鈦為基而加入適量的鉻、錳、鐵、釩、鋁和鉬等形成的多元合金。鈦合金綜合性能好，主要用于制造發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片、飛機(jī)蒙皮、宇航工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)外殼等。,金屬材料及加工工藝,第三章,一、一般特性 二、結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 三、鋼的熱處理 四、鋼鐵材料生產(chǎn)及分類 五、有色金屬

19、 六、金屬成型加工工藝,鑄造成形工藝,將液體金屬澆注到與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其冷卻凝固后，以獲得零件或毛坯的方法稱為鑄造。 與其他工藝方法相比，鑄造成形生產(chǎn)成本低，工藝靈活性大，適應(yīng)性強(qiáng)，適合制造各種尺寸和形狀復(fù)雜的鑄件。但其缺點(diǎn)是公差較大，容易產(chǎn)生內(nèi)部缺陷。 鑄造的生產(chǎn)方法很多，主要可分為砂型鑄造和其他鑄造兩大類。,砂型鑄造,砂型鑄造為鑄造生產(chǎn)中的最基本方法，砂型鑄造的生產(chǎn)工序主要包括： 制模、配砂、造型、造芯、合型、熔煉、澆注、落砂、清理和檢驗(yàn)。,砂型鑄造,用于制造砂型的材料稱為型砂；用于制造型芯的材料稱為芯砂。 砂箱是長(zhǎng)方形、方形或圓形的堅(jiān)實(shí)框子，有時(shí)根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)，作成特殊形狀

20、。砂箱的作用是牢固的固緊所搗實(shí)的型砂，以便于鑄型的搬運(yùn)及在澆注時(shí)承受液體金屬的實(shí)力。砂箱可以用木料、鑄鐵、鋼、鋁合金制成。通常上箱和下箱組成一對(duì)砂箱，彼此之間有銷子及銷孔進(jìn)行配合。 型芯的主要作用是形成鑄件的內(nèi)腔，有時(shí)也形成鑄件局部外形。由于砂芯的表面被高溫金屬液所包圍，受到的沖擊及烘烤比砂型厲害，因此要求砂芯要有更高的強(qiáng)度、透氣性、耐火度和退讓性等。,砂型鑄造,將上型、下型、砂芯、澆口等組合成一個(gè)完整鑄型的操作過程稱為合型，又稱合箱。是澆注前的最后一道工序，若合型操作不當(dāng)，會(huì)使鑄件產(chǎn)生錯(cuò)箱、偏芯、跑火及夾砂等缺陷。 把液體金屬注入鑄型的操作稱為澆注。澆注不當(dāng)，會(huì)引起澆不足、冷隔、跑火、夾渣和

21、縮孔等鑄造缺陷。,砂型鑄造,從砂型中取出鑄件的工作稱為落砂。落砂時(shí)要注意開箱的時(shí)間，過早，鑄件未凝固或溫度很高，會(huì)造成跑火、變形、表面硬皮等缺陷，并且鑄件會(huì)形成內(nèi)應(yīng)力、裂紋等缺陷；過晚，將過長(zhǎng)占用生產(chǎn)場(chǎng)地及工裝，使生產(chǎn)率降低。 落砂后的鑄件必須經(jīng)過清理工序，才能使鑄件外表面達(dá)到要求。包括切除澆冒口，清除型芯，清除粘砂等。,其他鑄造,1，熔模鑄造 熔模鑄造是用易熔材料制成模樣，然后再模樣上涂耐火材料，經(jīng)硬化之后，再將模樣熔化，排出型外，獲得無分型面的鑄型，澆注即可獲得鑄件。也稱失蠟鑄造，是發(fā)展較快的一種精密鑄造方法。,其他鑄造,熔模鑄造優(yōu)點(diǎn)：沒有分型面，型腔表面極光潔，故鑄件的精度和表面質(zhì)量均優(yōu)

22、；型殼是由耐火材料制成，可以適應(yīng)各種高熔點(diǎn)合金；生產(chǎn)批量不受限制。 熔模鑄造缺點(diǎn)：材料昂貴、工序多、生產(chǎn)周期長(zhǎng)、不易生產(chǎn)大件。,其他鑄造,2，金屬型鑄造 將液體金屬澆注到用金屬材料制成的鑄型中，獲得鑄件的鑄造方法。 金屬型鑄造優(yōu)點(diǎn)：可承受多次澆鑄，實(shí)現(xiàn)了“一型多鑄”，節(jié)省工序，生產(chǎn)效率高；鑄件精度及機(jī)械性能高。 金屬型鑄造缺點(diǎn)：成本高，周期長(zhǎng)，工藝要求嚴(yán)格，對(duì)鑄件的形狀和尺寸有一定限制。 3，壓力鑄造 壓力鑄造簡(jiǎn)稱壓鑄，它是在高壓作用下使液態(tài)或半液態(tài)金屬以較高的速度填充鑄型型腔，并在壓力下凝固而獲得鑄件的方法。 壓力鑄造優(yōu)點(diǎn)：精度及表面質(zhì)量高，強(qiáng)度及硬度高，生產(chǎn)率比其他方法均高，可鑄形狀復(fù)雜的

23、零件。 壓力鑄造缺點(diǎn)：投資大，周期長(zhǎng)，不宜進(jìn)行大余量的切削加工等。,其他鑄造,4，離心鑄造 離心鑄造是將液體金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，使其在離心力作用下成形并凝固的鑄造方法。離心鑄造主要用于生產(chǎn)圓筒形鑄件。 離心鑄造優(yōu)點(diǎn)：缺陷少，機(jī)械性能好，節(jié)約用材等。 離心鑄造缺點(diǎn)：鑄件易產(chǎn)生偏折，內(nèi)孔不準(zhǔn)確，內(nèi)表面較粗糙。,鍛壓成形工藝,鍛壓是對(duì)坯料施加外力，使其產(chǎn)生塑性變形，改變尺寸、形狀并改善性能，用以制造機(jī)械零件、工件或毛坯的成形加工方法，它是鍛造和沖壓的總稱。 大多數(shù)金屬材料在冷態(tài)或熱態(tài)下都具有一定的塑性，因此他們可以在室溫或高溫下進(jìn)行各種鍛壓加工。常見的鍛壓方法有自由鍛造、模型鍛造、板料鍛造、軋制、

24、擠壓和拉拔等。 金屬鍛壓加工的特點(diǎn)：可使金屬獲得較細(xì)密的晶粒，提高零件的性能；坯料的形狀和尺寸發(fā)生改變而體積基本不變，與切削加工相比可節(jié)約材料和工時(shí)；除自由鍛造外，其他鍛壓方法都具有較高的勞動(dòng)生產(chǎn)率；能加工各種形狀、重量的零件，使用范圍廣。,鍛壓成形工藝,軋制,材料在旋轉(zhuǎn)軋輥的壓力作用下，產(chǎn)生連續(xù)塑性變形，獲得要求的截面形狀并改變其性能的加工方法稱為軋制。通過合理設(shè)計(jì)軋輥上的各種不同的孔型，可以軋制出不同截面的原材料。,擠壓,坯料在壓應(yīng)力作用下從模具的孔口或縫隙擠出，使之橫截面積減小、長(zhǎng)度增加，成為所需制品的加工方法稱為擠壓。按擠壓溫度可分為冷擠、溫?cái)D、熱擠，適用于加工有色金屬和低碳鋼等金屬材

25、料。,拉拔,材料在牽引力作用下通過?？桌觯怪畽M截面積減少，長(zhǎng)度增加的加工方法稱為拉拔。拉拔生產(chǎn)主要用來制造各種細(xì)線、棒、薄壁管等型材。,自由鍛,只用簡(jiǎn)單的通用性工具或在鍛造設(shè)備的上下砧間直接使坯料變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量的鍛件，這種加工方法稱為自由鍛。,模鍛,在模鍛設(shè)備上利用鍛模使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法稱為模鍛。,沖壓,使板料經(jīng)分離或塑性變形而得到制件的工藝稱為沖壓。 常見的金屬型材、板材、管材、線材等原材料，大都是通過軋制擠壓等方法制成的。自由鍛造、模鍛和板料沖壓則是一般機(jī)械廠常用的生產(chǎn)方法。凡承受重載荷、工作條件惡劣的機(jī)器零件，如發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、主軸、葉輪、重要齒輪、連桿等

26、，通常均需采用鍛件毛坯，再經(jīng)切削加工制成。,高速高能成形,高速高能成形有多種加工形式，其共同特點(diǎn)是在極短的時(shí)間內(nèi)，將化學(xué)能、電能、電磁能和機(jī)械能傳遞給被加工的金屬材料，使之迅速成形。 高速高能成形分為：利用炸藥的爆炸成形，利用放電的放電成形，利用電磁力的電磁成形和利用壓縮氣體的高速錘成形等。 高速高能成形的速度高，可以加工難加工材料，加工精度高、加工時(shí)間短。,焊接成形工藝,焊接原理與分類,焊接時(shí)通過加熱或加壓，或兩者并用，借助于金屬原子擴(kuò)散和結(jié)合，使分離的材料牢固地連接在一起的加工方法。焊接方法的種類很多，按焊接過程特點(diǎn)可分為三大類： 1，熔焊 這類方法的共同特點(diǎn)是把焊接局部連接處加熱至熔化狀

27、態(tài)，形成熔池，待其冷卻結(jié)晶后形成焊縫，將兩部分材料焊接成一個(gè)整體。因兩部分材料均被熔化，故稱熔焊。 2，壓焊 在焊接過程中需要對(duì)焊件施加壓力（加熱或不加熱）的一類焊接方法。 3，釬焊 利用熔點(diǎn)比母材低的填充金屬（稱為釬料）熔化后，填入接頭間隙并與固態(tài)的母材通過擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的一種焊接方法。,焊接原理與分類,熔焊,主要焊接方法,壓焊,釬焊,等離子弧焊,氣焊,電弧焊,電渣焊,電子束焊,激光焊,硬釬焊,軟釬焊,冷壓焊,超聲波焊,擴(kuò)散焊,爆炸焊,摩擦焊,電阻焊,焊條電弧焊,埋弧焊,氣體保護(hù)焊,點(diǎn)焊,縫焊,對(duì)焊,錫焊,銅焊,銀焊,自動(dòng),半自動(dòng),氬弧焊,co2焊,焊接原理與分類,焊接正是有了連接性好、省工省

28、料、成本低、重量輕、可簡(jiǎn)化工藝等優(yōu)點(diǎn)，才得以廣泛應(yīng)用。但同時(shí)也存在一些不足之處，如結(jié)構(gòu)不可拆，更換修理不方便；存在焊接應(yīng)力，容易產(chǎn)生焊接變形；容易出現(xiàn)焊接缺陷等。,常用焊接方法,1，焊條電弧焊 簡(jiǎn)稱手弧焊。它是利用焊條與焊件之間產(chǎn)生的電弧熱，將焊件和焊條熔化，冷卻凝固后獲得牢固的焊接接頭的一種手工焊接方法。,常用焊接方法,2，氣焊與氣割 氣焊是利用氣體火焰來熔化母材和填充金屬的一種焊接方法。最常用的是氧-乙炔焰。 氣割是利用高溫的金屬在純氧中燃燒而將工件分離的加工方法。,常用焊接方法,3，埋弧自動(dòng)焊 將手工電弧焊的引弧、焊條松緊、電弧移動(dòng)幾個(gè)動(dòng)作由機(jī)械自動(dòng)來完成，成為自動(dòng)焊。如果部分動(dòng)作由機(jī)械

29、完成，其它動(dòng)作仍由焊工輔助完成，則稱為半自動(dòng)焊。,常用焊接方法,4，氣體保護(hù)焊 氬弧焊 氬弧焊是氬氣保護(hù)焊的簡(jiǎn)稱。氬氣時(shí)惰性氣體，在高溫下不合金屬起化學(xué)反應(yīng)，也不溶于金屬，可以保護(hù)電弧區(qū)的熔池、焊縫和電極不受空氣的有害作用，是一種比較理想的保護(hù)氣體。 CO2氣體保護(hù)焊 CO2氣體保護(hù)焊是以CO2作為保護(hù)氣體，以焊絲作電極，以自動(dòng)或半自動(dòng)方式進(jìn)行焊接。,常用焊接方法,5，電渣焊 電渣焊是利用電流通過液態(tài)熔渣產(chǎn)生的電阻熱加熱熔化母材與電機(jī)（填充金屬）的焊接方法。,常用焊接方法,6，電阻焊 電阻焊是利用電流通過接觸處及焊件產(chǎn)生的電阻熱，將焊件加熱到塑性或局部熔化狀態(tài)，再施加壓力形成焊接接頭的焊接方法

30、。,常用焊接方法,7，釬焊 釬焊是利用熔點(diǎn)比母材低的金屬作釬料，加熱將釬料熔化，利用液態(tài)鉛料潤(rùn)濕母材，填充接頭間隙，并與母材相互擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)連接的焊接方法。,常用焊接方法,8，等離子弧焊接和切割 一般電弧焊所產(chǎn)生的電弧未受到外界約束，稱之為自由電弧，電弧區(qū)內(nèi)的氣體尚未完全電離，能量也未高度集中。如果利用某種裝置使氣體完全電離，便產(chǎn)生溫度比自由電弧高得多的等離子電弧。,常用焊接方法,9，真空電子束焊接 隨著原子能和航空航天技術(shù)的發(fā)展，大量應(yīng)用了鋯、鈦、鈮、鉬、鈹、鎳及其合金。這些稀有的難溶、活性金屬，用一般的焊接技術(shù)難以得到滿意的效果。直到1956年真空電子束焊接技術(shù)研制成功，才為這些難溶的活性金屬

31、的焊接開辟了一條有效途徑。 真空電子束焊是把工件放在真空內(nèi)，利用真空室內(nèi)產(chǎn)生的電子束經(jīng)聚焦和加速，撞擊工件后動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能的一種熔化焊。,常用焊接方法,10，激光焊接與切割 激光是利用原子受激輻射的原理，使工作物質(zhì)受激而產(chǎn)生的一種單色性好、方向性強(qiáng)、強(qiáng)度很高的光束。聚焦后的激光束最高能量密度可達(dá)1013W/cm2，在千分之幾秒甚至更短時(shí)間內(nèi)，將光能轉(zhuǎn)換成熱能，溫度可達(dá)10000以上，可以用來焊接和切割。,機(jī)械加工成形工藝,機(jī)械加工是操作機(jī)床進(jìn)行的切削加工。切削加工是利用切削工具和工件之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從毛坯上切去多余部分材料，以獲得所需要的尺寸精度、形狀精度、相互位置精度及表面粗糙度的一種加工方

32、法。 現(xiàn)代工業(yè)中，除少部分金屬零件可以采用精密鑄造、精密鍛造、粉末冶金等方法直接獲得要求的形狀及表面精度，絕大部分零件都需要切削加工，來保證零件的加工精度與表面粗糙度。,切削基本知識(shí),1，切削運(yùn)動(dòng) 切削時(shí)的基本運(yùn)動(dòng)是直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，按切削時(shí)工件和刀具相對(duì)運(yùn)動(dòng)所起的作用不同可分為主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。 主運(yùn)動(dòng)是進(jìn)行切削時(shí)最主要的運(yùn)動(dòng)。通常它的速度最高，消耗機(jī)床動(dòng)力最多。如普通臥室車床的主運(yùn)動(dòng)為主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)v，鏜床主運(yùn)動(dòng)是鏜桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)與主運(yùn)動(dòng)配合后，將能保持切削工作連續(xù)地進(jìn)行，從而切除金屬層形成已加工表面。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)可以是連續(xù)的，也可以是間歇的。,切削基本知識(shí),2，切削要素 切削速度

33、v，是主運(yùn)動(dòng)的線速度，單位是m/s。 進(jìn)給量f，是進(jìn)給運(yùn)動(dòng)方向上相對(duì)工件的位移量。車削時(shí)，進(jìn)給量為主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)時(shí)，工件與刀具相對(duì)的位移量，單位為mm/r。 背吃刀量ap，是每次走刀切入的深度。背吃刀量等于待加工表面與已加工表面間的垂直距離（mm）。,切削基本知識(shí),3，切削刀具 金屬切削刀具種類繁多，形狀也各不相同，但是，不管形狀多么復(fù)雜的 具，都是在刀具基本類型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，以適應(yīng)不同條件下的切 削加工。 外圓車刀分為切削部分（刀頭）和夾持部分（刀桿或刀體）兩部分，刀 體裝在刀架上，刀頭裝在刀體上（可焊接或機(jī)械裝卡）。 刀具材料應(yīng)具備高硬度、高耐磨性、高紅硬性和足夠的強(qiáng)度和韌性，除 此之

34、外，刀具材料還要有良好的工藝性和經(jīng)濟(jì)性。常用刀具材料分為工 具鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷及超硬材料四大類。,切削基本知識(shí),4，切削液 切削液主要用來減少摩擦和降低切削溫度。合理使用切削液，對(duì)提高刀具耐用度和保證表面加工質(zhì)量有著重要意義。 切削液的作用： 冷卻；潤(rùn)滑；洗滌和排屑；防銹。 常用的切削液有水溶液切削液（主要起冷卻和排屑作用）和油液切削液（除冷卻和排屑作用外還有防銹作用）。,切削基本知識(shí),5，零件的加工質(zhì)量 零件的加工質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的使用性能和壽命，其主要包括加工精度和表面質(zhì)量。 加工精度是指零件加工以后，其尺寸、形狀、相互位置等參數(shù)的實(shí)際數(shù)值和它的理想數(shù)值相符合的程度。零件實(shí)際參數(shù)的最大允許變動(dòng)量稱為公差。 加工精度用尺寸公差、形狀公差和位置公差來表示。 尺寸公差有20個(gè)公差等級(jí)，公差數(shù)值依次增大。形狀公差有直線度、平面度等六種。位置公差有平行度、垂直度、同軸度等八種。 表面質(zhì)量常用表面粗糙度來衡量。生產(chǎn)中常用輪廓算術(shù)平均偏差Ra作為評(píng)定表面粗糙度的主要參數(shù)。,車削加工,車工是機(jī)械加工中的基本工種，它的技術(shù)性很強(qiáng)，主要用車床加工回轉(zhuǎn)表面，所用刀具是車刀，還可用鉆頭、鉸刀、絲錐、滾花刀等刀具。車床所占比例最大，約占金屬切削機(jī)床總臺(tái)數(shù)的20%-30%。車床應(yīng)用范圍很廣，種類很多。按用途和結(jié)構(gòu)的不同，主要分為臥式車床及落地車床、立式車床和各種專門化車床等。,車削加工,