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(共26张PPT)
第1章 技术测量及常用器具
1. 掌握长度及角度单位的换算关系。
2. 了解常用量具的构成并掌握使用方法。
学习目标
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1.1.1 技术测量的含义
1.1 技术测量的基本知识
1. 测量是以确定被测对象的量值而进行的实验过程。在这个实验过程中，通常是将被测的量与作为计量单位的标准量进行比较，从而确定二者比值。
2. 检验是指判断被测量是否在规定范围内的过程，它不要求得到被测量的具体数值。
3. 检测是指检验和测量的总称。
4. 检查是指测量和外观验收等方面的过程。
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测量过程四要素被测对象、计量单位、测量方法和测量精度4个方面。
被测对象的结构特征和测量要求在很大程度上决定了测量方法。
测量方法是指测量时所采用的计量器具和测量条件的综合。
测量精度是指测量结果与其真值的一致程度。
1.1.2 测量要素
1
1.1.3 计量单位
1.长度单位:
(1)国际统一长度单位是米(m)。机械制造中常采用的长度计量单位为毫米（mm）
1mm=10-3m
在精密测量中，长度计量单位采用微米（μm）
1μm=10-3mm
在超精密测量中，长度计量单位采用纳米（nm）
1nm=10-3μm
(2)英制长度单位，常以英寸（in）作为基本单位，它与法定长度单位的换算关系是
1in=25.4mm
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2. 角度单位
（1）弧度、微弧度
机械制造中常用的角度单位为弧度(rad)、微弧度(μrad)
1 rad =10-6 μrad
（2）度、分、秒
另一角度单位为度( )、分(')、秒(")。
度( )、分(')、秒(")的关系采用60进位制，即
1 =60'，1'=60"
(3) 弧度与度的转换关系
1 =0.0174533rad
1.1.3 计量单位
1
1.2 常用测量器具
1.2.1 长度量具
1.钢直尺
钢直尺是一种不可卷的钢质板状量尺，亦可作为划直线的导向工具。
生产中常用的量程为150mm、300mm和1000mm 三种，如图1-1所示。
使用钢直尺时，应以工作端边作为测量基准，这样不仅便于找正测量基准，而且便于读数。
用钢直尺测量柱形工件的直径时，先将尺的端边或某一刻线紧贴住被测件的一边，并来回摆动另一端，所获得的最大读数值，才是所测直径的尺寸。
图1-1 钢直尺
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2．卡钳
卡钳是一种间接量具，其本身没有分度，所以要与其他量具配合使用。
卡钳根据用途可分为外卡钳和内卡钳两种，前者用于测量外尺寸，后者用于测量内尺寸，如图1-2所示。卡钳常用于测精度不高的工件。如果操作正确，测量精度可达0.02～0.05mm。
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3．游标卡尺
游标卡尺是机械加工中使用最广泛的量具之一。它可以直接测量出工件的内径、外径、中心距、宽度、长度和深度等。
游标卡尺的测量精度有0.1mm、0.05mm和0.02mm 三种，测量范围有0～125mm、0～200mm、0～500mm等。
(1)游标卡尺的刻线原理
游标卡尺是由尺身、游标、尺框所组成，如图1-3所示。
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按游标读数值的不同，分为0.1 mm(1／10)、0．05 mm(1／20)和0.02mm(1／50)三种。这三种游标卡尺的尺身是相同的，每小格为1mm，每大格为10mm。只是游标与尺身刻线宽度相对应的关系不同。
以0.02mm游标卡尺为例来说明其刻线原理。游标卡尺的尺身每格刻线宽度1mm，使尺身上49格刻线的宽度与游标上50格刻线的宽度相等，则游标的每格刻线宽度为
49mm／50=0.98mm
尺身和游标的刻线间距之差为
1.00mm-0.98mm=0.02mm
这个差值就是0.02mm游标卡尺的分度值。
0.02mm游标卡尺的刻线原理如图1-4所示。
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0.05mm游标卡尺与上述刻线原理相同。（同学们可自己探讨）
图1-4 分度值为0.02mm游标卡尺的刻线原理
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(2)游标卡尺的读数方法
使用游标卡尺测量工件时，读数可分为下面3个步骤(以0.02mm游标卡尺为例)：
1)读整数。读出游标零线左边最近的尺身刻度值，该数值就是被测件的整数值。
2)读小数。找出游标刻线对准尺身刻线的位置，将其顺序数乘以分度值0.02mm所得的积，即为被测件的小数值。
3)整个读数。把上面1)和2)两次读数值相加，就是被测工件的整个读数值。读数示例如图1-5所示，读数：
23mm+10×0.02mm=23.20mm。
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(3)游标卡尺的正确使用
1）应根据所测工件的部位和尺寸精度，正确合理选择卡尺的种类和规格。
2）将工件和游标卡尺的测量面擦干净。
3）校对零点即游标零线与尺身零线，游标尾线与尺身的相应刻线都应相互对准。
4）测量工件时，先将尺身量爪贴靠在工件测量基准面上，然后轻轻移动游标，使外量爪贴靠在工件另一面上，同时注意不要歪斜，以免读数产生误差，如图1-6所示。
a)
b)
图1-6 游标卡尺的使用方法
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4．千分尺
千分尺是用微分筒读数的，分度值为0.01mm的量尺，是机械加工中使用最广泛的精密量具之一。
千分尺一般按用途可分为外径、内径和深度千分尺三种类型。外径千分尺的结构如图1-7所示。
图1-7
外径千分尺按其测量范围有0～25mm、25～50mm、50～75mm、75～100mm等多种规格。
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(1)千分尺的刻线原理
外径千分尺是利用螺旋传动原理，将角位移变成直线位移来进行长度测量的。
如图1-7所示，活动套筒与其内部的测微螺杆连接成一体，上面刻有50条等分刻线，当活动套筒旋转一周时，由于测微螺杆的螺距一般为0.5mm，因此它就轴向移动0.5mm。
当活动套筒转过一格时，测微螺杆轴向移动距离为0.5mm／50=0.01mm，这就是千分尺的刻线原理。
(2)千分尺的读数方法
千分尺的读数机构是由固定套筒和活动套筒组成的。固定套筒上的纵向刻线是活动套筒读数值的基准线，而活动套筒锥面的端面是固定套筒读数值的指示线。
固定套筒纵刻线的两侧各有一排均匀刻线，刻线的间距都是1mm，且相互错开0.5 mm，标出数字的一侧表示mm数，未标数字的一侧即为0.5mm数。
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用千分尺进行测量时，其读数也可分为以下3个步骤：
1)读整数。读出活动套筒锥面的端面左边在固定套筒露出来的刻线数值，即被测件的mm整数或0.5mm数。
2)读小数。找出与基准线对准的活动套筒上的刻线数值，如果此时整数部分的读数值为mm整数，那么该刻线数值就是被测件的小数值；如果此时整数部分的读数值为0.5mm数，则该刻线数值还要加上0.5mm后才是被测件的小数值。
3)整个读数。将上面两次读数值相加，就是被测件的整个读数值。千分尺的读数如图1-8所示。
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(3)千分尺的正确使用
1）先将工件、千分尺的砧座和测微螺杆的测量面擦干净。
2）检查千分尺的各部分是否灵活可靠，是否对零、正确。
3）测量时，要使测微螺杆轴线与工件的被测尺寸方向一致，不要倾斜。
4）转动微分筒，当测量面将与工件表面接触时，应改为转动棘轮(测力装置)，直到棘轮发出 “哒”“哒”的响声后，方能进行读数，这时最好在被测件上直接读数。测量时可用单手或双手操作,其具体方法如图1-9所示。
图1-9 千分尺的使用方法
(a)单手 (b)双手
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5．百分表
百分表是一种精密量具，可用来检验机床精度和测量工件尺寸、形状和位置误差。
(l)百分表的结构
百分表一般由触头、测量杆、齿轮、指针、表盘等组成，如图1-10所示。
l-触头；2-测量杆；3-小齿轮；4、7-大齿轮；5-中间小齿轮；6-长指针；8-短指针；9-表盘；10-表圈 11-拉簧
图1-10 百分表的结构
(2)百分表的刻线原理
刻度盘每格的读数为
1mm／100=0.01mm
小指针刻度盘的圆周上有10个等分格，每格为1mm。
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(3)百分表的读数方法和使用
百分表测量时大小指针所示读数之和即为尺寸变化量。也就是说先读小指针转过的刻度值(即mm的整数)，再读大指针转过的刻度数(即小数部分)，并乘以0.01，然后两者相加，即可得到所测量的数值。其安装和使用方法如图1-11所示。
图1-11 百分表的安装与使用
(a)百分表的安装；
(b)用百分表检验轴的径向跳动；
(c)用杠杆式百分表检验轴的径向、轴向和端面的跳动；
(d)用内径百分表测量孔径
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（4）百分表的正确使用
1）测量前，检查表盘和指针有无松动现象。
2）测量前，检查长指针是否对准零位，如果未对齐应及时调整。
3）测量时，测量杆应垂直于工作表面。
4）测量时，测量杆应有0.1～0.3mm的压缩量，保持一定的初始测力，以免由于存在负偏差而测不出来。
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6．刀口形直尺
刀口形直尺是用光隙法检验直线度或平面度的直尺，其形状如图1-12所示。
刀口形直尺的规格用刀口长度表示，常用的有75mm、125mm、175mm、225mm和300mm等几种。
检验时，将刀口形直尺的刀口与被检平面接触，并在尺后面放一个光源，然后从尺的侧面观察被检平面与刀口之间的漏光大小并判断误差情况，如图1-12所示。
图1-12 刀口形直尺及其使用
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7．塞尺
塞尺是用来检查两贴合面之间间隙的薄片量尺，如图1-13所示。它是由一组薄钢片组成，其每片的厚度0.01～0.08mm不等，测量时用塞尺直接塞进间隙，当一片或数片能塞进两贴合面之间，则该一片或数片的厚度(可由每片片身上的标记读出)，即为两贴合面的间隙值。
使用塞尺测量时选用的薄片越小越好，而且必须先擦净尺面和工件，测量时不能使劲硬塞，以免尺片弯曲和折断。
图1-13 塞尺
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1.2.2 角度量具
1. 直角尺
直角尺是检验直角用非刻线量尺，用于检查工件的垂直度。
检测时，将直角尺的一边与工件一面贴紧，工件的另一面与直角尺的另一边相接触，可根据接触之间缝隙的大小来判断角度的误差情况。直角尺如图1-14所示。
图1-14 直角尺
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1.2.2 角度量具
2．游标万能角度尺
(1)游标万能角度尺构造及读数
游标万能角度尺是用游标读数，可测任意角度的量尺。一般用来测量零件的内外角度。它的构造如图1-15所示。
游标万能角度尺的读数机构是根据游标原理制成的。
以分度值为2'的游标万能角度尺为例，其主尺分度线每格为1 ，而游标刻线每格为58'，即主尺1格与游标的1格的差为2'，它的读数方法与游标卡尺完全相同。
图1-15 游标万能角度尺构造
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1.2.2 角度量具
图1-16 游标万能角度尺应用实例
(2)游标万能角度尺应用
测量时应先校对零位，当角尺与直尺均安装好，且90 角尺的底边及基尺均与直尺无间隙接触，主尺与游标的“0”线对准时即调好零位。使用时通过改变基尺、角尺、直尺的相互位置，可测量游标万能角度尺测量范围内的任意角度。用游标万能角度尺测量工件时，应根据所测范围组合量尺。游标万能角度尺应用实例如图1-16所示。
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1.2.3 量具的保养
量具保养得好坏，会直接影响它的使用寿命和零件的测量精度。因此，量具的保养必须做到以下几点：
1)使用前必须用绒布将其擦拭干净。
2)不能用精密量具去测量毛坯或运动着的工件。
3)测量时不能用力过猛、过大，也不能测量温度过高的工件。
4)不能把量具乱扔、乱放，更不能将其当工具使用。
5)不能用污油清洗量具，更不能注入污油。
6)量具使用完后，应将其擦洗干净后涂油并放入专用的量具盒内。
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小结
1.单位换算关系：
1m=103mm=106μm=109nm
1in=25.4mm
1 =0.0174533rad=60'=360"
2.常用长度量具：
钢尺、卡钳、游标卡尺、千分尺、百分表等。
3.常用角度量具：直角尺、万能角度尺等。
1(共15张PPT)
第2章 金属材料的性能及常用工程材料
1．了解金属材料力学性能和工艺性能。
2．了解常用工程材料的分类，熟悉常用金属材料的性能、牌号及应用。
3. 了解常用非金属材料的性能、用途及前景。
学习目标
2
2.1.1 金属材料的力学性能
2.1 金属材料的性能
2
金属材料因有优良的性能而获得广泛的应用。力学性能是机械制造中最重要的使用性能，它是材料在力作用下所显示的性能，常用的有强度、塑性、硬度、韧性和疲劳强度等。
1.强度与塑性

2.1.1 金属材料的力学性能
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(1) 力—伸长曲线
即拉伸试验时拉伸力与伸长量之间的对应关系曲线，一般在拉伸试验机上自动绘出，如图2-1所示。
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2.1.1 金属材料的力学性能
试验时先将被测材料制成标准试样，如图2-2（a）所示。然后将试样夹在拉伸试验机上，慢慢增加拉伸力，试样不断变形，直至拉断为止。通过力—伸长曲线，即可得出强度指标和塑性指标，这些指标是评定金属材料力学性能的主要判据。
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2.1.1 金属材料的力学性能
(2) 强度
金属材料在静载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力称为强度。
1) 屈服强度：分为上屈服强度和下屈服强度。
上屈服强度计算公式:
式中 ReH——上屈服强度，即发生屈服而载荷首次下降前的最高应力（MPa）；
FeH——上屈服载荷，即试样发生屈服而载荷首次下降前的最高载荷，N；
S。——试样原始横截面积（mm2）。
下屈服强度的计算公式：
式中ReL——下屈服强度，是指在屈服期间的恒定应力或不计初始瞬时效应时的最低应力（MPa）， (下屈服强度与旧标准中的屈服点σs含义相同)；
FeL——下屈服载荷，是指在屈服期间的恒定载荷或不计初始瞬时效应时的最低载荷（N）；
S。——试样原始横截面积（mm2）。
2
2.1.1 金属材料的力学性能
对于无明显屈服现象的金属材料，规定用产生0.2%残余伸长时的应力作为屈服强度，可以替代ReL, 用Rr0.2表示。
材料的屈服强度是工程技术中最重要的力学性能指标之一，设计零件时常以ReL或用Rr0.2作为选用金属材料的依据。
2) 抗拉强度：
试样在拉断前所能承受的最大应力称为抗拉强度。其计算公式如下：
式中 Rm——抗拉强度（MPa）；
Fm——试样拉断前承受的最大载荷（N）；
S0——试样原始横截面积（mm2）。
材料ReL ，Rm可在材料手册中查得。
一般机件都是在弹性状态下工作，不允许有微小的塑性变形，更不允许工作应力大于Rm.。
Rm.数据较准确，也可作为零件设计和选材的依据。
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2.1.1 金属材料的力学性能
(3) 塑性指标及其意义
断后伸长率
试样拉断后，标距的伸长与原始标距的百分比称为断后伸长率，用符号A表示。其计算公式如下：
式中 A——断后伸长率（%）；
Lu——试样拉断后的标距（mm）； L0———试样的原始标距（mm）
2) 断面收缩率
试样拉断后，缩颈处横截面积的缩减量与原始横截面积的百分比称为断面收缩率，用符号Z表示。其计算公式如下：
式中 Ｚ——断面收缩率（%）；
S0——试样原始横截面积（mm2）；
S u——试样拉断后缩颈处的横截面积（mm2）。
金属材料的断后伸长率（A）和断面收缩率（Z）数值越大，表示材料的塑性越好。
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2.1.1 金属材料的力学性能
2.硬度
硬度材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。
最常用的硬度指标有：布氏硬度（HB)和洛氏硬度 (HRA-C)，布氏硬度和洛氏硬度试验原理和使用范围均不相同。
（1）布氏硬度：HB
布氏硬度值是通过布氏硬度试验确定的。
布氏硬度试验计（图2-4），测量压痕d的
大小（图2-5），查硬度表得相应的布氏硬度值。
硬度衡量：布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度等。
图2-3 HB-3000布氏硬度试验计 图2-4 布氏硬度试验
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2.1.1 金属材料的力学性能
布氏硬度应用范围和优缺点
a.应用范围：铸铁、有色金属、非金属材料。
b.优缺点： 精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。
布氏硬度用符号HBW表示，布氏硬度习惯上只定出硬度值而不注明单位。其标注方法是：符号HBW前面为硬度值，符号后面按以下顺序用数字表示试验条件：球体直径、试验力、试验力保持的时间（10～15 s不标注）。
例1: 350HBW5/750 表示用直径5mm的硬质合金球在7.355kN试验力下保持10s-15s 测定的布氏硬度值为350。
例2: 600HBW1/30/20 表示用直径1mm的硬质合金球在294.2 N 试验力下保持20s 测定的布氏硬度值为600。
布氏硬度与抗拉强度的近似关系如下：
低碳钢的Rm≈3.53HBW，高碳钢 Rm≈3.33HBW
合金钢的Rm≈3.19HBW，灰铸铁 Rm≈0.98HBW
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2.1.1 金属材料的力学性能
（2）洛氏硬度
洛氏硬度值是由洛氏硬度试验测定的。试验时，在洛氏硬度试验计（如图2-5）上，采用金刚石圆锥体或淬火钢球压头，压入金属表面，经规定保持时间后卸除主试验力，以测量的压痕深度来计算洛氏硬度值，如图2-6所示。
图2-6 洛氏硬度计 图2-7 洛氏硬度试验
实际测定时，试件的洛氏硬度值由洛氏硬度计的表盘上直接读出，材料越硬，则表盘上的示值越大。
洛氏硬度用符号HR表示。常用的A、B、C三种标尺，其中C标尺应用最为广泛。洛氏硬度表示方法如下：符号HR前面的数字表示硬度值，HR后面的字母表示不同洛氏硬度的标尺。例如45HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为45。
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2.1.1 金属材料的力学性能
（3）维氏硬度
图2-8 维氏硬度试验原理
维氏硬度在符号HV前写出硬度值。
　　维氏硬度试验因试验力小（常用49.03N），压痕浅，轮廓清晰，数值准确，试验力选择范围大（49.03~980.7N），所以可测量从很软到很硬材料的硬度，维氏硬度值之间能直接进行比较。 维氏硬度常用来测试薄片材料、金属镀层及零件表面硬化层的硬度，但试验麻烦，不宜用于成批生产的常规检验。
维氏硬度试验原理基本和布氏硬度试验相似，如图2-8所示。
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2.1.1 金属材料的力学性能
3.韧性
韧性是指金属在断裂前吸收变形能量的能力，可用来衡量金属材料抵抗冲击载荷能力。通过在金属夏比冲击试验机(图2-9)上进行测定。
图2-9 夏比冲击试验机
试样被冲断时所吸收的能量即是摆锤冲击试样所作的功，称为冲击吸收功。冲击吸收功除以试样缺口处截面积，即可得到材料的冲击韧度，用符号αK表示，单位J/cm2。
冲击韧度越大，表示材料的冲击韧性越好。
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2.1.1 金属材料的力学性能
4.疲劳的概念
在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。
疲劳破坏的宏观断口由两部分组成，即疲劳裂纹的产生及扩展区（光滑部分）和最后断裂区（粗糙部分），如图2-11所示。
疲劳破坏经常造成重大事故
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2.1.2 金属材料的工艺性能
金属材料的一般加工过程:
工艺性能是指金属材料在加工过程中是否易于加工成形的能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。
1.铸造性能
金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称为铸造性能。衡量铸造性能的主要指标有流动性、收缩性和偏析倾向等。金属材料中，以灰铸铁和青铜的铸造性能较好。
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2.1.1 金属材料的力学性能
2. 可锻性
用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为可锻性。塑性越好，变形抗力越小，金属的可锻性越好。例如黄铜和铝合金在室温状态下就有良好的锻造性能；碳钢在加热状态下锻造性能较好；铸铁、铸铝、青铜则几乎不能锻压。
3. 焊接性
焊接性是指金属材料对焊接加工的适应性，也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。如低碳钢具有良好的焊接性，高碳钢、不锈钢、铸铁的焊接性较差。
4. 切削加工性能
金属材料的切削加工性能是指金属材料在切削加工时的难易程度。切削加工性能一般由工件切削后的表面粗糙度及刀具寿命等方面来衡量。
一般认为金属材料具有适当硬度（170～230 HBW）和足够的脆性时较易切削，从材料的种类而言，铸铁、铜合金、铝合金及一般非合金钢都具有较好的切削加工性能。
所以铸铁比钢切削加工性能好，一般非合金钢比高合金钢切削加工性能好。改变钢的化学成分和进行适当的热处理，是改善钢切削加工性能的重要途径。(共32张PPT)
第2章 金属材料的性能及常用工程材料
1．了解金属材料力学性能和工艺性能。
2．了解常用工程材料的分类，熟悉常用金属材料的性能、牌号及应用。
3. 了解常用非金属材料的性能、用途及前景。
学习目标
2
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2.2 常用工程材料简介
常见工程材料的分类
金属材料是目前应用最广泛的工程材料，它包括纯金属及其合金。在工业上，把金属材料分为两大类：
一类是钢铁材料，它是指铁、锰、铬及其合金，其中以铁为基础的合金（钢和铸铁）应用最广；
另一类是非铁材料，是指除钢铁材料以外的所有金属及其合金。
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2.2.1 工业用钢
1.钢的分类(GB/T 13304-2008)
非合金钢 (碳素钢) 低碳钢（wC≤0.25%）
中碳钢（0.25%＜wC≤0.6%）
高碳钢（wC＞0.6%）
低合金钢 (钢中的每种合金元素的质量分数都处于低合金钢相应元素的界限范围内)
合金钢 (钢中的合金元素的质量分数处于合金钢相应元素的界限范围内)
(1)按化学成分分类
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2.2.1 工业用钢
1.钢的分类
(2)按主要质量等级分
非合金钢 普通质量非合金钢
优质非合金钢
特殊质量低合金钢
低合金钢 普通质量低合金钢
优质低合金钢
特殊质量低合金钢
合金钢 优质合金钢
特殊质量合金钢
2
2.2.1 工业用钢
1.钢的分类
(3)按主要性能或使用特性分类
非合金钢 以规定最高强度（硬度）为主要特性的非合金钢
以规定最低搞拉强度为主要特性的非合金钢
以限制碳含量为主要特性的非合金钢
非合金易切削钢
非合金工具钢
具有专门规定磁性或电性能的非合金钢
其他非合金钢
低合金钢 可焊接的低合金高强度结构钢
低合金耐候
铁道用低合金钢等
合金钢 工程结构用合金钢
机械结构用合金钢
不锈钢、耐蚀钢和耐热钢
工具钢
轴承钢等
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2.2.1 工业用钢
2.钢的牌号(GB/T 221-2008)
钢的牌号通常采用大写汉语拼音字母、化学元素符号、阿拉伯数字相结合的方法表示。部分钢的牌号及含义见下表：
类 别 举 例 牌号说明
碳素结构钢 和低合金结构钢 Q235AF Q235C “Q”为屈服强度“屈”字汉语拼音字首，后面的数字为屈服点；A、B、C、D，从A到D依次提高；F、b、Z、TZ分别表示沸腾钢、半镇静钢、镇静钢、特殊镇静钢。如Q235AF，表示屈服点ReL（Rr0.2）≥235 MPa，质量为A级的沸腾碳素结构钢
优质碳素结构钢和优质碳素弹簧钢 45 40Mn 两位数字表示该钢的平均碳的质量分数（万分之几），如45，表示wC=0.45%的优质碳素结构钢，“Mn”表示钢中锰的含量较高
易切削钢 Y08 Y12Pb “Y”表示易切削钢，两位数字表示该钢的平均碳的质量分数（万分之几），如Y12Pb表示wC=0.12%的易切削钢，易切削元素为Pb
合金结构钢 合金弹簧钢 20CrMnTi 60Si2Mn 前面的两位数字表示平均碳的质量分数（万分之几），元素符号表示所含合金元素，元素符号表示该元素平均质量分数（百分之几）（取整数），质量分数<1.5%时一般不标出，当平均质量分数为1.5%~2.5%,2.5%~3.5%,3.5%~4.5%,…时，合金元素后相应定成2，3 ，4，…；若为高级优质钢、特种优质钢，则在钢号后分别加“A”、“E”。如40Cr表示平均wC=0.40%、wSi=2%、wCr<1.5%的合金结构钢
碳 素工具钢 T8 T12A “T”为“碳”字的汉语拼音字首，其后的数字表示平均碳的质量分数（千分之几）。如T8表示wC=0.80%的碳素工具钢。“A”表示该碳素工具钢为高级优质碳素工具钢。
合 金工具钢 9SiCr CrWMn 前面的一位数表示钢中平均碳的质量分数（千分之几），若wC≥1%时，则不标出。合金元素的质量分数表示方法与合金结构钢相同。如Cr12，表示wC≥1%，wCr为11.5%~12.5%的合金工具钢
2
2.2.1 工业用钢
3.常用钢的主要力学性能及应用举例
类别 典型钢号 主要力学性能 应用举例
碳 素 结 构 钢 Q215 Rm≥335MPa，A≥28% ReL≥215MPa 塑性好，强度低。制造受力不大的零件，如垫圈、螺钉、螺母等
Q235 Rm≥375MPa，A≥23% ReL≥235MPa 塑性较好，强度较低。制造金属构件、钢板、钢筋、型钢、螺栓、螺母等
Q255 Rm≥410MPa，A≥21% ReL≥255MPa 有一定强度和塑性。制造小轴、销子、拉杆、链轮、链片等
优 质 碳 素 结 构 钢 20 ReL≥245MPa Rm≥410MPa， A≥25% 塑性好，易于焊接和冲压。制造受力不大的零件。如螺栓、螺母、垫圈、销子及渗碳零件等
45 ReL≥355MPa Rm≥600MPa，A≥16% 综合力学性能好，切削加工性好。可用于受力较大的零件，如主轴、齿轮、曲轴、连杆、活塞销等
65 ReL≥420MPa Rm≥695MPa，A≥10% 有较高强度、弹性和耐磨性。可用于制造弹簧、凸轮、钢丝绳、偏心轮、轧辊等
碳 素 工 具 钢 T8 淬火后硬度≥62HRC 硬度高，韧度较好。制造承受冲击的工具，如扁铲、手钳、冲头
T10 淬火后硬度≥62HRC 硬度高，韧度中等。制造不受剧烈冲击的工具，如手锯条、刨刀
T12 淬火后硬度≥62HRC 硬度高，耐磨性好，韧度低，制造不受冲击的工具，如锉刀、刮刀
（1）常用碳素钢的主要力学性能及应用举例
2
2.2.1 工业用钢
（2）常用合金钢的性能特点及应用举例
类别 典型钢号 性 能 特 点 应 用 举 例
低合金 结构钢 Q345C Q375C 有较好的塑性、韧性，较高的强度，良好的焊接性。ReL≥345MPa，A≥18% 用于制造工程构件，如压力容器、桥梁、船舶等
合金结 碳钢 20Cr 20CrMnTi 热处理后表面硬度高，60～62HRC，耐磨性好，心部韧性好，αK≥60J/cm2 用于制造汽车、拖拉机齿轮，以及重要轴类等
40Cr 热处理后有良好的综合力学性能，Rm≥980MPa、ReL≥785MPa，A≥9%, αK≥60J/cm2 用于制作各种轴类、连杆、齿轮、重要螺栓等
合金 弹簧钢 65Mn 60Si2Mn 热处理后有高屈服点(弹性好)及足够的韧性， ReL≥850MPa，αK≥25 J/cm2 用于制作各种弹簧及弹性零件
高碳铬 轴承钢 GCrl5 热处理后硬度高(62～66HRC)。耐磨性好，接触疲劳强度好 用于制作滚动轴承、丝杠等
合金工具钢 9SiCr CrWMn 热处理后硬度高(≥62HRC)。耐磨性好，有一定红硬性(300 C) 用于制作各种低速切削刀具，如丝锥、板牙、铰刀等
Crl2MoV 热处理后硬度高(58～63HRC)，耐磨性高，热处理变形小 用于制作冷作模具，如冲裁模、冷挤压模、拉丝模等
高速钢 W18Cr4V 热处理后硬度高(≥63HRC)。耐磨性好。红硬性好(600℃) 用于制作各种高速切削刀具，如铣刀、钻头、刨刀、齿轮刀具等
不锈钢 1Cr18Ni9 1Cr-13 耐蚀性好，塑性好(A≥40%) 用于制作硝酸、化工、化肥等工业设备零件，汽轮机叶片等
2
2.2.2 工程铸铁
铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金总称。
铸铁具有较低的熔点和优良的铸造性能，良好的耐磨性、吸振性、切削加工性等特点，在机械制造中有着广泛的应用。
铸铁的分类如图2-14所示。
图2-14 铸铁的分类
2
2.2.2 工程铸铁
1．灰铸铁
（1）灰口铸铁的成分为：
Wc＝2.5%~4.0%，Wsi＝1.0%~3.0%
WMn＝0.5%~1.4%，Ws≤0.15%，Wp≤0.3%。
（2）灰铸铁的性能：
1）铸造性能好；
2）减摩性能好；
3）减震性能好；
4）切削加工性能好；
5）缺口敏感性较低：
6）抗拉强度、塑性、韧性比相应的基体的钢低。
（3）牌号
灰铸铁的牌号用“HT”及数字表示，其中“HT”是“灰铁”两字汉语拼音字首，数字表示最低抗拉强度值。如，HT200,表示最低抗拉强度为200Mpa的灰口铸铁。
灰铸铁中碳主要以片状的石墨形式存在，断口呈暗灰色，是工业生产中应用最广泛的一种铸铁材料。
2
2.2.2 工程铸铁
(1) 球墨铸铁的成分
球墨铸铁与灰口铸铁相比，Wc、Wsi较高而WMn较低，对S、P的限制较严。
(2) 球墨铸铁的性能
球墨铸铁与灰铸铁相比，有较高的强度和良好的塑性与韧性。它的某些性能方面还可与钢相媲美，如屈服强度比碳素结构钢高，疲劳强度接近中碳钢。同时，它还具有与灰铸铁相类似的优良性能。
(3)牌号：
球墨铸铁的牌号用符号“QT”及其后面两组数字表示。
前一组数字表示最低抗拉强度（Rm），后一组数字表示最小断后延伸率（A）。
如QT500－07,表示抗拉强度500MPa，延伸率7％的球墨铸铁
2．球墨铸铁
球墨铸铁的石墨呈球状，因而对基体的割裂作用和引起的应力集中的倾向大大减小。
2
2.2.2 工程铸铁
(1) 可锻铸铁的性能
可锻铸铁与灰铸铁相比，强度较高，并有一定的塑性和韧度，但不能锻造。
(2)可锻铸铁的应用
可锻铸铁适于制造形状复杂、工作时承受冲出、振动、扭转等载荷的薄壁零件，如汽车、拖拉机后桥壳，转向器壳和管子接头等。
(3)牌号：
可锻铸铁的牌号由三个字母及两组数字组成。
其中前两个字母“KT”是“可铁”两字汉语拼音的首字母，第三个字母代表类别。
其后的两组数字分别表示最低抗拉强度和断后伸长率的最小值。
如KTH300-06抗拉强度大于300 MPa，断后伸长率大于6%。
3．可锻铸铁
可锻铸铁中的石墨呈团絮状。
2
2.2.2 工程铸铁
(1) 蠕墨铸铁的性能
蠕虫状石墨对基体产生的应力集中与割裂现象明显减小。因此，蠕墨铸铁的力学性能介于灰铸铁和球墨铸铁之间，而蠕墨铸铁在铸造性、导热性、减振性等方面与灰铸铁相似，都要比球墨铸铁好。切削加工性与球墨铸铁相似，比灰铸铁稍差。
(2)蠕墨铸铁的应用
主要用于制造排气管、变速箱体、活塞环、汽缸套、汽车底盘零件等。
(3)牌号：
蠕墨铸铁的牌号用“RuT”符号及其后面数字表示。“RuT”是蠕铁两字汉语拼音的首字母，其后数字表示最低抗拉强度。如RuT340表示Rm≥340MPa，A≥1.0%的蠕墨铸铁。
4．蠕墨铸铁
蠕墨铸铁大部分石墨为蠕虫状。
2
2.2.2 工程铸铁
5．合金铸铁
合金铸铁是指常规元素高于规定含量或含有其它合金元素，具有较高力学性能或明显具有某种特殊性能的铸铁。如耐磨、耐热、耐蚀铸铁等。
（2） 耐热铸铁
在铸铁中加入Al、Si、Cr等合金元素提高耐热性。
（3） 耐蚀铸铁
在铸铁中加入Al、Si、Cr、Mo、Cu、Ni等合金元素。耐蚀铸铁广泛用于化工部门，如管道、容器、阀门和泵类等。
（1）耐磨铸铁
常加入适量的Cu、Cr、Mo、W、Ni、Mn等合金元素，增加其韧性，并具有更高的硬度和耐磨性耐磨铸铁是指不易磨损的铸铁。
根据工作条件的不同，分为抗磨铸铁和减摩铸铁两类。
抗磨铸铁是在无润滑、干摩擦及抗磨粒磨损条件下工作的零件，如轧辊、犁铧和球磨机磨球等。
减摩铸铁是是在润滑条件下工作的零件，如机床导轨、汽缸套、活塞环、轴承等，其组织应为软基体上分布硬组织。
2
2.2.3 非铁金属
1．铝及铝合金
（1） 纯铝
1） 纯铝：99.9968％Al，面心立方晶格，比重小，塑性好，强度低，耐腐蚀能力强，表面易形成Al2O3， Rm＝80MPa、A＝50％、Z＝80％。
2）工业纯铝：L1～L5，数字越大，铝纯度越低。
L1：99.50％Al、L2：99.00％Al、L3：98.00％。
3）性能和用途：
密度低（2.72g/cm3），导电性和导热性好，塑性好,
抗大气腐蚀性能好，强度很低
主要用于制造电线、电缆、配制合金。
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2.2.3 非铁金属
（2） 铝合金
1）变形铝合金：
变形铝合金的塑性好，常制成板材、管材等型材，用于制造蒙皮、油箱、铆钉和飞机构件等。
按主要性能特点和用途，变形铝合金又可分为防锈铝合金（如5A02、3A21）、硬铝合金（如2A12）、超硬铝合金（如7A03、7A04）和锻铝（如2A50、2A70）。
2）铸造铝合金：
铸造铝合金力学性能虽然不如变形铝合金，但具有良好的铸造性和抗蚀性，如ZL102等，可进行各种铸造成形，生产形状复杂零件毛坯。
一般用于制造复杂及有一定力学性能要求的零件，如仪表壳体、内燃机汽缸、活塞、泵体等。
2
2.2.3 非铁金属
2．铜及铜合金
（1） 纯铜
1）纯铜：
纯铜99.95％Cu（紫铜），熔点为1083 ℃，密度为8.96 g/cm3，无磁性。塑性好，强度低，Rm＝200～250MPa、A＝35～45％，耐蚀性强。
2) 工业纯铜：T1～T5，数字越大，铜纯度越低。
T1：99.95％、T2：99.90％、T3：99.70％、T4：99.50％。
3)性能和用途
a.有良好的导电性、导热性 b.塑性高,
c.有较高的抗蚀性 d.具有抗磁性。
主要用于制造电线、电缆、配置铜合金。
2
2.2.3 非铁金属
（2） 铜合金
1）黄铜
黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金。加入适量的锌，能提高铜的强度、塑性和耐蚀性。
按其含合金元素种类，又分为普通黄铜、特殊黄铜两种。
只加锌的铜合金称为普通黄铜（如H62、H70等）。
若在普通黄铜中加入铅、铝、锰、锡、铁、镍、硅等合金元素所组成的多元合金称为特殊黄铜（如HPb59-1 、HMn58-2等）。
2）青铜 铜和锡往往伴生而成矿，因此铜锡合金是人类历史上最早使用的合金，因其外观成青黑色，所以称之为青铜。根据主加元素如锡、铝、铍、铅、硅等，分别称为锡青铜（如QSn4-3）、铝青铜(如QAl5)、铍青铜（如QBe2）及用于铸造的铸造青铜（如ZCuSn10Pb1）等。
青铜的耐磨减摩性好、耐蚀性好，主要用于制造轴瓦、蜗轮及要求减摩、耐蚀的零件等。
2
2.2.3 非铁金属
3．硬质合金
硬质合金是将一种或多种难熔金属的碳化物和起黏合作用的金属钴粉末，用粉末冶金方法制成的金属材料。
（1）硬质合金的性能特点
硬质合金的硬度高，常温下可达86～93 HRA（69～81 HRC），热硬性好，在900 ℃～1000 ℃温度下仍然有较高的硬度，抗压强度高，但抗弯强度低，韧性差。
一般将硬质合金制成一定规格不同形状的刀片，采用焊接、粘接、机械紧固等方法将其安装在机体或模具体上使用。
（2）常用的硬质合金
1）钨钴类硬质合金
主要成分为碳化钨（WC）及钴（Co）。其牌号用“YG”（“硬”、“钴”两字的汉语拼音字母字头）加数字表示，数字表示含钴量的百分数。例如：YG8，表示钨估类硬质合金，含估量为8%。
钨钴类合金刀具主要用来切削加工产生断续切屑的脆性材料，如铸铁、非铁金属、胶木及其它非金属材料。常用YG3进行精加工，YG6进行半精加工，YG8进行粗加工。
2
2.2.3 非铁金属
2）钨钴钛类硬质合金
主要成分为碳化钨WC、碳化钛TiC及钴Co。
其牌号用“YT”“硬”“钛”两字的汉语拼音字母字头）加数字表示，数字表示碳化钛的质量分数（%）。例如：YT5，表示钨钴类硬质合金，碳化钛的质量分数为5%。
硬质合金中，碳化物质量分数越多，钴的质量分数越少，则合金的硬度、热硬性及耐磨性越高，合金的强度和韧性越低，反之则相反。
钨钴钛类合金主要用来切削加工韧性材料，如各种钢。常用YT5进行粗加工，YT15进行半精加工，YT30进行精加工。
3）钨钴钽（铌）类硬质合金
这类硬质合金又称为通用硬质合金或万能硬质合金。
其牌号用“YW”（“硬”“万”两字汉语拼音字母字头）加顺序号表示，如YW1，YW2等。
通用硬质合金既可切削脆性材料，又可切削韧性材料，特别对于不锈钢、耐热钢、高锰钢等难加工的钢材，切削加工效果更好。
硬质合金中含钴量越高，其韧性越好，越适合于粗加工；反之，则适合于精加工。
2
2.2.3 非铁合金
类别 牌号 化学成分　Ｗ/% 性能
WC TiC TaC Co
钨钴类合金 YG3X 96.5 - ＜0.5 3 　适于铸铁、有色金属及其合金的精镗、精车等，亦可用于合金钢、淬火钢及钨、钼材料的精加工
YG6 94.0 - - 6 　适于铸铁、有色金属及其合金、非金属材料连续切削时的粗车，间断切削时的半精车、精车
YG8C 92.0 - - 8 　适于冲击回转凿岩机凿坚硬岩石，含坚硬夹石的切煤机齿、油井钻头、钻进坚硬岩石的冲击式钻头、冲压模具、刨刀和插刀等
YG15 85 - - 15 　适于冲击回转凿岩机凿坚硬、极坚硬岩石，在较大应力下工作的穿孔及冲压工具
钨钛钴类合金 YT5 85 5 - 10 　适于碳钢、合金钢、锻件、冲压件、铸件的表皮加工，不平整断面、间断切削时的粗车、粗刨、半精刨。粗铣、钻孔等
YT15 79 15 - 6 　适于碳钢。合金钢连续切削时半精车、精车，间断切削时小断面精车，连续面半精铣、精铣、孔精扩、粗扩等
YT30 66 30 - 4 　适于碳钢、合金钢精加工，如小断面精车、精镗、精扩等
钨钴钽（铌）类硬质合金 YW1 84～85 6 3～4 6 　适于耐热钢、高锰钢、不锈钢等难加工钢材的精加工，及一般钢材、普通铸铁、有色金属的精加工
YW2 82～83 6 3～4 8 　适于耐热钢、高锰钢、不锈钢、高级合金钢等难加工钢材的半精加工，及一般钢材、普通铸铁、有色金属的半精加工
2
2.2.4 非金属材料
在机械工程中常用的新型工程材料主要有高分子材料、工业陶瓷、复合材料等。
1．高分子材料
高分子材料是以高分子化合物为主要组分的材料，高分子材料分为天然和人工合成两大类。机械工程中常用的高分子材料主要有塑料和橡胶。
（1）塑料
名称 主 要 特 性 应 用 举 例
聚甲醛 耐疲劳性高，自润滑性和耐磨性好。但热稳定性较差，易燃烧，曝晒易老化 耐磨传动件，如无油轴承、凸轮、齿轮、运输带
聚酰胺 减摩耐磨性好，坚韧，耐疲劳、耐蚀性好。但成形收缩率大，不耐热，俗称“尼龙” 耐磨传动件，如齿轮、蜗轮、密封圈、螺钉螺母、尼龙纤维布
聚碳 酸脂 冲击韧度高，耐热耐寒稳定性好。透明，俗称“透明金属”。但自润滑和耐磨性较差 受冲击零件，如轻载齿轮、挡风玻璃、头盔、高压绝缘器件
聚四氟乙烯 耐高低温、耐蚀性、电绝缘性优异；摩擦系数极低，俗称“塑料王”。但强度较低，加工性较差 耐蚀件、减摩件、绝缘件，如管道、泵、阀门、轴承、密封圈
几种常用工程塑料的主要特性和应用举例
2
2.2.4 非金属材料
（2）橡胶
橡胶是在室温下处于高弹态的高分子材料。工业上使用的橡胶是在生胶(天然或合成的)中加入各种配合剂经硫化后制成的。
橡胶最大特点是弹性好，具有良好的吸振性、电绝缘性、耐磨性和化学稳定性。
橡胶分天然橡胶和合成橡胶。
天然橡胶有很好的综合性能，广泛用于制造轮胎、胶带、胶管等。
合成橡胶种类很多，常用的有丁苯橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶等。常用于制造机械中的密封圈、减振器、电线包皮、传动件、轮胎、胶带等，是一种以生胶为基础，适量加入配合剂而制成的高分子材料。
橡胶的弹性模量很低，伸长率很高(100％～1000％)，具有优良的拉伸性能和储能性能。此外，还有优良的耐磨性、隔音性和绝缘性
2
2.2.4 非金属材料
（1）工业陶瓷的分类
工业陶瓷是一种无机非金属材料，主要包括普通陶瓷(传统陶瓷)和特种陶瓷两类。
普通陶瓷是以天然硅酸盐矿物(如黏土、长石、石英等)为原料经过粉末冶金方法制成成品的，主要用于日用和建筑等。
2．工业陶瓷
（2）陶瓷的性能
　　1）力学性能 与金属相比，弹性模量大，硬度高，抗压强度高。但脆性大，抗拉强度低。
　　2）热性能 　熔点高、耐高温、热硬性高、热膨胀系数和热导系数小。
　　3）化学性能 化学性质非常稳定、耐腐蚀、不会发生老化。
　　4）电性能　大多数陶瓷绝缘性好。
2
2.2.4 非金属材料
(3)常用特种陶瓷
Si3N4基陶瓷球轴承
电器陶瓷
陶瓷点火针
常用特种陶瓷的名称、性能与用途见下表
2
2.2.4 非金属材料
3．复合材料
复合材料是指由两种或两种以上不同性质的材料，经人工组合而形成的新型多相材料。
　 复合材料的组成分为基体材料和增强材料。
基体材料一般强度低、刚度小、韧性好，形成几何形状并起粘结作用；
增强材料一般强度高、刚度大、较脆，起提高强度或韧性的作用。
（1）复合材料分类
按复合材料增强剂的种类和结构形式的不同，复合材料可分为层叠型复合材料、纤维增强复合材料和细粒复合材料三类。
（2）复合材料的性能
　　1）比强度、比模量高。比强度是钢的8倍，比模量是钢的4倍。
　 2）高温性能好。一般铝合金在400℃时弹性模量大幅度下降，强度也显著下降，但以碳或硼纤维增强的铝合金复合材料，在上述温度时弹性模量和强度基本不变。
　 3）化学稳定性好 选用耐腐蚀的树脂为基体，强度高的纤维为增强材料，能耐酸、碱、油脂等侵蚀。
　 4）成形工艺简单 复合材料构件可整体成形、可用模具一次成形，节省原材料和工时。
　　
此外，复合材料还有较好的减摩耐磨性、抗疲劳性、减振性、隔热性等。其缺点是抗冲击性差、不同方向上的力学性能存在较大差异构件制造时手工劳动多，质量不够稳定，成本较高。
2
2.2.4 非金属材料
(3)常用复合材料
波音飞机－复合材料机身段
玻璃钢复合材料（FRP）平台
常用复合材料的名称、性能与用途
2
2.3 力学性能实验
2.3.1 拉伸试验
拉伸试验机简介
2
2.3 力学性能实验
2.3.1 拉伸试验
20退火钢拉伸试验
2
2.3 力学性能实验
2.3.2 硬度试验
布氏硬度试验
2
2.3 力学性能实验
2.3.2 硬度试验
洛氏硬度试验
2
2.3 力学性能实验
2.3.2 硬度试验
维氏硬度试验(共22张PPT)
第3章 钢的热处理
1．了解钢的热处理概念、目的、分类。
2．熟悉钢的退火、正火、淬火、回火、调质、时效处理的方法及其应用。
3．了解热处理的新技术、新工艺及典型零件的热处理工艺过程。
学习目标
3.1 钢的热处理的的概念、目的、分类
3
1.钢的热处理的的概念
钢的热处理是采用适当的方式对固态钢材进行加热、保温和冷却，以改变其组织，从而获得预期的钢材内部组织和性能的工艺。
热处理方法很多，其共同点是：只改变内部组织结构，不改变表面形状与尺寸，而且都由加热、保温、冷却三阶段组成，如图3-1所示。
图3-1 热处理工艺曲线示意图
3.1 钢的热处理的的概念、目的、分类
3
2.钢的热处理的目的
热处理工艺，就是创造一定的外因条件（加热、保温、冷却），使金属内部组织根据其固有规律发生人们所希望的某种变化，以期满足零件所要求的使用性能之目的。
45钢在同样的温度下，采用不同冷却速度冷却时的力学性能数据。从表中可以看出：工件加热到一定温度后，当采用不同的冷却速度冷却时，将会转变为不同的组织结构，具备不同的性能。所以，冷却过程是热处理的最关键环节。
冷却方法 Rm/MPa ReL/MPa A(%) Z(%) HRC
随炉冷却 519 272 32.5 49 15～18
空气冷却 657～706 333 15～18 45～50 18～24
油中冷却 882 608 18～2 21～1 40～50
水中冷却 1078 706 7～8 4 52～60
45钢加热到840 C保温后，不同冷却条件下的力学性能
3.1 钢的热处理的的概念、目的、分类
3
3.钢的热处理的分类
热处理的目的，除了消除毛坯缺陷，改善工艺性能，以利于进行冷热加工外，更重要的是充分发挥材料潜力，显著提高力学性能，提高产品质量，延长使用寿命。
相关链接：热处理的作用
图3-2 钢的热处理的分类
常规
3.2 钢的整体热处理
3
3.2.1 退火
退火是将工件加热到适当温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
　　退火目的：
　 降低钢的硬度，细化晶粒，消除内应力，改善组织。
根据钢的成分及退火目的不同，退火可分为完全退火、球化退火、去应力退火等。
（1）完全退火
完全退火是将钢加热到一定温度后缓慢冷却的一种退火工艺。
相关链接：45钢锻件完全退火操作
（2）球化退火
球化退火是使钢中碳化物球状化而进行的退火工艺。
（3）去应力退火
去应力退火主要是为了去除由于塑性变形加工、焊接等而造成的应力和铸件内的残余应力而进行的退火。
3.2 钢的整体热处理
3
3.2.2 正火
正火是将钢件加热到一定温度，保温适当的时间后，在空气中冷却的热处理工艺。
正火的主要目的是：细化晶粒、调整硬度；消除网状碳化物，为后续加工及球化退火、淬火等做好组织准备。
正火与退火相比，所得室温组织相同，但正火的冷却速度比退火要快。 因此，正火后的组织比退火组织要细小些，钢件的强度、硬度比退火高一些。同时正火与退火相比，具有操作简便、生产周期短、生产效率较高、成本低等特点。
正火的主要应用范围：
(1)改善切削加工性。
(2)消除网状碳化物，为球化退火做好组织准备。
(3) 用于普通结构零件或某些大型非合金钢工件的最终热处理。
(4) 用于淬火返修零件，消除内应力，细化组织，以防重新淬火时产生变形和开裂。
3.2 钢的整体热处理
3
3.2.3 淬火
1．淬火介质
淬火是将钢件加热到某一温度，保温一定时间，然后在冷却介质中迅速冷却，以获得高硬度组织的一种热处理工艺。
淬火的主要目的是为了得到高硬度的组织，然后与适当的回火相配合，使工件获得所需的使用性能。
淬火和回火是紧密相联的两个工艺过程，是强化钢材、提高机械零件使用寿命的重要手段，它们通常作为钢件的最终热处理。
淬火介质是指工件进行淬火冷却时所使用的介质。生产上最常用的淬火介质有水、水溶液、油、硝盐浴、碱浴、空气等。
2. 淬火方法
(1) 单介质淬火(相关链接: )
单介质淬火是将加热好的工件直接放入一种淬火介质中冷却。一般非合金钢采用水作淬火介质，合金钢采用油作淬火介质。
(2) 双介质淬火 (双液淬火) (相关链接: )
双介质淬火是将加热好的工件后，先浸入一种冷却能力强的介质中冷却，在钢还未达到该淬火介质温度之前即取出，立即转入另一种冷却能力较弱的介质中冷却的方法。主要用于形状不太复杂的高碳钢和较大尺寸的合金钢工件。
3.2 钢的整体热处理
3
(3) 分级淬火 (相关链接: )
分级淬火是将加热好的工件，随之浸入温度稍高或稍低于（如230 C）的盐浴或碱浴中，保持适当时间，待钢件内外层温度都达到介质温度后取出空冷的一种淬火工艺。
分级淬火操作比双液淬火易于控制，能减少热应力和变形，防止开裂。分级淬火主要用于形状复杂、尺寸要求精确的小型非合金钢件和合金钢工模具。
(4) 等温淬火(相关链接: )
等温淬火是将加热好的工件，放入温度稍高于（如230 C）的盐浴或碱浴中，保温足够长的时间使其完成组织转变，获得高硬度的组织，然后再取出空冷的淬火工艺。
等温淬火处理的工件强度高、韧性和塑性好，应力和变形很小，能防止开裂。但生产周期长，生产率较低。主要用于形状复杂，且硬度与韧性都要求较高的小型工件，如各种模具、成形刃具等的淬火。
3.2 钢的整体热处理
3
在热处理过理中，由于 淬火工艺控制不当，常会产生氧化与脱碳、过热与过烧、变形与开裂、硬度不足及软点等缺陷（见教材P46页表3-2）。
5. 钢的淬火缺陷
3.2.4 回火
回火是将钢件淬硬后，再加热到某一不太高的温度（150～600℃），保温一定时间后，冷却至室温的热处理工艺。回火是紧接淬火后进行的一种热处理操作，通常也是工件进行的最后一道热处理工艺。
回火的目的是：稳定组织，使工件形状、尺寸稳定；减小或消除淬火内应力，降低脆性，获得工件所要求的力学性能。
按回火温度范围不同，钢的回火可分为低温回火、中温回火及高温回火三种。
相关链接：钢的回火操作
3.2 钢的整体热处理
3
(1）低温回火
回火温度为150～250℃。其目的是降低淬火内应力，减少脆性，保持淬火后的高硬度和高耐磨性。主要用于处理各种刃具、量具、冷作模具、滚动轴承、渗碳件和表面淬火件，回火后的硬度一般为58～64 HRC。
相关链接：低温回火的应用
(2）中温回火
回火温度为250～500℃。其目的是获得良好弹性和较高的屈服强度，并保持一定的冲击韧性。主要用于要求高弹性和足够韧性的工件，如各种弹簧、热锻模具等，回火后的硬度一般为35～45 HRC。
相关链接：中温回火的应用
(3）高温回火
回火温度为500～650℃。其目的是获得较高强度与足够的塑性和韧性，即良好的综合力学性能。高温回火一般用于要求具有较好综合力学性能的各种连接和传动结构件，如曲轴、连杆、螺栓、齿轮、轴等，回火后的硬度一般为25～35HRC。
相关链接：高温回火的应用
回火方法及其应用
3.2 钢的整体热处理
3
3.2.5 调质处理
在热处理生产中，通常将淬火加高温回火的复合热处理工艺称为调质处理，简称调质。主要用于各种重要的结构零件，特别是交变载荷下工作的连杆、螺栓、螺帽、曲轴和齿轮等。
调质处理还可做为某些精密零件如丝杠、量具、模具等的预备热处理，以减少最终热处理过程中的变形。调质钢的硬度为20～35HRC。
3.2.6 时效处理
为了消除精密量具或模具、零件在长期使用中尺寸、形状发生变化，常在低温回火后精加工前，把工件重新加热到100～150℃，保持5～20小时，这种为稳定精密制件质量的处理，称为时效处理。对在低温或动载荷条件下的钢材构件进行时效处理，以消除残余应力，稳定钢材组织和尺寸，显得尤为重要。
3.3 钢的表面热处理
3
3.3.1 表面淬火
对表里性能要求不一致的零件，生产中常采用表面热处理来解决。
表面热处理是指仅对工件表层进行热处理，以改变其组织和性能的工艺。
目前最常用的表面热处理方法是表面淬火和化学热处理。
表面热处理常用的方法是表面淬火，表面淬火是仅对工件表层进行的淬火。一般包括感应淬火、火焰淬火等。
表面淬火目的是使工件表层具有高硬度、耐磨性，而心部具有足够的强度和韧性。
感应淬火是利用感应电流通过工件所产生的热量，使工件表层、局部或整体加热并快速冷却的淬火。
1.感应淬火
3.3.1 表面淬火
3
感应表面淬火的结构如图3-3所示。
图3-3 感应表面淬火设备的结构
感应淬火因加热速度极快，表层硬度比普通淬火的高2～3 HRC，且有较好的耐磨性和较低的脆性；
加热时间短，基本无氧化、脱碳，变形小；
淬硬层深度容易控制；
能耗低，生产效率高，易实现机械化和自动化，适宜大批量生产。
感应淬火的特点:
相关链接:
(1)感应淬火的操作
(2)感应加热的基本原理
(3)感应加热的分类
3.3.1 表面淬火
3
相关链接:
(1)火焰淬火的操作
(2)火焰淬火的特点与应用
2. 火焰淬火
火焰淬火是应用氧乙炔或其它可燃气体的火焰对零件表面进行加热，随之快速冷却的工艺。
火焰淬火的特点：
火焰淬火的操作简便，不需要特殊设备，成本低；
淬硬层深度一般为2～6 mm。
但淬火质量难以控制，易产生变形与裂纹。
火焰淬火的应用：
适用于大型、小型、单件或小批量工件的表面淬火，如大模数齿轮、小孔、顶尖、凿子等。
3.3.2 化学热处理
3
相关链接:化学热化处理过程
化学热处理是一种将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入它的表层，以改变其化学成分、组织和性能的热处理工艺。
化学热处理的方法很多，包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等。但无论哪种化学热处理方法都是通过分解、吸收和扩散三个基本过程来完成的。
1.渗碳
渗碳是将钢件在渗碳介质中加热并保温，使碳原子渗入表层的化学热处理。
渗碳的目的是为了增加工件表层碳的质量分数，然后经淬火、低温回火，使工件表层具有高的硬度和耐磨性，而心部具有高的塑性、韧性和足够的强度，以满足某些机械零件如汽车发动机的变速齿轮、变速轴、活塞销等的需要。
为保证渗碳工件的性能要求，渗碳用钢一般为wC =0.1％～0.25％的低碳钢和低碳合金钢。
3.3.2 化学热处理
3
2. 渗氮
渗氮是在一定温度下使活性氮原子渗入工件表面的化学热处理工艺，又称为氮化。渗氮的目的是提高工件表层的硬度、耐磨性、热硬性、疲劳强度和抗蚀性。
渗氮用钢大多是含铬、钼、铝、钛、钒等元素的中碳合金钢，如38CrMoA1A是一种典型的氮化钢。因为这些元素与[N]的亲和力强，能形成高硬度、很稳定的氮化物，使工件在600 ℃左右工作仍能保持高硬度，即具有良好的热硬性。
相关链接:
(1)渗氮的特点
(2)化学热处理发展
3.4 热处理新技术简介
3
3.4.1 形变热处理
形变热处理是将塑性变形和热处理有机结合，以提高材料力学性能的复合工艺，是提高钢的强度和韧性的重要手段。
1. 低温形变热处理
将钢加热到较高温度，经保温后快冷到某一温度进行变形(形变强化)，然后立即进行淬火回火(通过热处理强化)的一种热处理方法。
低温形变热处理的特点是：在保证塑性和韧性不降低的条件下，能够大幅度提高强度和抗磨损能力，主要用于高速钢刀具、模具等要求高韧性的零件。
2. 高温形变热处理
将钢加热到较高温度，经保温后以较快的速度进行塑性变形(形变强化)然后立即进行淬火、回火(通过热处理强化)的一种热处理方法。
与普通热处理相比，部分材料可提高抗拉强度10％～30％；提高塑性40％～50％。一般碳钢、低合金钢均可采用这种热处理。
3
为了防止氧化脱碳的产生，生产中采用了真空热处理与可控气氛热处理。
1.真空热处理
具有无氧化、无脱碳、无污染和少变形的“三无一少”的优越性，是当代热处理的先进技术之一。它是在1.33～0.0133Pa真空度的真空介质中加热的热处理，主要包括真空淬火、真空退火、真空化学热处理等。
2.可控气氛热处理
是为达到无氧化、无脱碳或按要求增碳的目的，在成分可控的炉气中进行的热处理。
双室真空油淬气冷炉
真空热处理后的零件
可控气氛热处理生产线
3.4.2 真空热处理与可控气氛热处理
3
3.4.3 激光淬火与电子束淬火
1.激光淬火
是利用专门的激光器发出能量密度极高的激光，以极快的速度加热工件表面，自冷淬火后使工件表面强化的热处理。
2.电子束淬火
是利用电子枪发射成束电子，轰击工件表面，使之急速加热，自冷淬火后使工件表面强化的热处理。其能量的利用率大大高于激光表面热处理，可达80％。
这两种表面热处理工艺不受钢材种类限制，淬火质量高，基体性能不变，是很有发展前途的新工艺。
相关链接:激光淬火
3
3.5 热处理工艺的应用
3.5.1 热处理工序确定的一般规律
根据热处理的目的和工序位置的不同，可将其分为预备热处理和最终热处理两大类。
预备热处理(正火、退火、调质等)工序一般安排在毛坯生产之后，切削加工之前，或粗加工之后，精加工之前。
最终热处理(淬火、回火、化学热处理等)后硬度较高，除可以磨削加工外，一般不适宜其他切削加工，故其工序位置一般均安排在半精加工之后，磨削加工(精加工)之前。
在生产过程中，由于零件选用的毛坯和工艺过程不同，热处理工序会有所增减。因此，工序位置的安排必须根据具体情况灵活运用。
3
3.5.2 确定热处理工序位置的实例
1. 车床主轴的热处理
车床主轴是传递力的重要零件，它承受交变载荷，轴颈处要求耐磨，如图3-4所示。一般选用45钢制造。热处理技术条件为：整体调质处理，硬度220～250HBW，轴颈及锥孔表面淬火，硬度50～52HRC。
图3-4 CA6140型卧式车床的主轴
主轴制造工艺路线：
锻造→正火→切削加工(粗) →调质→切削加工(半精) →高频感应加热淬火→低温回火→磨削
主轴热处理各工序的作用(想-想)
3
3.5.2 确定热处理工序位置的实例
2.手用丝锥的热处理
手用丝锥是加工金属内孔螺纹的刃具。由于手动攻丝，受力不大，切速度极低，不要求有高的热硬性，故手用丝锥可选用T12A制造。下面以M16×2手用丝锥为例(见图3-5)来分析。它的热处理条件为：齿部硬度60~62 HRC，柄部硬度30~45HRC。
图3-6 手用丝椎
手用丝锥的加工工艺路线：
下料→球化退火→机械加工→淬火、低温回火→柄部处理→清洗→发兰处理→检验
热处理各工序的作用：(想-想)(共23张PPT)
第4章 铸造
1．了解铸造生产的工艺过程及其的特点和应用
2．掌握砂型造型、模样、芯盒、造型材料、熔炼、浇铸等基本概念
3.理解砂型造型的生产工艺过程
4.了解特种铸造及铸造新工艺和发展方向
学习目标
4.1 铸造基础知识
4
1．铸造及其特点
(1)铸造
是指熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属浇入型腔，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。铸件是指用铸造方法生产的金属件,如图4-1所示。
图4-1 铸造
a)铸造过程示意图 b)铸件
4.1 铸造基础知识
4
(2)铸造生产特点：
1）适用范围较广，能制造各种尺寸和形状复杂的铸件。绝大多数金属均能用铸造方法制成铸件，工业生产中常用的金属材料，如各种铸铁、非合金钢、合金钢、有色金属等都可用来铸造，有些材料(如铸铁)只能用铸造方法来制取零件，铸件的质量可以从几克到200吨以上。
2）铸件的形状与零件尺寸较接近，可节省金属材料，减少切削加工工作量。原材料来源广泛，还可利用金属废料和报废的机件；工艺设备费用少，生产周期较短，成本较低。
3）铸造工序较多，有些工艺过程难以控制，质量不够稳定，废品率较高，铸态组织晶粒粗大，力学性能较差。因此，对于承受动载荷的重要零件一般不采用铸件作为毛坯。
2．铸造方法
在铸造生产中最基本的方法是砂型铸造，除砂型以外的铸造方法统称为特种铸造，包括金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造、挤压铸造等。
4.1 铸造基础知识
4
3．铸造安全技术
（1）熔炼、浇注、型砂处理、备料人员应穿戴专用的防护工作服、帽、皮鞋及防护眼镜。
（2）混砂时，要严防铁块、铁钉等杂物混入砂中，以免造成处理设备损坏事故。
（3）砂箱堆放要平稳，搬动砂箱时要注意轻放，以防砸伤手脚。
（4）接触金属熔液、炉渣的工具和浇包，必须保持干燥。挡渣用的铁棍一定要预热，以防爆炸。
（5）往浇包内注入金属熔液时，液面与浇包上沿的距离不得小于浇包内壁高度的八分之一。以防金属液外溢伤人。
（6）所有抬浇包人的行动都要协调，抬起或放下的动作要一致。如果发现金属液飞溅甚至烫伤人时，不能将浇包随意乱丢，以免造成更大的事故。
（7）不要用手脚去接触尚未冷却的铸件。
（8）在炉料破碎或铸件清理时，要注意周围环境，防止伤人。
4.2 砂型铸造
4
1. 砂型铸造的工艺过程
砂型铸造是指用型砂紧实成型的铸造方法。
(1)砂型铸造工艺过程如图4-2所示。
图4-2 砂型铸造工艺过程
4.2 砂型铸造
4
(2)齿轮毛坯的砂型铸造过程，如图4-3所示。
图4-3 齿轮毛坯的砂型铸造过程
模样 是用来形成铸型型腔的工艺装备。
芯盒 是制造砂芯或其他种类耐火材料芯所有的装备。
4.2 砂型铸造
4
2．造型材料
制造铸型或型芯用的材料，称为造型材料。造型材料包括型砂、芯砂及涂料等。
对型砂和芯砂的性能要求
（1）强度 指型（芯）砂抵抗外力破坏的能力。足够的强度可保证砂型在制造、搬运和浇铸过程中不至于变形毁坏。
（2）耐火性 型砂承受高温作用而不软化、不熔融的能力。若型砂耐火性差，易使铸件产生粘砂缺陷。
（3）其它性能 透气性、流动性、韧性、落砂性、溃散性、退让性等。
3．造型方法
造型就是用型砂和模样制造铸型的过程。造型方法分手工造型和机器造型两大类。
一般单件和小批量生产都用手工造型。在大量生产时，主要采用机器造型。
相关链接：型砂备制过程
4.2 砂型铸造
4
（1）手工造型
全部用手工或手动工具完成的造型工序称为手工造型。
常用手工造型材料和工具
4.2 砂型铸造
4
常用手工造型方法特点及应用
1）整模造型
特点：模样为一整体，分型面为一平面，型腔在同一砂箱中，不会产生错型缺陷，操作简单。
应用：最大截面在端部且为一平面的铸件，应用较广。
2）分模造型
特点：模样在最大截面处分开，型腔位于上、下型中，操作较简单。
应用：造型较复杂，用于单件、小批生产，带有凸台，难以起模的铸件。
相关链接：连杆的整体模造型
相关链接：支承台的分模造型过程
4.2 砂型铸造
4
3）挖砂造型
特点：整体模样，分型面为一曲面， 需挖去阻碍起模的型砂才能取出 模样，对工人的操作技能要求高，生产率低。
应用：适宜中小型、分型面不平的铸件单件、小批生产。
5）活块造型
特点：将模样上阻碍起模的部分做成活动的，取出模样主体部分后，小心将活块取出。
应用：造型较复杂，用于单件、小批生产，带有凸台，难以起模的铸件。
4）三箱造型
特点：采用上、中、下三个砂箱，有两个分型面，铸件的中间截面小，用两个砂箱时取
不出模样，必须分开，操作复杂。
应用：单件小批生产，适合于中间截面小，两端截面大的铸件。
相关链接：手轮挖砂造型过程
相关链接：法兰座的三箱造型过程
相关链接：短导轨活块造型过程
1) 紧砂方法 常用的紧砂方法有：振实、压实、振压、抛砂、射压等几种型式，其中以振压式应用最广。
机器造型
4.2 砂型铸造
4
2) 起模方法 常用的起模方法有顶箱、漏模、翻转三种。上图(d）为顶箱起模方法。随着生产的发展，新的造型设备将会不断出现，使整个造型和造芯过程逐步地实现自动化。
震压式造型机结构示意图
4.2 砂型铸造
4
4.典型浇冒系统
（1）浇注系统
浇注系统是铸型上供液体金属填充型腔和冒口而开的一系列通道。
浇注系统通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成，见下图。
其作用是承接和导入金属液，控制金属液流动方向和速度，使金属液平稳地充满型腔；调节铸件各部分的温度分布；阻挡夹杂物进入型腔。
浇注系统
典型浇冒系统
（2）冒口
对于易产生缩孔的铸件，还需开设冒口。它是铸型内储存供补缩铸件用的熔融金属的空腔。它有时还起排气、集渣等作用。冒口一般开设在铸件容易产生缩孔部位的上方。
4.2 砂型铸造
4
5.熔炼
金属熔炼质量的好坏对能否获得优质铸件有着重要的影响。如果金属液的化学成分不合格，就会降低铸件的力学性能和物理性能。
金属液的温度过低，会使铸件产生冷隔、浇不足、气孔和夹渣等缺陷；
金属液的温度过高会导致铸件总收缩量增加、吸收气体过多、粘砂等缺陷；
铸造生产常用的熔炼设备有冲天炉(适于熔炼铸铁)、电弧炉(适于熔炼铸钢)、坩埚炉(适于熔炼有色金属)、感应加热炉(适于熔炼铸钢和铸铁等)。
相关链接：冲天炉铸铁的熔炼
6．合型、浇注、落砂、清理和检验
(1)合型 是指将铸型的各个组元，如上型、下型、型芯、浇口杯等组合成一个完整铸型的操作过程。
右图是两箱造型合型后的铸型结构。
一个完整的铸型主要由砂箱、型砂、型腔、浇注系统、冒口、定位销和浇口杯组成。
4.2 砂型铸造
4
相关链接：铸件落砂、清理与检验实录
(4)清理 落砂后，从铸件上清除表面粘砂、型砂(芯砂)、多余金属等操作称为清理。
(5) 检验 清理后对铸件进行检验，检验合格后成为铸件。
(2)浇注 将金属液从浇包注入铸型的操作，称为浇注。
操作时应控制浇注温度和速度。铸铁的浇注温度一般为 1250 C~1470 C
(3)落砂 是指用手工或机械使铸件和型砂(芯砂)、砂箱分开的操作过程。浇注后，必须经过充分的凝固和冷却才能落砂。
浇注
相关链接：砂型铸造主要生产工序
4.2 砂型铸造
4
7.砂型铸造的缺陷
(1)气孔
　　 特征：在铸件内部呈梨形、圆形和椭圆形的孔洞，表面一般较光滑， 大孔常孤立存在，小孔则成群出现 。
　　产生原因：型砂含水量过多，透气性差；起模和修型时刷水过多；芯子烘干不良或 芯子的通气孔堵塞；浇注温度过低或浇注速度太快 。
(2)缩孔、缩松
　 特征：多分布于铸件厚断面处，形状不规则，孔内粗糙 。
　　产生原因：铸件结构不合理，局部尺寸过大，形成热节；浇注系统和冒口的位置不对，或冒口过小；浇注温度过高或化学成分不合格，收缩率过大 。
4.2 砂型铸造
4
(3) 砂眼
　　特征：铸件内部或表面带有砂粒的孔。
　 产生原因：型砂和芯砂的强度不够；砂型和砂芯的紧实度不够；合型时砂型局部损坏；浇注系统不合理，冲坏了砂型。
(4) 粘砂
特征：铸件表面或内腔粘附着的难以清除的砂粒。
产生原因：型砂和芯砂的耐火度不够；浇注温度太高；未刷涂料或涂料太薄 。
(5) 冷隔
　　特征：铸件上未完全熔合的边缘呈圆角的缝隙。
　　产生原因：浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注时曾断流，浇注系统开设不当或内 浇道截面积太小 。
4.2 砂型铸造
4
(7)裂纹（热裂和冷裂）
　　热裂特征：铸件开裂，开裂表面氧化，外形曲折而不规则。
　　冷裂特征：铸件开裂处无氧化，裂口常穿过晶粒延伸至整个断面。
　　产生原因：硫和磷的含量高；铸件壁厚不均匀；型砂的退让性差；落砂过早 。
　 (6)浇不到
　特征：铸件残缺或轮廓不完整，常出现在薄壁处。
　　产生原因：浇注温度太低；浇注金属量不够；浇注时金属液从分型面处流出；铸件太薄；浇注速度太慢 。
相关链接：无损探伤检测法
相关链接：磁粉探伤检测录像
4.3 特种铸造
4
相关链接：特种铸造概述
特种铸造是指与砂型铸造不同的其他铸造方法。
常用的有金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造等。
金属型铸造是指在重力的作用下将熔融金属浇人金属型获得铸件的方法。
请看金属型铸造动画演示。
1.金属型铸造
相关链接：金属型铸造动画演示
2．压力铸造
压力铸造是将熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固的铸造方法。
相关链接：压铸机与压力铸造
4.3 特种铸造
4
相关链接：离心铸造与动画演示
3.离心铸造
　　离心铸造是将金属浇人绕水平、倾斜或立轴旋转的铸型，在离心力作用下凝固成铸件的铸造方法。离心铸造多用于简单的圆筒体，不用芯子形成圆筒内孔。也用于生产异形铸件。 　　
4.熔模铸造
熔模铸造是用易熔材料如蜡料制成模样，在模样上包覆若干层耐火涂料，制成型壳，熔出模样后经高温焙烧即可浇注的铸造方法。　
相关链接： 熔模铸造动画演示
4.3 特种铸造
4
4.4 铸造新技术、新工艺
4
1．造型技术的新进展
（1）气体冲压造型
这是近年来发展迅速的低噪声造型方法。
它包括空气冲击造型和燃气冲击造型两类。
（2）静压造型
静压造型的特点是消除了震压造型机的噪声污染，型砂紧实效果好，铸件尺寸精度高。
（3）真空密封造型(V法造型)
2．快速成形技术(RPT)
T技术集成了现代数控技术，CAD／CAM技术、激光技术和新型材料科学成果于一体，突破了传统的加工模式，大大缩短了产品的生产周期。
目前正在应用与开发的快速成形技术(RPT)有：
SLA(激光立体光刻成形技术)
SLS(激光粉末选区烧结成形技术)
FDM(熔丝沉积成形工艺)
LOM(分层叠纸制造成形工艺)
DSPC(直接制壳生产铸件的工艺)等
4.4 铸造新技术、新工艺
4
3、计算机在铸造中的应用
当前，计算机在铸造过程中的管理、设计、制造、测控、工艺、凝固模拟等方面得到了广泛的应用。
与传统的铸造工艺设计方法相比，用计算机设计铸造工艺有如下特点：
（1）计算准确、迅速，消除了人为的计算误差。
（2）可同时对几个系统利用铸造方案进行工艺设计和比较，从而找出较好的方案。
（3）能够储存并系统利用铸造工作者的经验，方便设计。
（4）计算结果能自动打印记录，并能绘制铸造工艺图等技术文件。
铸造工艺CAD系统总流程如图所示。
4.4 铸造新技术、新工艺
4
拟
铸造工艺CAD系统总流程(共20张PPT)
第5章 锻 压
1. 了解锻造与冲压生产的工艺过程、特点及应用。
2. 了解锻压生产所用设备（空气锤、冲床）和工具的 构造、工作原理等。
3. 熟悉自由锻造、模锻的基本工序及应用。
4. 了解冲压的基本工序及简单冲模的结构。
5. 了解锻压新技术、新工艺。
学习目标
5.1 锻压基础知识
5
锻压是对坯料施加外力，使其产生塑性变形、改变尺寸、形状及改善性能，用以制造机械零件、工件或毛坯的成形加工方法，它是锻造与冲压的总称。
锻压能改善金属组织，提高力学性能，重要零件应采用锻件毛坯。锻压不足之处是不能加工脆性材料（如铸铁）和形状毛坯。
相关链接：锻压生产
1．锻压的特点
改善金属的内部组织
节省金属
生产率高
适应性广
2．锻压的分类及应用
锻压成形
锻造
自由锻造
模型锻造
胎模锻造
板料冲压
(1)分类
5.1 锻压基础知识
5
锻压生产示意图
(2)应用:
在机械、交通、电力、电子、国防等工业中得到广泛的应用。
5.1 锻压基础知识
5
3．锻压的安全技术
（1）锻造安全技术
1) 锻造前必须仔细检查设备及工具，看楔铁、螺钉等有无松动，火钳、摔锤、铁砧、冲头等有无开裂或其他损坏现象。
2) 选择火钳必须使钳口与锻件的截面形状相适应，以保证夹持牢固。锻件应放在下抵铁中部。锻件及其他工具必须放正、放平、放稳，以防飞出。
3) 握钳时应紧握火钳尾部，严禁将钳把或其他工具的柄部对准身体正面，而应置于体侧，以免工具受力后退时戳伤身体。
4) 踏杆时脚跟不许悬空，这样才能稳定身体和灵活地操纵踏杆，不锤击时，应随即将脚离开踏杆，以防误踏出事。
5) 严禁用锤头空击下抵铁，也不许锻打过烧或已冷却的金属，以免损坏机器、金属迸溅或工件飞出。
6) 放置及取出工件，清除氧化皮时，必须使用火钳、扫帚等工具，不许将手伸入上、下抵铁之间。
7) 两人或多人配合操作时，必须听从掌钳者的统一指挥，冲孔及剁料时，司锤者应听从拿剁刀及冲子者的指挥。
5.1 锻压基础知识
5
（2）冲压安全技术
冲压操作貌似简单，但危险性很大，稍一疏忽，就会发生人身事故。因此，在操作过程中，一定要切记安全，注意下列事项：
1) 无论在运转或停车中，都不许把手或身体伸进模具中间。
2) 除连续作业外，不许把脚一直放在离合器踏板上进行操作，应每踩一下就把脚离开。
3) 当设备处于运转状态时，操作者不得离开操作岗位。
4) 操作停止时，一定要切断电源使设备停止运转。
5) 不许掀动停车状态下的压力机开关和踏动离合器踏板。
6) 最好采用工具夹持坯料或工件。
5.2 自由锻
5
自由锻是指只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的锻造方法。
1．自由锻的特点及应用
　　自由锻的适应性强，灵活性大，生产周期短，成本低。缺点是锻件尺寸精度低，加工余量大，金属材料消耗多，生产率低，劳动强度大、条件差，要求操作者的技术水平较高。
　 自由锻适合于单件、小批和大型锻件的生产。
相关链接：自由锻生产
自由锻的特点及应用
2．自由锻造设备
自由锻分手工锻和机器锻两种。机器锻是自由锻的基本方法。根据对坯料作用力的性质不同，机器锻造设备分为锻锤和液压机两大类。
(1) 自由锻常用设备
空气锤 蒸汽－空气锤 水压机
5.2 自由锻
5
(2)自由锻常用工具
相关链接：自由锻常用设备、工具与量具
5.2 自由锻
5
相关链接：自由锻的基本工序
3．自由锻的基本工序
自由锻是通过局部锻打逐步成形的，它的工序可分为基本工序、辅助工序和精整工序。基本工序是使金属产生一定程度塑性变形，以达到所需形状和尺寸的工艺过程，包括镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。
5.2 自由锻
5
4．自由锻的常见缺陷
5.3 模 锻
5
模锻是指利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法。
模锻与自由锻相比，具有生产率高，锻件尺寸精度高，表面粗糙度值小，节省金属材料和机加工工时，易于机械化，可成批大量生产。
它的缺点是模具费用昂贵，需要能力较大的专用设备。
1．锤上模锻
锤上模锻就是将模具固定在模锻锤上，使毛坯变形获得锻件的锻造方法。所使用的设备有蒸汽一空气模锻锤、无砧座锤、高速锤等，其中蒸汽一空气模锻锤应用最广泛。
相关链接：模锻生产　 模锻的种类 　锤上模锻
锻模的种类 　连杆的模锻过程　 摩擦压力机上模锻
5.3 模 锻
5
2．胎模锻
胎模锻是介于自由锻与模锻之间的锻造方法。
　　胎模锻一般先用自由锻制坯，再在胎膜中最后成形。
　　与自由锻相比，胎模锻生产率和锻件尺寸精度高、表面粗糙度值小、节省金属材料、锻件成本低。
　　与模锻相比，胎模制造简单，成本低，使用方便；但所需锻锤规格和操作者劳动强度大，生产率和锻件尺寸精度不如锤上模锻高。
相关链接：
胎模锻生产
胎模锻常用的胎模
齿轮坯的胎模锻过程
自由锻、胎模锻和模锻的选用　
　　自由锻、胎模锻和模锻的应用主要取决于生产批量、锻件尺寸、形状及生产条件。
　　一般单件小批生产采用自由锻；
　　中小批量、形状较复杂的锻件可采用胎模锻；
　　成批大量生产、形状复杂的较小锻件，可采用模锻。
5.4 板料冲压
5
使板料经分离或成形而得到制件的工艺统称为冲压。
1．板料冲压的特点及应用
　　冲压的特点是不需要对毛坯加热，是节约能源的加工方法；生产操作简单，生产率高，易实现自动化和机械化；可以制造形状复杂零件，废料较少；冲压件结构轻巧，强度、刚度和尺寸精度较高，质量稳定，互换性好。
其缺点是冲压模具结构复杂，精度要求高，制造费用高。
　　冲压只有在大批量生产条件下，才能充分显示优越性。
相关链接：板料冲压生产
2．冲压设备
冲压设备主要有剪床 、冲床 、冲模 、简单冲模 、
连续冲模 、复合冲模
5.4 板料冲压
5
左图为单柱式冲床的外形及其传动简图。
简单冲模在冲床一次行程中只完成一道工序见上图动画1。
连续冲模在冲床一次行程中，按着一定顺序，在模具的不同位置上，同时完成数道冲压工序，见上图动画2。
5.4 板料冲压
5
3. 板料冲压的基本工序
板料冲压的基本工序分为分离工序与成形工序。
（1）分离工序
分离工序是使坯料的一部分与另一部分相互分离的工序。如剪切、落料、冲孔等。
1) 剪切 是指将材料沿不封闭轮廓分离的工序。
2) 冲裁 是指利用冲模将板料以封闭的轮廓与坯料分离的一种冲压方法。
落料和冲孔都属于冲裁工序。
落料是被分离的部分为成品，而周边是废料；
冲孔是被分离的部分为废料，而周边是成品。
相关链接：落料与冲孔的区别
5.4 板料冲压
5
板料的冲裁过程如图5-15所示。冲裁时，凸模和凹模的刃口必须锋利，并且二者之间有合理的间隙。当断面质量要求较高时，应选较小的间隙；反之应加大间隙，以提高冲模寿命。
相关链接：落料与冲孔的变形过程
5.4 板料冲压
5
（2）成形工序
成形工序是指将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 是将板料、型材或管材在弯矩作用下弯成具有一定曲率和角度的成形方法。
2) 拉深 是指变形区在拉、压应力作用下，使板料(或浅的空心坯)成形为空心件(或深的空心件)的加工方法。
相关链接：拉深
相关链接：弯曲
此外，成形工序还包括翻边、胀形、缩口及扩口等工序。
5.5 锻压新技术、新工艺
5
1. 精密模锻
精密模锻是提高锻件精度和表面质量的一种先进工艺。
它可生产不便用机械加工方法制造的零件，如齿轮、叶片和航空零件等。
相关链接：精密模锻
2.高速锤锻造
　　高速锤锻造是利用高压空气或氮气发射出来的高速，使滑块带着模具进行锻造或挤压的加工方法。
　　高速锤锻造可挤压铝合金、钛合金、不锈钢、合金结构钢等材料叶片；精锻各种回转体零件，并能适用于一些高强度、低塑性、难变形金属的锻造。
3. 轧制
金属坯料在旋转轧辊的压力作用下，产生连续塑性变形，获得要求的截面形状并改变其性能的方法，称为轧制。轧制零件常用的方法有辊锻、辗环和斜轧等。
(1) 辊锻 (2) 辗环
(3) 齿轮轧制 (4) 斜轧
5.5 锻压新技术、新工艺
5
辊锻轧制
1—轧辊；2—模块；
3—零件；4—坯料。
辗环轧制
1—驱动辊；2—芯辊；
3—坯料； 4—导向辊；
5—信号辊。
热轧齿轮
1—滚轧工具；2—齿坯；
3—感应加热器。
螺旋斜轧
(a) 截面周期变化轧制；(b) 轧制钢球。
5.5 锻压新技术、新工艺
5
4. 挤压
坯料在三向不均匀压应力作用下，从模具孔口或缝隙挤出，使横截面积减小，长度增加，成为所需制品的加工方法，称为挤压。
5．拉拔
坯料在牵引力作用下通过模孔拉出，产生塑性变形而得到截面缩小、长度增加的制品的加工方法，称为拉拔，如右图所示。
拉拔模
1—模套；2—模具
6．超塑性成形
所谓超塑性是指金属在特定的组织、温度条件和变形速度下变形时，塑性比常态提高几倍到几百倍，而变形抗力降低到常态的几分之一甚至几十分之一的异乎寻常的性质。
超塑性成形的工艺特点是：金属在拉伸过程中，不产生缩颈现象；锻件晶粒组织均匀细小，整体力学性能均匀一致；金属填充模膛性能好，锻件尺寸精度高，可少用或不用切削加工，降低了金属材料的消耗。
5.5 锻压新技术、新工艺
7. 液态模锻
液态模锻是将定量的熔化金属倒入凹模型腔内，在金属即将凝固或半凝固状态下，用冲头加压，使其凝固以得到所需形状锻件的加工方法，见右图。
它是介于铸造和模锻之间的一种少无切削加工工艺。
下图显示的零件是通过液态模锻得到的，锻件质量好、晶粒细小、组织致密、壁薄、表面光洁，目前主要用于有色金属的锻造。
5
微机控制的自动化剪床　　锻造新工艺、新设备的应用
机械手控制锻压自动机　　模锻自动生产线 　 冲压生产自动线
相关链接：(共38张PPT)
第6章 焊 接
1. 了解焊接生产的工艺过程、特点、应用及焊接安全操作规程。
2．了解焊条电弧焊的设备及操作、维护的一般方法、电焊条的组成及作用，熟悉焊条电弧焊的常用工艺方法。
3、了解气焊与气割的设备及工艺过程。
4. 了解埋弧焊、二氧化碳气体保护焊、氩弧焊等焊接方法及工艺，了解焊接新技术、新工艺、新设备。
学习目标
6.1 焊接基础知识
6
1．焊接的特点及应用
焊接是指通过加热或加压（或两者并用），并且用（或不用）填充材料，使工件结合成一整体的加工方法。
(1) 减轻结构质量，节省金属材料。
(2) 能分大为小，以小拼大。
(3) 可制造双金属结构。
(4) 结构强度高，产品质量好。
(5) 生产率较高，易于实现机械化与自动化。
6.1 焊接基础知识
6
2．焊接的分类
6.1 焊接基础知识
6
3．焊接安全操作规程（阅读P81-82）
（1）预防触电的安全操作规程
（2）预防火灾和爆炸的安全操作规程
（3）预防有害气体和烟尘中毒的安全操作规程
（4）预防弧光和辐射的安全操作规程
6.2 焊条电弧焊
6
焊条电弧焊(又称手工电弧焊)是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法，如下图所示。
焊条电弧焊设备简单，操作灵活方便，适合各种条件下的焊接。
但要求操作者技术水平较高，生产率低，劳动条件差。
主要用于单件小批量生产中接碳钢、低合金结构钢、不锈钢的焊接和铸铁的补焊等。
它是利用焊条与焊件之间产生的电弧热，熔化焊条和焊件接头处，再经冷却凝固，达到原子结合的焊接过程。
相关链接：焊接生产
6.2 焊条电弧焊
6
1. 焊接电弧
(1) 焊接电弧的产生 焊接电弧是由焊接电源供给的，具有一定电压的两电极间或电极与母材间，在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。
焊接电弧的产生过程请看动画。
相关链接：焊接电弧现象
(2)电弧的组成及热量分布
　
电弧的三个区
阴极区、阳极区和弧柱区
焊接电弧的温度 C和热量分布
温度 K 热量分布
阳极区： 2600 43％
弧柱区： 6000～8000 21％
阴极区 ： 2400 36％
焊接电弧的产生过程
6.2 焊条电弧焊
6
(3) 焊接电弧的极性及应用
焊接电弧的不同区域温度是不同的，阳极区的温度要高于阴极区。采用直流弧焊机焊接有正接与反接之分（见下图）。
当把焊件接正极、焊条接负极时，称为正接法，电弧热量大部分集中在焊件上使焊件熔化速度加快，保证了足够的熔深，故多用于焊接较厚的焊件。
相反，如果焊件接负极、焊条接正极时，称反接法，适合于焊接较薄的焊件或不需要较多热量的焊件，如非铁金属、不锈钢、铸铁。
正接法
反接法
使用交流电源进行焊接时，不存在正接、反接的问题。
6.2 焊条电弧焊
6
2.焊条电弧焊设备
焊条电弧焊的主要设备是弧焊机。按焊接电流的种类不同，电焊机可以分为交流弧焊机和直流弧焊机两类。
(1) 交流弧焊机
交流弧焊机实际上是一种满足焊接要求的特殊降压变压器。焊接时，焊接电弧的电压基本不随焊接电流变化。这种电焊机结构简单，制造方便，使用可靠，成本较低，工作时噪音较小，维护、保养容易，是常用的手工电弧焊设备。但它的电弧稳定性较直流焊机差。
(2) 直流弧焊机
直流弧焊机所供给焊接电弧的电流是直流电。直流弧焊机分为两种：一种为焊接发电机，即由交流电动机带动直流发电机；别一种为焊接整流器。其特点是能够得到稳定的直流电，因此电弧燃烧稳定、焊接质量较好。与交流电焊机相比，直流弧焊机构造复杂、维修困难、噪音较大、成本高。适用于焊接较重要的焊件。
6.2 焊条电弧焊
6
3．焊条
（1）焊条的组成
是供手工电弧焊用的熔化电极，由焊芯和药皮两部分组成。
1) 焊芯 焊芯是焊条中被药皮包覆的金属芯。它起导电和填充金属的作用。焊芯用钢丝通常采用焊接专用钢丝。
常用的焊芯直径为2．5－6．0 mm，长度为 350－450 mm。
　 2）药皮 药皮是压涂在焊芯表面的涂料层。
焊条
相关链接：焊芯生产过程
药皮产生过程
6.2 焊条电弧焊
6
（2）焊条的分类、型号
1）焊条的分类
按用途焊条分为碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铸铁焊条、堆焊焊条、镍和镍合金焊条、铜和铜合金焊金、铝和铝合金焊条等。
按照焊条药皮中氧化物的性质分为酸性焊条和碱性焊条两类。
2）焊条的型号
焊条型号的编制方法按国家统一标准，根据GB/T5117-2012规定，非合金钢及细晶粒钢焊条（碳钢焊条）型号用字母“E”表示焊条类型，用其后的两位数字表示熔敷金属抗拉强度的最小值(单位为MPa)，第三位和第四位数字组合表示药皮类型、焊接位置及焊接电流。如E4303表示焊缝金属的抗拉强度Rm≥430 MPa，适用于全位置焊接，药皮类型是钛型，电流种类是交流或直流正、反接。
6.2 焊条电弧焊
6
（3）焊条选用原则
1）根据焊件的力学性能和化学成分 焊接低碳钢或低合金钢时，一般都要求焊缝金属与母材等强度；焊接耐热钢、不锈钢等主要考虑熔敷金属的化学成分与母材相当。
2）根据焊件的结构复杂程度和刚性 对于形状复杂、刚性较大的结构，及焊接承受冲击载荷、交变载荷的结构时，应选用抗裂性好的碱性焊条。
3）根据焊件的工艺条件和经济性 焊接难以在焊前清理的焊件时，可采用对锈、氧化物和油敏感性较小的酸性焊条，在满足使用性能要求的前提下，尽量选用高效率，价廉的焊条。如酸性焊条。
4. 焊条电弧焊工艺
　(1)焊接接头基本形式和坡口基本形式
1）焊接接头基本形式
　　焊条电弧焊常见的接头形式有对接接头、角接接头、Ｔ形接头、搭接接头。
6.2 焊条电弧焊
6
2)坡口基本形式
　　焊条电弧焊常用的坡口形式、尺寸及焊缝形式见下表。
　　坡口形式根据接头形式、焊件厚度及结构等按规定选用。
焊条电弧焊常用坡口形式、尺寸与标注方法
相关链接：
坡口加工方法
6.2 焊条电弧焊
6
(2) 焊缝的空间位置
　　焊接时，按焊缝在空间位置的不同可分为平焊、横焊、立焊和仰焊四种(见下图)
(a) 平焊
(b) 横焊
(c) 立焊
(d) 仰焊
相关链接：各种空间位置的焊缝的焊接操作示范
6.2 焊条电弧焊
6
(3) 焊接工艺参数的选择
为了保证焊接质量，焊接时选定的各物理量的总称叫焊接工艺参数。焊接工艺参数主要包括焊接电流、焊条直径、焊接层数、电弧长度和焊接速度等。
1）焊条直径
平焊时焊条直径与焊件厚度的关系
焊件厚度/mm ≤1.5 2 3 4～5 6～12 ＞12
焊条直径/mm 1.6 1.6～2.2 2.5～3.2 3.2～4.0 4～5 4～6
2）焊接电流
焊接电流主要根据焊条直径选择。
焊条直径/mm 1.6 2.0 2.5 3.2 4.0 5.0 5.8
焊接电流/A 25～40 40～70 50～80 90～130 160～210 200～270 260～300
各种直径焊条推荐电流值。
3）焊接速度
焊接速度一般由焊工根据焊缝尺寸和焊条特点自行掌握，不应过快或过慢，应以焊缝的外观与内在质量均达到要求为适宜。
6.2 焊条电弧焊
6
5）焊接层数
中、厚焊件焊接时必须开坡口，进行多层焊接。由于后焊的焊层对先焊的焊层有热处理作用，多层焊有利于提高焊缝的质量。
4）电弧长度
电弧长度一般不超过2－4 mm。
总之，焊接工艺参数的选择，应在保证焊接质量的条件下，尽量采用较大直径焊条和较大电流进行焊接，以提高劳动生产率。
6.2 焊条电弧焊
6
5. 焊接缺陷
焊接缺陷种类和产生原因主要如下：
（1）未焊透
　　焊接时，接头根部未完全熔透现象。
　　产生原因：
　　1）焊接电流过小。
　　2）焊速太快。
　　3）未开坡口或破口过小。
　　4）操作技术不佳。
　（2）烧穿
　
焊接过程中，熔化金属自坡口背面流出，形成穿孔的缺陷。
　 　　产生原因：
　　　1） 焊接电流过大。
　　　2）焊速过漫。
　　　3）电弧在焊缝某处停留时过长。
　　　4）焊件间隙大，操作不当 。
6.2 焊条电弧焊
6
（3）夹渣
　　焊后残留在焊缝中的焊渣。
　　产生原因：
　　　1） 焊接材料清理的不于净。
　　　2）焊接电流太小。
　　　3）焊接速度太大。
　　　4）运条不当。
（4）气孔
　　焊接时，熔池中的气泡在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴。
　　产生原因：
　　　1）熔化金属凝固太快。
　　　2）电弧太长或太短。
　　　3）焊接材料不干净。
　　　4）焊接材料化学成分不对 。
6.2 焊条电弧焊
6
（5）咬边
　　沿焊趾的母材部位产生的沟槽或凹陷。
　　产生原因：
　　　1）焊接电流过大，运条速度不合适。
　　　2）焊条角度不对，电弧长度不适当
（6）焊瘤
　　焊接过程中，熔化金属流淌到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤。
　　产生原因：
　　　1）操作不熟练，运条不当。
　　　2）电弧过长。
　　　3）立焊时，焊接电流过大。
6.2 焊条电弧焊
6
　（7）裂纹
　 在焊接应力及其他致脆因素共同作用下，焊接接头中局部地区的金属原子结合力遭到破坏而形成的新界面所产生的缝隙。
产生原因：
　　1）焊接措施和顺序不当。
　　2）焊接材料化学成分不当。
　　3）熔化金属冷却太快。
　　4）焊件设计不合理 。
　（8）未熔合
　　熔焊时，焊道与母材之间或焊道与焊道之间未完全熔化结合的部分。
　　产生原因：
　　1）同未焊透原因1、2、3。
　　2）钝边太厚，间隙过窄。
　　3）焊条直径选择不当，焊条角度不对或电弧偏吹 。
6.3 气焊与气割
6
6.3.1 气焊
气焊是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧生成的火焰为热源，熔化被焊金属和填充金属，使其形成牢固的焊接头的焊接方法。最常用的是氧乙炔焊。
气焊的原理见下图
6.3 气焊与气割
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6.3.1 气焊
气焊是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧生成的火焰为热源，熔化被焊金属和填充金属，使其形成牢固的焊接头的焊接方法。最常用的是氧乙炔焊。
气焊的原理见下图
6.3.1 气焊
6
气焊设备和工具的连接如下图所示。
1.气焊的设施
主要包括可燃气体瓶、氧气瓶、减压器、胶管、焊炬、焊丝和焊剂等。
6.3.1 气焊
6
（1）氧气与氧气瓶
（2）乙炔和溶解乙炔瓶
1) 氧气 是助燃剂，与乙炔混合燃烧时，能产生大量的热量。
氧气在高压情况下遇到油脂会有爆炸的危险。
2) 是储存高压氧气的圆柱形容器。外表为天蓝色，最高压力为14.7MPa，容积为40L，储气量约为6m3，见右图。
1）乙炔 乙炔无色、室温下极易燃的气体。纯乙炔是无臭的，但工业用乙炔由于含有硫化氢、磷化氢等杂质，而有一股大蒜的气味。
2）溶解乙炔瓶 是用于储运乙炔的装有填料的特制压力容器。外形与氧气瓶相近，表面涂以白色，并用红油漆写上“乙炔”字样，最高压力为4.7MPa，见右图。
氧气瓶
乙炔瓶
6.3.1 气焊
6
（3）减压器
减压器是将高压气体降为低压气体的调节装置，其作用是将气瓶中流出的高压气体降到需要的工作压力，并保持压力的稳定。
氧气减压器
乙炔减压器
6.3.1 气焊
6
（4）焊炬
焊炬又称焊枪，是指利用氧气和中低压乙炔作为热源，焊接或预热黑色金属或有色金属工件的工具。
焊嘴
焊炬
6.3.1 气焊
6
2. 氧乙炔焰
氧气和乙炔混合燃烧的火焰为氧乙炔焰。氧乙炔焰由焰心、内焰和外焰三部分组成。根据氧气和乙炔的比例不同，得到三种不同性质的气焊火焰。
氧气和乙炔气体的体积比为1.1~1.2
氧气和乙炔气体的体积比大于1.2
氧气和乙炔气体的体积比小于1.1
碳化焰
中性焰（正常焰）
氧化焰
6.3.1 气焊
6
3. 气焊操作工艺
（1） 焊前准备
（2） 选择焊丝
（3） 气焊熔剂
（4） 移动方向
气焊时，根据焊炬的运作方向，可分为左焊法和右焊法两种，见下图。
左焊法
右焊法
6.3.1 气焊
6
3. 气焊操作工艺
（5） 控制焊嘴倾角
6.3.1 气焊
6
4. 气焊的特点
（1） 焊接不需要电源
（2） 火焰易控制，设备简单，操作灵活。
（3）焊接变形大，焊接质量不高。
（4）生产率较低。
相关链接：气焊的定义、焊接火焰、设备、操作、特点及应用
5. 气焊的常见故障
（1） 开关处漏气或焊嘴漏气
（2） 焊嘴孔径扩大或成椭圆形
（3） 焊矩发热
（4）火焰能率调节不大，乙炔压力过低
6.3.2 气割
6
气割是指利用气体火焰将被切割的金属预热到燃点，使其在纯氧气流中剧烈燃烧，形成熔渣并放出大量的热，在高压氧的吹力作用下，将氧化熔渣吹掉，所放出的热量又进一步预热下一层金属，使其达到熔点。
金属的气割过程，就是预热、燃烧、吹渣的连续过程，其实质是金属在纯氧中燃烧的过程，而不是熔化过程。
气割常用的可燃气体是乙炔气，使用的助燃气是氧气，与气焊相同。
气割过程如下图所示。
气割操作
气割过程示意图
6.3.2 气割
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1. 割矩
割矩是气割的主要工具，可以安装和更换割嘴，以及调节预热火焰气体流量和控制切割氧流量。常用的为射吸式割矩。
气设备和工具的连接
割嘴
割矩
6.3.2 气割
6
2. 气割操作工艺
（1）预热 用预热火焰加热开始点（此时高压氧气阀是关闭的），预热时间应视金属温度情况而定，一般加热到工件表面接近熔化（表面呈橘红色）。
（2）切割 轻轻打开高压氧气阀门，开始气割。气割过程中，割炬运行速度要均匀，割炬与工件的距离要保持不变。为充分利用预热火焰和提高效率，切割时可根据被切割钢板的厚度将割嘴向后倾斜0°~30°，且钢板越薄，角度应越大，如下图所示。
6.3.2 气割
6
（3）终割 临近终点时，割嘴应向气割方向后倾一定角度，使材料下部提前被割穿。
切割至终点后，关闭切割氧气阀，同时抬起割炬，若不需继续使用，则先关闭乙炔阀，后关闭混合气调节阀。然后放松减压器的调压螺杆，关闭乙炔和氧气瓶阀。
3.气割的特点
气割设备简单，操作方便，使用范围广；所用气体、设备与工具与气焊相同，只是气焊时使用焊矩，气割时使用割矩。
4.割矩的常见故障
割矩的常见故障及排除方法与焊矩基本相同，详见表6-5。
6.4 其他焊接方法及焊接新技术简介
6
6.4.1 其他焊接方法
1. 埋弧焊
埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。
相关链接：埋弧焊动画讲解 埋弧自动焊的特点及应用实例
6.4.1 其他焊接方法
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2. 二氧化碳气体保护焊
　 二氧化碳气体保护焊是利用CO2作为保护气体的电弧焊，二氧化碳气体保护焊的原理请看动画。
（2） CO2气体保护焊的特点：
1）电流密度大、熔深大、焊速快、焊后无需清渣。
2）产生变形和裂纹的倾向小。
3）焊缝氢的质量分数低，接头抗裂性好。
二氧化碳气体保护焊的原理
相关链接：
相关链接：
二氧化碳气体保护焊的特点及应用
（1）二氧化碳气体保护焊的原理
6.4.1 其他焊接方法
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3. 氩弧焊
　氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊。按所用的电极不同，氩弧焊分为熔化极氩弧焊和不熔化极(钨极)氩弧焊两种。
氩弧焊实例
相关链接：
（1）氩弧焊的原理
熔化极氩弧焊
不熔化极(钨极)氩弧焊
6.4.1 其他焊接方法
6
（2） 氩弧焊的特点：
氩弧焊是一种明弧焊，便于操作，适宜于各种位置的焊接，电弧稳定，飞溅小，焊后无熔渣，易实现焊接机械化和自动化。
相关链接：
氩弧焊的特点及应用
此外，焊接还有电阻焊、电渣焊、钎焊等。
6.4.2 焊接新技术简介
6
相关链接：
随着社会的发展，科学的进步，新产品、新材料不断地涌现，焊接技术也正在不断地发展，进一步地完善。
为了进一步提高焊接生产率，焊接工作者研制出了各种新型焊条，如铁粉焊条、重力焊条、躺焊焊条等；在自动化方面还研制出了各种送丝方式和焊缝跟踪装置；在能源方面大力发展高能束焊接，即等离子束焊接、电子束焊接、激光束焊接等。
计算机技术在焊接中也得到了广泛的应用。实现了焊接过程(包括备料、切割、装配、焊接、检验)全过程自动化，从而提高了焊接机械化、自动化水平。
　电子束焊实例　　等离子弧焊实例　　激光焊实例
机械人点焊操作实例(共35张PPT)
第7章 金属切削加工的基础知识
1.理解金属切削运动与切削要素的相关知识。
2.熟悉车刀的主要角度及其作用，了解常用刀具材料及选用。
3.了解金属切削过程中的常见物理现象，熟悉提高切削效益途径。
学习目标
生产准备
（市场调查，购买原材料）
（铸造，锻造，焊接，冲压等）
毛坯制造
（车，铣，刨，磨，钻，镗等）
机械加工
（组装，部装，总装）
装配调试
产品定型
切削加工是指利用刀具切除被加工零件多余材料的方法，经切削加工后的零件能获得要求的尺寸精度和表面质量，是机械制造业中最基本的加工方法。
第7章 金属切削加工的基础知识
第7章 金属切削加工的基础知识
7.1 金属切削运动与切削用量要素
7
1．主运动
7.1.1 切削运动
车削运动与切削表面
切削运动指切削加工时，切削工具和工件之间的相对运动。
分为主运动和进给运动
主运动是切下切屑所需要的最基本的运动。它可以是旋转运动，也可以是直线运动。它是切削运动中速度最高、消耗功率最大的运动。任何切削过程必须有一个，也只有一个主运动。主运动的速度以Vc表示。
相关链接：金属切削主运动实例
7.1.1 切削运动
7
2、进给运动
在切削加工中为使金属层不断投入切削，保持切削连续进行，而附加的刀具与工件之间的相对运动称为进给运动。进给运动可以是一个或多个。进给运动的速度用进给量f或进给速度Vf表示。
相关链接：金属切削进给运动实例
在切削加工中，工件上产生三个不断变化的表面：
（1)待加工表面：加工时即将切除的工件表面；
（2)已加工表面：已被切去多余金属而形成的工件新表面；
（3)过渡表面：工件上切削刃正在切削的表面，并且是切削过程中不断变化着的表面。
7.1.2 切削表面
7.1.2 切削表面
7
典型切削加工的切削运动与切削表面。
典型切削加工的切削运动与切削表面
车削　b）铣削　c）刨削　d）钻削　e）磨削
1—主运动　2—进给运动　3—待加工表面　4—加工表面　5—已加工表面
7.1.3 切削用量要素
7
在切削加工中切削速度vC 、进给量f（或进给速度vf）和背吃刀量ap （切削深度）总称为切削用量三要素。见下图。
切削用量
7.1.3 切削用量要素
7
1.切削速度vC
切削速度是指切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度。若主运动为工件旋转运动，切削速度为其最大的线速度。计算公式为：
式中 vC——切削速度,(m/min)；
dw ——工件待加工表面的直径，（mm）；
n ——工件的转速，（r/min）。
若主运动为往复直线运动，如刨削、插削，则以其平均速度为切削速度，其公式为：
式中 L——工件或刀具作往复直线运动的行程长度（mm）；
n——工件或刀具每分钟往复的次数。
7.1.3 切削用量要素
7
2.进给量 f （或进给速度vf）
在主运动每转一周或每一行程时，刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，单位是mm/r（用于车削、镗削等）或mm/行程（用于刨削、磨削等）。进给量表示进给运动的速度。
相关链接： 车削进给量说明实例
3. 背吃刀量（切削深度）ap
　　指待加工表面与已加工表面的垂直距离。单位mrn。车削圆柱时：
式中 dw——工件待加工表面的直径，（mm）；
dm——工件已加工表面的直径，（mm）。
相关链接：车削切削深度说明实例
7.2 刀具的基本知识
7
切削刀具种类繁多，构造各异。其中较典型、较简单的是车刀，其它刀具的切削部分都可以看成是以车刀为基本形态演变而来，如下图所示。
下面以外圆车刀为例介绍刀具几何形状。
7.2.1 刀具切削部分的组成
7
普通外圆车刀，由刀体和刀柄两部分。刀体用于切削，刀柄用于装夹。刀具切削部分一般由三个面、两个切削刃和一个刀尖组成。
1. 三个面
前面（前刀面）Aγ：刀具上切屑流过的表面称为刀具的前面。
后面（主后刀面）Aα：刀具上与过渡表面相对的表面称为刀具的后面。
副后面（副后刀面）A α：刀具上与已加工表面相对的表面称为刀具的副后面。
2.两个切削刃
主切削刃S:前面和后面的交线为主切削刃。
副切削刃S :前面和副后面的交线为副切削刃。
3.刀尖:
主切削刃和副切削刃的交点。刀尖实际上是一段短直线或圆弧。
相关链接：刀具与工件相对位置关系
7.2.2 刀具静止参考系
7
1.基面pr：过切削刃选定点平行或垂直于刀具上的安装面（轴线）的平面，车刀的基面可理解为平行刀具底面的平面。
2.切削平面ps：过主切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。
3.正交平面po：过切削刃选定点同时垂直于基面与切削平面的平面。
上述三个平面在空间是相互垂直的。
相关链接：基面
切削平面
正交平面(主剖面)
7.2.3 车刀的几何角度
7
车刀的几何角度是在刀具静止参考系内度量的，如下图所示。
1. 在正交平面po内测量的角度
(1）前角γo：前面与基面在正交平面内测量的夹角
(2）后角αo：后面与切削平面在正交平面内的投影之间的夹角。
(3）楔角βo：前刀面与后面在正交平面内的投影之间的夹角。
γ0 +α0 +β0＝90°,它们都在正交平面中测量。
7.2.3 车刀的几何角度
7
2.在基面内测量的角度
（1）主偏角kr： 主切削刃在基面上的投影与进给运动方向的夹角。主偏角一般为正值。
（2）副偏角k′r： 副切削刃在基面上的投影与进给运动反方向的夹角。副偏角一般为正值。
（3）刀尖角εr：主、副切削刃在基面内的投影之间的夹角。
由前图可知，主偏角、副偏角和刀尖角三者之间的关系为：
kr + k′r +εr = 180°
3.在切削平面内测量的角度
刃倾角λs：在切削平面中测量的主切削刃与基面间的夹角，如前图所示。
相关链接：车刀的几何角度
刃倾角对排屑方向的影响
7.2.4 刀具材料
7
1. 对刀具切削部分材料的基本要求
　　刀具工作时，其切削部分承受着冲击、振动，较高的压力和温度，剧烈的摩擦。因此刀具材料应具备如下性能：
　　(1) 高硬度、高耐磨性　
(2)足够的强度和韧性
(3) 足够的强度和韧性
　 (4)高的热硬性
　 (5) 良好的工艺性和经济性　　
7.2.4 刀具材料
7
2. 常用刀具材料的种类　　
　　常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷以及超硬材料等。
　　机械制造中应用最广的刀具材料有高速钢和硬质合金。
　　常用刀具材料的主要性能及用途见下表：
7.2.4 刀具材料
7
3. 常用刀具的选用
（1）根据工件可加工性选用刀具
（2）根据工件的加工阶段选用
（3）根据工件加工区域的结构特点选择刀具切削部分结构
常用刀具的结构形状参考图
高速钢刀具
硬质合金刀具
7.2.4 刀具材料
7
涂层刀具
陶瓷刀具
金刚石刀具
立方碳化硼刀片
7.3 金属切削过程中的物理现象
7
7.3.1 切屑的形成及切屑类型
1.切屑的形成
切削时，在刀具切削刃的切割和前刀面的推挤作用下，使被切削的金属层产生变形、剪切滑移的过程称为切削过程，也是切屑形成的过程。
2.切屑的类型
7.3 金属切削过程中的物理现象
7
7.3.2 积屑瘤
1. 积屑瘤的形成
　　切削塑性材料时，由于切屑底面与前刀面的挤压和剧烈摩擦，使切屑底层的流动速度低于上层的流动速度，形成滞流层。当滞流层金属与前刀面之间的摩擦力超过切屑本身分子间结合力时，滞流层的部分新鲜金属就会粘附在刀刃附近，形成楔形的积屑瘤。见下图所示。
7.3.2 积屑瘤
7
2.积屑瘤对加工的影响
(1) 保护刀具
(2) 增大实际前角
(3) 影响工件表面质量和尺寸精度
表面质量恶化
一般来说，积屑瘤在粗加工时允许存在，精加工时工件的表面粗糙度和尺寸精度要求较高，必须避免产生积屑瘤。
7.3.2 积屑瘤
7
3.切削速度对积屑瘤产生的影响
(1) 切削速度较慢(5m／min以下)时，不会产生积屑瘤。
(2) 当中等切削速度(15～30m／min)时，切削温度约为300℃左右，最易产生积屑瘤。
(3) 切削速度较快(70m／min以上)时，切削温度很高，切屑底层金属变软,不会产生积屑瘤。
由此可见，在精加工时，为了避免产生积屑瘤，减小工件表面粗糙度，应用高速钢车刀低速切削(5m／min以下)，或用硬质合金车刀高速切削(70m／min以上)。
7.3.3 切削力
7
切削力的形成，是切削加工中的基本物理现象之一。在切削加工过程中，刀具上参与切削的各切削部分所产生的合力，称为总切削力F，如下图所示。
(1) 主切削力FC：是切削合力沿主运动方向的分力，垂直于基面，又称切向力。约占总功率的95％以上
(2) 进给力Ff：是切削合力沿进给运动方向上的分力，在基面内，与进给方向即工件轴线方向平行，故又称进给抗力或轴向力。进给力一般只消耗总功率的l％～5％。
(3) 背向力FP：是切削合力沿工作平面垂直方向上的分力，在基面内，与进给方向垂直，即通过工件直径方向，故又称径向力或吃刀抗力。
1. 总切削力的分解
相关链接：总切削力图解动画
主切削力图解动画
背向力图解动画
进给力图解动画
7.3.3 切削力
7
2.影响切削力的因素
（1）工件材料
影响较大的因素主要是工件材料的强度、硬度和塑性。
材料的强度、硬度越高，则屈服强度越高，切削力越大。
在强度、硬度相近的情况下，材料的塑性、韧性越大，则刀具前面上的平均摩擦系数越大，切削力也就越大。
（3）切削用量
进给量f和背吃刀量ap
进给量f和背吃刀量ap增加，使切削力Fc增加。
（2）刀具角度
对切削力影响最大的是前角。切削各种材料时，加大刀具前角都会使切削力减小。
7.3.4 切削热
7
1. 切削热的来源与传散
（1）切削热的来源：
在刀具的切削作用下，切削层金属发生弹性变形和塑性变形，这是切削热的一个来源。同时，切屑与前刀面，工件与后刀面间消耗的摩擦功，也将转化为热能，这是切削热的又一个来源。
（2）切削热的传散：切削热通过切屑、工件、刀具和周围介质传散。
　　增大刀具前角，减小主偏角；优先采用大的背吃刀量和进给量，再确定合理的切削速度；使用切削液都能减少和带走切削热，降低切削温度。
2.影响切削热的主要因素
凡是能增大切削力的因素，都使切削热增多；凡是能减小切削力的因素，都使切削热减少。另外，材料的导热性好，有利于降低切削温度。
切削热及来源动画　　切削热传散动画　　切削热的影响实例
减少切削热、降低切削温度的措施实例
相关链接：
7.3.5 刀具磨损
7
1.刀具磨损的形式
(1) 前面磨损 前面磨损是指在离主切削刃一小段距离处会形成月牙洼，故又称月牙洼磨损。
（2）后面磨损 由于加工表面和后刀面间存在着强烈的摩擦，在后刀面上毗邻切削刃的地方很快被磨出后角为零的小棱面。
(3) 前、后面磨损 在粗加工或半精加工塑性金属时，以及加工带有硬皮的铸铁件时，常发生前面和后面都磨损的情况，这种磨损形式比较常见。
车刀典型磨损形式示意图
7.3.5 刀具磨损
7
2.刀具寿命与总寿命
刀具两次刃磨之间实际进行切削的总时间，称为刀具寿命，用符号T表示，单位是min。
刀具寿命要合理确定，对于比较容易制造和刃磨的刀具，刀具寿命应低一些；反之，应高一些。
例如，硬质合金焊接车刀T=60～90min，高速钢钻头T=80～120min，硬质合金端铣刀T=120～180min，高速钢齿轮刀具T=200～300min等。
刀具总寿命与刀具寿命是有区别的，刀具总寿命是指一把新刀从投入切削起，到报废为止实际切削总时间，其中包括该刀具的多次重磨。因此，刀具总寿命等于该刀具的刃磨次数乘以刀具寿命。
影响刀具耐用度的因素很多，主要有工件材料、刀具材料、刀具几何角度、切削用量以及是否使用切削液等因素。在上述诸多因素中，切削用量中的切削速度是关键因素，为了保证各种刀具所规定的耐用度，必须合理地选择切削速度。
7.4 提高切削效益的途径
7
7.4.1 提高工艺系统的刚度
工艺系统 切削加工时由机床、刀具、夹具(用以装夹工件或引导刀具的装置)和工件所组成的统一体，称为工艺系统。
工艺系统受切削力的作用将产生变形，从而影响工件的加工精度，因此工艺系统必须有足够的刚度。
例如，车削轴类零件时用的中心架、跟刀架；机床上粗而短的主轴；粗而短的外圆车刀刀杆等。它们将会直接影响到工艺系统的刚度，影响加工质量。
7.4.2 合理选用刀具角度
1.前角γo的选择
选用前角的原则是在满足强度要求的前提下选用较大前角。例如，切削正火状态的45钢，前角一般选γo=15 ～20 ；切削经淬火的45钢，硬度大大提高，要求足够的刃口强度，常选前角γo=-5 ～-15 。
7.4.2 合理选用刀具角度
7
2.后角αo的选择
粗加工时，刀具所承受的切削力较大并伴有冲击，为保证刃口强度，后角应选小一些。
精加工时，切削力较小，切削过程平稳，为减少摩擦，后角应稍大一些。
例如，45钢工件粗车时，后角选αo=4 ～6 ；精车时后角选αo=6 ～8 。
7.4.2 合理选用刀具角度
7
主偏角的大小影响刀尖的强度、散热条件、背向力的大小等。
当工艺系统刚度好时，应选用较小的主偏角。
当工艺系统刚度差时，应选用较大的主偏角。
3.主偏角kr的选择
　主偏角功用动画图解
相关链接：
7.4.2 合理选用刀具角度
7
4.副偏角k′r的选择
副偏角的主要作用是减小副切削刃与已加工表面的摩擦。
减小副偏角有利于降低已加工表面的残留高度，降低已加工表面的表面粗糙度。外圆车刀的副偏角常取k′r=6 ～10 。
粗加工时，可取得大一些；精加工时可取得小一些。为了降低已加工表面的表面粗糙度，有时还可以磨出k′r=0的修光刃。
7.4.2 合理选用刀具角度
7
5.刃倾角λs的选择
刃倾角影响刀尖强度，并控制切屑流动的方向。
负的刃倾角使切屑流向已加工表面，正的刃倾角使切屑流向待加工表面，刃倾角为零时切屑沿垂直切削刃的方向流出。
粗车一般钢料和灰铸铁时，常取λs=0 ～-5 ，以提高刀尖强度；精车时常取λs=0 ～+5 ，以防止切屑划伤已加工表面。
　刃倾角功用动画图解
相关链接：
7.4.3 合理选用切削用量
7
切削用量vc、f、ap选择的基本原则：
（1)根据工件加工余量和粗、精加工要求，选定背吃刀量。
（2)根据加工工艺系统允许的切削力，其中包括机床进给系统、工件刚度及精加工时表面粗糙度要求，确定进给量。
（3)根据刀具耐用度，确定切削速度。
（4)所选定的切削用量应该是机床功率允许的。
实际生产中，切削用量的选取主要是根据工艺文件的规定、查手册和按操作者的实际经验来选取。
7.4.4 使用切削液
7
切削液具有冷却、润滑、清洗和防锈的作用。
合理选用切削液，能减少切削过程中的摩擦，改善散热条件，从而减小切削力、切削功率、切削温度，减轻刀具磨损，并能提高已加工表面质量与生产效率。
常用切削液有如下三种：
(1)水溶液 主要成分是水，并加入防腐剂等添加剂，冷却性能好，润滑性能差。
(2)乳化液 用乳化剂稀释而成，具有良好的流动性和冷却作用，也有一定的润滑作用，应用广泛。
低浓度乳化液用于粗车和磨削；高浓度乳化液用于精车、钻孔和铣削。
(3)切削油 主要是矿物油，少量采用动、植物油或混合油，它的润滑性能好，但冷却性能差。其主要作用是减少刀具磨损和降低工件表面粗糙度值。主要用于齿轮加工、铣削加工和攻螺纹。
7.4.5 改善工件材料的可加工性
7
工件材料切削加工性 指材料被加工成合格零件的难易程度，是一个相对的概念
1.工件材料切削加工性
2.改善工件材料切削加工性的方法
（1）改善材料的切削加工性
1）调整材料的化学成分
2）对工件进行适当的热处理
（2）改善切削加工条件
1）选择合适的刀具材料和切削用量
2）选用合适的设备和加工方法
3）选择切削加工性好的材料状态(共65张PPT)
第8章 切削加工设备及应用
1.了解金属切削机床的分类及型号编制方法，熟悉常用机床的型号。
2.了解钻、车、铣、刨、镗、磨及数控加工、特种加工的工艺特点及加工范围。
3.初步了解切削加工设备、附件、刀具、工具的性能、用途及使用方法。
学习目标
8.1 金属切削机床的分类及型号
8
1．主运动
8.1.1 机床的分类
金属切削机床的分类见下图
金属切削机床的分类及代号见下表
类别 车床 钻床 镗床 磨 床 齿轮加工机床 螺纹加工机床 铣床 刨插床 拉 床 特种加 工机床 切断机床 其他机床
代号 C Z T M 2M 3M Y S X B L D G Q
读音 车 钻 镗 磨 二磨 三磨 牙 丝 铣 刨 拉 电 割 其
8.1 金属切削机床的分类及型号
8
8.1.2 机床型号的编制方法
我国机床型号的编制，按GB/T15375-2008金属切削机床型号编制方法实施，采用汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定的规律排列组合。其型号表示方法如下：
（△）
○
（○）
△
△
△
（X△）
（○）
（ ）
其他特性代号
重大改进顺序号
主轴数或第二主参数
主轴数或设计顺序号
系代号
组代号
通用特性、结构特性代号
类代号
分类代号
△
8.1 金属切削机床的分类及型号
8
8.1.2 机床型号的编制方法
机床通用特性代号
通用特性 高精度 精密 自动 半自动 数控 加工中心 仿型 轻型 加工重型 简式 柔性加工 数显 高速
代号 G M Z B K H F Q C J R X S
读音 高 密 自 半 控 换 仿 轻 重 简 柔 显 速
例如:
8.2 钻床及其应用
8
8.2.1 钻床的应用范围及特点
1. 钻削加工的工艺范围
钻削加工的工艺范围较广，在钻床上采用不同的刀具，可以完成钻中心孔、钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪孔和锪平面等，如下图所示。
2. 钻削加工的工艺特点
(1) 刀具简单
(2) 钻头刚性较差,容易引偏
(3) 排屑困难
8
钻床的主要类型有台式钻床、以及专门化钻床等。
8.2.2 钻床
台式钻床
立式钻床
摇臂钻床
8
8.2.3 钻孔、扩孔和铰孔
1.钻孔
在钻床上用钻头在零件上加工孔的工艺方法称钻孔。
钻头的种类很多，最常用的是麻花钻。其组成与结构见图。
麻花钻由柄部、颈部及工作部分组成。
柄部是钻头的夹持部分，起传递动力的作用，有锥柄和直柄两种。
相关链接：钻孔实例
钻床加工实例
8
8.2.3 钻孔、扩孔和铰孔
2.扩孔
用扩孔钻对铸出、锻出或钻出的孔进行扩大孔径的加工方法称为扩孔。它可以校正孔轴线偏差、提高孔的质量，属半精加工方法。
扩孔比钻孔质量高，主要是扩孔钻与麻花钻的结构不同。扩孔钻有3～4个刀刃，没有横刃，刚性好，对中性好，导向性好，切削平稳。扩孔钻的形状如下图所示。
(a) 扩孔钻 (b) 扩孔
8
8.3 车床及其应用
8.3.1 车削加工的应用范围及特点
1. 车削加工的范围
在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动，进行切削加工方法称为车削加工。
车削加工是金属切削加工中的最基本的方法，在机械制造业中应用十分广泛。
8
8.3.1 车削加工的应用范围及特点
车削加工举例
车床主运动与进给运动
车外圆实例
车端面实例
车螺纹实例
车圆锥面实例
车成形面实例
8
8.3.1 车削加工的应用范围及特点
2. 车削加工的特点
（1）工艺范围广
车削加工适合于多种材料、多种表面、多种尺寸和多种精度。
（2）生产率高
加工过程中可以采用很高的切削速度，工艺系统的刚度好，可以采用很大的背吃刀量和进给量，故生产率高。
（3）公差等级范围大
根据零件的使用要求，车削加工可以获得低精度、中等精度和相当高的公差等级。
1）荒车 荒车精度一般为IT18～IT15，表面粗糙度Ra值大于80μm。
2）粗车 粗车后的尺寸精度为IT13～IT11，表面粗糙度Ra值为30～12.5μm。
3）半精车 尺寸精度要求不高的工件或精加工工序之前可安排半精车，半精车后的尺寸精度为IT10～IT8，表面粗糙度Ra值为6.3～3.2μm。
4）精车 一般作为最终工序或光整加工的预加工工序，精车后工件尺寸精度可达IT7～IT8，表面粗糙度Ra值为1.6～0.8μm。
（4）生产成本低
车刀结构简单，制造、刃磨和安装都比较方便。另外，许多车床夹具已作为附件生产，生产准备时间短，因此生产成本低。
8
8.3.2 车床
1. 车床的种类
按其用途和结构不同，可分为：卧式车床、落地车床、回转车床、转塔车床、立式车床、仿形车床、多刀车床、单轴及多轴自动车床、半自动车床、数控车床等。其中卧式车床应用最普遍。
2．CA6140型卧式车床的主要部件
8
8.3.2 车床
2．CA6140型卧式车床的主要部件
（1）床身
床身是车床的基础部件，用它支承其它部件，并保证各部件之间具有正确的相对位置和相对运动。
（2）主轴箱
主轴箱固定在床身的左上端，内部装有主轴及变速传动机构，其功用是支承主轴，并把动力经变速传动机构传递给主轴，使主轴通过卡盘等夹具带动工件转动，以实现主运动。
8
8.3.2 车床
（3）进给箱 进给箱固定在床身左端前侧，内部装有进给运动的变换机构，用于改变机动进给量的大小及加工螺纹的导程大小。
（4）溜板箱 溜板箱主要与床鞍相连，在床身前侧随床鞍一起移动，功用是把进给箱的运动传至刀架，实现机动进给或车削螺纹。
8
8.3.2 车床
（5）刀架 刀架主要用于装夹刀具，并在床鞍带动下在导轨上移动，实现纵、横向移动。
（6）尾座 尾座安装在床身 的右上端，可沿纵向导轨调整位置，它的功能主要是安装顶尖支承工件，或安装刀具进行钻孔、扩孔、铰孔等孔加工。
尾座
8
8.3.2 车床
3. 车床传动系统
　　主要由主运动传动系统和进给运动传动系统组成
　　为工作安全，由车床内的机构保证机动的纵向进给、横向进给及车螺纹三种传动路线，同一时间只能接通一种。
车床传动系统框图如下：
CA6140车床主轴的转速是：
(1)正转（24级）：10-1400转/分；
(2)反转（24级）：14-1580转/分。
CA6140车床的进给量：
(1)纵向进给速度共64级，进给量范围0.08~1.59mm/r；
(2)横向进给速度共64级，进给量范围0.04~0.79mm/r。
8
8.3.3 车刀的种类
车刀的种类很多，按它的用途，可分为外圆车刀、左偏刀、右偏刀、车孔刀、切断刀、螺纹车刀、样板刀等，如下图所示；
1－45 弯头车刀 2－90 外圆车刀 3－外螺纹车刀　4－75 外圆车刀　5－成形车刀
6－90 左外圆车刀　7－车槽刀　8－内孔车槽刀　9－内外螺纹刀　10－闭孔车刀　11－通孔车刀
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8.3.3 车刀的种类
按结构来分，有整体式、焊接式车刀、机夹重磨式车刀，如下图所示。
车槽刀与切断刀的区别
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8.3.4 车床附件
车床附件主要有卡盘、拨盘、顶尖、花盘、中心架、跟刀架等。
1. 自定心卡盘
三爪自定心卡盘（见右图）装夹工件可自动定心，不需找正，特别适合夹持横截面为圆形、正三角形、正六边形等工件。但是，三爪自定心卡盘夹持力小，传递扭矩不大，只适于装夹中小型工件。
2. 单动卡盘
四爪单动卡盘对工件的夹紧力较大。因其不能自动定心，装夹工件时必须进行仔细找正，因此，对工人的技术水平要求较高，在单件、小批量生产及大件生产中应用较多。
用卡盘装夹带孔的零件
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8.3.4 车床附件
5. 心轴
在一次装夹中加工带孔的盘套类工件的外圆和端面时，常把工件套在心轴上进行加工。心轴的种类很多，常用的有锥度心轴（图a）、圆柱心轴（图b）和可胀心轴（图c）。
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8.3.4 车床附件
6. 中心架和跟刀架
中心架与跟刀架的结构如下图所示。车削细长轴时，由于工件的刚性很差，在自重、离心力、切削力作用下会产生弯曲和振动，使加工很难进行，故需采用辅助夹紧机构中心架、跟刀架等。
使用中心架、跟刀架时，主轴转速不宜过高，并需在支承爪处加注机油润滑。
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8.4 铣床及其应用
8.4.1 铣削加工的应用范围及特点
1. 铣削加工的应用范围
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8.4.1 铣削加工的应用范围及特点
2. 铣削加工的特点
（1）生产率较高
（2）适应性好
（3）加工质量中等
（4）容屑和排屑
（5）铣削方法灵活
相关链接： 铣床加工示例
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8.4.2 铣床
1．铣床的种类
铣床的种类很多，其中升降台式铣床和龙门铣床为基本铣床。
为适应不同加工对象和不同生产类型，还派生出许多品种的铣床，如摇臂及滑枕铣床、工具铣床、仿形铣床等。除此之处还有各种专门化、专用铣床，如钻头铣床、凸轮铣床等。
2．X6132卧式万能升降台铣床
的组成及运动
(1)床身
(2)悬梁
(3)升降台
(4)床鞍
(5)工作台
(6)回转盘
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8.4.2 铣床
3．卧式万能升降台铣床的传动路线
4．X6132卧式万能升降台铣床的性能及结构特点
卧式万能升降台铣床X6132工作台三个方向均有自动进给及快速移动，并安装有撞块以控制行程。机床矩形导轨面及工作台面均经超音频淬火，经久耐磨。本机床性能优越，操作方便，适用范围广泛。
(1)机床刚性好，能承载重负荷切削。
(2)机床主轴电机功率高，变速范围广，充分发挥刀具效能，高速切削。
(3)易磨损铸件采用钒钛耐磨铸铁，重要部位采用优质合金钢，稳定耐用。
(4)X6132A卧式万能升降台铣床有完善的润滑系统。
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8.4.3 常用铣削刀具
1.按铣刀切削部分的材料分
(1) 高速钢铣刀 应用广泛，尤其适用于制造形状复杂的铣刀。
(2) 硬质合金铣刀 可用于高速切削或加工硬材料，多用作端铣刀。
2.按铣刀的用途分
有加工平面用的铣刀、加工沟槽或台阶的铣刀及加工成型表面用的铣刀等。
铣平面用铣刀
铣成形面用铣刀
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8.4.3 常用铣削刀具
铣沟槽用铣刀
铣成形沟槽用铣刀
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8.4.3 常用铣削刀具
3.按齿背形式分
分为尖齿铣刀和铲齿铣刀两大类。
尖齿铣刀
铲齿铣刀
尖齿铣刀齿背经铣削而成，后刀面是简单平面，用钝后重磨后刀面即可。
铲齿铣刀与尖齿铣刀的主要区别是具有铲制而成的特殊形状的后刀面，用钝后重磨前刀面。
成型铣刀常制成铲齿的
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8.4.4 铣削方式
铣削方式分为端铣和周铣。
1. 端铣及应用
利用铣刀端部刀齿切削的铣削方式叫做端铣。
2.周铣及应用
利用铣刀圆周刀齿切削的方式叫周铣。
端铣的表面粗糙度Ｒa值比周铣小，能获得较光洁的表面。
端铣的生产率高于周铣。
一般仅用于铣削平面，尤其是大平面。
周铣的适应性强，能铣削平面、沟槽、齿轮和成形面等。
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8.4.4 铣削方式
3.周铣时的顺铣与逆铣
(1) 顺铣 周铣时，铣刀接触工件时的旋转方向和工件的进给方向相同的铣削方式叫顺铣，如图(a)所示。
顺铣时，每齿的切削厚度由最大到零，因易造成事故，所以很少采用。
(2) 逆铣 铣刀接触工件时的旋转方向与进给方向相反的铣削方式叫逆铣，如图(b)所示。
逆铣时，每齿切削厚度由零到最大，因工作平稳，铣削加工常采用。
（a）顺铣 （b）逆铣
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8.4.5 常用铣床附件
1.回转工作台
回转工作台（也称圆转台）是铣床常用附件之一。
它的主要功用是分度扩铣圆弧曲线外形工作。
回转工作台分手动进给和机动进给两种，如下图所示。
(a)手动进给回转工作台
（b）机动进给回转工作台
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8.4.5 常用铣床附件
2.万能分度头
万能分度头的外形与组成见下图。它是分度机构，是铣床重要附件。
它主要用于加工刀具（如丝锥、铣刀等）和零件（如齿轮、螺母等）等。
摇动分度手柄，可将工件安装成需要的角度、分度和铣螺旋槽时连续地转动工件等。
FW250型号的意义是：F（分度头）；W（万能）；250（夹持工件的最大直径，mm）
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8.4.5 常用铣床附件
3．立铣头
立铣头(如下图所示)装在卧式铣床上，可以使卧式铣床起到立式铣床的作用，扩大其加工范围。
立铣头可以在垂直平面内回转360 ，其主轴与铣床主轴之间的传动比一般为1:1，故两者的转速相同。
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8.4.5 常用铣床附件
4．万能铣头
万能铣头(如下图所示)也是装在卧式铣床上使用的，它可以在相互垂直的两个垂直平面内都回转360 。
因此，它可以使铣头主轴与工作台面成任何角度，在工件的一次装夹中，可以完成工件上各个表面的铣削加工。其主轴与铣床主轴之间的传动比也是1:1。
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8.4.5 常用铣床附件
5．机床用平口虎钳
机床用平口虎钳有普通型和可倾型两种，见下图。安装时，以工作台面上的T型槽定位。
　　适用于形状简单的中小型工件。
普通式平口钳
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8.5 刨床、镗床、磨床及其应用
8.5.1 刨床及其应用
1. 刨削加工的应用范围及特点
（1）刨削加工的应用范围
刨削是平面加工的主要方法之一，能加工各类平面、沟槽和用于加工直线成形面，见右图。
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8.5.1 刨床及其应用
（2）刨削加工特点
1）加工质量
2）生产效率低
3）加工成本低
2．刨床
刨床类机床主要有牛头刨床、龙门刨床和插床三种类型。
（1）牛头刨床
相关链接：牛头刨床结构简介
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8.5.1 刨床及其应用
（2）龙门刨床
龙门刨床主要用于加工大型或重型工件上的各种平面、沟槽和各种导轨面等，见下图（a）。
（3）插床
插床的外形见下图（b）所示。插床实质上是立式牛头刨床，一般适用于单件、小批生产中工件内部表面的插削，如方孔、多边形孔或孔内键槽等。
(a) 龙门刨床
(b) 插床
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8.5.1 刨床及其应用
3．刨刀
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8.5.1 刨床及其应用
3．刨刀
相关链接：刨削加工示例
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8.5.2 镗床及其应用
1．镗削加工的应用范围及特点
镗削是利用镗刀对已有孔的加工。镗削的工艺范围见下图。
（1）镗削的应用
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8.5.2 镗床及其应用
（2）镗削的特点
1) 镗削加工灵活性大，适应性强。
2) 镗削加工操作技术要求高。
3) 镗刀结构简单，刃磨方便，成本低。
4) 镗孔可修正上一工序所产生的孔的轴线位置误差，保证孔的位置精度。
5) 镗孔时，其尺寸精度为IT7～IT6级，孔距精度可达0．015 mm，表面粗糙度Ra值为1.6～0.8μm。
2．镗床
镗床可分为卧式镗床、坐标镗床、金刚镗床和立式镗床等。其中卧式镗床是应用最广泛的一种，如右图为TP619型卧式镗床。
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8.5.2 镗床及其应用
2．镗刀
镗刀主要用于车床、镗床，一般可分为单刃镗刀和双刃镗刀两大类。
（1）单刃镗刀
单刃镗刀结构简单，制造方便，通常把焊有硬质合金的刀片或高速钢整体式镗刀头用螺钉紧固在镗杆上，夹固方式有多种形式，如下图所示。
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8.5.2 镗床及其应用
（2）双刃镗刀
双刃镗刀又称浮动镗刀，有两个对称的切削刃，是一种定尺寸刀具。双刃镗刀多做成片状镗刀块的形式，而镗刀块在镗杆上的夹固可采用楔块、螺钉、螺母等夹紧方法，见下图。
a) 镗刀结构 b)使用情况
1-刀片 2-刀块 3-调整螺钉 4-楔块 5-紧定螺钉
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8.5.3 磨床及其应用
1．磨削加工的应用范围及特点
（1）磨削加工的应用范围
磨削加工是指用砂轮以较高的线速度对工件进行加工的方法，主要在磨床上进行。一般来说，刀具切削属于粗加工或半精加工，而磨削加工属于精加工。磨削加工的主要工作如下图所示。
磨削加工范围
（a）曲面磨削；（b）外圆磨削；（c）螺纹磨削；（d）成形磨削；（e）花键磨削；（f）齿轮磨削；（g）圆锥磨削；
（h）内圆磨削；（i）无心外圆磨削；（j）刀具刃磨；（k）导轨磨削；（l）平面磨削；（m）平面磨削。
相关链接：磨削加工示例
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8.5.3 磨床及其应用
1．磨削加工的应用范围及特点
（2）磨削加工的特点
　1）可磨削硬度很高的材料
　　如硬质合金（74～82HRC），淬火钢（62～65HRC）。
　2）可获得很高的加工精度和小粗糙度值
　　磨削公差等级为IT7～IT5，Ra值为0.8～0.2μm。
　3）磨削中应用大量切削液
　　磨削速度高（约为一般切削加工的10～20倍），产生磨削热多，磨削中应使用大量切削液，以降低温度，并冲走细碎的磨屑和碎裂（脱落）的磨粒，有效地提高磨削质量和砂轮耐用度。
　 4）磨削适应性强
　　各种材料（金属、非金属、超硬材料）均能加工；各种表面均能加工；既可用于半精加工，精加工，又可用于粗加工。
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8.5.3 磨床及其应用
2．磨床
（1）磨床的种类
磨床的种类很多，最常用的有万能外圆磨床和卧轴矩台式平面磨床等。
（2）M1432万能外圆磨床的组成
M1432万能外圆磨床的外形及组成见下图。
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8.5.3 磨床及其应用
3．砂轮
砂轮是磨削的切削工具。
　　它是用结合剂把磨粒粘结在一起经焙烧而成的具有一定几何形状的多孔体，见右图。
　
（1） 影响砂轮的切削性能的因素
取决于磨料与结合剂的种类、磨料的粒度、砂轮的硬度与组织、砂轮的形状与尺寸和安全线速度等。
1)磨料 砂轮中的硬质颗粒，常用的有刚玉类(主要成分是Al2O3)和碳化物类(主要成分是SiC或BC)。
2)粒度 指磨料颗粒的大小，以粒度号(4#～240#)表示。
3)硬度 磨粒从砂轮上脱落的难易程度，硬砂轮磨粒不易脱落。
4)结合剂 起粘接磨粒的作用，常用的有陶瓷、树脂、橡胶和金属。
5)组织 磨料、结合剂和孔隙三者之间的体积比例，也表示砂轮中磨粒排列的紧密程度。
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8.5.3 磨床及其应用
（2）常用砂轮的形状、代号及用途
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8.5.3 磨床及其应用
砂轮的标记印在砂轮的端面上，其顺序是：形状代号、尺寸、磨料、粒度号、硬度、组织号、结合剂、线速度。
例如：外径300 mm，厚度50 mm，孔径75 mm，棕刚玉，粒度60，硬度L，5号组织，陶瓷结合剂，最高工作线速度35 m/s的平形砂轮，其标记为：
砂轮1-300×50×75-A60L5V-35 m/s GB 2484-94
（3）砂轮的标记
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8.6 数控机床及其应用
　 数控机床是利用数控技术，通过一定格式的指令代码和数控装置来实现自动控制的机床。
1.数控机床组成
控制介质、数控装置、伺服系统和机床本身四部分组成。
2.数控机床的分类
开环控制系统
闭环控制系统
半闭环控制系统
按控制方式
按控制轨迹
点位控制
直线控制
轮廓控制
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8.6 数控机床及其应用
3.数控机床特点及应用
加工精度高、质量稳定、生产率高、劳动强度低、但系统复杂、价格高、维修复杂。
适用于小批量、多品种、结构较复杂、精度要求较高、频繁改型的零件试制生产。
4.典型数控机床
（1）数控车床
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8.6 数控机床及其应用
（2）数控铣床
（3）加工中心
相关链接： 数控卧式加工中心
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8.7 特种加工简介
特种加工是直接利用电能、化学能、声能、光能、热能等或与机械能组合的形式去除工件上多余材料的加工方法。
与传统的切削加工相比具有许多特点：
（1）在加工过程中工具与工件之间没有显著的切削力；
（2）加工用的工具材料硬度可以低于被加工材料的硬度；
（3）能用简单的运动加工出复杂的型面。
目前用于生产的特种加工方法主要有：电火花加工、电解加工、超声加工、激光加工、电子束加工、离子束加工、化学加工、液力加工等。
8.7.1 电火花加工
1. 电火花加工的原理
电火花加工是利用工具电极和工件电极间瞬时放电所产生的高温来熔蚀工件表面的材料，也称为放电加工或电蚀加工。
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8.7.1 电火花加工
电火花加工
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8.7.1 电火花加工
2. 电火花加工的特点
3．电火花加工的应用
电火花加工的应用范围较广，它可以进行孔加工和线电极切割等。
（1）穿孔加工
（2）型腔加工
（3）线电极切割
电火花加工精度高，表面粗糙度Ra值0.8～1.6μm。
　　它在冲模的凹模、拉丝模、圆形小孔窄缝小而深的孔的加工中得到广泛应用。
线切割加工
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8.7.2 电解加工
1. 电解加工原理
电解加工原理示意图
电解加工成形原理
电解加工是利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学腐蚀将工件加工成形，又称电化学加工。 　　
电解加工的工具（阴极）不发生溶解，可长期使用。可在一个工序内完成复杂形状的加工。
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8.7.2 电解加工
2. 电解加工特点及应用
（1)加工范围广。
（2)生产效率高，约为电火花加工的5～10倍。
（3）可以达到较小的表面粗糙度（Ra1.25～0.2μm）和0.2mm左右的平均加工精度，且不产生毛刺。
（4)加工中无热作用及机械切削力的作用，加工面不产生应力、变形及变质层。
（5)加工中阴极工具在理论上不会损耗，可长期使用。
电解加工已成功应用到炮管膛线、整体叶轮（见上图）、锻模型胶及花键、齿轮、异形孔等复杂型面、型孔的加工中。
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8.7.3 超声加工
1. 超声加工的工作原理
超声波加工是利用超声频振动的工具，使磨料撞击和抛磨工件，进行成形的一种加工方法。
超声加工原理示意图
复合加工专用超声发生器
旋转超声波加工系统
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8.7.3 超声加工
2. 超声加工的特点及应用
超声波加工主要靠磨粒作用去除工件材料，加工设备较简单，操作及维护方便。
　　加工精度可达0.02μm，表面粗糙度 Ra值达1.25～0.1μm。
　　超声波加工广泛用于各种超硬脆材料，特别是不导电的非金属材料的加工。
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8.7.4 激光加工
1. 激光加工的工作原理
激光加工是利用能量密度很高的激光束使工件材料熔化、蒸发和气化而予以去除的高能束加工。
激光加工的基本设备包括电源、激光器、光学系统及机械系统等四部分，如下图所示。
激光加工原理示意图
多功能激光加工系统
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8.7.4 激光加工
2. 激光加工的特点及应用
　 激光加工属非接触加工，无刀具损耗，热影响区域小，热变形也小。激光束传递方便，易于控制，可加工各种形状和尺寸的工件。
　　激光加工最小孔径达φ0.001mm，孔的深径比达50～100。
　　激光加工装置较简单，便于与机器人、自动检测和计算机数字控制技术相结合，实现高效自动化打孔、切割、焊接和热处理等。
陶瓷·Φ0.5mm孔·激光打孔
弹簧钢片·激光切割
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8.7.5 电子束加工及离子束加工
1. 电子束加工
（1）电子束加工的原理
电子束加工装置的基本结构如右图所示。它由电子枪、真空系统、控制系统和电源等部分组成。
在真空条件下，将具有很高速度和能量的电子射线聚焦（一次或二次聚焦）到被加工材料上，电子的动能大部分转变为热能，使被冲击部分材料的温度升高至熔点，瞬时熔化、气化及蒸发而去除，达到加工目的，这就是电子束加工原理。
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8.7.5 电子束加工及离子束加工
（2）电子束加工的特点及应用
1）加工中电子束的压力很微小，主要靠瞬时蒸发，所以工件产生的应力及应变均甚小。
2）电子束加工是在真空度为1.33×10-1～1.33×10-3Pa的真空加工室中进行的，加工表面无杂质渗入，不氧化，加工材料范围广泛，特别是适宜加工易氧化的金属和合金材料以及纯度要求高的半导体材料。
3）电子束的强度和位置比较容易用电、磁的方法实现控制，加工过程易实现自动化，可进行程序控制和仿形加工。
电子束加工也有一定的局限性，一般只用于加工微孔、窄缝及微小的特性表面，而且，因为它需要有真空设施及数万伏的高压系统，设备价格较贵。
由于在极小的面积上具有高能量（能量密度可达106～109W/cm2），故可加工微孔、窄缝等，其生产率比电火花加工高数十倍至数百倍。此外，还可利用电子束焊接高熔点金属和用其它方法难以焊接的金属，以及用电子束炉生产高熔点高质量的合金及纯金属。
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8.7.5 电子束加工及离子束加工
2. 离子束加工
离子束加工原理与电子束加工类似，也是在真空条件下，把氩（Ar）、氪（Kr）、疝（Xr）等惰性气体，通过离子源产生离子束并经过加速、集束、聚焦后，投射到工件表面的加工部位，以实现去除加工。所不同的是离子的质量比电子的质量大千万倍。
由于离子的质量大，故离子束加速轰击工件表面，比电子束具有更大的能量。
根据离子束产生的方式和用途不同，产生离子束流的离子源有多种形式，常用的有考夫曼型离子源和双等离子管型离子源。
离子束加工具有易于精确控制，加工所产生的污染少、应力小和变形小的特点，特别适合于加工易氧化的金属、合金和半导体材料等。(共43张PPT)
第9章 零件生产过程的基础知识
1.了解零件生产过程、生产类型及其工艺特点，能识读生产工艺卡。
2. 熟悉典型表面的加工方案和定位基准的选择方法。
3.了解典型工件的加工工艺。
学习目标
9.1 生产过程的基本理论
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1．生产纲领与生产类型
(1) 生产纲领
指企业在计划期内应当生产的产品产量和进度计划。
　 零件的生产纲领指包括备品和废品在内的零件的生产量。
（2）生产类型
生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。一般分为单件生产、批量生产及大量生产三种生产类型。
9.1 生产过程的基本理论
9
2．生产过程与工艺过程
（1） 生产过程
指将原材料转变为成品的全过程。生产过程包括原材料运输和保存、生产准备工作、毛坯制造、毛坯加工、热处理、检验、装配、调试，以及表面涂层加工和包装等。
生产过程大致可分为三个阶段，即毛坯制造、零件加工和产品装配。
　
（2） 加工工艺过程
所谓“工艺”，就是制造产品的方法，加工工艺过程是生产过程的主要部分，是指生产过程中由零部件毛坯准备开始，到零部件的成品为止的过程。
机械加工工艺过程是利用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量，使其转变为成品的过程。简称为工艺过程。
它包括毛坯制造工艺过程、热处理过程、机械加工工艺过程、装配工艺过程等。
9.1 生产过程的基本理论
9
生产过程与工艺过程的关系
9.1 生产过程的基本理论
9
3．工艺过程的组成
工艺过程就是由一个或若干个顺序排列的工序组成。
每个工序又分为若干个安装、工位、工步、进给，如下图所示。
工艺过程
工序1
工序2
…...
安装1
安装2
…...
工位1
工位2
…...
工步1
工步2
…...
进给1
进给2
…...
（1）工序
一个（或一组）工人，在一个工作地点（或一台机床上），对一个（或一组）零件连续加工所完成的那部分工艺过程，称为工序。
9.1 生产过程的基本理论
9
划分工序的主要依据是工作地是否变动和工作是否连续。
如图9-3所示阶梯轴，当加工数量较少时，其工序划分按表9-2进行；
当加工数量较大时，其工序划分按表9-3进行。
9.1 生产过程的基本理论
9
工序号 工 序 内 容 设 备
1 车端面，钻中心孔 车床
2 车外圆，切槽和倒角 车床
3 铣键槽，去毛刺 铣床
4 磨外圆 磨床
工序号 工 序 内 容 设 备
1 两边同时铣端面,钻中心孔 铣端面钻中心孔机床
2 车一端外圆,切槽和倒角 车床
3 车另一端面,切槽和倒角 车床
4 铣键槽 铣床
5 去毛刺 钳工台
6 磨外圆 磨床
表9-3 大批量生产的工艺过程
表9-2单件小批生产的工艺过程
从以上加工轴的工序安排，我们可以看到同一零部件生产数量不同，加工工艺是不同的。
9.1 生产过程的基本理论
9
（2）安装
使工件在机床或夹具中占有正确位置的过程称为定位。
工件定位后将其固定不动的过程称为夹紧。
将工件在机床或夹具中定位、夹紧的过程称为安装。
在一道工序中，工件可能被安装一次或多次，才能完成加工。
工件在加工中，应尽量减少安装次数，因为多一次安装，就会增加安装时间，还会增加定位和夹紧误差。
（3）工位
工件在机床上所占据的每一个待加工位置称为工位。
装夹工件
钻孔
扩孔
铰孔
多工位加工
9.1 生产过程的基本理论
9
（4）工步
在一个工序中，当加工表面不变、切削工具不变、切削用量中的进给量和切削速度不变的情况下所完成的那部分工艺过程称为工步。
以上三种因素中任一因素改变后，即成为新的工步。一个工序可以只包括一个工步，也可以包括几个工步。
对于那些连续进行的若干个相同的工步，通常都看作一个工步，见右图。
简化相同工步的实例
为了提高生产率，用几把刀具或复合刀具同时加工几个表面，这也可看作一个工步，称为复合工步。
（5）进给
在一个工步中，若所需切去的金属层很厚，可分为几次切削，每一次切削，称为一次进给 。
如表9-3铣端面、钻中心孔，每个工位都是用两把刀具同时铣两端面或钻两端中心孔，它们都是复合工步。
9.1 生产过程的基本理论
9
4．工艺设备和工艺装备
工艺设备简称设备，是完成生产工艺过程的主要生产装置，如各种机床、加热炉等。
工艺装备简称工装，是指完成产品制造过程中所用的各种工具的总称，如刀具、夹具、量具等。
5．定位基准的选择
（1）粗基准的选择原则
1） 以工件上某些要求余量小而均匀的重要表面为粗基准，如右图。
9.1 生产过程的基本理论
9
2） 选择不需加工的表面为粗基准。如图9-7所示。
3）粗基准的选择应能保证合理分配各加工表面的余量。一般选择毛坯上余量最小的表面作粗基准，如图9-8所示。
4）作为粗基准的表面，应尽量平整光洁，有一定面积，以使工件定位准确、夹紧可靠。
9.1 生产过程的基本理论
9
5）粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。如图9-9所示。
9.1 生产过程的基本理论
9
（2）精基准的选择的原则
1）基准重合的原则：即选用设计基准作为定位基准。
2）基准统一原则：精基准应选择同一个（或一组）定位基准来加工尽可能多的表面。
3）互为基准原则：有些零件采用互为基准反复加工的原则。
4）自为基准原则：对于零件上的重要表面的精加工，必须选加工表面本身作为基准。
另外，为保证零件定位准确、夹紧可靠，还应使夹具结构简单，操作方便。
9.2 生产工艺卡
9
9.2.1 机械加工工艺规程
机械加工工艺规程是指规定工件机械加工工艺过程和操作方法等的工艺文件。
常用的机械加工工艺规程有以下三种形式：
工艺过程综合卡、机械加工工艺卡、机械加工工序卡
9.2.2 识读机械加工工艺规程
1. 识读机械加工工艺卡
机械加工工艺卡是以工序为单位，简要说明工件加工过程的工艺文件。主要用于批量生产管理，作为生产准备、编制生产计划和组织生产的依据等。
下面以传动齿轮（图9-10所示）为例，识读卡中所反映的内容，了解工件的整个加工工艺过程。
9.2.2 识读机械加工工艺规程
9
图9-10 传动齿轮
9.2.2 识读机械加工工艺规程
9
9.2.2 识读机械加工工艺规程
9
从表9-4中可以看出，机械加工工艺卡中的内容有毛坯的选择、具体的加工工艺过程、机床和工艺装备、各工序的工时确定等内容。
9.2.2 识读机械加工工艺规程
9
识读机械加工工艺卡的步骤：
（1）识读表头
（2）识读毛坯信息 材料为40Cr，锻件毛坯。
（3）识读加工工艺过程 共14道工序
（4）各表面加工方案
9.2.2 识读机械加工工艺规程
9
（5）机床和工艺装备 各道工序所使用的设备均为通用机床、通用工量具
（6）工时定额 一般根据各工序余量和工序加工精度要求确定工时定额。
2. 识读机械加工工序卡
机械加工工序卡片是针对机械加工工艺过程卡中的某一道工序制订的，以表9-4传动齿轮的机械加工艺卡中的第5道工序为例来说明，其工序卡见表9-7所示。
在这张卡片上，要画出工序简图，注明该工序每一道工步的内容、工艺参数、操作要求以及工艺装备等，一般在大量生产和成批生产中应用，主要用来指导工人进行生产。
9.2.2 识读机械加工工艺规程
9
机械加工工序卡片是针对机械加工工艺过程卡中的某一道工序制订的，以表9-4传动齿轮的机械加工艺卡中的第5道工序为例来说明，其工序卡见表9-7所示。
9.2.2 识读机械加工工艺规程
9
（续）
9.2.2 识读机械加工工艺规程
9
识读机械加工工序卡片步骤
（1）识读表头 弄清加工工序的内容
（2）识读工序简图 弄清本工序的主要任务及要求，确定定位基准。
（3）识读工步内容和要求 弄清该工序详细加工内容，共6个工步。
（4）识读设备和工艺装备 弄清加工设备及所用的刀具、工具、量具。
（5）识读工艺参数 弄清工艺装备及切削用量和进给次数等内容
9.3 典型表面的加工方法
9
1．外圆面表面加工
主要的加工方法是车削和磨削等。
表9-8　外圆柱面的加工方案
序号 加 工 方 案 公差等级 粗糙度Ra值/μm 适用范围
1 粗车 IT11～IT13 12.5～50 适用于淬火钢以外的各种金属
2 粗车-半精车 IT8～IT10 3.2～6.5
3 粗车-半精车-精车 IT7～IT8 0.8～1.6
4 粗车-半精车-精车-滚压(或抛光) IT7～IT8 0.025～0.2
5 粗车-半精车-磨削 IT7～IT8 0.4～0.8 主要用于淬火钢，也可以用于未淬火钢，不宜加工有色金属
6 粗车-半精车-粗磨-精磨 IT6～IT7 0.1～0.4
7 粗车-半精车粗磨-精磨-超精加工 IT5 0.012～0.1
8 粗车-半精车-精车-精细车 IT6～IT7 0.025～0.4 主要用于精度高的有色金属加工
9 粗车-半精车-粗磨-精磨-超精磨 IT5 0.006～0.025 极高精度的外圆加工
10 粗车-半精车粗磨-精磨-研磨 IT5 0.006～0.1
9.3 典型表面的加工方法
9
2．内孔表面的加工
主要的加工方法有钻、扩、铰、镗、拉、磨、研磨和珩磨等。
表9-9　孔的加工方案
序号 加 工 方 案 公差等级 粗糙度Ra值/μm 适用范围
1 钻 IT11～IT13 12.5 加工未淬火钢及铸铁，也可用于加工有色金属。孔径小于φ15～φ20
2 钻-铰 IT8～IT10 1.6～6.3
3 钻-粗铰-精铰 IT7～IT8 0.8～1.6
4 钻-扩 IT10～IT11 6.3～12.5 加工未淬火钢及铸铁，也可用于加工有色金属。孔径大于φ15～φ20
5 钻-扩-铰 IT8～IT9 1.6～3.2
6 钻-扩-粗铰-精铰 IT7 0.8～1.6
7 钻-扩-机铰-手铰 IT6～IT7 0.2～0.4
8 钻-扩-拉 IT7～IT9 0.1～1.6 大批大量生产
9 粗镗(或扩) IT11～IT13 6.3～12.5 除淬火钢外的各种材料
10 粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)- IT9～IT10 1.6～3.2
11 粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-精镗(铰) IT7～IT8 0.8～1.6
12 粗镗(粗扩)-半精镗(精扩)-精镗-浮动镗刀镗孔 IT6～IT7 0.4～0.8
13 粗镗(扩)-半精镗-磨 IT7～IT8 0.2～0.8 主要用于淬火钢，也可用于未淬火钢，不宜用于有色金属
14 粗镗(扩)-半精镗-粗磨-精磨 IT6～IT7 0.1～0.2
15 粗镗-半精镗-精镗-精细镗 IT6～IT7 0.05～0.4 主要用于高精度有色金属加工
16 粗镗-半精镗-精镗-珩磨 IT6～IT7 0.025～0.2 用于加工精度很高的孔
17 以研磨代替上述方法的珩磨 IT5～IT6 0.006～0.1
9.3 典型表面的加工方法
9
3．平面的加工
主要的加工方法有车、铣、刨、磨等。
表9-10　平面的加工方案
序号 加 工 方 案 公差等级 粗糙度Ra值/μm 适用范围
1 粗车 IT11～IT13 12.5～5.0 端面
2 粗车-半精车 IT8～IT10 3.2～6.3
3 粗车-半精车-精车 IT7～IT8 0.8～1.6
4 粗车-半精车-磨削 IT6～IT8 0.2～0.8
5 粗刨(或粗铣) IT11～IT13 6.3～25 一般不淬硬平面(端铣表面粗糙度Ra值较小)
6 粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣) IT8～IT10 1.6～6.3
7 粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-刮研 IT6～IT7 0.1～0.8 精度高的不淬硬平面
8 以宽刃刨刀精刨代替上述刮研 IT7 0.2～0.8
9 粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-磨削 IT7 0.2～0.8 精度高的淬硬平面或不淬硬平面
10 粗刨(或粗铣)-精刨(或精铣)-粗磨-精磨 IT6～IT7 0.025～0.4
11 粗铣-拉 IT7～IT9 0.2～0.8 大量生产，较小平面
12 粗铣-精铣-磨削-研磨 IT5以上 0.006～0.1 高精度平面
9.4 典型零件的加工工艺
9
9.4.1 轴类零件的加工工艺
1. 轴的结构特点、功能及技术要求
轴类零件主要用于传递运动和转矩。
根据结构形状可分为光轴、台阶轴、花健轴、空心轴、曲轴等，如图9-11所示。其长度大于直径，主要组成部分有外圆柱面、轴肩、螺纹和沟槽。
轴类零件的主要技术要求有：轴颈、安装传动件的外圆、装配定位用的轴肩等的尺寸精度、形位精度、表面粗糙度。
9.4.1 轴类零件的加工工艺
9
2.轴类零件的材料、热处理及毛坯
(1) 轴类零件的材料及热处理
不重要的轴可采用碳素结构钢Q235-A、Q255-A等，不需热处理；
一般的轴可采用优质碳素结构钢如35、45、50钢等；
对于中等精度而转速较高的轴类零件，可选用合金结构钢40Cr、40MnVB等，并进行调质和表面处理；
对于高转速，重载荷条件下工作的轴，可选用合金结构钢20Cr、20Mn 2B、20CrMnTi等低合金钢或38CrMoAlA进行调质渗氮处理；
对于形状复杂的轴，可采用再采用球墨铸铁QT600-2、QT1200-1等，并进行正火、调质和等温处理。
(2) 轴类零件的毛坯
通常用圆钢和锻件，台阶轴上各外圆相差较大时，多采用锻件，以节省材料；台阶轴上各外圆相差较小时，可直接采用圆钢。对于某些大型结构复杂的轴，可采用铸钢件，曲轴常采用球墨铸铁件。
3. 定位基准的选择
(1)粗基准的选择 对于实心轴，一般采用外圆表面作为粗基准。
(2)精基准的选择 应该选择两端的中心孔作为定位基准。
9.4.1 轴类零件的加工工艺
9
4. 工艺路线
一般轴类零件的加工工艺路线如图9-12所示。
图9-12 一般轴类零件的加工工艺路线
5. 轴类零件加工工艺编制实例
图9-13所示齿轮减速箱中一转轴。现以其加工为例，说明在单件小批生产中，一般轴类零件加工工艺过程。
9.4.1 轴类零件的加工工艺
9
9.4.1 轴类零件的加工工艺
9
5. 轴类零件加工工艺编制实例
(1) 零件各主要部分的功用和技术要求
(2) 工艺分析
可采用如下的加工方案：粗车—凋质—半精车—铣键槽—磨外圆。
(3) 基准选择
轴类零件一般选用两端中心孔作为粗、精加工的定位基准。
(4) 工艺过程
该轴的毛坯选用 38×200型材。在单件小批量生产中，其工艺过程见表9-11。
9.4.1 轴类零件的加工工艺
9
工序号 工序名称 工 序 内 容 装夹定位 加工设备
1 车 ①车一端面，钻中心孔 ②车另一端面，钻中心孔，保证总长198.5 自定心卡盘 车床
2 车 ①粗车一端外圆分别至 37×110, 32×36 ②调头车另一端外圆，分别至 32×38， 26×49 一夹一顶 车床
3 热 调质处理235HBW
4 钳 研修中心孔 钻床
5 车 ①半精车小端外圆分别为 35， 24.3×50， 30.3×38 ②割槽3×0.3 ③倒角C1 双顶尖装夹 车床
6 车 调头 ①车另一端外圆为 30.3×37，保证 35外圆长度为73 ②割槽3×0.3 ③倒角C1 双顶尖装夹 车床
7 铣 铣键槽分别至8 ×26.2 ， 8 ×20.2 双顶尖装夹 立式铣床
8 磨 ①粗磨一端外圆至 24.6和 30.6 ②精磨该端分别至 24 和 30 双顶尖装夹 磨床
9 磨 ①调头粗磨一端外圆至 30.06 ②精磨该端外圆至 30 双顶尖装夹 磨床
10 检 按图纸要求检测
表9-11单件小批生产轴的加工工艺过程
9.4.2 盘套类零件的加工工艺
9
1. 盘套类零件的结构特点和技术要求
图9-14中所示的齿轮、端盖、透盖和锁紧螺母等均为盘套类零件，在机器中用得最多。
盘套类零件一般由内孔、外圆、端面和沟槽等组成，其中孔和外圆为主要加工表面。
其位置精度可能有外圆对内孔轴线的径向跳动(或同轴度)或端面对内孔轴线的端面圆跳动(或垂直度)等要求。
图9-14 盘套类零件举例
9.4.2 盘套类零件的加工工艺
9
2. 盘套类零件的材料、热处理及毛坯
盘套类零件用途不同，所用的材料也不同。常用的材料有钢、铸铁、青铜和黄铜等。
直径较小的盘套类零件一般选择圆钢、铜棒或实心铸件作毛坯；直径较大的常用带孔的锻件或铸件作毛坯。
大批量生产的轴套零件还可采用粉末冶金件、无缝钢管等。
3. 定位基准的选择
(1) 粗基准的选择
盘套类零件一般都选择外圆表面作粗基准，因为多数中小盘套类零件选用实心毛坯或虽有铸出或锻出的孔，但孔径小或余量不均，不能用来作粗基准。
(2) 精基准的选择
精基准的选择主要是考虑如何保证内外圆的同轴度。
盘套类零件一般都选择内孔作为精基准，有时也以外圆为精基准。
9.4.2 盘套类零件的加工工艺
9
4. 工艺路线
盘套类零件的基本工艺路线如图9-15所示。
9.4.2 盘套类零件的加工工艺
9
5. 套类零件加工工艺编制实例
(1）零件各主要部分的功用和技术要求
1) 图9-16轴承套中， 44±0.015mm外圆主要与轴承座内孔相配合，它的尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值为1.6μm
2) 内孔 30H7主要与传动轴相配合，它的尺寸精度为IT7，表面粗糙度Ra值为1.6μm；两端端面的表面粗糙度Ra值为1.6μm；
3) 外圆 44±0.015mm对 30H7孔的同轴度公差为0.02 mm，可保证轴承在传动中的平稳性；轴承套的左端面还规定了对 30H7孔轴线的垂直度公差为0.02 mm。
4) 工件材料选用HT200，批量生产。
9.4.2 盘套类零件的加工工艺
9
（2）工艺分析
（3）轴承套加工工艺过程
工序号 工序名称 工 序 内 容 装夹定位
1 备料 棒料，按4件合一加工下料
2 钻中心孔 ①车一端面，钻中心孔 ②车另一端面，钻中心孔 自定心卡盘
3 粗车 车 60×12.5，车 44外圆至 45，车退刀槽3×2.5，取总长50.5，车分割槽 29×3，两端面倒角1.5×45 。 4件同时加工，尺寸均相等 一夹一顶
4 钻孔 钻 30H7孔至 29 三爪夹 30mm外圆
5 车、铰 ①车端面，取总长50至尺寸 ②镗 30H7内孔至 ③铰 30H7孔至尺寸 ④孔两端倒角 开缝套夹 45外圆
6 精车 车 44外圆至尺寸 以 30H7孔装心轴
7 检 检验
9.4.3 支架箱体类零件的加工工艺
9
1. 支架箱体类零件的结构特点和技术要求
支架箱体类零件用以支承和组装轴系零件，并使各零件之间保证正确的位置关系，以满足机器的工作性能要求。
图9-17中a、b是常见的轴承架，c是减速箱箱体。
箱体的结构较复杂，内部呈腔形，有互相平行或垂直的孔系，这些孔大多是为安装轴承的支承孔。
箱体的底平面(有的是侧平面或上平面)是装配基准，也是加工过程中的定位基准。
支架的结构与箱体类似，它上面也有安装轴承的支承孔(有的孔本身就起滑动轴承的作用)，底面一般也是装配基准和定位基准。
支架比箱体简单，可看成是箱体的一部分。
9.4.3 支架箱体类零件的加工工艺
9
2.支架箱体类零件的材料、热处理及毛坯选择
支架箱体类零件的毛坯通常采用灰铸铁HT150、HT200、HT350等。用得较多的是HT200。 有时为了减轻质量，用非铁金属合金铸造箱体。在单件小批生产中也可用焊接件。
为了消除应力，应进行退火或时效处理。对精度要求高和容易变形的支架箱体类工件，在粗加工后还应进行退火或时效处理。
3. 定位基准的选择
(1) 粗基准的选择 一般采用重要的孔(如轴承孔)为主要粗基准。
(2) 精基准的选择 精基准的选择尽可能采用统一的精基准。一般选用箱体底面，或底面与底面上的两个定位销孔(即一面两销)作为精基准。
4. 加工工艺路线
支架箱体类零件拟订加工工艺路线时一般应遵循的原则：
(1) 先孔后面。
(2) 粗、精加工分开。
(3) 工序尽可能集中。
9.4.3 支架箱体类零件的加工工艺
9
根据以上原则，在单件小批生产中，支架箱体类零件的主要加工工艺过程如图9-18所示。至于次要表面的加工，可根据具体情况穿插进行。
图9-18 支架箱体类零件的主要加工工艺过程
5. 方箱体的加工工艺编制实例
(1) 箱体零件的功用、结构及技术要求
1）功用、结构
2）技术要求
9.4.3 支架箱体类零件的加工工艺
9
9.4.3 支架箱体类零件的加工工艺
9
(2) 工件材料和毛坯选择
1）工件材料 方箱体组合件的材料选用普通灰铸铁HT200。
2）毛坯 方箱体组合件的毛坯常选用铸件，铸造后应进行退火处理，以便消除铸造时的内应力，改善切削性能。
(3) 选择定位基准
图9-19所示的方箱体，在使用时，方箱体上的基准面A、B、C要作为测量基准和定位基准。
从技术要求上看，方箱体的四周平面都有平行度或垂直度要求，对螺纹连接、销孔的要求不高，困此选择方箱体的各个表面作为精、精加工的定位基准。
(4) 工艺分析
图9-19所示的方箱体为上、下两件合装而成的，方箱体四周为涡轮叶的加工和测量的基准，因此其尺寸精度、位置精度和表面精糙度要求都比较高，应选择磨削的方式来保证尺寸精度和表面粗糙度。同时粗磨时必须保证上、下底面与中分面的平行度和精磨余量。
方箱体相关表面的平行度、垂直度公差仅为0.005mm，所以在磨削时应增加半精磨削来保证位置精度，精磨时应反复找正、多次测量。
9.4.3 支架箱体类零件的加工工艺
9
(4) 工艺分析
图9-17所示的方箱体为上、下两件合装而成的，方箱体四周为涡轮叶的加工和测量的基准，因此其尺寸精度、位置精度和表面精糙度要求都比较高，应选择磨削的方式来保证尺寸精度和表面粗糙度。同时粗磨时必须保证上、下底面与中分面的平行度和精磨余量。方箱体相关表面的平行度、垂直度公差仅为0.005mm，所以在磨削时应增加半精磨削来保证位置精度，精磨时应反复找正、多次测量。
(5) 方箱体组合件的加工工艺过程，见表9-13。
9.4.3 支架箱体类零件的加工工艺
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表9-13 方箱体组合件的加工工艺过程
工序号 工序名称 工序内容 装夹基准 加工设备
1 铸 铸造毛坯 　
2 热处理 退火处理 　
3 刨削 ①粗刨上箱体平面及中分面，每面均留余量0.5～1mm ②粗刨下箱体平面及中分面，每面均留余量0.5～1mm ③粗刨其他各面，留余量0.3～0.4 mm 平面 牛头刨床
4 热处理 人工时效
5 粗磨 磨上、下箱体平面及中分面，每面留余量0.2～0.3mm 上、下底平面 平面磨床
6 精磨 精磨上、下箱体中分面，保证上、下平面有磨削余量 上、下底平面 平面磨床
7 钳 划孔线、螺孔线 四周面 高度尺、平板
8 钳 ①钻孔、攻螺纹、装入螺钉 ②配钻销孔、装入圆柱销 ③打标记、合箱 底平面 钻床
9 粗磨 粗磨宽和长4面，每面留余量O.1～0.15mm，平行度及对上、下底平面的垂直度误差不大于0.005mm 四周面 平面磨床
10 精磨 精磨六面，保证尺寸公差及位置精度与表面粗糙度 　 平面磨床
11 检 检查 　

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