金属工艺 电子教案 刘涛.doc

金属工艺 一、本课程的特点 1、本课程是一门有关机械零件制造方法及其用材的综合性技术基础课。 2、本课程实践性很强，学生应积极认真地参加生产实习和实践，才能更有效地掌握本门课程的知识，以便为后续专业课程的学习和今后生产实践打下较好的基础。 二、本课程的任务 1、了解常用工程材料的种类、性能及改性方法，初步掌握其应用范围和选择原则。 2、掌握主要毛坯成形方法的基本原理和工艺特点，具有选择毛坯及工艺分析的初步能力。 3、掌握各种主要加工方法的实质、工艺特点、基本原理和设备；了解零件的加工工艺过程，能制定简单的制造工艺过程。 4、了解零件的结构工艺性。 三、本课程的学习方法 1、每章学习时，首先阅读自学指导书，了解本章学习目标中的主要内容，以及重点、难点所在，而后阅读教材和自学指导书中本章基本内容的阅读指导。阅读时要注重对基本概念、基本理论的理解，同时要积极开展理论与实践的结合。 2、每章阅读理解后，要结合复习思考题进行自检，看是否初步掌握基本内容，并要及时完成习题作业，以求达到较牢固的掌握基本内容。 3、每章学完后，要闭书回忆，循序总结，自测自验。根据记忆和熟练周期，阶段性安排复习，恢复和唤起所学过的内容，以求达到深入、全面、牢固地掌握所学内容；并加强实践训练，多干、多看、勤思考、多积累。这样才能够良好地完成本课程的学习任务。 第1章 金属材料的性能 一、学习目标 1、清楚金属材料的性能包括哪些内容。 2、掌握金属材料的力学性能各项指标的概念，符号及表示方法，应用条件和范围。 3、了解金属材料的物理、化学性能及应用。 二、基本内容 1、金属材料的性能 1）使用性能 包括：力学性能、物理性能、化学性能。 2）工艺性能 包括：铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性能和热处理性能。 2、载荷的概念 1）静载荷：大小不变或变动很慢的载荷。 2）冲击载荷：突然增加或消失的载荷。 3）疲劳载荷：周期性的动载荷。 3、金属材料的力学性能各项指标的概念 符号及表示方法 应用条件和范围 1）强度 概念：金属材料在载荷作用下抵抗塑性变形或断裂的能力。 符号表示：屈服强度s材料产生屈服时的最小应力。单位为Mpa。 抗拉强度b材料拉断前所承受的最大应力。单位为Mpa。 应用条件和范围：设计机械零件和选材的主要依据。 2）塑性 概念：金属材料在载荷作用下产生塑性变形而不断裂的能力。 符号表示：断后伸长率 试样拉断后，标距长度的相对伸长率。 断面收缩率试样拉断后，试样截面积的相对收缩率。 应用条件和范围：材料进行压力加工时选材的主要依据。 3）硬度 概念：材料表面局部体积内抵抗另一物体压入时变形的能力。 符号表示：布氏硬度HB 洛氏硬度HR 应用条件和范围：布氏硬度主要用于测量灰铸铁、有色金属以及经过退火、正火和调质的钢材等材料。HBS适于测量硬度值小于450的材料，HBW适于测量硬度值小于650的材料。洛氏硬度计可测定软的金属材料，也可测定硬的金属材料。HRA主要用于测量硬质合金、表面淬火钢；HRB主要用于测量软钢、退火钢、铜合金等；HRC主要用于测量一般淬火钢。 4）冲击韧度 概念：金属材料抵抗冲击载荷载荷作用而不破坏的能力。 符号表示：冲击吸收功Ak。 冲击韧度ak。 应用条件和范围：冲击韧度值一般只作为选材时的参考，不能作为计算依据。材料的多次冲击抗力主要取决于塑性；冲击能量地时，主要取决于强度。 5）疲劳强度 概念：金属材料在多次重复交变载荷作用下而不发生断裂的最大应力。 符号表示：疲劳强度-1 应用条件和范围：黑色金属循环周次10的7次方，有色金属和某些高强钢循环周次10的8次方。 三、本章重点 金属材料的力学性能各项指标的概念，符号及表示方法，应用条件和范围。 第2章 金属与合金的晶体结构与结晶 一、学习目标 1、了解晶格、晶胞、实际金属的多晶体结构、结晶等概念。 2、掌握金属晶体的三种常见晶格类型：面心立方、体心立方和密排六方晶格。3、掌握实际金属点、线、面缺陷与金属力学性能的关系。 4、掌握纯金属结晶过程，过冷度与晶粒大小对力学性能的影响，细化晶粒的措施。 5、掌握合金的基本概念，了解固溶体和金属间化合物的概念。 6、了解二元合金相图的建立，了解合金结晶的过程。 二、基本内容 1、金属的晶体结构的基本知识 1）晶格、晶胞的概念： 晶格一：用来描述原子在晶体中排列形式的假想的空间格架。 晶胞：晶格中能代表晶体结构特征的最小组成几何单元。 2）金属晶体结构常见的三种晶格类型：体心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。 3）金属的实际晶体结构：实际金属的晶体结构是多晶体结构；实际金属的晶体结构内部存在晶体缺陷。晶体缺陷包括：点缺陷、线缺陷、面缺陷。点缺陷即空位、间隙原子和置换原子；线缺陷即位错；面缺陷即晶界和亚晶界。晶体缺陷会使金属内部晶格发生晶格畸变，产生内应力；金属的性能发生变化，强度、硬度增加。晶体缺陷是强化金属的手段之一 2、金属的结晶： 1）纯金属的结晶过程。 结晶的概念：凝固时原子在物质内部做有规则排列。 过冷度：金属实际结晶温度低于理论结晶温度的差值。 结晶过程：液态金属结晶是不断生成晶核和晶核不断长大，直至完全结晶成固态的过程。 2）金属结晶后的晶粒大小。 晶粒大小对金属力学性能的影响：细晶粒金属具有较高的强度和韧性。 细化晶粒的措施：增大形核率，抑制长大速率。常用方法有：增加过冷度；变质处理；振动等。 3、合金的晶体结构 1）合金的基本概念： 合金：一种金属元素与其它金属元素和非金属元素，经熔炼、烧结或其他方法结合成具有金属特性的物质。 组元：组成合金的最基本的独立物质。可以是金属、非金属元素或稳定化合物。 相：合金中具有同一聚集状态，同一种结构和性质的均匀组成部分。 组织：用肉眼或借助显微镜观察到材料晶粒内部组成相的数量、形态、大小和分布状态。 2）合金的组织： 固溶体：合金由液态结晶成固态时，一组元溶解在另一组元中，形成均匀的固相。占主要地位的元素叫溶剂，被溶解的元素叫溶质。固溶体的晶格类型保持溶剂的晶格类型。由于溶质原子的融入，容剂晶格发生畸变，使塑性变形阻力增加，导致金属的强度、硬度提高，塑性、韧性有所下降，这种现象称为固溶强化。 金属间化合物：合金组员间发生相互作用而形成的具有金属特性的新相，它的晶格类型和性能不同于任一组元。金属间化合物具有高熔点、高硬度、脆性大的特点，在合金中主要作为强化相，用以提高材料的强度、硬度和耐磨性，但塑性、韧性有所降低。 机械混合物：两种或两种以上的相按一定质量分数组合成的物质。通过调整固溶体中容质含量和金属间化合物数量、大小、形态和分布状况，可以改变合金的力学性能。 3）合金的结晶： 二元合金相图的建立：相图是表示在极其缓慢冷却条件下合金系中各种合金状态与温度、成分之间的关系的简明图解。它是通过实验方法建立。 二元合金相图的分析：相图横坐标表示二元合金成分分数，纵坐标表示温度；特性点：纯金属熔点；特性线：液相线、固相线。二元合金结晶过程：液相线以上温度，合金为液相到达液相线，合金开始结晶液相线、固相线之间，合金液相、固相共存到达固相线及一下，合金为固相。 三、本章重点 1、金属的晶体结构。 2、合金的晶体结构。 第3章 铁碳合金 一、学习目标 1、熟悉铁碳合金的基本组织的特点。 2、熟悉铁碳相图中的相、特性点和特性线。 3、熟悉典型铁碳合金结晶过程和组织转变。 4、掌握含碳量对铁碳合金组织转变和力学性能的影响。 二、基本内容 1、铁碳合金基本组织 1）纯铁的同素异构转变： -Fe：1394o以上固态铁，体心立方晶格。 -Fe：1394o912o固态铁，面心立方晶格，。 -Fe：912 o以下固态铁，体心立方晶格。 2）铁碳合金基本组织： 铁素体：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，用符号F表示。力学性能：塑性、韧性较好，强度、硬度低。 奥氏体：碳溶于-Fe中所形成的间隙固溶体，用符号A表示。力学性能：有良好塑性，强度、硬度较低。 渗碳体：是铁和碳组成的具有复杂晶格结构的间隙化合物，用符号Fe3C表示。力学性能：塑性、韧性几乎为零，硬度很高。 珠光体：是铁素体和渗碳体的机械混合物，用符号P表示。力学性能：介于铁素体和渗碳体之间，即综合性能良好。 莱氏体：1148o727o时为奥氏体和渗碳体的机械混合物，用符号Ld表示；727 o及以下时为珠光体和渗碳体的机械混合物，用符号Ld表示。力学性能：与渗碳体相似，即硬度高、塑性差。 2、铁碳合金相图 T A L D A E LA C LC F G AC AC LdAC Ld LdC727F P S K 600QPF P PC PC LdPC Ld LdC0 0.77 2.11 4.30 6.69 1）相图分析： 铁碳合金相图中的相：液相、铁素体、铁素体、奥氏体和渗碳体。 铁碳合金相图中的特性点：C、E、P、S。 铁碳合金相图中的特性线：ECF线、ES线、PSK线、GS线。 2）典型铁碳合金结晶过程和组织转变： 工业纯铁：含碳量0.0218%，室温平衡组织F。 亚共析钢：含碳量0.0218%0.77%2.11%，室温平衡组织F+Fe3C。 亚共晶白口铸铁：含碳量2.11%4.3%，室温平衡组织P+ Fe3C+ Ld。 共晶白口铸铁：含碳量4.3%，室温平衡组织Ld。 过共晶白口铸铁：含碳量4.3%6.69%，室温平衡组织Fe3C+ Ld。 3）含碳量对铁碳合金组织转变和力学性能的影响： 对平衡组织的影响：随着含碳量的增加，铁素体不断减少，渗碳体不断增加，渗碳体的形态和分布有所变化。 对钢力学性能的影响：随着钢中含碳量的增加，钢的强度、硬度增加，而塑性、韧性下降，但当含碳量超过0.9%时，强度明显下降。 三、本章重点 含碳量对铁碳合金组织转变和力学性能的影响。 第4章 钢的热处理 一、学习目标 1、了解钢在加热和冷却时的组织转变； 2、掌握钢的退火、正火、淬火、回火的工艺特点、主要目的和用途； 3、了解钢的表面热处理。 二、基本内容 1、钢在加热和冷却时的组织转变 1）钢在加热时的组织转变： 钢的奥氏体化：把钢加热到临界温度以上，由室温下组织转变为奥氏体。其过程是：奥氏体晶核生成、晶核长大、残余渗碳体溶解和奥氏体均匀化。 奥氏体晶粒的长大及其控制：加热温度愈高和保温度时间愈长，奥氏体晶粒长的愈粗大，冷却后钢的性能愈差，所以要控制奥氏体晶粒的大小。在加热温度相同时，加热速度愈快，保温时间愈短，奥氏体晶粒愈小。 2）钢在冷却时的组织转变： 等温冷却转变：将奥氏体化的钢迅速冷却到临界温度以下的给定温度等温保持，使过冷奥氏体发生组织转变，待转变完成后再冷却到室温。 共析钢的等温冷却转变产物：在A1550o之间温度等温冷却，转变产物为珠光体组织，内部铁素体和渗碳体呈片状，间距愈小，性能愈好；在550oMs之间温度等温冷却，转变产物为贝氏体组织，下贝氏体组织具有较高的强度和硬度、塑性和韧性；在Ms以下温度等温冷却，转变产物为马氏体组织，低碳板条状马氏体具有较高的硬度和强度、较好的塑性和韧性，高碳针片状马氏体具有很高的硬度、但塑性和韧性很差，脆性大。 连续冷却转变：将奥氏体化的钢在温度连续下降过程中使过冷奥氏体发生组织转变，冷却速度不同，转变产物也不同。 2、钢的退火和正火: 1）钢的退火：将钢加热到适当温度，保温一定时间，随后缓慢冷却获得接近平衡组状态组织。 退火目的：消除偏析、细化组织、降低硬度、提高塑性、消除残余应力。 应用：完全退火用于铸、锻、焊、轧件及中碳钢和中碳合金钢；球化退火用于高碳钢锻轧件；去应力退火用于铸、锻、焊、轧件。 2）钢的正火：将钢加热到Ac3或Acm以上3050o温度，保温一定时间，随后在静止的空气中冷却的热处理工艺。 正火目的：消除网状渗碳体、细化组织、改善切削加工性能、降低应力。 应用：用于中、低碳钢提高硬度，改善切削加工性能；用于高碳钢消除网状渗碳体、为球化退火做准备。 3、钢的淬火和回火 1）钢的淬火：将钢加热到Ac3或Ac1以上3050o温度，保温一定时间，随后以大于临界冷却速度进行冷却的热处理工艺。 淬火目的：获得马氏体或贝氏体组织，以提高钢的硬度和耐磨性。 应用：用于中、高碳钢及中、高碳合金钢提高硬度和耐磨性。 2）淬火钢的回火：将钢加热到Ac1以下某一温度，保温一定时间后冷却到室温的热处理工艺。 回火种类和应用：（1）低温回火(150250o）目的是消除淬火应力，保持硬度和耐磨性，常用于刃、量、冷模具，轴承、表面淬火件。（2）中温回火(350500o）目的是提高韧性和弹性，保持一定硬度，常用于弹簧、热模具等件。（1）高温回火(500650o）目的是获得良好综合力学性能，常用于重要构件，如传动轴、齿轮、曲轴、连杆等件。淬火及高温回火的复合热处理工艺称为调质。 4、钢的表面热处理 1）钢的表面淬火： 仅对工件表层进行淬火的工艺，称为表面淬火。它是利用快速加热使钢件表层迅速达到淬火温度，不等热量传到心部就立即淬火冷却，从而使表层获得马氏体组织，心部仍为原始组织。常用的有感应加热表面淬火和火焰加热表面淬火。 感应加热表面淬火一般用于中碳钢或中碳合金钢。火焰加热表面淬火是用于单件或小批生产的大型零件和需要局部淬火的工具和零件。 2）钢的化学热处理： 钢的表面热处理是将工件至于一定温度的活性介质中保温，是一种或几种元素渗入它的表层，以海边其化学成分，组织和性能的工艺。常用的有渗碳、渗氮和碳氮共渗。 钢的渗碳：目的是提高表层碳的含量，经过淬火和低温回火，提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度。常用材料为低碳钢或低碳合金钢。 钢的渗氮：目的是提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度、耐蚀性及热硬性。常用材料为含有Al、Cr、Mo的合金钢。 三、本章重点 钢的退火、正火、淬火、回火的工艺特点和应用。 第5章 钢铁材料的表面处理一、学习目标1了解提高机件表面质量的重要性。2了解钢铁材料的表面技术分类、目的和应用。二、基本内容1化学镀镍。2电镀。3热浸镀。4热喷。5真空离子镀。第6章 常用工程材料 一、学习目标 1、了解钢的分类、牌号和用途。 2、了解铸铁的分类、牌号和用途。 3、了解铜及铜合金、铝及铝合金的分类、牌号和用途。 二、基本内容 1、工业用钢 1）常存元素对钢性能的影响： 锰和硅存在钢中，大部分溶于铁素体中，能提高钢的强度和硬度，是有益元素。 硫和磷是有害杂质，硫会导致钢在热加工时开裂，磷会引起冷脆。 2）钢的分类、牌号和用途： 钢的分类：按成分、用途、质量分为碳素结构钢、优质碳素结构钢、碳素工具钢、合金结构钢、合金工具钢和特殊性能钢。 钢的编号：（国标规定，书中作了介绍，此处不多作赘述。） 钢的用途：（参看教材，要求基本做到从钢的编号可以判断出钢的类别、大致成分和主要用途。） 2、铸铁 铸铁的分类、牌号和用途： 铸铁的分类：根据碳在铸铁中存在的形式和石墨的形态，可将铸铁分为灰铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁、可锻铸铁等。 铸铁的编号：（国标规定，书中作了介绍，此处不多作赘述。） 铸铁的用途：（参看教材，要求基本做到从铸铁的编号可以判断出铸铁的类别、大致成分和主要用途。） 2、非铁合金 1）铝合金的分类、牌号和用途： 铝合金的分类：按成分和工艺特点分为变形铝合金和铸造铝合金。变形铝合金 有防锈铝、硬铝、超硬铝和锻铝合金；铸造铝合金有铝硅系、铝铜系、铝镁系、铝锌系。 铝合金的牌号：（国标规定，书中作了介绍，此处不多作赘述。） 铝合金的用途：（参看教材，要求基本做到从铝合金的编号可以判断出铝合金的类别、大致成分和主要用途。） 2）铜合金的分类、牌号和用途： 铜合金的分类：按加入合金元素分为黄铜、白铜、青铜。 铜合金的牌号：（国标规定，书中作了介绍，此处不多作赘述。） 铝合金的用途：（参看教材，要求基本做到从铜合金的编号可以判断出铜合金的类别、大致成分和主要用途。） 三、本章重点 1、钢的分类、牌号和用途。 第7章 铸造成形 一、学习目标 1、熟悉在铸造的应用范围。 2、熟悉合金的铸造性能。 3、掌握手工造型方法的特点与应用。 4、了解特种铸造。 5、了解铸件的结构工艺性。 二、基本内容 1、铸造成形工艺基础 1）合金的流动性和充型能力： 流动性好的合金，充型能力强，易获得形状完整、尺寸准确、轮廓清晰、壁薄和形状复杂的铸件。灰铸铁流动性最好，硅黄铜、铝硅合金次之，铸钢最差。 2）合金的收缩： 液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔和缩松的主要原因，固态收缩是铸件产生内应力、变形和裂纹的的主要原因。 3、铸造成形方法 1）砂型铸造： 各种手工造型方法的特点和应用，见书中表7-1。 铸件常见的缺陷的特征及产生原因，见书中表7-2 2）特种铸造： 熔模铸造的工艺过程：制母模压型制蜡模制壳焙烧浇注清理。 熔模铸造的特点：铸件的尺寸精度及表面质量高，减少切削、节约材料，适于铸熔点高、难切削加工材料。 3、铸件结构工艺性 1）砂型铸造对铸件结构设计的要求： 减少和简化分型面；外形力求简单对称；有结构斜度；有利于节省型芯及型芯的定位、固定、排气和清理。 2）合金铸造性能对铸件结构设计的要求： 铸件壁厚要合理、壁厚应均匀、有铸造圆角和过渡连接、尽量避免过大平面。 三、本章重点 手工造型方法的特点与应用。 第8章 锻压成形 一、学习目标 1、了解锻压成形基础知识。 2、掌握简单轴、盘、环类锻件自由锻工艺规程的制定。 3、熟悉锤上模锻的工艺过程。 4、熟悉板料冲压的工艺特点。 二、基本内容 1、锻压成形基础知识 1）塑性变形对金属性能的影响： 随着变形程度的增加，强度和硬度提高而塑性和韧性下降的现象称为冷变形强化。通过再结晶退火，可消除冷变形强化。 2）锻造流线及锻造比： 锻造流线是金属的性能呈各项异性：沿着流线方向拉伸时，有较高的抗拉强度；沿着流线垂直方向剪切时，有较高的抗剪强度。 锻造比愈大，热变形程度愈大，金属性能改善愈明显，锻造线愈明显。 3）合金的锻造性能： 内在因素：对钢来讲，含碳量愈低，锻造性能愈好，合金元素与多，锻造性能愈差，含硫量和含磷量愈多，锻造性能愈差。 2、自由锻 1）自由锻的基本工序： 包括：敦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转等。 2）自由锻工艺规程的制定： 包括：绘制锻件图、计算坯料质量及尺寸、选择锻造工序。 3）自由锻锻件结构工艺性要求： 避免锥面和斜面；避免加强肋、工字形、椭圆和复杂截面；避免非平面交接结构。 3、模锻 1）模锻的优点： 与自由锻相比，断件的尺寸和精度比较高，加工余量少，节约工时与材料；锻造流线分布合理，生产率高。 2）锤上模锻： 锻模：分为模锻模膛和制坯模膛。模锻模膛包括终锻模膛和预锻模膛；制坯模膛包括拔长模膛、滚压模膛、弯曲模膛和切断模膛。 模锻工艺规程：包括绘制模锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步、选择设备和安排修整工序。绘制模锻件图注意分型面、加工余量、模锻斜度、模锻圆角和冲孔连皮等。常用修整工序有切边、冲孔、精压等。 模锻件结构设计：要有合理的分模面、模锻斜度和圆角半径；配合表面要留有加工余量，非配合表面可不留加工余量；避免截面相差过大，薄壁、高筋、凸起等结构；避免深孔和多孔结构；减少余块，简化模锻工艺。 4、板料冲压 1）冲压工序： 板料冲压工序:分为分离工序和变形工序。分离工序包括落料、冲孔、修整、剪切。变形工序包括弯曲、拉伸、翻边、成形等。 2）冲模： 按组合方式分为单工序模、级进模、组合模三种。 三、本章重点 简单典型零件自由锻工艺过程。 第9章 焊接与胶接成形 一、学习目标 1、了解焊接的实质、焊接方法的分类和特点。 2、了解电弧焊焊接接头的组织和性能，了解焊接应力和变形。 3、掌握常用焊接方法的过程、特点和应用。 4、掌握结构钢焊条的选用。 5、了解电渣焊、电阻焊、钎焊的特点和应用。 6、熟悉常用金属材料的焊接性及焊接工艺特点。 7、掌握焊接结构工艺性。 8、了解胶接基本原理、胶粘剂和胶接工艺特点。 二、学习内容 1、焊接的实质、焊接方法的分类和特点 1）焊接的实质： 焊件接头通过加热或加压，或并用，使焊件达到原子间结合的工艺方法。 2）焊接方法的分类： 按焊接过程特点可分为熔焊、压焊、钎焊三大类。 3）焊接的特点： 优点有连接性能好，密封性能好，省工料，成本低，可简化工艺等。不足之处有不能拆卸，更换修理不方便，接头组织性能变差，存在焊接应力及缺陷，易产生变形等。 2、焊接接头 1）焊接接头的组织和性能： 焊接接头有焊缝、熔合区、热影响区组成。 焊缝的组织是柱状晶体的铸造组织，由于合金化的作用，性能不低于母材。 熔合区的组织是粗大晶粒的铸态组织，性能是焊接接头中最差的区域之一。 热影响区分为过热区、正火区和部分相变区。过热区的组织是粗大晶粒的过热组织，性能是热影响区中最差的部位；正火区的组织是细小晶粒的均匀组织，性能优于母材；部分相变区的组织是晶粒大小不均匀的组织，性能稍差于母材。 2）焊接应力和变形： 产生原因：由于焊件在焊接时是不均匀的局部加热和冷却，造成焊件的热胀冷却速度和组织变化先后不一致，从而导致焊接应力和变形的产生，影响焊件质量。 焊接变形的基本形式：收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪变形。 预防变形的工艺措施：反变形法、刚性固定法、合理安排焊接顺序、焊前预热，焊后处理。 焊接变形的矫正措施：机械矫正法、火焰矫正法。 4、常用焊接方法 1） 手工电弧焊： 特点与应用：具有设备简单、操作灵活、对接头要求不高、焊接条件和位置不限、成本低、应用广泛，但有强烈的弧光和烟尘、劳动条件差、效率低、对工人技术水平要求高，焊接质量不稳定。一般用于单件小批生产中焊接碳素钢、低合金结构钢、不锈钢及铸铁补焊。 焊条：由焊芯和药皮组成，焊芯起导电和填充金属作用，药皮起保护、冶金作用。焊条按溶渣的化学性质分为酸性焊条和碱性焊条，按用途分为十一大类。焊接一般碳素结构钢、低合金结构钢结构，选用强度等级相同的焊条，焊接特殊性能钢结构，选用成分相同或相近的焊条，焊接承受动载、交变载荷、冲击载荷的结构，选用碱性焊条，焊接承受静载的结构，选用酸性焊条。 2） 气体保护焊： 氩弧焊特点及应用：氩弧焊具有保护效果好、焊缝成形美观、焊缝质量优良、明弧焊接易于观察、温度容易控制、焊接变形小、易于实现自动焊接、氩气较贵，成本高。氩弧焊适用于焊接易氧化的有色金属和合金钢。 CO2焊特点及应用：CO2焊具有保护效果好、焊缝质量较好、但成形较差、明弧焊接易于观察、焊接变形小、易于实现全位焊接、CO2气便宜，成本低。CO2焊适用于焊接低碳钢和强度级别不高的普通低合金结构钢，主要焊接薄板。 3）电阻焊： 电阻焊通常分为点焊、缝焊、对焊三种。其特点是：焊接变形小、劳动条件好、操作方便、易于实现自动化，在自动化生产线上应用较多，但设备投资大、耗电多、接头形式和工件厚度受到一定限制。点焊主要用于4mm以下薄板冲压壳体结构及钢筋焊接，尤其是汽车和飞机制造。缝焊只适合于3mm以下薄板结构焊接，如易拉罐、油箱、烟道等。对焊主要用于杆状零件对接，如刀具、管子、钢筋等。 4）钎焊： 钎焊按钎料熔点分为软钎焊和硬钎焊，钎料熔点在450o以下的钎焊叫软钎焊，钎料熔点在450o以上的钎焊叫硬钎焊。钎焊具有焊接变形小、焊件尺寸精确、可以焊接异种材料和特殊结构、可一次焊成整体结构、生产率高、易于实现自动化。主要用于精密仪表、电器零部件、异种金属结构、复杂薄板结构及硬质合金刀具。 4、常用金属材料的焊接 1）金属材料的焊接性的评定： 碳当量法：CE = C +Mn/6 +(Ni + Cr)/15 + (Cr + Mo + V)/5(%)。碳当量越大，焊接性越差。CE0.6%时，焊接性差。 2)碳素结构钢、低合金高强度结构钢的焊接： 低碳钢的焊接:没有淬硬倾向，冷裂倾向小，焊接性良好，焊前不需要预热。手工电弧焊一般选用E4303(结422)和E4315(结427)焊条。 中碳钢的焊接:淬硬倾向和冷裂倾向较大，焊前必需预热。手工电弧焊一般选用E5015 (结507)焊条。 低合金高强度结构钢的焊接：淬硬倾向和冷裂倾向较小，焊接性较好，强度级别低的焊前不需要预热，强度级别高的焊前需要预热。手工电弧焊一般按同强度级别选用焊条。 5、焊接结构工艺性 1）焊接接头设计： 接头形式有对接、搭接、角接、T形接四种。薄板焊接有各种卷边接头形式。 2）焊缝布置： 焊缝布置尽可能分散、应避开应力集中部位、布置应尽可能对称、应便于操作、应尽量减少焊缝长度和数量、应尽量避开机械加工表面。 3）坡口形式设计：电弧焊常用的基本坡口形式有I形坡口、V形坡口、X形坡口、U形坡口等四种。 三、本章重点 1、常用焊接方法的过程、特点和应用。 2、结构钢焊条的选用。 第10章 机械零件材料及毛坯的选择 一、学习目标 1、了解机械零件失效的主要形式和原因。 2、了解机械零件材料选择的一般原则。 3、掌握典型零件选材及工艺路线。 4、掌握常用毛坯加工方法的特点及应用。 5、掌握典型零件毛坯的选择。 二、基本内容 1、机械零件的失效 1）：零件失效的主要形式： 过量变形失效、断裂失效、表面损伤失效、裂纹失效。 2）零件失效的原因： 结构设计不合理、材料选取不当、加工工艺问题、适用维护不当。 2、机械零件材料选择的一般原则 在满足使用性能要求的前提下，尽量选用工艺性能和经济性良好的材料。 3、典型零件选材及工艺路线 1）齿轮类零件选材及工艺路线： 常用齿轮材料：重要用途中载齿轮用中碳钢或中碳合金钢锻制；高速耐冲击重载齿轮用低碳钢或低碳合金钢锻制；低速无冲击轻载精度底齿轮用铸铁制造；直径大形状复杂齿轮用铸钢制造。 汽车、拖拉机齿轮选材及工艺路线：材料20CrMnTi；工艺路线为：下料锻造正火切削加工渗碳（孔防渗）淬火、低温回火喷丸校正花键孔精磨齿 机床齿轮选材及工艺路线：材料40Cr或45；工艺路线为：下料锻造正火粗切削加工调质半精加工高频淬火、低温回火磨削 2）轴类零件选材及工艺路线： 常用材料：重要用途轴一般用中碳钢或中碳合金钢锻制；高速大功率内燃机曲轴用合金调质钢锻制；中、小型内燃机曲轴用球墨铸铁或45刚。 机床主轴选材及工艺路线：材料40Cr或45；工艺路线为：下料锻造正火粗切削加工调质半精加工（花键除外）局部淬火、回火（锥孔及外锥体）粗磨（外圆、外锥体、锥空）铣花键花键高频淬火、回火精磨削 球墨铸铁曲轴工艺路线：铸造高温正火高温回火机械加工轴颈表面淬火、自热回火磨削 4、常用毛坯加工方法的特点及应用 1）毛坯的种类： 机械零件常用毛坯种类有铸件、锻件、焊接件、冲压件和型材等。 2）常用毛坯加工方法的特点及应用：常用毛坯加工方法有铸造、锻压、冲压、焊接、型材等。其特点及应用见表10-1。 3）毛坯选择的原则： 在满足使用性能要求的前提下，尽量降低生产成本和提高生产效率。 4）典型机械零件毛坯的选择： 轴杆类零件：承受弯矩、传递扭矩、要求具有高的力学性能的轴杆类零件，多采用锻件；结构复杂、受力不大的凸轮轴、曲轴等，可采用球墨铸铁铸造；承受弯矩和传递扭矩很小、力学性能要求不高的轴杆类零件，多采用型材；某些情况可采用铸-焊、锻-焊结合方式制造。 盘套类零件：重要用途的齿轮，选用锻件；直径较大、形状复杂的齿轮，可用碳钢或球墨铸铁铸造；低速轻载、不受冲击的齿轮，可用灰铸铁铸造。 机架、箱体类零件：箱体类零件大多选用铸铁铸造；承载较大的箱体可用铸钢；要求重量轻、散热好的箱体，可采用铝合金铸造；单件小批生产时，可采用钢材焊接而成。 三、本章重点 1、典型零件选材。 2、常用毛坯加工方法的特点及应用。 3、典型零件毛坯的选择。 第11章 金属切削加工的基础知识 一、学习目标 1、掌握切削运动和切削要素。 2、掌握金属切削刀具材料。 3、熟悉车刀切削部分的几何参数。 4、熟悉金属切削过程中的物理现象。 5、了解工件的切削加工性，了解影响已加工表面质量的因素。 6、掌握切削液、刀具几何角度及切削用量的合理选择。 二、基本内容 1、切削运动和切削要素 1）切削运动： 切削运动：为了切除工件上多余的金属，刀具与工件之间所作的相对运动。按切削运动在切削过程中起的作用不同，可分为主运动和进给运动。 主运动：切下切屑所必需的最基本的运动，也是切削加工中速度最高、消耗功率最多的运动。切削加工中只有一个主运动。 进给运动：是使工件切削层不断投入切削而加工出完整表面的运动。切削加工中可以有一个主运动，也可以有几个主运动。 2）切削要素： 切削用量要素：切削速度、进给量、背吃刀量。 切削层平面尺寸要素：切削层厚度、切削层宽度、切削层截面面积。 2、金属切削刀具： 1）刀具常用材料： 碳素工具钢：用于制造简单手工刀具。常用钢牌号有T10A、T12A。 量具刃具钢：用于制造形状复杂手工刀具。常用钢牌号有CrWMn、9SiCr。 高速钢：用于制造形状复杂机动刀具。常用钢牌号有W18Cr4V、W6Mo5Cr4V2。 硬质合金：多制成各种形状刀片，机动加工各种金属材料。常用钢牌号有YG3、YG5、YG8、YT5、YT15、YT30。 2）车刀切削部分的几何参数： 外圆车刀切削部分的组成：前刀面、主后刀面、副后刀面、主切削刃、副切削刃、刀尖。 3）车刀标注角度参考系： 基面Pr：过切削刃上任一点的水平面。 切削平面Ps：通过切削刃上任一点与切削刃相切，垂直于基面的平面。 正交平面Po：通过切削刃上任一点，并同时与垂直于基面和切削平面的平面。 3）车刀正交平面参考系内的标注角度： 主偏角r：基面内主切削刃与进给方向的夹角。其主要作用是影响背向力的大小和刀具寿命。 副偏角r：基平面内副切削刃与进给反方向的夹角。其主要作用是影响工件以加工表面粗糙度。 前角。：正交平面内前刀面与基面之间的夹角。其主要作用是使刃口锋利。 后角。：正交平面内后刀面与切削平面之间的夹角。其主要作用是减少主后刀面与工件过渡表面之间的摩擦。 刃倾角s：切削平面内主切削刃与基面间的夹角。其主要作用是控制切屑流向 4、金属切削过程中的物理现象 1）金属切削过程的实质： 就是通过刀具把金属层变为切屑的过程，其实质是一个挤压变形的过程，塑性金属在切削过程中一般要经历弹性变形、塑性变形、挤裂破坏和切离四个阶段。 2）切削变形区： 第变形区：又称基本变形区。切削力、切削热主要来自这个区域。 第变形区：是切屑于前刀面间的摩擦变形区。该区域对积屑瘤的形成和前刀面磨损有直接影响。 第变形区：是工件已加工表面与刀具后刀面的摩擦区。该区域对工件已加工表面的变形强化和残余应力及后刀面的磨损有很大影响。 3）积屑瘤： 产生条件：切削塑性金属；切削速度在560m/min。 对切削加工的影响：粗加工时有好处，保护刀刃，增大前角。精加工时不利，影响表面质量和尺寸精度，因此精加工时避免产生积屑瘤，故常采用高速（v100m/min）或低速（v80mm不适宜铰削。 3、镗削加工： 1）镗削加工工艺特点： 加工范围广；能修正底孔轴线；成本较低；生产率较低。 2）镗削加工的应用： 镗床不只用于镗孔，还可以铣平面、铣沟槽、钻孔、扩孔、铰孔、车端面、车环形槽、车螺纹等。镗床适于加工孔系，不管是粗垂直孔系，还是平行孔系。形状复杂的大型零件上孔径大、尺寸和位置精度要求高的孔系，应在镗床上加工。 4、铣削加工 1）铣削方式： 铣削方式分为端铣和周铣。端铣是用铣刀端面齿铣削工件表面。周铣是用铣刀圆周齿铣削工件表面。一般来说，端铣在表面加工质量、精度、生产效率方面由于周铣，周铣在加工范围方面优于端铣。周铣又分为顺铣和逆铣。顺铣加工表面质量较好，多用于精加工。逆铣多用于粗加工。 2）铣削的应用： 铣削可以铣平面，铣普通槽、成形槽、螺旋槽，戏成形面。 3）铣削加工工艺特点： 生产率高；加工范围极为广泛；加工质量中等；成本较高。 5、磨削加工 磨削加工方法： 磨外圆：有纵磨法和珩磨法。 磨内圆：通孔、盲孔、阶梯孔都可以磨削。 磨平面：有周磨平面和端磨平面。周磨平面适于精磨，端磨平面适于粗磨。 无心磨削：在大批量生产中，常用于磨削细长轴、轴销和轴套。 磨削加工一般属于精加工。 6、齿轮加工： 齿轮加工方法： 成形法：常见的有铣齿和拉齿。铣齿生产率低、加工精度低、加工成本低。 展成法: 常见的有插齿和滚齿。插齿和滚齿具有加工精度较高、齿面粗糙度较低、一把刀具可以加工模数和压力角相同而齿数不同的齿轮。插齿可以加工双联齿轮，生产效率低；滚齿不能加工距离较近的双联齿轮，生产效率较高。 7、各种表面加工方案分析： 平面加工方案：常用的可归纳为铣刨、铣刨磨、车削、拉削。 外圆面加工：常用的可归纳为粗车半精车精车、粗车半精车粗磨精磨。 孔加工：常用的可归纳为钻孔扩孔铰孔、钻孔镗孔磨孔。 螺纹加工：车螺纹、磨螺纹、铣螺纹、攻螺纹、套螺纹、搓螺纹、滚螺纹。 齿形加工：铣齿、滚齿、剃齿、磨齿、珩齿、研齿。 三、本章重点 1、掌握车、铣、钻、铰、镗、刨、磨、齿轮加工的工艺