设计材料与加工工艺-金属一ppt课件

第二章金属材料及加工工艺 金属材料及加工工艺 第二章 现代工业中 金属材料得到了极其广泛的应用它是现代工业产品造型设计中最重要的材料之一 设计师对各种常用的金属材料的种类 性能及其应用条件等 必需有一个全面的了解 金属材料及加工工艺 第二章 一 材料的一般特性 机械性能 是指金属材料在外力的作用下表现出来的变形和抗变形特性 是材料抵抗外力作用的能力 因而也称为力学性能 金属材料在受外力作用时 由于外加载荷的性质和加载方式的不同 使金属材料的变形和抗变形能力即强度具有不同的特征 静载荷下金属材料的机械性能动载荷下金属材料的机械性能交变载荷下金属材料的机械性能 静载荷下金属材料的机械性能 在缓慢加载条件下测得的金属材料抗变形和抗断裂的能力 称为金属材料的静力强度 通常以拉伸强度为最基本的强度值 通过拉伸试验测定拉伸强度 是确定金属材料机械性能的一种最重要的方法 P O E S B K Pe Ps Pb Pk l lk 静载荷下金属材料的机械性能 1 弹性2 刚度3 塑性 屈服 缩颈 4 强度5 硬度 动载荷下金属材料的机械性能 冲击韧性 k AK F G H1 H2 F 交变载荷下金属材料的机械性能 疲劳强度与抗拉强度的近似关系 碳素钢 1 0 4 0 55 b灰口铸铁 1 0 4 b有色金属 1 0 3 0 4 b 金属材料的物理和化学性质 1 物理性质 比重差别大 导热 导电性好 受热体积膨胀 在磁场中易被磁化 金属材料的物理和化学性质 2 化学性质 普通金属易被腐蚀和氧化 贵重金属抵抗能力强 对产品表面进行喷漆 电镀 氧化和磷化等处理 可防止腐蚀 保护金属材料 而且具有装饰意义 金属材料的工艺性能 各种金属材料只有经过一系列加工和工艺处理才能制成产品 材料适应各种加工和工艺处理要求的能力 称为金属材料的的工艺性能 它是金属材料机械 物理 化学性能的综合反映 是决定金属材料能否进行加工或如何进行加工的重要因素 它直接关系到加工效率 产品质量和生产成本等 在进行产品设计和选择工艺方法时 必须认真考虑金属材料的工艺性能 按照工艺方法的不同 工艺性能可分为铸造性能 锻造性能 焊接性能和切削加工性能等 金属材料及加工工艺 第二章 一 材料的一般特性二 金属结构与结晶 金属的结构与结晶 A 体心立方晶格B 面心立方晶格C 密排立方晶格金属元素中 除极少数外 绝大多数金属的晶体具有上述三种晶格形式 金属的晶格结构 金属的结构与结晶 结晶的概念 金属及合金从液态转变为固态并形成晶体结构的过程称为结晶 从内部结构看 结晶就是金属原子的聚集状态 从不规则排列过渡到按一定几何形状作有序排列的过程 结晶的过程 液态金属的结晶过程 是由晶核的形成和成长这样两个同时并行的环节组成的 当液态金属冷却到一定温度时 有一些金属原子就会自发聚集到一起 形成规则排列的原子集团 称为结晶的核心 简称晶核 这些晶核 由于不断吸附周围的液态而逐渐长大 同时 新的晶核也不断产生并长大 直到各晶体彼此相连 液体金属全部消失 结晶过程即告完成 金属的结晶过程 金属的结构与结晶 自然界80多种金属中 绝大多数在结晶后其晶格结构的类型都保持不变 只有少数几种金属 如铁 锰 锡 钛 铝等 在固态范围内 因温度的变化还会出现晶体结构的转变 并称之为同素异构转变 液态纯铁 体心立方晶格 面心立方晶格 体心立方晶格 1535 Fe Fe Fe 金属的同素异构转变 是固态下金属原子重新排列的过程 并称之为相变或者重结晶 同素异构转变这一性质很重要 铁正是因为有这一特性 才使钢能通过各种热处理方法来改变其内部结构 从而达到改善钢材料性能的目的 金属的同素异构转变 以一种金属元素为基础 加入另外一种或几种金属或非金属元素 经过熔合而组成的具有金属特性的材料 称为合金 合金中具有同一化学成分和晶格结构的均匀部分称为相 依此可分为单相合金和多相合金 按照相结构的不同 合金相可分为三种类型 1 固溶体合金由液态结晶为固态时 由于各组元之间相互溶解而形成的一种成分和性质均匀的新晶体 成为固溶体 固溶体是一种均匀的单相组织 2 金属化合物固态合金中 由于各组元之间相互作用而形成的一种具特殊晶格和明显金属特性的物质 成为金属化合物 它的晶格结构具有较复杂的形式 3 机械混合物机械混合物时有两种以上的相组成的合金 使固态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质 合金的结构 铁碳合金中 当合金处于液态时 铁和碳可以无限互溶 而固态时 存在四种基本相和组织 1 铁素体 碳在 Fe中的固溶体称为铁素体 或 固溶体 常用符号F表示 2 奥氏体 碳在 Fe中的固溶体称为奥氏体 或 固溶体 常用符号A表示 3 渗碳体渗碳体是由铁和6 67 的碳形成的金属化合物 其分子式为Fe3C 渗碳体的晶格形式很复杂 4 珠光体铁素体和渗碳体的机械混合物称为珠光体 以符号P表示 铁碳合金的组织结构 金属材料及加工工艺 第二章 热处理工艺方法的种类繁多 但其基本过程都是由加热 保温和冷却三个阶段组成的 碳钢在室温下的组织基本上由铁素体和渗碳体构成 热处理的首要步骤即将钢由室温加热到相变温度以上 使其组织转变为均匀的奥氏体 从而获得所需要的性能 此过程称为奥氏体化 热处理过程的冷却也是非常重要的一步 它是将经奥氏体化的钢 根据不同的目的要求 自高温以不同的速度 缓慢或迅速 冷却 使其发生分解 从而得到具有不同组织的性能的转变产物 热处理原理 一 一般特性二 结构与结晶三 钢的热处理 钢的热处理 根据热处理时加热 冷却规范的基本特点以及对组织性能的影响的不同 钢的常用热处理方法 可划分如下 1 退火退火是把钢加热到高于或低于临界温度 经保温 缓冷 从而得到接近于平衡状态组织的一种热处理工艺 其目的是软化组织 降低硬度 消除冷热加工的残余内应力 均匀组织和成分 改善钢中碳化物的分布和形态 以及为改善加工性能和最终热处理 作好和金内部组织的准备等 普通热处理 普通热处理 2 正火正火也成为常化或正常化 正火是把钢加热到临界温度以上50 100 并适当保温后在空气中进行冷却的热处理工艺 它实质上是一种特殊形式的退火 其目的与退火相似 区别在于冷却速度较快 因而强度和硬度有所提高 普通热处理 3 淬火淬火是将钢加热到临界温度以上30 50 保温后 根据钢的化学成分 选用油或水 盐水等作为冷却介质 进行快速冷却 从而得到马氏体组织的一种热处理工艺 淬火处理后再与回火处理相配合 一般可以强化钢的组织 大幅度提高钢的强度 硬度 耐磨性等综合机械性能 所以 机械工程中的重要零件 大多都要经过淬火和回火处理 普通热处理 4 回火回火是将淬火后的钢重新加热到低于临界温度的温度 保温后在再冷却下来的一种热处理工艺 其主要目的是稳定淬火组织 消除淬火应力 调整钢的硬度 提高塑性和韧性 从而达到所要求的机械性能 回火处理可分为低温回火 150 250 中温回火 350 500 和高温回火 500 650 三种 1 表面淬火用快速加热的方法 将工件表面有限深度范围加热到相变临界点以上 然后迅速冷却 使工件表面形成一定厚度淬硬层的一种热处理工艺表面快速加热可以采用高频感应 火焰 电接触 电解液 激光 以及电子束等方式 表面热处理 2 表面化学热处理表面化学热处理是将工件放入一定介质中加热和保温 是介质分解出的某些元素的活性原子渗入到工件表层 从而改变表面层的化学成分和组织性能的热处理方法 生产中常用的化学热处理工艺有三种 即 渗碳 渗氮 碳氮共渗 其他热处理 一些新的热处理工艺 如真空热处理 可控气氛热处理 形变热处理和新的表面热处理 激光热处理 电子束淬火等 也越来越多地应用于热处理工艺中 金属材料及加工工艺 第二章 一 一般特性二 结构与结晶三 钢的热处理四 钢铁材料生产及分类 含碳量多少是区别钢铁的主要标准 生铁含碳量大于2 0 钢含碳量小于2 0 生铁含碳量高 硬而脆 几乎没有塑性 钢不仅有良好塑性 而且钢制品具有强度高 韧性好 耐高温 耐腐蚀 易加工 抗冲击 易提炼等优良物理化学应用性能 因此被广泛利用 钢铁材料的生产 铁矿石中把金属铁分离出来并获得生铁的过程称为炼铁 不论是炼钢用生铁还是铸造用生铁 都是在高炉中冶炼的 高炉生产时从炉顶装入铁矿石 赤铁矿 磁铁矿 褐铁矿 焦炭 造渣用熔剂 石灰石 从位于炉子下部的风口吹入经预热的空气 在高温下焦炭中的碳同鼓入空气中的氧燃烧生成的一氧化碳和氢气 在炉内上升过程中除去铁矿石中的氧 从而还原得到铁 炼出的铁水从铁口放出 铁矿石中不还原的杂质和石灰石等熔剂结合生成炉渣 从渣口排出 产生的煤气从炉顶导出 经除尘后 作为热风炉 加热炉 焦炉 锅炉等的燃料 经过这一过程得到的液态生铁 含碳量一般为为3 4 还含有一定量的硅 锰及少量杂质硫和磷等 生铁冶炼 钢铁材料的生产 经高炉炼铁得到的生铁 含有较高的碳和硫 磷等有害杂质 其机械性能很差 有此限制了它的用途 因而 除少数经熔化烧铸生产铸铁件外 绝大多数还必须进一步精练成钢 提高机械性能 所谓炼钢 即在高温下降低生铁中的碳和有害杂质的含量 并根据需要调整金属的化学成分 对钢进行合金化处理 通常是向液态生铁通氧 使碳和有害杂质元素被氧化来完成的 主要的炼钢方法有三种 转炉炼钢法 电炉炼钢法 平炉炼钢法 炼钢 钢铁材料的分类 是铸造用的生铁 含碳量2 4 0 之间的铁碳合金 成本低廉 具有良好的铸造性能 切削性能及耐磨性和减振性等优点 常见的机床床身 工作台 箱体 底座等形态复杂或受压力及摩擦力的零件 大多用铸铁制成 铸铁的常用种类可分为 灰口铸铁 球墨铸铁 可锻铸铁 蠕墨铸铁 铸铁 钢铁材料的分类 为保证其韧性和塑性 钢的含碳量一般不超过1 7 钢的主要元素除铁 碳外 还有硅 锰 硫 磷等 钢的分类方法多种多样 1 按品质分类 1 普通钢 P 0 045 S 0 050 2 优质钢 P S均 0 035 3 高级优质钢 P 0 035 S 0 030 2 按化学成份分类 1 碳素钢 a 低碳钢 C 0 25 b 中碳钢 C 0 25 0 60 c 高碳钢 C 0 60 2 合金钢 a 合金结构钢 切削钢 弹簧钢 b 合金工具钢 刃具钢 模具钢 c 特殊性能钢 不锈钢 耐热钢 3 按成形方法分类 1 锻钢 2 铸钢 3 热轧钢 4 冷拉钢 钢的分类 有色金属材料的分类 1 按密度 储量和分布情况分 有色轻金属 指密度小于4 5g cm3的有色金属 有铝 镁 钙等及其合金 有色重金属 指密度大于4 5g cm3的有色金属 有铜 镍 铅 锌及其合金 贵金属 指矿源少 提取难 价格贵的金属 如金 银和铂族元素及其合金 半金属 指物理化学性质介于金属与非金属之间的硅 硒 碲 砷 硼等 稀有金属 指在自然界中含量很少 分布散或难提取的金属 稀有金属又分为钛 铍 锂 铯 等稀有轻金属 钨 钼 铌 钒等稀有高熔点金属 镓 铟 锗等稀有分散金属 钪 钇等元素的稀土金属 镭 锕系元素等稀有放散性元素 第二章 一 一般特性二 结构与结晶三 钢的热处理四 钢铁材料生产及分类五 有色金属 铝及铝合金 1 铝铝在自然界中分布很广 是地壳中储量最丰富地元素 几乎占地壳中全部金属含量地1 3 铝的生产分两个步骤 第一步从铝矿石中提取氧化铝 第二步由氧化铝电解得到纯铝 纯铝为面心立方晶体结构 银白色 塑性好 便于切削 强度 硬度低 不宜作结构材料 2 铝合金因为纯铝的硬度 强度较低 所以在机械制造 交通工具 一起仪表等制造上 均大量采用各种铝合金 铝中加入锡 铜 镁 锌等元素制成合金 强度提高 铜及铜合金 1 纯铜玫瑰红色金属 表面被氧化后生成氧化铜薄膜呈紫红色 所以纯铜也称紫铜 纯铜的导电性极好 又是抗磁性材料 因此在电器工业中有广泛的用途 纯铜具有面心立方晶格架构 有优良的可塑性和加工性能 2 铜合金铜合金种类很多 通产将铜合金分为黄铜 青铜 白铜 白铜是以镍为主要添加元素的铜基合金 呈银白色 三大类 工业上使用较多的是黄铜 以锌为主要合金元素的铜合金 青铜 以锡为主要合金元素的铜合金 钛及钛合金 1 纯钛银白色的轻金属 具有优良的耐蚀性和耐热性 在大气和海水中不受腐蚀 稳定好 抗氧化能力强 并有一定的强度和高的塑性 易于加工成型 钛的比强度在金属材料中为最好 因而是航空及国防工业中重要的金属材料 2 钛合金以钛为基而加入适量的铬 锰 铁 钒 铝和钼等形成的多元合金 钛合金综合性能好 主要用于制造发动机压气机叶片 飞机蒙皮 宇航工业的结构材料 火箭发动机外壳等 金属材料及加工工艺 第三章 一 一般特性二 结构与结晶三 钢的热处理四 钢铁材料生产及分类五 有色金属六 金属成型加工工艺 铸造成形工艺 将液体金属浇注到与零件形状相适应的铸型空腔中 待其冷却凝固后 以获得零件或毛坯的方法称为铸造 与其他工艺方法相比 铸造成形生产成本低 工艺灵活性大 适应性强 适合制造各种尺寸和形状复杂的铸件 但其缺点是公差较大 容易产生内部缺陷 铸造的生产方法很多 主要可分为砂型铸造和其他铸造两大类 砂型铸造 砂型铸造为铸造生产中的最基本方法 砂型铸造的生产工序主要包括 制模 配砂 造型 造芯 合型 熔炼 浇注 落砂 清理和检验 砂型铸造 用于制造砂型的材料称为型砂 用于制造型芯的材料称为芯砂 砂箱是长方形 方形或圆形的坚实框子 有时根据铸件结构 作成特殊形状 砂箱的作用是牢固的固紧所捣实的型砂 以便于铸型的搬运及在浇注时承受液体金属的实力 砂箱可以用木料 铸铁 钢 铝合金制成 通常上箱和下箱组成一对砂箱 彼此之间有销子及销孔进行配合 型芯的主要作用是形成铸件的内腔 有时也形成铸件局部外形 由于砂芯的表面被高温金属液所包围 受到的冲击及烘烤比砂型厉害 因此要求砂芯要有更高的强度 透气性 耐火度和退让性等 砂型铸造 将上型 下型 砂芯 浇口等组合成一个完整铸型的操作过程称为合型 又称合箱 是浇注前的最后一道工序 若合型操作不当 会使铸件产生错箱 偏芯 跑火及夹砂等缺陷 把液体金属注入铸型的操作称为浇注 浇注不当 会引起浇不足 冷隔 跑火 夹渣和缩孔等铸造缺陷 砂型铸造 从砂型中取出铸件的工作称为落砂 落砂时要注意开箱的时间 过早 铸件未凝固或温度很高 会造成跑火 变形 表面硬皮等缺陷 并且铸件会形成内应力 裂纹等缺陷 过晚 将过长占用生产场地及工装 使生产率降低 落砂后的铸件必须经过清理工序 才能使铸件外表面达到要求 包括切除浇冒口 清除型芯 清除粘砂等 其他铸造 1 熔模铸造熔模铸造是用易熔材料制成模样 然后再模样上涂耐火材料 经硬化之后 再将模样熔化 排出型外 获得无分型面的铸型 浇注即可获得铸件 也称失蜡铸造 是发展较快的一种精密铸造方法 其他铸造 熔模铸造优点 没有分型面 型腔表面极光洁 故铸件的精度和表面质量均优 型壳是由耐火材料制成 可以适应各种高熔点合金 生产批量不受限制 熔模铸造缺点 材料昂贵 工序多 生产周期长 不易生产大件 其他铸造 2 金属型铸造将液体金属浇注到用金属材料制成的铸型中 获得铸件的铸造方法 金属型铸造优点 可承受多次浇铸 实现了 一型多铸 节省工序 生产效率高 铸件精度及机械性能高 金属型铸造缺点 成本高 周期长 工艺要求严格 对铸件的形状和尺寸有一定限制 3 压力铸造压力铸造简称压铸 它是在高压作用下使液态或半液态金属以较高的速度填充铸型型腔 并在压力下凝固而获得铸件的方法 压力铸造优点 精度及表面质量高 强度及硬度高 生产率比其他方法均高 可铸形状复杂的零件 压力铸造缺点 投资大 周期长 不宜进行大余量的切削加工等 其他铸造 4 离心铸造离心铸造是将液体金属浇入旋转的铸型中 使其在离心力作用下成形并凝固的铸造方法 离心铸造主要用于生产圆筒形铸件 离心铸造优点 缺陷少 机械性能好 节约用材等 离心铸造缺点 铸件易产生偏折 内孔不准确 内表面较粗糙 锻压成形工艺 锻压是对坯料施加外力 使其产生塑性变形 改变尺寸 形状并改善性能 用以制造机械零件 工件或毛坯的成形加工方法 它是锻造和冲压的总称 大多数金属材料在冷态或热态下都具有一定的塑性 因此他们可以在室温或高温下进行各种锻压加工 常见的锻压方法有自由锻造 模型锻造 板料锻造 轧制 挤压和拉拔等 金属锻压加工的特点 可使金属获得较细密的晶粒 提高零件的性能 坯料的形状和尺寸发生改变而体积基本不变 与切削加工相比可节约材料和工时 除自由锻造外 其他锻压方法都具有较高的劳动生产率 能加工各种形状 重量的零件 使用范围广 锻压成形工艺 轧制 材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加工方法称为轧制 通过合理设计轧辊上的各种不同的孔型 可以轧制出不同截面的原材料 挤压 坯料在压应力作用下从模具的孔口或缝隙挤出 使之横截面积减小 长度增加 成为所需制品的加工方法称为挤压 按挤压温度可分为冷挤 温挤 热挤 适用于加工有色金属和低碳钢等金属材料 拉拔 材料在牵引力作用下通过模孔拉出 使之横截面积减少 长度增加的加工方法称为拉拔 拉拔生产主要用来制造各种细线 棒 薄壁管等型材 自由锻 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的锻件 这种加工方法称为自由锻 模锻 在模锻设备上利用锻模使坯料变形而获得锻件的锻造方法称为模锻 冲压 使板料经分离或塑性变形而得到制件的工艺称为冲压 常见的金属型材 板材 管材 线材等原材料 大都是通过轧制挤压等方法制成的 自由锻造 模锻和板料冲压则是一般机械厂常用的生产方法 凡承受重载荷 工作条件恶劣的机器零件 如发电机转子 主轴 叶轮 重要齿轮 连杆等 通常均需采用锻件毛坯 再经切削加工制成 高速高能成形 高速高能成形有多种加工形式 其共同特点是在极短的时间内 将化学能 电能 电磁能和机械能传递给被加工的金属材料 使之迅速成形 高速高能成形分为 利用炸药的爆炸成形 利用放电的放电成形 利用电磁力的电磁成形和利用压缩气体的高速锤成形等 高速高能成形的速度高 可以加工难加工材料 加工精度高 加工时间短 焊接成形工艺 焊接原理与分类 焊接时通过加热或加压 或两者并用 借助于金属原子扩散和结合 使分离的材料牢固地连接在一起的加工方法 焊接方法的种类很多 按焊接过程特点可分为三大类 1 熔焊这类方法的共同特点是把焊接局部连接处加热至熔化状态 形成熔池 待其冷却结晶后形成焊缝 将两部分材料焊接成一个整体 因两部分材料均被熔化 故称熔焊 2 压焊在焊接过程中需要对焊件施加压力 加热或不加热 的一类焊接方法 3 钎焊利用熔点比母材低的填充金属 称为钎料 熔化后 填入接头间隙并与固态的母材通过扩散实现连接的一种焊接方法 焊接原理与分类 熔焊 主要焊接方法 压焊 钎焊 等离子弧焊 气焊 电弧焊 电渣焊 电子束焊 激光焊 硬钎焊 软钎焊 冷压焊 超声波焊 扩散焊 爆炸焊 摩擦焊 电阻焊 焊条电弧焊 埋弧焊 气体保护焊 点焊 缝焊 对焊 锡焊 铜焊 银焊 自动 半自动 氩弧焊 co2焊 焊接原理与分类 焊接正是有了连接性好 省工省料 成本低 重量轻 可简化工艺等优点 才得以广泛应用 但同时也存在一些不足之处 如结构不可拆 更换修理不方便 存在焊接应力 容易产生焊接变形 容易出现焊接缺陷等 常用焊接方法 1 焊条电弧焊简称手弧焊 它是利用焊条与焊件之间产生的电弧热 将焊件和焊条熔化 冷却凝固后获得牢固的焊接接头的一种手工焊接方法 常用焊接方法 2 气焊与气割气焊是利用气体火焰来熔化母材和填充金属的一种焊接方法 最常用的是氧 乙炔焰 气割是利用高温的金属在纯氧中燃烧而将工件分离的加工方法 常用焊接方法 3 埋弧自动焊将手工电弧焊的引弧 焊条松紧 电弧移动几个动作由机械自动来完成 成为自动焊 如果部分动作由机械完成 其它动作仍由焊工辅助完成 则称为半自动焊 常用焊接方法 4 气体保护焊氩弧焊氩弧焊是氩气保护焊的简称 氩气时惰性气体 在高温下不合金属起化学反应 也不溶于金属 可以保护电弧区的熔池 焊缝和电极不受空气的有害作用 是一种比较理想的保护气体 CO2气体保护焊CO2气体保护焊是以CO2作为保护气体 以焊丝作电极 以自动或半自动方式进行焊接 常用焊接方法 5 电渣焊电渣焊是利用电流通过液态熔渣产生的电阻热加热熔化母材与电机 填充金属 的焊接方法 常用焊接方法 6 电阻焊电阻焊是利用电流通过接触处及焊件产生的电阻热 将焊件加热到塑性或局部熔化状态 再施加压力形成焊接接头的焊接方法 常用焊接方法 7 钎焊钎焊是利用熔点比母材低的金属作钎料 加热将钎料熔化 利用液态铅料润湿母材 填充接头间隙 并与母材相互扩散实现连接的焊接方法 常用焊接方法 8 等离子弧焊接和切割一般电弧焊所产生的电弧未受到外界约束 称之为自由电弧 电弧区内的气体尚未完全电离 能量也未高度集中 如果利用某种装置使气体完全电离 便产生温度比自由电弧高得多的等离子电弧 常用焊接方法 9 真空电子束焊接随着原子能和航空航天技术的发展 大量应用了锆 钛 铌 钼 铍 镍及其合金 这些稀有的难溶 活性金属 用一般的焊接技术难以得到满意的效果 直到1956年真空电子束焊接技术研制成功 才为这些难溶的活性金属的焊接开辟了一条有效途径 真空电子束焊是把工件放在真空内 利用真空室内产生的电子束经聚焦和加速 撞击工件后动能转化为热能的一种熔化焊 常用焊接方法 10 激光焊接与切割激光是利用原子受激辐射的原理 使工作物质受激而产生的一种单色性好 方向性强 强度很高的光束 聚焦后的激光束最高能量密度可达1013W cm2 在千分之几秒甚至更短时间内 将光能转换成热能 温度可达10000 以上 可以用来焊接和切割 机械加工成形工艺 机械加工是操作机床进行的切削加工 切削加工是利用切削工具和工件之间的相对运动 从毛坯上切去多余部分材料 以获得所需要的尺寸精度 形状精度 相互位置精度及表面粗糙度的一种加工方法 现代工业中 除少部分金属零件可以采用精密铸造 精密锻造 粉末冶金等方法直接获得要求的形状及表面精度 绝大部分零件都需要切削加工 来保证零件的加工精度与表面粗糙度 切削基本知识 1 切削运动切削时的基本运动是直线运动和回转运动 按切削时工件和刀具相对运动所起的作用不同可分为主运动和进给运动 主运动是进行切削时最主要的运动 通常它的速度最高 消耗机床动力最多 如普通卧室车床的主运动为主轴的旋转运动v 镗床主运动是镗杆的旋转运动 进给运动与主运动配合后 将能保持切削工作连续地进行 从而切除金属层形成已加工表面 进给运动可以是连续的 也可以是间歇的 切削基本知识 2 切削要素切削速度v 是主运动的线速度 单位是m s 进给量f 是进给运动方向上相对工件的位移量 车削时 进给量为主轴每转一转时 工件与刀具相对的位移量 单位为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与已加工表面间的垂直距离 mm 切削基本知识 3 切削刀具金属切削刀具种类繁多 形状也各不相同 但是 不管形状多么复杂的具 都是在刀具基本类型的基础上发展起来的 以适应不同条件下的切削加工 外圆车刀分为切削部分 刀头 和夹持部分 刀杆或刀体 两部分 刀体装在刀架上 刀头装在刀体上 可焊接或机械装卡 刀具材料应具备高硬度 高耐磨性 高红硬性和足够的强度和韧性 除此之外 刀具材料还要有良好的工艺性和经济性 常用刀具材料分为工具钢 硬质合金 陶瓷及超硬材料四大类 切削基本知识 4 切削液切削液主要用来减少摩擦和降低切削温度 合理使用切削液 对提高刀具耐用度和保证表面加工质量有着重要意义 切削液的作用 冷却 润滑 洗涤和排屑 防锈 常用的切削液有水溶液切削液 主要起冷却和排屑作用 和油液切削液 除冷却和排屑作用外还有防锈作用 切削基本知识 5 零件的加工质量零件的加工质量直接影响产品的使用性能和寿命 其主要包括加工精度和表面质量 加工精度是指零件加工以后 其尺寸 形状 相互位置等参数的实际数值和它的理想数值相符合的程度 零件实际参数的最大允许变动量称为公差 加工精度用尺寸公差 形状公差和位置公差来表示 尺寸公差有20个公差等级 公差数值依次增大 形状公差有直线度 平面度等六种 位置公差有平行度 垂直度 同轴度等八种 表面质量常用表面粗糙度来衡量 生产中常用轮廓算术平均偏差Ra作为评定表面粗糙度的主要参数 车削加工 车工是机械加工中的基本工种 它的技术性很强 主要用车床加工回转表面 所用刀具是车刀 还可用钻头 铰刀 丝锥 滚花刀等刀具 车床所占比例最大 约占金属切削机床总台数的20 30 车床应用范围很广 种类很多 按用途和结构的不同 主要分为卧式车床及落地车床 立式车床和各种专门化车床等 车削加工 车削加工 车削加工 常用车刀的结构形式有三种 焊接车刀 整体车刀 机夹式