机械基础 第3版 课件第十九章　金属加工基础

模块八金属加工基础*第十九章金属加工基础金属加工在国民经济中具有至关重要的作用与地位，小到人们日常生活方面，大到国家安全层面都与之密切相关，无论是冰箱、空调、厨具、汽车、高铁的制造，还是飞机、军舰、火箭、航天器的制造都离不开金属加工，某些方面来说金属加工水平的高低可以反映一个国家综合国力的强弱。金属加工主要分为热加工、冷加工和特种加工热加工指全部或局部在高于材料再结晶温度的条件下进行的加工，包括铸造、锻造、焊接、热轧等。冷加工指在低于材料再结晶温度的条件下进行的加工，包括切削加工（车、钻、铣、磨、刨）、冷拉、冲压等。特种加工是利用电能、热能、光能等非传统机械能进行的加工，有3D打印、电火花线切割加工、激光加工等。第一节铸造、锻压、焊接基础*（铸造）【学习目标】1.了解铸造的特点、分类、应用和安全操作规程。2.了解砂型铸造一般工艺过程。一、铸造熔炼金属、制造铸型（芯）并将熔融金属浇入铸型,凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的金属零件毛坯的成形方法称为铸造。铸造所获得的金属零件或零件毛坯称为铸件。

铸造的优点有:(1)可以获得外形及内腔复杂的铸件。(2)适用范围广。(3)材料来源广。铸造的缺点：铸件组织疏松，晶粒粗大，内部易产生缩孔、砂眼、裂纹等缺陷以及铸件表面粗糙，尺寸精度低、工作环境差、劳动强度大等问题。1.砂型铸造（1）砂型铸造工艺砂型铸造一般由制作模样（芯盒）、制备型（芯）砂、造型（造芯）、烘干（用于干砂型铸造）、合箱、浇注、落砂、清理、检验等工序组成1)制作模样、芯盒。模样是由木材、金属或其他材料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备。芯盒是用来制造砂芯或其他种类耐火材料芯所用的装备，2)制砂。制砂是制备型砂和芯砂的过程，型砂是造型用的混合料，芯砂是造芯用的混合料。3)造型、造芯。造型是用型砂及模样等工艺装备制造砂型的方法和过程，造芯是将芯砂制成符合芯盒形状的砂芯的过程。手工造型又有整模造型、分模造型、刮板造型、地坑造型等多种。4）合箱（型）。合箱是将铸型的各个组元如上型、下型、型芯和浇口盆等组合成一个完整铸型的操作过程。5）熔炼金属。将生铁和少量废钢铁等放入熔炼设备中加热熔化和冶炼成合格的铁水用于浇注。6）浇注。浇注是将熔融金属从浇包注入铸型的操作，其中浇注温度和浇注速度是对铸件质量有影响的两大重要因素。浇注系统：为填充型腔和冒口而开设于铸型中的一系列通道，其作用是保证金属熔液平稳、均匀、连续地充满型腔，防止熔渣、砂粒等进入型腔，调节铸件的凝固顺序，并供给铸件冷凝收缩时所需补充的金属熔液图19-3浇注系统图19-4带冒口的铸件冒口是在铸型内储存供铸件补缩用熔融金属的空腔，除补缩作用外，冒口有时还起排气和集渣的作用。冒口一般设置在铸件的最高、最厚处。7）落砂、清理。落砂是指用手工或机械方法使铸件与型（芯）砂分离的操作。清理是指落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂、多余金属（如浇冒口、飞翅、氧化皮）等过程的总称。8）检验。铸件的检验主要包括对铸件的外观、表面质量、内部缺陷和理化性能的检验（2）砂型铸造的主要缺陷类型示意图特点及检测方法产生原因气孔表面一般比较光滑，主要呈梨形、圆形等，大孔常孤立存在，小孔则成群出现，且很少在铸件表面露出，需通过超声、X光等无损检测的方式进行探测检验铸件内由气体形成的孔洞。产生原因是型砂含水过多，起模和修型时刷水过多，砂型和砂芯透气性差或砂芯通气孔堵塞，砂芯烘干不良，浇注速度太快等缩孔形状不规则、孔壁粗糙并带有技状晶，常出现在铸件最后凝固的部位。零件内部缩孔和气孔一样需通过超声、X光等无损检测的方式进行探测检验缩孔是铸件在凝固过程中，由于补缩不良而产生的孔洞。产生原因是铸件结构不合理，如壁厚相差过大，造成局部收缩过程中得不到足够熔融金属的补充而形成砂眼铸件内部或表面带有砂粒的孔洞。铸件表面的砂眼可以通过肉眼观察检测，内部的砂眼需要用无损检测的方式进行探查产生原因是型砂和芯砂的强度不够或紧实度不足，合箱时铸型局部损坏；浇注系统不合理，冲坏了铸型及浇注速度太快而造成类型示意图特点及检测方法产生原因粘砂粘砂是铸件表面或内腔粘附着一层难于清除的砂粒，从而造成表面粗糙，不易加工。粘砂可以通过检视、触摸零件表面的方式观测和检验产生原因是型砂和芯砂的耐火性不够，浇注温度太高，未刷涂料或涂料太薄等造成冷隔冷隔是指在铸件上穿透或不穿透的、边缘呈圆角状的缝隙，多出现在远离浇口的宽大上表面或薄壁处、金属流汇合处以及冷铁、芯撑等激冷部位，可肉眼观测产生原因是浇注温度太低；浇注速度太慢或浇注过程曾有中断；浇注系统位置开设不当等裂纹铸件表面或内部因发生断裂而形成的条纹状裂缝，大的裂缝可以肉眼观察，小的裂缝需通过专用的仪器检测产生的原因是铸件结构设计不合理，壁厚相差太大，砂型或砂芯的退让性差，落砂过早等浇不足铸件残缺或轮廓不完整，常出现在远离浇口部位及薄壁处产生原因是浇注时金属熔液的量不足，铸件壁太薄，浇注温度太低；浇注速度太慢等2.特种铸造（1）金属型铸造。金属型铸造是在重力作用下将熔融金属浇入金属铸型获得铸件的方法，主要用于有色金属铸件的大批量生产。（2）压力铸造。压力铸造简称压铸，它是将熔融金属在高压下高速充型，并在压力下凝固成形的铸造方法。主要用于熔点较低的有色金属铸件的大批量生产。（3）离心铸造。离心铸造是将金属液浇入绕水平、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。主要用于空心回转体铸件各种批量的铸造，（4）熔模铸造。熔模铸造又称失蜡铸造，是一种精密铸造的方法。它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。主要用于铸造各种形状复杂、精度要求较高、尺寸较小的零件，特别适用于高熔点金属或难以切削加工的铸件（5）消失模铸造。消失模铸造是用泡沫塑料模制造铸型后不取出模样，浇注金属时模样气化消失获得铸件的铸造方法。3.铸造安全操作规程以人为本，生命至上的理念，2025年国家应急管理部发布《铸造安全规范》安全生产行业标准，标准号AQ7016-2025，（1）操作人员需经专业培训并取得合格证，未经许可不得擅自操作设备。（2）操作人员必须按规定穿戴适宜的个体防护装备，（3）作业前，需检查铸造设备及电气、测量仪表、安全保护装置3.铸造安全操作规程（4）保持工作场地整洁，物品严格按指定区域定置堆放，排列有序，不堵塞安全通道和消防通道。（5）作业过程中严格遵守防尘“五轻”：轻铲、轻倒、轻放、轻扫、轻拌；（6）造型（芯）时叠放砂箱和砂型需整齐、牢固。不能在吊起的砂箱、铸型、砂型（芯）下面修型/芯，且合箱时不能将手伸入或将头探入砂箱中进行修理、观察，合箱卡螺冒要拧紧。3.铸造安全操作规程（7）熔炼金属时严格控制温度和配料比例，不能将与熔融金属接触会发生爆炸的物品投入熔炼炉，（8）熔融金属吊运过程中不能经过人员或危险品上部。（9）砂型铸造浇注前应检查铸型上、下连接是否牢固，周边不能有积水或积油。（10）浇注过程中浇口杯需处于充满状态，严防二次浇注和浇口杯溢流。浇注区域要设置防护围栏和警示牌。3.铸造安全操作规程（11）落砂前，铸件需冷却至安全温度（400°C以下）。（12）人工打击砂箱落砂时，锤头方向不能有人，不能交叉作业。思考与训练1.简述砂型铸造的工艺流程。2.常见砂型铸造造型方法有哪几种？3.砂型铸造缺陷有哪些？产生原因是什么？4.特种铸造有哪些？常用于什么场合？5.简述铸造安全操作规程内容。第十九章金属加工基础第一节铸造、锻压、焊接基础*（锻压）【学习目标】1.了解锻压的特点、分类、应用和安全操作规程。2.了解自由锻造、板料冲压的一般工艺过程。二、锻压锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料、铸锭产生局部或全部的塑性变形，以获得一定几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。锻造又分为自由锻和模锻两种。

锻压的特点:与其他加工方法相比，锻造能改善金属内部组织，提高金属的力学性能；采用精密模锻可以使锻件尺寸、形状接近成品零件的要求，生产率高，减少金属的损耗、减少或无需后续切削加工。此外，锻造的适应性广，质量大的、小的零件均可锻造，各种批量的零件均可锻造，缺点：不能锻造外形或内腔复杂的工件。（1）金属的加热和锻件的冷却金属加热的目的是为了提高塑性、降低变形抗，并使内部组织均匀，不同金属加热的温度各不相同。始锻温度：通常将开始锻造时坯料的温度称为；终锻温度：坯料经过锻造成形，在停锻时锻件的瞬时温度始锻温度到终锻温度的温度区间称为锻造温度范围。一般来说，始锻温度要高一些，终锻温度要低一些，钢的锻造温度范围可根据Fe-Fe3C相图来选择，如45钢的锻造温度范围为1200～800°C。锻后冷却方法不当，也将影响锻件的质量冷却方式含义冷却速度应用场合空冷热态锻件在静止空气中冷却的方法冷却速度快低碳钢、中碳钢及低合金钢中小型锻件或锻后不直接切削加工件堆冷热态锻件成堆放在空气中进行冷却的方法

冷却速度慢于空冷低碳钢、中碳钢的小型锻件坑冷热态锻件放在地坑(或铁箱)中缓慢冷却的方法冷却速度慢于堆冷低合金钢及截面尺寸较大的锻件，锻后可直接切削加工灰砂冷热态锻件埋人炉渣、灰或砂中缓慢冷却的方法冷却速度慢于坑冷炉冷锻后锻件放人炉中缓慢冷却的方法冷却速度小于灰砂冷高合金钢及大型复杂锻件，锻后可切削加工（2）自由锻自由锻是只用简单的通用性工具，或在锻造设备上、下砧间直接对坯料施加外力，使坯料产生变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的方法。自由锻按使用设备分手工自由锻和机器自由锻两类，手工自由锻设备：空气锤机器自由锻设备：水压机自由锻的基本工序有镦租、拔长、冲孔、弯曲、扭转、切断1）镦粗。镦粗是使毛坯高度减小，横断面积增大的锻造工序，常用来制造齿轮、盘饼类毛坯。2）拔长。拔长是使毛坯横断面积减小、长度增加的锻造工序，常用来制造轴类、连杆类毛坯。对于套筒、圆环类零件，可在心轴上拔长或扩孔3）冲孔。冲孔是用冲子在坯料上冲出通孔或不通孔的锻造工序。常用于齿轮、套筒、圆环等。4）弯曲。弯曲是采用一定的工模具使坯料弯成规定外形的锻造工序，主要用于制造吊钩、链环、弯板等零件的毛坏5）扭转。扭转是将毛坯的一部分相对另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序，常用于制造多拐曲轴、连杆等零件毛坯的制造。（3）模锻模锻是利用模具使毛坏变形而获得锻件的锻造方法称，模锻加工的锻件形状复杂，尺寸精确，加工余量较小，生产率高，易于自动化，适合大批量生产根据所使用的锻造设备不同，模锻又分为胎模锻和模型锻（简称模锻）两大类。胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具生产模锻件的锻造方法，可视为自由锻和模锻的结合，。2.冲压冲压是使板料经分离或成形而得到制件的工艺，通常在常温下进行的，所以又称为冷冲压。冲压常用的设备有冲床和剪切机等。冲压的基本工序可分为分离工序和变形工序两大类，分离工序有落料和冲孔等；变形工序有弯曲、拉深和翻边等。1）落料。落料是利用分离工序取得一定外形的制件或坯料的冲压方法。2）冲孔。冲孔是将冲压坯内的材料以封闭的轮廓分离开来，得到带孔制件的冲压方法。3）弯曲。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制件的成形方法，4）拉深。拉深是利用刚性模具对坯料施加拉或压应力，使平板毛坯形成为带凸缘或不带凸缘的圆柱形或圆锥形件，而厚度基本不变的加工方法，5）翻边。翻边是指在毛坯的平面部分或曲面部分的边缘，沿一定曲线翻起竖立直边的成形方法，3.锻压安全操作规程2003、2012年分别发布《锻造生产安全与环保通则》《冲压车间安全生产通则》国家标准，标准号GB13318-2003、GB8176-2012。（1）锻造生产常见的危险因素有：易燃物质、易爆物质、高压电、炽热物体、腐蚀性物质、坠落物体或进出物、高压液体和高压气体等。（2）操作人员必须经过专业培训，并考核合格取得操作证后方可从事锻造生产。（3）操作人员必须按规定穿戴好完整有效的劳动保护用品。3.锻压安全操作规程（4）作业前应认真地检查设备是否运转正常，电气、仪表及各类保护装置是否灵敏可靠，严禁设备带故障运行、超负荷作业。（5）在锻锤上下料时，坯料两端不得站人。工具应完好干净，不得沾有油、水等物，放置要正确，严禁冷剁下料。（6）装取料的工具及机械需完好，操作人员在钩料时与燃煤加热炉出料口需保持一定距离，防止炉门口喷火灼伤。3.锻压安全操作规程（7）作业人员不得将手或身体各部位伸入锤头行程内或冲模内，需使用专用工具清扫氧化皮或取出工件。（8）自由锻打时，锻件需置于砧座中心部位，首锤要轻击，然后重击，并即时清理氧化皮。（9）大型锻件的锻造使用起重机作辅助工具时，挂链与吊钩必须用保险装置钩牢、锻件挂链和送料叉上的位置需平稳可靠，防止滚动脱落。3.锻压安全操作规程（10）模锻装卸模具必须按操作规程进行，模具需按规定进行预热。（11）严禁打空锤，严禁打过烧及低于终锻温度的工件。（12）一台冲压设备有多人操作时，必须使用多人操作按钮进行工作。（13）冲模安装调整、设备检修，以及停机排除各种故障时，必须使用安全栓，并悬挂警告牌，必要时要安排专人监护开关。思考与训练1.金属锻造前为什么要加热？锻造后锻件的冷却方式有哪几种？分别用于什么场合？2.自由锻常见工序有哪些？3.模锻和自由锻相比有哪些优缺点？4.简述锻压安全操作规程内容。第十九章金属加工基础第一节铸造、锻压、焊接基础*（焊接）【学习目标】1.了解焊接的特点、分类、应用和安全操作规程。2.了解焊接加工一般工艺过程。三、焊接焊接是通过加热或加压、或两者并用，并且用或者不用填充材料，使工件达到结合的方法。焊接是一种不可拆连接，可以连接各种同类金属，也可以连接不同类金属。按焊接过程中金属所处的状态不同，分为熔焊、压焊和钎焊三种熔焊：是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法，又有电弧焊、气焊、电子束焊、激光焊等。压焊：是焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法，应用最广是电阻焊。钎焊：是采用比母材料熔点低的金属材料作为钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材料熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充焊接间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的焊接方法。焊接特点及应用：焊接设备简单、操作方便，生产成本低，接头密封性好，易于实现机械化和自动化。此外，可用型材等拼接成焊接构件，替代大型复杂铸件，生产周期短，劳动强度低。由于焊接有以上优点，在现代工业中得到广泛应用，如建筑、桥梁、船舶、化工容器、冶金、航天等领域。1.焊条电弧焊焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。焊接前，把焊钳和焊件分别接到电焊机输出端的两极，并用焊钳夹持焊条。焊接原理：在焊条和焊件间引燃电弧，通过电弧热同时将焊条和焊件熔化形成熔池。随着焊条沿焊接方向移动，新的熔池陆续形成，原先的熔池金属不断冷却凝固构成了焊缝，从而将两块金属焊接在一起。特点：焊条电弧焊设备简单，操作灵活，应用广泛，缺点是生产效率低，劳动强度较大、质量不易保证。（1）焊接设备焊条电弧焊最主要的设备是焊接电源，即电焊机，它有交流焊机和直流焊机两大类。交流焊机又称为弧焊变压器，输出的焊接电流是交流电，它结构简单、成本低，电弧稳定性差，用于低碳钢、低合金钢等普通材料及普通机械零件的焊接。直流焊机又有弧焊发电机和弧焊整流器两种，输出的焊接电流是直流电，直流焊机电弧稳定，焊缝质量高，用于不锈钢、铸铁等材料及薄壁、压力容器等焊接。其中，弧焊整流器因成本低、制造和维修容易，应用已日趋普及。（2）焊条焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊芯是一根金属丝，根据用途不同，焊芯有钢丝、有色金属丝和铸铁线材等。焊芯起的作用是:作为电极传导电流，引燃和维持电弧，作为填充材料药皮由各种不同的矿物粉、铁合金粉和有机物等原料，按一定比例配制而成，主要作用有：1）机械保护。药皮熔化时放出大量气体并形成熔渣，气体在电弧周围形成气层，隔绝空气，熔渣覆盖在熔池金属上面，2）冶金处理。通过药皮中的合金元素，去除熔池里的杂质（如S、P），同时向焊缝补充合金元素，提高焊缝的机械性能。3）改善焊接工艺性能。焊条分为酸性焊条和碱性焊条两类。酸性焊条中药皮以酸性氧化物为主，焊接时电弧稳定，易操作，焊缝成形美观，但焊缝抗裂性和力学性能较差，主要用于低碳钢等不重要结构的焊接。碱性焊条中药皮以碱性氧化物为主，焊接时需直流反接，焊缝抗裂性、强度和韧性好，但电弧稳定性差、易产生气孔，主要用于合金钢、高强度钢等重要结构的焊接。（3）焊接工艺过程1）焊接接头形式与坡口焊接接头形式是指焊件连接处采用的形式。常用的接头基本形式有对接接头、T形接头、角接接头和搭接接头等当焊件较厚时（大于6mm），为保证焊件能焊透，需要在接头处开坡口，常见的坡口形式：2）焊接电弧极性当采用直流焊机焊接时，焊接电弧将分为阳极区、弧柱区和阴极区三部分，一般焊接电弧阳极区温度较高，阴极区温度较低；当焊件接焊机的正极，焊条接焊机的负极称为正接，反之称为负接。对于较厚的焊件应采用正接，铸铁、有色金属及薄钢板应采用反接。3）焊接方法①引弧。焊接时，首先需要引弧，即将焊条的末端与焊件表面接触形成短路,然后迅速将焊条向上提起至与焊件表面距离2～4mm的位置，电弧即能引燃。引弧的方法有直击法和划擦法两种，②运条。电弧引燃后，开始进入正常的焊接过程，此时，焊条因燃烧变短需下不断向下送进，避免电弧熄灭，同时焊条需沿焊缝方向均匀移动，以完成整条焊缝的焊接。为获得一定宽度的焊缝，焊条还需作横向摆动，焊条横向摆动的形式：4）焊接工艺参数焊接工艺参数主要：焊条直径、焊接电流、焊接速度①焊条直径。焊条直径的大小取决于焊件厚度。厚度愈大，则焊缝需要填充的金属也愈多，因此应选用较大直径的焊条。在立焊、横焊和仰焊时，为防止熔池过大和铁水下淌，焊条直径一般不超过4mm。②焊接电流。焊接电流大小主要取决于焊条直径。焊条直径越大，则焊接电流也相应越大。③电弧电压。电弧电压由弧长决定，电弧长，则电弧电压高，反之则电弧电压低，一般力求使用短弧。④焊接速度。焊接速度由焊工视操作情况而灵活掌握，保证既要焊透又不焊穿。5）焊接缺陷。焊前如果接头处未清理干净、焊条未烘干、焊接工艺参数选择不当或操作方法不正确，会造成各种焊接缺陷。常见的缺陷有未焊透、咬边、焊瘤、夹渣、气孔和裂纹等。2.其他焊接方法简介（1）气焊 气焊是利用气体火焰作热源的焊接法，最常见的是氧－乙炔焊，近年来液化气或丙烷燃气的焊接也在迅速发展。气焊不需要电源，气体火焰温度低，火焰易控制，但火焰热量分散，焊接变形大，生产率低，主要用于薄钢板、有色金属和焊补铸铁以及野外无电作业场景。（2）埋弧焊埋弧焊是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。埋弧焊工作稳定，焊缝质量高，生产率高，劳动条件好，在厚板焊接及大批量生产中得到广泛应用，但适应性差，只适用于水平位置焊接。（3）氩弧焊氩弧焊是使用氩气作为保护气体的气体保护焊，有非熔化电极和熔化电极两种。氩气是一种惰性气体，不与金属发生化学反应，故氩弧焊适应于焊接各类合金及易氧化的有色金属。（4）真空电子束焊真空电子束焊是利用加速和聚焦的电子束轰击置于真空中的焊件所产生的热能进行焊接的方法。真空电子束焊能量密度极高，工件热影响区小，变形极小，适合精加工后零件的焊接；广泛应用于航天航空、原子能、精密机械等领域，缺点是设备成本高，真空室限制工件尺寸的大小，抽真空时间长。（5）激光焊激光焊是以聚焦的激光束作为能源轰击焊件所产生的热量进行焊接的方法，激光焊接能量密度高，加热集中，热影响区小，较传统焊接工件变形小；焊接精度高，可实现微小、复杂焊缝焊接；适应性强，能焊钢、铝、钛及部分非金属及异种材料；焊接速度快，易于自动化，适合批量生产，较真空电子束焊设备成本低，现广泛用于航空、航天、医疗设备等领域。（6）焊接机器人焊接机器人是配备焊枪或多轴机械臂的工业机器人，通过编程实现精准焊接作业，包括点焊机器人、弧焊机器人、切割机器人和喷涂机器人等。焊接机器人的主要优点有：稳定性极强，焊缝质量一致性高；效率高，可24小时连续作业，合适批量生产；改善工人的劳动强度，可在有害环境下工作；降低对工人的技术要求；柔性化生产，通过修改程序即可切换焊接工件，适配多品种、小批量生产需求。3.锻压安全操作规程2025年发布《焊接与切割安全》新版国家标准，标准号GB/T9448-2025，（1）焊接操作人员必须进行专业培训并考核合格取得焊接与热切割或建筑焊工特种作业操作资格证书且按规定持证上岗。（2）焊接前需仔细检查设备，确认焊机、电缆、焊钳无破损，焊机接地/接零保护可靠，严禁使用氧气、乙炔等易燃易爆气体管道作为接地装置。（3）焊接前需清理作业场地，确保10m内无易燃、易爆物，同时备配足够的灭火设备。3.锻压安全操作规程（4）焊接场地必须具备良好的通风条件，否则需加装排风装置。（5）做好个人防护。按要求配备手持面罩、护目镜、专用防护服、绝缘手套、防滑绝缘鞋等防护用品。（6）作业过程中，严禁用手触摸焊钳带电部位。（7）改变焊机接法时必须在切断电源的情况下进行，调节电流时必须在空载状况下进行。（8）需要移动焊机时，应首先切断其输入端的电源。3.锻压安全操作规程（9）严禁让焊机超负荷作业，带病作业；当焊机发生故障时，应立即切断电源，及时进行检查和修理。（10）有限空间内未进行良好通风前人员不得进入。（11）有限空间内实施焊接时，除了正常的通风要求外，还应防止可燃混合气的聚集及大气中的富氧。（12）有限空间内的通风不仅需要确保操作人员自身的安全，还需要确保区域内所有人员的安全。3.锻压安全操作规程（13）有限空间内作业时，气瓶及焊接电源必须放置在有限空间的外面。若存在严重危害生命安全的气体，有限空间外面必须设置监护人员。（14）当焊接工作中止（如工间休息时），必须关闭设备或焊机的输出端或者切断电源。工作完毕，必须及时切断焊机电源。（15）金属焊条和碳极在不用时必须从焊钳上取下，以消除人员或导电物体的触电危险。3.锻压安全操作规程（16）焊钳在不使用时应置于与人员、导电体、易燃物体或压缩空气瓶接触不到的地方。（17）焊钳不得在水中浸透冷却。（18）焊工不得将电缆缠绕在身上。（19）为防止恶劣气候的影响，露天使用的焊接设备应予以保护，保护罩不得防碍其通风散热。（20）焊接设备不使用时需贮存在清洁干燥的地方，远离热源,保持平稳,定期用干燥的压缩空气吹净内部灰尘。思考与训练1.焊接种类有哪些？焊条电弧焊的原理是什么？2.焊接电源有哪几种？什么情况下存在正接或反接？3.焊接工艺参数有哪些？如何选择？4.简述焊接安全操作规程内容。第十九章金属加工基础第二节金属切削加工基本概念*【学习目标】1.了解金属切削加工原理，了解切削运动概念。2.掌握切削三要素。3.了解刀具的组成。4.了解切削力和切削热的概念5.了解切削液种类、作用1.切削运动切削运动是切削时工件与刀具间的相对运动，它包括主运动和进给运动。各种加工时的切削运动：（1）主运动。主运动是切除工件表面多余材料所需的主要运动，通常其线速度最高，消耗功率最大。（2）进给运动。进给运动是使工件切削层材料相继投入切削从而加工出完整表面所需的运动。刀具在切削过程中，工件上会形成待加工表面、已加工表面和过渡表面等三个表面待加工表面：是指工件上有待切除的表面。已加工表面：是指工件上经刀具切削后形成的表面。过渡表面：是指工件上由切削刃形成的那部分表面，它在下一个切削行程，刀具或工件的下一转里被切除，或者由下一切削刃切除。2.切削用量切削用量是在切削加工过程中的切削速度、进给量和背吃刀量的总称。（1）切削速度vc。切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度，单位为m/min或m/s。（2）进给量f。刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量。（3）背吃刀量ap。背吃刀量一般指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离。3.切削刀具各种刀具都是由切削部分和刀体或刀柄等部分组成的。切削部分是刀具各部分中起切削作用的部分，它每个部分都由切削刃、前面及后面等产生切屑的各要素所组成刀体是刀具上夹持刀条或刀片的部分，或由它形成切削刃的部分。刀柄是刀具上的夹持部分。（1）刀具切削部分的组成1)前面Aγ，刀具上切屑流过的表面。2)主后面Aα。刀具上同前面相交形成主切削刃的后面，切削时与工件过渡表面相对。3)副后面Aα′。刀具上同前面相交形成副切削刃的后面，切削时与工件已加工表面相对。4)主切削刃S。前面与主后面的交线。切削时起主要切削作用。5)副切削刃S'。前面与副后面的交线。切削时起辅助切削作用。6)刀尖。指主切削刃与副切削刃的连接处相当少的一部分切削刃。（2）刀具切削部位的主要角度通常通过各个刀面与基准平面之间的夹角来确定各个刀面或刀刃在空间的方向和位置，以便于设计、制造、刃磨和测量刀具。涉及到的主要基准坐标平面有基面、切削平面、正交平面等1）基面Pr。过切削刃选定点的平面，它平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要垂直于假定的主运动方向。（2）刀具切削部位的主要角度2）主切削平面Ps，通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。通过主切削刃选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。4）假定工作平面Pf，通过主切削刃选定点平行于假定进给运动方向的平面。（图中未画出）5）副主切削平面Ps′，通过副切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面。（图中未画出）（2）刀具切削部位的主要角度刀具切削部分的主要角度有前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角等1）前角γo。前面与基面间的夹角，在正交平面中测量。2)后角ao。后面与切削平面间的夹角，在正交平面中测量。3）主偏角Kr。主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。（2）刀具切削部位的主要角度4）副偏角Kr′。副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。5)刃倾角λs。主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。切削时会影响切屑排出的方向，刃倾角为正值时，切屑排向待加工表面；为负值，切屑排向已加工表面；为零值，切屑垂直于切削刃排出。4.切削力和切削热切削力是切削过程中，为了克服工件被切层材料对切削的抵抗，刀具对工件施加的作用力，一个切削部分的总切削力可分解成三个相互垂直的切削分力。切削过程中，由于被切削材料层的变形、分离及刀具和被切削材料间的摩擦会产生切削热，产生的切削热绝大部分被切屑带走，少部分会传入工件，导致工件受热伸长和膨胀，从而影响加工精度。对于细长轴、薄壁套和精密零件的加工，切削热引起的热变形影响尤为严重。还有很少一部分切削热会传入刀具，使刀具切削部分(尤其是刀尖部位)温度升高，致使刀具材料软化，切削性能降低，磨损加快。5.切削液常用切削液分为水基和油基两大类，水基切削液又称水溶液（MA类），油基切削液即切削油（MH类），主要目的和作用是冷却、润滑、清洗和排屑。种类说明冷却性润滑性应用场合水溶液（MA）全合成切削液有具有防锈性的MAG类和具有减摩性和（或）极压性的MAH类两种MAG类用于磨削加工；MAH类用于难切削材料或重负荷金属的切削加工乳化液50～80%矿物油+乳化剂+添加剂构成并稀释后使用普通钢材的粗车、粗铣半合成切削液（微乳液）10～30%矿物油+乳化剂+添加剂表面质量要求较高的钢铁材料的精加工切削油（MH）矿物油+添加剂润滑需求远高于冷却需求的场合，如拉削、攻丝、滚齿、精车丝杆等思考与训练1.什么是主运动？什么是进给运动？2.什么是切削用量三要素？3.什么是主切刃？前角、主偏角、副偏角对切削加工有什么影响？4.背向力对切削有何影响？5.切削热对切削有何影响？6.切削液的种类和作用有哪些？分别用于什么场合？第十九章金属加工基础第三节车削*【学习目标】1.了解车削加工原理。2.了解车削加工过程。3.了解车削加工特点及应用场合。一、车削车削是在车床上以工件旋转为主运动，刀具直线或曲线移动为进给运动的切削加工方法。1.车床车床的种类很多，应用最广的是卧式车床通常工件装夹在卡盘上随主轴回转作主运动，刀具装夹在刀架或尾座（钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹时）随溜板箱上大、中、小滑板或手动作纵向、横向进给运动完成切削过程。2.工件的装夹方法车床夹具分为通用夹具和专用夹具两类装夹方法图

示特

点三爪卡盘装夹工件夹紧力较小，具有自动定心作用，一般不需校正，但装夹较长的工件时，工件离卡盘夹持部分较远处的旋转中心不一定与车床主轴旋转中心重合，需校正；三爪卡盘长时间使用后，精度会下降也应进行校正，常用于装夹小型、规则形状零件四爪卡盘装夹工件四爪卡盘又称单动卡盘，每个卡爪独立运动，夹紧力大，但不能自动定心，装夹工件后需校正，用于装夹大型或形状不规则零件一夹一顶装夹工件较长工件的粗加工及较重的工件为安全起见宜采用一夹一顶装夹，为防止工件轴向位移，必须在卡盘内装一限位支承或利用工件的阶台进行限位，同时承受较大轴向力。有时为提高工件的刚性，选用中心架或跟刀架作为辅助支承两顶尖装夹工件较长的轴或必须经过多次装夹才能完成加工的轴宜采用两顶尖装夹，装夹定心精度高，但刚性差，适用于精加工。工件装夹前应在工件两端钻好中心孔，并用鸡心夹头夹住工件以递动力，有时为提高工件的刚性，选用中心架或跟刀架作为辅助支承，3.车刀及装夹方法外圆车刀种类结构形式加工特点整体式车刀由高速钢刀条刃磨而成，刀具刃口锋利，切削速度较低，效率较低，用于有色金属、塑料及低速车削加工（如车槽、螺纹）场合焊接式车刀由硬质合金刀片焊接在刀杆上制成，价格较低，磨损后需重磨，广泛用于各种钢、铸铁各种表面的的粗、精车可转位式车刀由专门企业生产，将可转位刀片装夹在刀杆上构成，一个刀刃磨损后只需将刀片松开转一个位置，再夹紧即可继续投入切削，效率高，其应用越来越广泛，尤其是数控车床加工。可转位刀片有多种类形和结构形式供加工不同材料粗、精车选用车刀的安装要求：车刀通常装夹在刀架上，装夹时，刀杆伸出长度尽可能短些，以提高其刚性；刀杆中心线应垂直于（内孔车刀平行于）车床主轴轴线，车刀刀尖应对准工件的回转中心，尤其是车槽刀、车圆锥面车刀和螺纹车刀，否则容易发生刀头折断或表面形状不正确等现象。4车削方法车削表面示意图说明车外圆柱面工件随主轴回转，车刀沿纵向进给车削外圆，可选用主偏角为60～75°的尖刀、主偏角为45°的弯头车刀和主偏角90°偏刀车外圆，主偏角越小，背向力越大，切削时易产生振动或弯曲变形车端面工件随主轴回转，车刀沿横向进给车削端面，车削时可用主偏角为60～75°的尖刀、主偏角为45°的弯头车刀和主偏角90°偏刀车端面车台阶车削台阶是车外圆和车端面的组合，不仅要控制外圆的直径和台阶的长度，还要保证台阶面与工件轴线垂直，一般需要车刀主偏角大于或等于90°车圆锥面偏置上滑板法车圆锥，特点是能车削圆锥角较大的内、外圆锥面，操作简单，调整方便，但只能通过手动移动上滑板进给，不能机动进给，劳动强度大，只适用于单件、小批量生产；此外，受上滑板行程限制，只能加工圆锥素线不太长的圆锥面偏移尾座法车圆锥，将尾座横向偏移一个距离S，使前、后顶尖连线与主轴轴线相交成一个圆锥半角a/2的角度，刀具随大拖板沿平行于主轴轴线方向进给即可车出圆锥半角为a/2的圆锥面；特点是能机动进给，表面质量好，但只能加工锥角较小、锥体较长、精度不高的外圆锥面，且不能加工整圆锥和内圆锥面靠模法车圆锥面，由靠模板控制刀架沿圆锥面方向进给车圆锥面。特点是可机动进给车削内、外圆锥面，锥体长度不受限制，成批加工锥度的一致性好，但只以车削圆锥半角小于12°的圆锥面。车槽与切断工件随主轴回转，车槽刀沿横向直线进给即可车槽或切断工件，由于车槽刀窄而长，易折断，故刀头宽度不能太大或太小，一般等于槽宽；刀头长度略大于槽深。车削较宽的矩形槽，可用多次直进法切削，并在槽侧、槽底留精车余量，然后根据槽深和槽宽要求精车车孔a)车通孔b)车不通孔车刀在孔内进行切削，增加车刀的刚性（尽可能增大刀柄的截面积和减小刀柄的伸出长度）和解决排屑问题是车孔的两大关键技术。车通孔时，车刀主偏角需小于等于90°；车不通孔时，车刀主偏角需大于90°车螺纹螺纹车刀属于成形刀具，车刀尖角应等于螺纹的牙型角；由于螺纹槽深尺寸较大，需采用直进法、斜进法或左右切削法等分层切削；每车一刀螺纹后如何保证车第二刀时，刀尖还在第一次车螺纹的位置而不会发生“乱扣”现象，方法有提开活螺母法和开倒顺车法，前者用于丝杠螺距是工件螺距的整数倍，后者用于丝杠螺距不是工件螺距的整数倍5切削用量的选择车削时切削用量主要根据加工性质来选择，粗加工阶段的主要目的是去除加工表面的大部分加工余量，所以主要考虑的是如何提高生产率。半精加工阶段的主要任务是使工件达到一定的准确度，为重要表面的精加工做好准备，并完成一些次要表面的加工。精加工阶段的主要任务是达到零件的全部尺寸和技术要求，这个阶段主要考虑的是保证加工质量。选择粗车用量时，通常是先确定背刀量ap，然后确定进给量f，最后确定切削速度vc；车外圆时，在允许范围内应尽量选择大的背吃刀量和进给量以提高生产率，而切削速度则相应选取低些，以防止车床过载和车刀的过早磨损。半精车和精车以保证工件加工质量为主，需考虑减小切削力、切削热引起的工艺系统变形带来的加工误差，故应选取较小的背吃刀量和进给量，而切削速度则可取高些。6车削加工工艺特点（1）材料普适性广。能加工各种钢材、铸铁、有色金属及玻璃钢、夹布胶木、尼龙等非金属材料，尤其适合有色金属精加工。（2）车削适合于加工各种内、外回转表面。（3）刀具成本低。（4）除毛坯表面余量不均匀外，绝大多数车削为等截面连续切削，因此，切削力变化小，切削过程平稳，有利于高速切削和强力切削，生产率高。思考与训练1.车外圆时，主运动和进给运动分别是什么？2.车削加工时，常用的工件装夹方法有哪些？分别用于什么场合？3.车削加工时，常用的车刀种类有哪些？特点及应用场合如何？第十九章金属加工基础第三节钻削*【学习目标】1.了解钻削加工原理。2.了解麻花钻的结构、组成。3.了解钻削、铰削加工过程。4.了解钻削、铰削加工特点及应用场合。。二、钻削钻削是在钻床上用钻头或扩孔钻在工件上加工孔的方法。钻削时钻头或扩孔钻的旋转运动是主运动，它们沿本身轴线方向的移动是进给运动。在钻床上除钻孔与扩孔外，还可以进行铰孔、锪孔和攻螺纹作业，常用钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床等。（1）台式钻床。台钻结构简单，主轴通过变换V带在塔形V带轮上的位置实现变速，通过进给手柄手动轴向进给，用于单件、小批量生产。1.钻床立式钻床与台式钻床一样，主轴（钻头）回转中心固定，需要通过移动工件使加工孔轴线与主轴轴线重合以实现工件的定位，因此，只适用于加工中、小型工件的单件、小批量生产。（2）立式钻床。摇臂钻床有一个可以绕立柱回转的摇臂，用于大型工件或多孔工件的钻削。（3）摇臂钻床。2.麻花钻（1）麻花钻的组成麻花钻由刀体和刀柄组成。刀柄是麻花钻上的夹持部分，切削时用来转递转矩，有锥柄（莫氏标准锥度）和直柄两种，刀体的头部起切削作用（切削部分），后面部分起导向作用（导向部分）麻花钻有两个关于轴线对称的切削部分。两个螺旋槽面是前面Ar，顶端的两个曲面是后面Aa，前面与后面的交线是主切削刃S，两个后面的交线是横刃。修磨成刃带的是第一副后面，前面与第一副后面的交线是副切削刃S′。（2）麻花钻的主要角度①顶角2Kr。两主切削刃在与它们平行的轴平面上的投影的夹角。顶角大，钻头尖端强度大，并可增大前角，但钻削时轴向抗力大。标准麻花钻的顶角一般是118°±2°②前角ro。在正交平面Po内测量的前面（螺旋面）与基面Pr的夹角。前角越大，切削越省力，但刃口的强度越低。麻花钻主切削刃上各点的前角大小不同，外缘处的前角最大，约为30°，越靠近中心，前角越小，靠近横刃处的前角约为-30°，横刃上的前角则小到-50°~-60°。③后角。正交平面Po内测量的后面Aa与切削平面Ps的夹角。④侧后角af。后面Aa与切削平面Ps的夹角，在假定工作平面Pf中测量。⑤横刃斜角ψ，钻心处后角较大，横刃斜角较小，横刃较长，钻削时轴向抗力大，一般横刃斜角ψ=50°~55°。（2）麻花钻的刃磨。一般只刃磨两个主后面，并同时磨出顶角、后角和横刃斜角。3.钻削用量（1）背吃刀量ap

。钻孔时的背吃刀量为麻花钻直径的一半，即ap=d/2。（2）进给量f。钻削时的进给量是当钻头每转一转，钻头与工件在进给运动方向（麻花钻轴向）的相对位移，单位：mm/r。每齿进给量是每转进给量的一半，即f_z=f/2。（3）钻削速度vc。钻削速度是切削刃外缘处的线速度。（2）工件的装夹对于孔径较小的小型工件，一般用机用虎钳夹住即可进行钻削。当工件孔径较大时，钻削扭矩也大，为装夹牢靠和操作安全起见，应采用压板、螺栓和V形块等夹具元件装夹工件，（3）钻孔要点对于单件、小批量工件一般采用划线法钻孔，即先在工件上划出待加工孔的位置和轮廓线，并用锥形样冲冲出冲点（样冲眼），以便钻头容易对准钻孔中心。如果工件批量大、孔的位置精度要求高，则需用专用夹具（钻模）来保证，钻削较深的孔，要经常退出钻头，排出切屑并进行充分冷却和润滑，防止因切屑堵塞而扭断钻头或钻头过热而加剧钻头磨损，还应采用较小的进给量。5.钻削加工工艺特点（1）钻头两条切削刃对称地分布在轴线两侧，切削时所受径向力相互平衡，钻头不像单刃车孔刀那样容易弯曲。（2）钻削时，背吃刀量达到孔径的一半，所以金属切除率较高。（3）由于钻削处于半封闭状态，冷却困难，切屑宽且成螺旋状，排屑也困难，容易堵塞而扭断钻头。切屑与孔内壁摩擦、挤压严重，故钻孔表面粗糙度值较大。（4）钻孔加工精度低，尺寸精度一般为IT13~IT11级，表面粗糙度R_a值为12.5~50μm，常为其他孔加工方法的预加工或要求不高的孔（如螺栓通过孔、润滑油的通道孔)的终加工。6.扩孔与铰孔简介（1）扩孔扩孔是用扩孔工具扩大孔径的加工方法，常用的扩孔工具有麻花钻和扩孔钻，一般精度要求的孔可采用麻花钻扩孔，精度要求较高的孔，可采用扩孔钻扩孔。扩孔钻通常有3～4个齿，导向性好；钻削时背吃刀量较小ap=（D-d）/2；钻心粗，刚度好，没有横刃，避免横刃对切削的不利影响，故加工质量较好，尺寸精度为IT11～IT10，表面粗糙度R_a值为6.3～3.2μm。（2）铰孔铰孔是用铰刀从工件孔壁上切除微量金属层，以提高其尺寸精度和减小表面粗糙度的方法，是孔的精加工方法之一，常用于孔径不大、硬度不高的工件的孔加工的最后工序。铰孔的精度一般为IT9～IT7，表面粗糙度R_a为1.6～0.4μm。铰刀由工作部分、颈部和柄部组成，工作部分又由引导部分、切削部分、校准部分组成，结

构作

用工作部分引导部分导向及保护切削刃切削部分切削作用校准部分圆柱部分起导向、校准、修光作用，也是铰刀的备磨部分倒锥部分减少铰刀与工件已加工表面的摩擦颈

部标注规格及商标柄

部装夹和传递转矩思考与训练1.钻削时常用钻床有哪几种？分别用于什么场合？2.麻花钻的顶角一般为多少度？横刃斜角为多少度？3.钻孔时背吃刀量为多少？每齿进给量与每转进给量有何关系？4.钻孔的工艺特点有哪些？5.铰孔常用于什么零件的加工？第十九章金属加工基础第三节铣削*【学习目标】1.了解铣削加工原理。2.了解铣削加工过程和铣削方式。3.掌握铣削加工用量。4.了解铣削加工特点及应用场合。三、铣削铣削加工是在铣床上以铣刀旋转作主运动，工件或铣刀作进给运动的加工方法。1.铣床及其附件铣削加工是在铣床上以铣刀旋转作主运动，工件或铣刀作进给运动的加工方法。万能卧式铣床：（2）铣床附件名称外形说明机用虎钳

a)固定式

b)回转式铣床上常用的装夹工件的夹具，有固定式和回转式两种，回转式多一层转盘结构，高度增加，刚性相对较差，故一般多采用固定式。安装时，通过机用虎钳底座下两个定位键装入铣床工作台的T形槽中实现定位和连接，并保持固定钳口与工作台纵向进给方向平行或垂直，加工工件精度较高时，需用百分表校正固定钳口回转工作台

a)手动回转工作台b)机动回转工作台回转工作台有多种形式，图示为立轴式回转工作台，其中手动回转工作台只能手动进给，机动回转工作台可手动进给也可以机动进给（通过万向联轴器将回转工作台的传动轴与铣床传动装置连接即可），主要用于中小型工件的圆周分度和圆周进给铣削回转曲面名称外形说明万能分度头万能分度头是铣床重要的精密附件，用于加工多边形工件、花键轴、齿轮及螺旋槽等的分度，其分度原理是内部采用了传动比为40:1的蜗杆传动机构，即手柄转40转，主轴带动卡盘及工件转1转，此外，分度盘配置有24、25、28、30等孔圈，从而实现精确分度。如铣六边形零件，每次分度时手柄转过的转数为==6

=6=6

，即手柄需转动6转及24孔圈里再转过16个孔或30孔圈里再转过20个孔2.铣刀a）圆柱铣刀b）端铣刀c)立铣刀d）三面刃铣刀е）键槽铣刀f)锯片铣刀g）角度铣刀h)成形铣刀3.铣削用量（1）铣削速度（vc）铣削时铣刀切削刃上选定点在主运动方向的线速度，即铣刀最大直径处的线速度。计算公式为：（2）进给量f。①每齿进给量fz——铣刀每转过一个刀齿时，在进给运动方向上相对于工件的位移量，单位：mm/z。②每转进给量f——铣刀每转一转时，在进给运动方向上相对于工件的位移量，单位：mm/r。③每分钟进给量vf，又称为进给速度，即铣刀每分钟在进给运动方向上相对于工件的位移量，单位；mm/min。三种进给量的关系为：vf=fn=fzzn

铣削时，根据加工性质先选定每齿进给量fz，然后根据铣刀齿数z和铣刀转速n计算出每分钟进给量vf，并以此对铣床进给量进行调整（铣床铭牌上的进给量用每分钟进给量vf表示)。（3）背吃刀量与铣削宽度背吃刀量ap，是指在平行于铣刀轴线方向上测得的切削层尺寸，单位为mm。铣削宽度ae是指在垂直于铣刀轴线方向、工件进给方向上测得的切削层尺寸，单位为mm。4.铣削方式铣削有顺铣与逆铣两种方式。顺铣：顺铣指铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相同的铣削方式。逆铣：逆铣是指铣刀对工件的作用力在进给方向上的分力与工件进给方向相反的铣削方式。（1）圆周铣削时的顺铣和逆铣

顺铣逆铣切削力及分力特点（1）切削力向下，使工件紧贴工作台，加工更平稳。（2）刀刃从工件表面切入，切入容易，刀刃对已加工表面挤压、摩擦小，已加工表面质量高，但加工有硬皮和杂质的毛坯时，刀具易磨损及损坏（3）铣削力在进给方向的分力与进给方向相同，会拉动工作台，使工作台产生窜动（1）切削力向上，工件易抬起，尤其对薄件影响较大。（2）刀刃由内往外切削，切削时对已加工表面挤压、摩擦严重，刀齿磨损加快，且已加工