机械制造技术

绪论

机械制造是各种机械(如机床、工具、仪器、仪表等)制造过程的总称。它是一个将制造资源，如物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等，通过制造系统转变为可供人们使用或利用的产品的过程。一、机械制造业的发展18世纪中叶，瓦特发明了蒸汽机，制造业取得了历史性的进步。机械技术与蒸汽动力技术相结合，标志着机器一蒸汽动力时代的到来，产生了第一次工业革命，出现了火车、轮船、由动力驱动的纺织机械和金属切削机床等，工场手工制造业向大机器制造业发展，为制造业提供了机械加工的基础装备，并制造出满足机械制造、纺织、矿山、农业、化工、原材料、交通运输和建筑等不同行业需求的各种机器，近代工业化大生产开始出现。下一页绪论而后，直流发电机和三相异步电动机的发明，标志着电气时代的开始，电作为新的动力源大大改变了机器结构和生产效率。在这一阶段，出现了以经验管理为主、生产过程简单、分工不专业、生产规模小的原始机械工厂，形成了以机器和蒸汽动力技术为核心的各类技术相互联结和依存的制造工业技术体系。

19世纪末20世纪初，内燃机的发明又引发了制造业的革命，生产规模逐渐扩大，制造业进入了以汽车为代表的大批量生产方式和技术(零件互换技术等)，出现了生产流水线，分工日趋明确，工厂的管理方式实现了以泰勒管理方法为代表的科学管理方式。上一页下一页绪论在这一阶段，制造业实现了以刚性自动化为特征的大量生产方式和“规模效益第一”的生产方式(降低劳动力成本获得高效益)，产生了工业技术的革命和创新，形成了以机械一电力技术为核心的各类技术相互联结和依存的制造工业技术体系。20世纪50年代该生产方式发展到了顶峰。20世纪70年代，随着工业市场竟争的不断加剧，大批量的生产方式开始逐步向多品种、中小批量的生产方式转变。大规模集成电路的出现，电子信息技术的迅猛发展，各种工艺技术及装备的进步以及自动化技术的发展，为多品种、中小批量的生产方式提供了技术支持和装备支持。在这一阶段，制造业逐步实现了柔性自动化生产，形成了面向制造的设计、满足用户要求的设计/制造及准时生产JIT(JustInTime)的制造理念。上一页下一页绪论20世纪80年代，制造业环境发生了巨大的变化，市场竟争日趋全球化、激烈化，消费者的需求日趋主体化、个性化和多样化，市场竟争的焦点集中在以最短的时间(T)开发出高质量(Q)、低成本(G)的产品，投放市场，并提供用户好的服务(S)。在这一阶段，基于先进的计算机技术和自动化技术的先进制造技术成为制造业赢得市场竟争的主要手段。20世纪90年代，计算机网络技术的发展给制造业带来了巨大的变化，全球经济一体化进程打破了传统的地域经济发展模式，市场变得更加广阔，市场竟争的焦点已集中在快速响应瞬息万变的市场需求上，制造业逐步向柔性化、集成化、智能化和网络化发展，产生了许多先进的制造模式，如ERP(EnterpriseResourcePlanning),GE(ConcurrentEngineering),LP(LeanProduction)、AM(AgileManufacturing)、VM(VirtualManufacturing)等。上一页下一页绪论进入21世纪，随着全球环境的日益恶化，制造业对环境所产生的影响已成为当前制造科学所必须面临解决的重大问题，以绿色制造为代表的环保型制造受到广泛的关注，它的实施将给21世纪的制造业带来一系列重大变革和技术创新。二、我国制造业的发展现状近几年中国制造业发展很快，于是一些国家便认为中国已经成为“世界制造中心”。虽然中国制造业在世界经济中的地位日趋重要，但还远远不是制造中心。因此，本文着重介绍了“世界制造中心”的概念和特征，以及中国与世界制造中心标准的差距。最后，提出了我国政府部门和国内企业对此应该采取的对策建议。上一页下一页绪论1.什么是世界制造中心一个世界制造中心，无论是一个国家还是一个地区，应当是面向全球市场最重要、最大的工业产品生产基地。从传统产业到高技术产业(尤其是后者)拥有一批优秀企业，其制成品在品牌、技术、质量、价格，以及生产效率和经营管理，应当在总体上代表着某个时代世界制造业最高水平，并在全球主要市场占有重要地位。在世界经济史上，英国是第一个被称为“世界制造中心”的国家，从1760年至1830年工业革命期间，英国制造业在全世界的比重从1.9%上升到9.5%，后来又达到19.9%，英国以占世界2%的人口控制了全世界工业生产的30%~50%和接近五成的制成品贸易。当时，英国无论在贸易、商业、金融、技术和管理等方面在世界经济上都是第一位。特别是在1820年，英国的工业比重占全世界工业的50%，其进出口占世界贸易总量的27%。上一页下一页绪论第二个世界制造中心是美国。它是世界第二次工业革命的产物，两次世界大战使世界上的其他国家均受到了严重的破坏，而唯有美国的经济得到了空前的发展。1860年美国制成品在世界上排第四位，在1894年后长期保持世界第一的位置，到1913年，美国工业生产产量相当于欧洲主要国家的总和，占全世界的1/3以上。1914年的工业生产总值为240亿美元，比南北战争爆发前1859年的不足20亿美元增长了12倍以上。1929年美国占全球制造业的比重达到了43.3%的最高值。第三个世界制造中心是日本。第二次世界大战后，日本仅用30多年时间就实现了从发展中国家到发达国家的经济飞跃，被称为经济发展的奇迹之一。上一页下一页绪论1950至1973年，日本经济增值达到难以置信的715%，在这二三十年中，日本工业总产量占世界总量从过去2%~3%上升到10%左右。日本的钢铁、汽车、半导体、家用电器、机械设备、电子信息产品以及机器人等高技术产品，在制造技术、产量、质量方面都列入世界先进水平，并引导着世界潮流，在国际市场上展现出极强的竟争力。到20世纪80年代中期日本的总体科技水平已经接近美国并超过了西欧，许多工业制成品的产量都在世界前三名之列，在国际市场上具有很强的竟争力和很高的市场占有率，成为世界上家用电器、汽车、船舶和半导体的主要生产国。上一页下一页绪论根据以上对英、美、日三国分析可知，一国或地区作为世界制造中心至少应符合以下几个标准:(1)国内生产总值(GDP)及出口量与产量标准一国或地区的GDP在世界的比重应超过10%，它的制造业产值占世界GDP的比重应在15%以上，制造业出口在世界的比重应超过10%。(2)技术标准一国或地区应具有较高的科技水平和较高的科研投人，其装备制造业应在1~2个主导制造领域形成较大的比较优势。(3)跨国公司标准在这一行业中存在一批技术开发能力强、核心业务突出的可以进入世界500强的大型企业或跨国公司，且应具有自己的世界品牌。上一页下一页绪论2.中国现在还不是世界制造中心(1)中国的GDP、产出和出口水平GDP是反映一国经济实力的重要水平，也是一国能否为世界制造中心的判断标准之一。2003年全球总的GDP已经达到36万亿美元。其中有7个国家的GDP超过了1万亿美元:美国居首位，GDP达到了10.9万亿美元;日本4.3万亿美元;德国2.4万亿美元;英国1.8万亿美元;中国只有1.4万亿美元，只占世界总额的3.9%。通过改革开放30多年的快速发展，中国已成为不少工业品的生产大国，但2002年我国制造业只占世界份额的7%。中国工业产值在世界比重也不够大，我国制造业虽然世界排名第四，但总体规模仅相当于美国的1/5，日本的1/4。上一页下一页绪论虽然中国有不少工业品产值在世界名列前茅，如在2002年，中国的钢、煤、水泥、化肥、棉布、电视机的产量均居世界第一，原油、发电量、糖等也居世界前5名，但产品结构不合理，产品档次较低。中国的钢产量虽然一直名列世界前茅，但由于它的品种不足且档次低，所以，相当一部分优质钢和特种钢还要依靠从日本进口。2004年，日本电子制造业继续执行把低端电子产品领域留给中国、韩国和中国台湾去争夺，保持对高端电子产品市场控制的政策。如，在DVD录像机市场，松下公司在日本市场所占份额为43%，在美国市场所占份额为28%。上一页下一页绪论2003年中国制造品出口为19.5亿美元，占世界总额的3.3%，而日本制造品出口为36.6亿美元，占世界总额的6.2%。在办公设备、交通运输、化工制品中，中国的出口额很小，如在2003年世界交通运输设备出口中，日本位居第三，占6.5%，而中国没有进入前15名。2003年中国化工产品出口额为195.8亿美元，仅占世界化工产品出口份额的2.5%;而日本出口额为389.6亿美元，占世界份额4.9%。2003年中国钢铁产品的出口量为48.1亿美元，占世界总出口的2.7%;日本出口量为178.7亿美元，占世界总出口的9.9%。上一页下一页绪论(2)中国的技术水平一国是制造中心，其制造业的整体技术水平应在世界范围内处于领先水平，其出口产品应具备很高的技术含量，所以如果一国或地区的资本、技术甚至市场都受控于外国跨国公司，沦为跨国公司的组装或加工基地，无论该基地有多强，充其量只不过是人家的工厂。虽然近些年中国制造业已经有了相当的规模，然而，在世界市场上“中国制造”仍是技术含量低、附加值低的产品。(3)中国的企业规模与世界品牌的拥有量中国制造业企业小而散，国际竟争力不强，整体实力较弱，缺少参与国际竟争的“航空母舰”，缺乏国际经营经验。根据我国商务部最新公布的2001年财富全球500家大公司的名单，中国企业榜上有名的共有16家，其中的大部分企业属于服务行业，属于真正制造业的只有2家。上一页下一页绪论相比之下，日本上榜的企业有83家，其中制造业公司上榜数量为31家。我国的制造业企业与西方发达国家无论在产值上还是数量上都不可相提并论，与真正的“世界制造中心”还有很大的距离。此外，由世界品牌实验室独家编制的2005年度《世界品牌500强》排行榜于4月18日揭晓。其中中国品牌人选的有4个，它们是海尔、联想、CCTV与长虹，它们的排名分别为89名、148名、341名与477名，而日本以45个品牌在28个国家中排名第三。《世界品牌500强》排行榜评判标准是品牌的世界影响力。品牌影响力是指品牌开拓市场、占领市场并获得利润的能力。上一页下一页绪论世界品牌实验室评价品牌影响力的基本指标包括市场占有率、品牌忠诚度和全球领导力，一个国家或地区作为世界制造中心应拥有较多数量的世界品牌。这表明了中国的制造业在世界上的地位是非常低的，发达国家在整个产业链条中处于增值潜力大、附加值高的高端领域，而中国处于产业链条的低端领域，与真正的世界制造中心的标准相差甚远，中国现在只是世界的产品车间。3.中国具备成为世界制造中心的潜力中国制造业与美国、日本等发达国家相比存在明显的差距，但也有自身的比较优势。上一页下一页绪论(1)外商投资的持续增加为中国制造业的发展创造了良好的条件“9/11”事件使美国经济受到重创，世界经济的发展由于受到美国经济减速的影响而恶化。而中国经济的高速发展不但没有减速反而持续加速发展，加上中国加人WTO后积极地履行了人世的各项承诺，使其与国际规则很快地接轨，外国资本对中国进行直接投资的数量持续上升，2003年中国外商直接投资的实际利用外资额已达到535.05亿美元，中国已连续多年成为吸收外商直接投资最多的国家，2005年一季度中国外商直接投资继续增加，直接投资合同金额352亿美元，同比增长4.5%，外商直接投资的实际到位金额增长9.5%，高于去年同期。在《财富))500强中，目前有近400家已经在中国投资2000多个项目。巨额的投资给中国带来了工业化发展所需须的资金、技术、设备和成熟的管理经验，中国可以充分利用外商的资金、技术，提高本国的科技水平和管理水平，使中国的制造业产生飞跃式的发展。上一页下一页绪论

此外，外商投资高度集中在投资环境优越的沿海地区，并利用部分经济中心城市的区位优势，形成了一些迅速崛起的世界性生产基地。其中，最有名的是以深圳、广州为中心的珠江三角洲生产基地和以上海为中心，包括浙江、江苏的长江三角洲生产基地及以北京、天津为中心的京津生产基地和大连、青岛等生产基地。珠江三角洲、长江三角洲等世界性生产基地的形成，大大提高了中国工业的生产能力和生产规模，由于产业集聚的规模效应，还大大改善了中国的投资环境，极大提高了中国工业的世界影响。上一页下一页绪论(2)中国的劳动力供给丰富，为制造业企业提供了低成本的劳动力资源根据比较优势原理，中国应充分利用本国劳动力资源优势加快发展劳动密集型产业，利用低廉的劳动力成本形成竟争优势。中国的加工制造企业在国际上以惊人的低价迅速抢占市场。中国工业长期保持了世界最低工资成本优势，在国际竟争中处于有利地位，中国工资不仅一直处于世界最低的水平，而且与发达国家的工资差距也未因经济高速发展和国内工资水平迅速提高而缩小。上一页下一页绪论此外，中国的劳动力素质也在提高，2003年是高校扩招后本科学生毕业的第一年，普通高校应届毕业生比2002年净增67万人，达到212万人，增长46%。中国大学生人数甚至超过一些国家的总人口，再加上中专和技校毕业生和逐渐呈增长趋势的留学归国人员，劳动力素质提高和劳动力资源丰富价廉的优势将长期存在。(3)拥有广阔的国内市场根据竟争优势理论，国内需求对一国产品的技术创新与质量的提高起重要的作用，一国国内的买方的数量、结构等是影响一国制造业水平与发展规模的关键因素。2003年中国国内需求增长加快，全社会固定资产投资55118亿元，增长26.7%，社会消费品零售总额45842亿元，增长9.1%。上一页下一页绪论中国人口的数量约占世界总量的1/5，以13亿人口的巨大需求为基础，中国是世界上潜在规模最大的市场。如此大的市场潜力为国内工业企业提供了较大的运营空间，经济发展可以立足于内需，减少了对国际市场的依赖。中国的市场需求现在和在将来的长时期内都仍将主要以工业制成品为主。如20世纪90年代以来，中国私人汽车拥有量平均每年以20%一30%的速度增长。尽管现在的需求总量还较小，但人均收入水平表明，中国正在突破汽车进入家庭的门槛，巨大的市场潜力的释放已指日可待。这为我国制造业的发展提供了巨大的需求动力。上一页下一页绪论(4)综合国力提升根据瑞士洛桑管理学院公布的60个国家和地区排位，2004年中国国际竟争力在60个国家和地区中位居24位，位次比上年提升5位。瑞士洛桑管理学院是按四个要素来测评国际竟争力的。这四个要素分别是宏观经济运行、政府效能、企业效益和基础设施。2004年我国除基础设施的国际竟争力位次未变外，其余三项的国际竟争力位次都有不同程度的前移。2003年中国GDP为116694亿元，比上年增长9.1%，是世界经济增长最快的国家，人均GDP9030元，首次超过1000美元。上一页下一页绪论2003年中国规模以上工业完成增加值41045亿元，同比增长17%，增速比上年加快4.4个百分点，创下自1995年以来工业增长的最高速度，比1995至2002年的平均速度高5.9个百分点，比最低点1998年的增长速度高8.2个百分点。三、中国发展制造业的对策1.要继续鼓励和吸收外商投资，并做到把资金利用到位要鼓励多种形式的技术合作，继续实施“市场换技术”的战略，争取更多的技术转移，在沿海发达地区继续吸引外资的基础上，加大西部欠发达地区吸引外资的力度。上一页下一页绪论在引进外商资金和技术之后，一定要注重消化吸收，为中国制造业所用。这要求政府要积极营造良好的法律环境，要根据国民经济发展的需要、根据中国人世的承诺抓紧修改相关的法律法规及政策文件，我国各级政府要进一步完善有关监督外商投资使用的法律、法规，防止资金浪费及使用效率低等问题，使资金的使用做到效用最大化。同时，要尽快建立规范的市场秩序，这是为中国吸引外资、为企业创造良好市场经济秩序的迫切需要。在确保我国国家经济安全的基础上，进一步放宽外资进入的限制，特别是对外资进入制造业的限制。上一页下一页绪论2.加大研发的投入力度，提高科技创新能力中国要想成为世界制造中心必须依靠技术创新，科技工作必须服务于先进制造业基地建设。通过政府的引导建立企业、高校与科研院所的联系，要把产、学、研紧密地连接起来，做到不脱节，使科技创新体系内各个要素互动，从而构成一个有机的整体。加大研究开发资金投人，培养企业独立的技术创新能力，改变对技术引进的依赖。由制造商、用户共同组成技术消化吸收和创新小组，争取更多的自主知识产权，提高出口产品的技术含量，探索一条适合中国国情的由引进技术到自主创新的路子。上一页下一页绪论3.充分发挥人力资本比较优势，做到劳动、资金和技术密集型产业发展并举中国是一个发展中国家，劳动力具有比较优势，且现阶段这种优势比较突出，所以中国应在坚持发展劳动密集型产业的同时，积极推进资金和技术密集型产业的发展。此外，虽然中国劳动力数量庞大，但其整体素质和劳动效率还有待提高，因此，我们要充分认识中等职业技术教育的重要性，坚持以能力为本，以打造“高级”灰领为目标，加快形成一支能支撑“世界制造中心”快速运转的高素质产业工人队伍，注重制造业生产、服务和管理的实用性人才的培养。上一页下一页绪论4.培育大型企业，打造走向国际市场的“航空母舰”我国规模大的企业，特别是制造业企业很少，缺少可以和国外巨型企业抗衡的大型“航空母舰”，这对我国企业国际化发展非常不利。因此，我国政府应在符合市场经济规律的基础上，根据企业自身发展的战略，适当给予企业政策和智力上的支持，使企业加速壮大，形成规模经济，从而带动国内相关企业乃至行业的发展。同时，国内企业应根据自身情况积极借鉴国际大型企业的成功经验，特别是成熟的管理经验，要树立品牌意识，提高自身信誉度，积极打造中国自己的世界名牌。此外，我国的大型企业也应积极地将资金和技术投向国外，在国外投资建厂，在当地生产和销售中国的产品，实行跨国经营，提高我国制造业在世界上的水平与声誉。上一页第一章金属切削基础知识第一节概述第二节刀具角度第三节切削层参数与切削方式第四节刀具材料第五节常用工程材料第一节概述一、切削运动各种切削加工中的成型运动，按照它们在切削过程中所起的作用，可以分为主运动和进给运动两种，而这两个运动的向量和称为合成切削运动。所有切削运动的速度及方向都是相对于工件定义的。下面以车削为例来加以介绍。1.主运动由机床或手动提供的刀具与工件之间主要的相对运动，它使刀具的切削部分切入工件材料，使被切金属层转变为切屑，从而形成工件新表面。下一页返回第一节概述如图1-1所示，在车削时，工件的回转运动是主运动;在钻削、铣削和磨削时，刀具或砂轮的回转运动是主运动;在刨削时，刀具或工作台的往复直线运动是主运动。主运动可能是简单的成型运动，也可能是复合的成型运动。上面所述各种切削中的主运动都是简单运动。

在表面成型运动中，必须有而且只能有一个主运动。一般地，主运动消耗的功率比较大，速度也比较快。由于切削刃上各点的运动情况不一定相同，所以在研究问题时，应选取切削刃上某一个合适的点作为研究对象，该点称为切削刃上选定点，如图1-1和1-2所示。.主运动方向:切削刃上选定点相对工件的瞬时主运动方向;.切削速度v:切削刃上选定点相对工件的主运动的瞬时速度。上一页下一页返回第一节概述2.进给运动由机床或手动传给刀具或工件的运动，它配合主运动连续不断地切削工件，同时形成具有所需几何形状的已加工表面。进给运动可能是连续的(例如在车床上车削圆柱表面时，刀架带车刀的连续纵向运动)，也可能是间歇的(例如在牛头刨床上加工平面时，刨刀每往复一次，工作台带工件横向间歇移动一次)。进给运动可以是简单运动，也可以是复合运动。上述两个例子的进给运动都是简单运动。用成型铣刀铣削螺纹时，铣刀相对于工件的螺旋复合运动是进给运动，这时的主运动是铣刀的旋转，是一个简单运动，如图1-1和1-2所示。上一页下一页返回第一节概述.进给运动方向:切削刃上选定点相对于工件的瞬时进给运动的方向;.进给速度v:切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度。

3.合成切削运动由同时进行的主运动和进给运动合成的运动，如图1-1和1-2所示。.合成切削运动方向:切削刃上选定点相对于工件的瞬时合成切削运动的方向;·合成切削速度ve:切削刃上选定点相对于工件的合成切削运动的瞬时速度;.合成切削速度角刀:主运动方向和合成切削运动方向之间的夹角。它在工作进给剖面Pfe内度量。上一页下一页返回第一节概述显然，在车削中，ve=vc/cosh。在大多数实际加工中刀值很小，所以可认为ve=vc二、切削时的工件表面在切削过程中，工件上存在三个变化着的表面，如图1-3所示。.待加工表面工件上多余金属即将被切除的表面，随着切削的进行，待加工表面逐渐减小，直至多余的金属被切完时消失;.已加工表面工件上多余金属被切除后形成的新表面;.过渡表面在工件上多余的金属被切除的过程中，待加工表面与已加工表面之间相连接的表面，或刀刃正在切削的表面。上一页下一页返回第一节概述三、切削用量在切削加工过程中，需要针对不同的工件材料、刀具材料和其他加工要求来选定适宜的切削速度v、进给量f或进给速度vf值，还要选定适宜的背吃刀量a,值。切削速度、进给量和背吃刀量通常称为切削用量三要素。(1)切削速度v它是刀刃上选定点相对于工件的主运动线速度。刀刃上各点的切削速度可能是不同的。当主运动是旋转运动时，切削速度由下式确定: (1-1)式中dw—工件最大直径(mm);nw—工件主运动的转速(r/min或s)。上一页下一页返回第一节概述(2)进给量f进给量f是工件或刀具的主运动每转一转或每一行程时，两者在进给运动方向上的相对位移量。如外圆车削时f的单位为mm/r;平面剑削时为mm/st。进给量分为每转进给量f(mm/r)、每行程进给量f(mm/st)和每齿进给量fz(mm/z)。进给速度:f是刀刃上选定点相对于工件的进给运动的速度，单位为mm/s。 (1-2)上一页下一页返回第一节概述(3)背吃刀量av对车削和剑削而言，背吃刀量a,是工件上待加工表面和已加工表面间的垂直距离。外圆车削的背吃刀量为: (1-3)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)。上一页返回第二节刀具角度一、刀具切削部分结构以车削为例，刀具切削部分的结构要素如图1-4所示，定义如下:

1.前刀面Aγ前刀面Aγ是切屑流过的表面。2.后刀面Aα后刀面Aα是与主切削刃毗邻，且与工件过渡表面相对的刀具表面。与副切削刃毗邻且与工件上已加工表面相对的刀面称为副后刀面A‘α。3.切削刃前刀面与主后刀面的交线切削刃是前刀面上直接进行切削的边锋。有主切削刃S和副切削刃S‘之分，如图1-5所示。副切削刃S'，前刀面与副后刀面的交线。下一页返回第二节刀具角度

4.刀尖刀尖是指主副切削刃衔接处很短的一段切削刃，通常也称为过渡刃。常用刀尖有三种型式，即交点刀尖、圆弧刀尖和倒棱刀尖，如图1-6所示。

二、刀具角度的参考系1.确定刀具切削角度的参考平面刀具要从工件上切除金属，必须具有一定的切削角度，这些角度确定了刀具的几何形状。为了确定和测量刀具角度，必须引入参考平面。(1)基面Pr通过主切削刃上选定点，垂直于主运动速度方向的平面。上一页下一页返回第二节刀具角度(2)切削平面Pr通过主切削刃S上选定点与S相切，并垂直于基面Pr的平面。(3)副切削平面P'S通过副切削刃S‘上选定点与S‘相切，并垂直于基面Pr的平面。(4)正交平面Po通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面Pr和切削平面PS的平面。(5)法平面Pn通过主切削刃S上选定点，垂直于S的平面。(6)背平面PD通过主切削刃上选定点，同时垂直于基面Pr和进给运动方向的平面。(7)假定工作平面Pf通过主切削刃上选定点，同时垂直于Pr和PD的平面。上一页下一页返回第二节刀具角度2.刀具标注角度参考系(1)如图1-7(a)所示,Pr-Ps-Po组成一个正交平面参考系。这是目前生产中最常用的刀具标注角度参考系。(2)如图1-7(b)所示,Pr-Ps-PD组成一个法平面参考系。(3)如图1-7(c)所示,Pr-PD-Pf组成一个背平面、假定工作平面参考系。

刀具标注角度的三个参考系的组成如表1-1所示。各国采用的刀具标注角度参考系不同，我国主要采用正交平面参考系兼用法平面参考系。上一页下一页返回第二节刀具角度三、刀具的标注角度在刀具标注角度参考系中确定的切削刃与各刀面的方位角度，称为刀具的标注角度。刀具标注角度是刀具工作图上所标注的角度，也是制造、刃磨和检查刀具所需要的角度。由于标注刀具角度的参考系沿切削刃各点可能是变化的，故所定义的刀具角度均指明是切削刃选定点的角度。1.正交平面参考系内的标注角度(如图1-8所示)(1)在正交平面Po内的标注角度①前角γo在正交平面Po内度量的基面Pr与前刀面Aγ的夹角②后角αo在正交平面Po内度量的主后刀面Aα与切削平面Ps的夹角。上一页下一页返回第二节刀具角度

③楔角βo在正交平面内度量的主后刀面Aα与前刀面Aγ的夹角。楔角βo为派生角度，β=90o-(αo+γo)。(2)在切削平面Ps内的标注角度刃倾角λs在切削平面Ps内度量的主切削刃S与基面Pr的夹角。(3)在基面Pr内的标注角度①主偏角Kr在基面Pr内度量的切削平面Ps与进给方向之间的夹角。②副偏角K’rKI.在基面Pr内度量的副切削平面Ps’与进给运动反方向之间的夹角。上一页下一页返回第二节刀具角度③刀尖角εr在基面内度量的切削平面Ps和副切削平面P‘s之间的夹角。也可以定义为主切削刃S和副切削刃S‘在基面PI.上投影的夹角。刀尖角εr为派生角度，εr=180o-(kr+k‘r)。前角γo后角αo和刃倾角λs是有正负号的。其正负号的判定如图1-8所示。

当给定刃倾角λs和主偏角kr后，可确定主切削刃S在空间的方位。再进一步给定前角γo和后角αo后，可确定前刀面Aγ和主后刀面Aα对于单刃刀具，若给定这4个独立角度，就可确定它的切削部分的几何形状。对于同时具有主切削刃S和副切削刃S‘的刀具，还必须给出与副切削刃S'有关的2个独立角度:副偏角K'r和副后角α'o该刀具切削部分的几何形状才能确定。上一页下一页返回第二节刀具角度2.法平面参考系内的标注角度法平面参考系中在基面和切削平面内的标注角度与在正交平面参考系中相同，所以只需定义法平面Pn内的标注角度即可(如图1-9所示)。.法前角γn在法平面内度量的前刀面Aγ与基面Pr的夹角;.法后角αn在法平面内度量的切削平面Ps与主后刀面Aα的夹角;.法楔角βn在法平面内度量的前刀面Aγ与主后刀面Aα的夹角。法楔角βn为派生角度，βn=90o-γn-αn。上一页返回第三节切削层参数与切削方式一、切削层参数在切削过程中，刀具或工件沿进给方向移动一个f或fZ时，刀具的切削刃从工件待加工表面切下的金属层称为切削层。切削层参数是指切削层的截面尺寸，它决定刀具所承受的负荷和切屑的尺寸大小。现以外圆车削为例来说明切削层参数。如图1-10所示，车削外圆时，工件每转一转，车刀沿工件轴线移动一个进给量f的距离，主切削刃及其对应的工件切削表面也连续由位置II移至I、I、II之间的一层金属被切下。这一切削层的参数，通常都在过刀刃选定点的基面内观察和度量。下一页返回第三节切削层参数与切削方式(1)切削厚度ac垂直于过渡表面度量的切削层尺寸称为切削厚度。外圆纵车λs=0o时有: ac=fsinkr由此可见，当f或kr增大时，则伙变厚。(2)切削宽度aw沿过渡表面度量的切削层尺寸称为切削宽度。刀具为直线刃时有: aw=aD/sinkr当刀刃为曲线刃时(如图1-11所示)，各点kr不相同，切削厚度不相同。(3)切削面积Ac即切削层在基面内的截面面积称为切削层面积。上一页下一页返回第三节切削层参数与切削方式二、切削方式1.直角切削和斜角切削直角切削是指刀刃垂直于合成切削运动方向的切削方式，刀刃刃倾角λs=0(如图1-12(a)所示)。斜角切削时刀刃不垂直于合成切削运动方向，即λs≠0(如图1-12(b)所示)。直角切削方式，其切屑流出方向在刀刃法平面内;而斜角切削方式，切屑流出方向不在法平面内。上一页下一页返回第三节切削层参数与切削方式2.自由切削与非自由切削自由切削是指只有一条直线刀刃参与切削。其特点是刀刃上各点切屑流出方向一致，且金属变形在二维平面内。图1-12(a)既是直角切削方式，又是自由切削方式，故称为直角自由切削方式。曲线刀刃或两条以上刀刃参与切削的切削方式称为非自由切削方式。在实际生产中，切削多属于非自由切削方式。在研究金属变形时为了简化条件常采用直角自由切削方式。上一页返回第四节刀具材料一、刀具材料应具备的性能刀具在切削时要承受高温、高压、强烈的摩擦、冲击和振动，因此刀具材料必须具备以下性能:1.高的硬度和耐磨性刀具应具备高的硬度和耐磨性。一般刀具材料的硬度越高，耐磨性越好。刀具材料常温硬度一般要求大于60HRC。2.足够的强度和韧性为承受切削负荷、振动和冲击，刀具材料必须具备足够的强度和韧性。下一页返回第四节刀具材料3.高的热稳定性刀具在高温下工作，要求刀具材料具备高的热稳定性，也称高的耐热性。即刀具材料在高温下硬度、耐磨性、强度和韧性变化很小，仍能保持正常切削。4.良好的物理特性刀具材料应具备良好的导热性、大的热容量以及优良的热冲击性能。5.良好的工艺性刀具材料应具备良好的锻造性、机械加工性和热处理性。

上一页下一页返回第四节刀具材料二、常用刀具材料常用刀具材料分为:工具钢(包括碳素工具钢、合金工具钢、高速钢)，硬质合金，超硬刀具材料(包括陶瓷，金刚石及立方氮化硼等)。1.高速钢高速钢特别适用于制造结构复杂的成型刀具，孔加工刀具例如各类铣刀、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具等;由于高速钢硬度、耐磨性、耐热性不及硬质合金，因此只适于制造中、低速切削的各种刀具。高速钢按其性能分成两大类:普通高速钢和高性能高速钢。上一页下一页返回第四节刀具材料2.硬质合金硬质合金大量应用在刚性好、刃形简单的高速切削刀具上，随着技术的进步，复杂刀具也在逐步扩大其应用。钨钻类硬质合金是由WC和Go烧结而成，代号为YG，一般适用于加工铸铁和有色金属等脆性材料。钨钦钻类硬质合金是以WC为基体，添加TiC，用Go作瓤结剂烧结而成，代号为YT,一般适用于高速加工钢料。添加担(妮)类硬质合金是在以上两种硬度合金中添加少量其他碳化物(如TaC或NbC)而派生出的一类硬质合金，代号为YW，既适用于加工脆性材料，又适用于加工塑性材料。常用牌号YW1、YW2。上一页下一页返回第四节刀具材料

3.涂层刀具材料硬质合金或高速钢刀具通过化学或物理方法在其上表面涂覆一层耐磨性好的难熔金属化合物，既能提高刀具材料的耐磨性，而又不降低其韧性。对刀具表面涂覆的方法有两种:.化学气相沉积法(CVD法)，适用于硬质合金刀具;·物理气相沉积法(PVD法)，适用于高速钢刀具。涂层材料可分为TiC涂层、TiN涂层、TiC与TiN涂层、Al2O3涂层等。上一页下一页返回第四节刀具材料4.其他刀具材料(1)陶瓷刀具是以氧化铝(Al2O3)或以氮化硅(Si3N4)为基体，再添加少量金属，在高温下烧结而成的一种刀具材料。一般适用于高速下精细加工硬材料。一些新型复合陶瓷刀也可用于半精加工或粗加工难加工的材料或间断切削。陶瓷材料被认为是提高生产率的最有希望的刀具材料之一。(2)人造金刚石它是碳的同素异形体，是目前最硬的刀具材料，显微硬度达10000HV。上一页下一页返回第四节刀具材料它有极高的硬度和耐磨性，与金属摩擦系数很小，切削刃极锋利，能切下极薄切屑，有很好的导热性，较低的热膨胀系数，但它的耐热温度较低，在700℃~800℃时易脱碳，失去硬度，抗弯强度低，对振动敏感，与铁有很强的化学亲和力，不宜加工钢材，主要用于有色金属及非金属的精加工、超精加工以及作磨具、磨料用。(3)立方氮化硼是由立方氮化硼(自石墨)在高温高压下转化而成的，其硬度仅次于金刚石，耐热温度可达1400oC，有很高的化学稳定性，较好的可磨性，抗弯强度与韧性略低于硬质合金。一般用于高硬度、难加工材料的半精加工和精加工。上一页返回第五节常用工程材料一、金属材料的主要力学性能机械工程材料包括金属材料、非金属材料和复合材料等。金属材料的力学性能是指金属材料抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。材料的力学性能是设计零件及选择材料的重要依据。常用的力学性能指标有强度、塑性、硬度和冲击韧度等。1.强度金属材料在外力作用下都会发生一定的变形，甚至引起破坏。金属材料抵抗永久变形和断裂破坏的能力称为强度，通常用单位面积所承受的载荷(应力)表示，符号为σ，单位为MPa。强度是零件设计时的主要依据和评定金属材料的重要指标。下一页返回第五节常用工程材料2.塑性塑性是指金属材料在静载荷的作用下产生塑性变形而不破坏的能力。工程中常用的塑性指标有伸长率δ和断面收缩率ψ。良好的塑性是材料进行成型加工的必要条件，也是保证零件工作安全、不发生突然脆断的必要条件。

3.硬度硬度是指材料表面抵抗更硬物体压入的能力，用来衡量材料的软硬程度。这里只介绍一种测试硬度的方法—洛氏硬度试验法。上一页下一页返回第五节常用工程材料洛氏硬度试验法是用一锥顶角为120o的金刚石圆锥体(如图1-13所示)或直径为1.588mm(1/16英寸)的淬火钢球为压头，在规定载荷作用下压入被测试金属表面，压入深度为h,;再加上主载荷使压入深度为h2;经保持规定时间后，卸除主载荷、保留初载荷，由于材料弹性恢复，压入深度减少为h3，以△h=h3-h1作为洛氏硬度值的计算深度，并直接在硬度指示盘上读出硬度值。常用的洛氏硬度指标有HRA,HRB,HRC三种。洛氏硬度试验法在专用的洛氏硬度试验机(如图1-14所示)上进行，试验的操作步骤如下:根据材料的硬度选择合适的载荷和压头;将待侧试样表面的氧化皮去除、磨平，放在平台上;上一页下一页返回第五节常用工程材料顺时针方向慢慢转动手轮使平台升起，试样与压头接触后，继续转动手轮使刻度盘上的小指针指示3(代表3圈)，大指针垂直上指标记为B与C处或在B-C线附近，但其偏移不得超过士5分度格，否则应另选一点(此时已预加载荷98N);.转动指示器的调整盘，使标记B-C线正好对准大指针;.拉动加载手柄施加主载荷;.待却载手柄停止运动后将却载手柄推回到自锁位置，却除主载荷;.读出硬度值。侧HRB读红字，侧HRA或HRC读黑字;.逆时针方向转动手轮使平台下降，取下试样，侧试完毕。洛氏硬度符号前的数值为硬度值，也允许有一定的波动范围，如“HRC40~45”。上一页下一页返回第五节常用工程材料

4.冲击韧度许多零件和工具在工作过程中，常常受到冲击载荷的作用，如锻锤的锻杆、锻模、内燃机的连杆、火车挂钩等。冲击韧度指金属材料在冲击载荷的作用下抵抗断裂破坏的能力，用αx表示。二、常用机械工程材料1.钢工业上根据钢成分的不同分为碳素钢和合金钢两大类。(1)碳素钢指化学成分中以含铁和碳为主，含碳量小于2.11%的铁碳合金。碳素钢主要用来制造各种零件和工具。如铆钉、螺栓、齿轮、小轴、小锤子等。上一页下一页返回第五节常用工程材料(2)合金钢在冶炼碳素钢时有目的地加入一些合金元素，这种合金化的钢称为合金钢。合金钢在制造力学性能要求高、形状复杂的大截面机器零件、工具、模具及特殊性能工件方面，得到了广泛的应用。常用钢材的名称、牌号、用途如表1-2所示。2.铸铁铸铁是含碳量大于2.11%，主要组成元素为铁、碳的铁碳合金。

铸铁中最常用的是断面颜色为暗灰色的灰铸铁。灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性较低，但抗压强度、硬度、耐磨性较好，并具有铸铁的其他优良哇能，因此，广泛用于机床床身、手轮、箱体、底座等。上一页下一页返回第五节常用工程材料3.有色金属(1)铝合金铝和铝合金由于其质量轻、比强度(强度/密度)高、导电导热性好等特点，在航空、航天、电力及日常用品中得到了广泛应用。(2)铜合金铜合金中以黄铜和青铜应用最为广泛。黄铜具有良好的耐蚀性及加工工艺性，常用于制造弹壳、热交换器、船用螺旋桨等。青铜可用于制造弹簧、钟表零件、波纹管、轴承、轴套等。上一页下一页返回第五节常用工程材料4.硬质合金与高温合金(1)硬质合金硬质合金是由难熔金属的碳化物，如WC,TiC,TaC,NbC等，以钻或镍等做瓤结剂，用粉末冶金的方法制成的合金材料。硬质合金常用于制造切削刀具及拉丝模等耐磨工具。

(2)高温合金高温合金具有良好的高温性能，可工作在600oC~1000oC。因此被广泛用于制造航空发动机的排气阀、涡轮、叶片、燃烧室及喷气机尾喷管和其他热端部件。上一页下一页返回第五节常用工程材料5.塑料塑料是以高分子合成树脂为主要成分，加入填料、增塑剂、染料、稳定剂等组成的材料。塑料具有质量轻、比强度(强度/密度)高、耐腐蚀性好、耐磨性好、绝缘性好等优点，但塑料的强度、硬度较低，耐热性差、容易老化。(1)通用塑料目前主要有聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、苯乙烯、酚醛塑料和氨基塑料。它们可作为日常生活用品、包装材料以及受力轻的小型机械零件。

(2)工程塑料工程塑料可作为结构材料。常见的品种有聚甲醛、聚碳酸醋、ABS,聚四氟乙烯、有机玻璃、环氧树脂等。它们比通用塑料具有较好的力学性能、电性能、化学性能以及耐热性、耐磨性和尺寸稳定性等，故在汽车、机械、化工等部门用来制造机械零件及工程结构件。上一页下一页返回第五节常用工程材料6.其他工程非金属材料(1)橡胶有天然橡胶和合成橡胶两类，在机械工业中常用作密封件、减震件、传动件等。(2)陶瓷陶瓷硬度高，耐磨、耐热性好。但塑性、韧性很差，主要用来做刀具和耐磨零件。(3)复合材料通常可分为功能复合材料和结构复合材料，具有单一材料所不具备的某种特殊性能，如隔热性、耐烧蚀性以及特殊的电、光、磁等性能。上一页返回图1-1车刀相对于工件的运动返回图1-2平面铣刀相对于工件的运动返回图1-3各种切削加工运动和加工表面返回图1-4车刀切削部分的结构要素返回图1-5有关术语的说明返回图1-6刀尖形状返回图1-7刀具标注角度参考系返回表1-1刀具标注角度参考系返回图1-8外圆车刀正交平面参考系标注角度返回图1-9外圆车刀法平面参考系标注角度返回图1-10外圆纵车时切削参数返回图1-11曲线切削刃各点ac及aw返回图1-12直角切削和斜角切削返回图1-13洛氏硬度测试原理返回图1-14洛氏硬度试验机结构简图返回表1-2常用合金钢的名称、牌号、用途返回第二章材料成型方法第一节铸造第二节焊接第三节锻造和冲压第一节铸造

铸造是将金属液浇入预先制备好的铸型中，凝固后获得具有一定形状、尺寸和性能的毛坯或零件的成型方法。用铸造方法所获得的毛坯或零件统称铸件。铸件通常都是毛坯，经切削加工后才能成为零件。用于铸造成型的金属材料有铸铁、钢、铝合金、铜合金、镁合金等，其中以铸铁应用最为广泛。铸造的种类可分砂型铸造和特种铸造两大类。砂型铸造的铸型以原砂为主，加入适量瓤结剂、附加物和水，按一定比例混制而成。因其成本低廉，适应性广，是目前铸造生产中应用最广泛的一种方法。特种铸造是在制造铸型时采用少用砂或不用砂的特殊工艺装备，获得比砂型铸造表面质量好、尺寸精确、力学性能较高的铸件。下一页返回第一节铸造一、砂型铸造砂型铸造是型砂紧实成铸型的铸造方法，应用最为普遍。1.砂型铸造的工艺过程砂型铸造的工艺过程是:制造模样、芯盒;配制型砂、芯砂;造型和造芯;烘干、合箱;熔炼金属，浇注;落砂、清理与检验等，如图2-1所示，主要工序是造型、造芯和金属熔炼。

(1)浇注系统与冒口将液态金属平稳地导入、填充型腔与冒口的通道，称为浇注系统。通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成，如图2-2所示。除导入液态金属外，浇注系统还起到挡渣、补缩与调节冷却顺序等作用。上一页下一页返回第一节铸造冒口是指在铸型内，储存供补缩铸件用熔融金属的空腔，也指该空腔中充填的金属。其作用是补缩、排气和除渣。冒口一般设置于铸件的顶部或“热节”处。(2)造芯制造型芯的过程，称为造芯。型芯主要用来形成铸件的内腔，其方法分为手工造芯和机器造芯两类，一般情况下采用手工造芯，大量生产时采用机器造芯。造芯时，一般在型芯内放置芯骨，用来提高型芯的强度;开设通气孔，以增加排气能力。型芯大多需要烘干，以进一步提高强度和透气性。图2-3为用简单芯盒手工造芯的示意图。上一页下一页返回第一节铸造(3)合型将铸件的各个部分组合成一个完整铸型的操作过程称为合型。合型前应该认真检查各个部分，安装型芯，然后将上型盖上、压紧。若产生错位，会使铸件产生偏芯、错箱等缺陷。(4)金属的冶炼冶炼的目的是获得一定化学成分和温度的金属液。铸铁的冶炼常采用冲天炉，其炉料有金属料、燃料和熔剂。金属料包括铸造生铁、回炉铁、废钢和铁合金;燃料为焦炭;熔剂常采用石灰石或氟石，其作用是降低炉渣的熔点，增加其流动性，实现炉渣与铁液的分离。上一页下一页返回第一节铸造(5)浇注浇注是将金属液从浇包注入铸型的过程。为了利于熔渣的上浮和清理，出炉温度一般应该高些，而浇注温度应适当低些，以减少液态金属气体的溶解量和冷凝时的收缩量。浇注速度应该适当，以免产生铸造缺陷。(6)落砂与清理落砂是铸件在完全凝固，并经充分冷却后，使铸件与型砂、砂箱分开的操作。落砂过早，铸件温度高，冷却太快，会使铸件表层硬化，易产生变形，甚至开裂;反之，生产周期加长，生产率降低。清理是落砂后从铸件上清除表面粘砂以及浇冒口、毛刺、氧化皮等多余金属的过程的总称。清理的方法分手工清理和机械清理。手工清理用风铲和铁刷进行清理;机械清理有摩擦清理法、喷丸清理法和抛丸清理法等方法。上一页下一页返回第一节铸造2.造型材料造型材料包括型砂和芯砂两种。型砂和芯砂应具有以下性能:透气性、强度、耐火度、可塑性、退让性。造型材料由原砂、黏结剂、水和附加物等组成。原砂是型砂和芯砂的主要组成部分;黏结剂的作用是将砂粒互相瓤结在一起，使型砂具有一定的强度和可塑性，常用的有陶土、油类、树脂与水玻璃等;附加物是为了改善型砂的某些性能而附加的物质，如加入煤粉可提高耐火性能，加入水玻璃可提高强度，加入木屑可改善透气性和退让性等。型(芯)砂的制备过程主要包括烘干、筛分、混砂、松砂、停放闷砂等。上一页下一页返回第一节铸造3.造型方法砂型铸造的造型方法很多，一般分为手工造型和机器造型两大类。(1)手工造型手工造型是传统的造型方法，它操作灵活，应用范围广，对模具、砂箱的要求也不高，但生产率低，主要用于单件、小批量生产。按照模样的特点可以分为整模造型、分模造型、挖砂造型、活块造型等方法。①整模造型整模造型的模样是一个整体，其特点为铸型简单、造型简易，适用于形状简单最大截面在端部的铸件。其工艺过程由填砂、紧实、制作出气道、翻转下砂箱、制作上砂箱、浇注系统、起模和完成浇冒系统、修模、合箱等组成。上一页下一页返回第一节铸造②分模造型将模样沿外形的最大截面处分成两部分，并用销钉定位，型腔位于上、下两个砂箱内，造型过程如图2-4所示。其特点是模样分开的分模面就是铸型的分型面，造型操作方便，适用于形状比较复杂的铸件，特别是有孔的铸件。

③挖砂造型某些铸件，如手轮，其轮缘的外形为曲面，用整体模样造型时，将阻碍起模的型砂挖掉，造型过程如图2-5所示。其特点是要求较高的操作技术，生产效率低，适用于单件、小批量生产。④活块造型将模样上阻碍起模的部分做成活动的活块。起模时，先取出模样的主体，然后取出活块，此法叫做活块造型，造型过程如图2-6所示。其特点是造型费工，要求操作技术高，活块容易松动、错位，影响铸件精度，适用于单件、小批量生产。上一页下一页返回第一节铸造⑤刮板造型用与铸件截面形状相同的刮板代替实体模样的造型方法，叫做刮板造型，造型过程如图2-7所示。特点是不用模样，节省了材料与工时，但要求造型技术高，适用于尺寸较大的回转体、等截面的铸件的单件、小批量生产。

(2)机器造型机器造型是现代化铸造车间生产的重要手段，能够高效率地生产出尺寸精确、表面粗糙度值小、加工余量少的铸件，劳动条件较好。但需专用设备，故只适用中、小件的批量生产。机器造型的主要工序实现了机械化，消除了操作者技术水平个体差异的影响，而且砂型的紧实程度更符合铸件成型的要求，型腔轮廓清晰准确，铸件质量好。上一页下一页返回第一节铸造根据紧实型砂的原理不同，机器造型有振击压实式、空气冲击式、射压式和抛砂式等造型方法。其中振击压实式造型为典型的造型方法，但因振动强、噪声大，因而逐渐被其他紧实方式所取代。空气冲击式造型是近些年发展起来的先进造型技术，具有造型机结构简单、维修方便、噪声小的特点，很有发展前途。射压式紧实造型是现代铸造生产中用来制作型芯的主要方法，在树脂砂应用量不断扩大的状况下，射压式紧实设备数量也不断增多。抛砂式紧实仅适用于中、小批量生产大件的造型过程。上一页下一页返回第一节铸造二、特种铸造1.压力铸造将液态金属在高压下快速充填到金属铸型中，并在压力下充型和凝固而形成铸件的铸造方法称为压力铸造，简称压铸。图2-8为J1113G型卧式冷室压铸机外形图。该设备合型力为1350kN，压射力为94~157kN，一次铝合金浇入量为1.8kg。图2-9为常用压铸机的工作过程。压力铸造的主要特点如下:.生产效率极高;.铸件表面质量好，特别是能铸出壁很薄、形状很复杂的铸件;上一页下一页返回第一节铸造.因铸件内部易产生细小分散气孔，故压铸件不能热处理和在高温条件下工作。

压力铸造主要用于大批量生产形状复杂的有色金属薄壁件，如仪表壳、化油器、汽缸体等，在航空、汽车、电器和仪表工业得到了广泛应用。2.消失模铸造消失模铸造又称实型铸造或汽化模铸造。它采用聚苯乙烯泡沫塑料制成整体模样代替普通模样。造型后不取出模样就浇入金属液，在高温金属液的热作用下，泡沫塑料即被汽化，燃烧而消失。上一页下一页返回第一节铸造消失模铸造的工艺流程如下:(1)预发泡将聚苯乙烯珠粒预发到适当密度，一般通过蒸汽快速加热来进行。(2)模型成型经过预发泡的珠粒要先进行稳定化处理，然后送人模具型腔，再通入蒸汽，使珠粒软化、膨胀，挤满所有空隙并且瓤合成一体。(3)模型簇组合模型在使用之前，必须存放适当的时间(几小时至数天)使其熟化稳定，然后将分块模型进行胶瓤结合。

(4)模型簇浸涂把模型簇浸入耐火涂料中，然后在30℃~60℃的空气循环烘炉中十燥2~3h，十燥之后，将模型簇放人砂箱，填入于砂振动紧实(通常用抽真空形成负压的方式，使砂型紧实)，必须使所有模型簇内部孔腔和外围的十砂都得到紧实和支撑。上一页下一页返回第一节铸造(5)浇注熔融金属浇入铸型后，模型材料在高温下产生汽化，其空间被金属所取代后即形成铸件。图2-10是消失模工艺的砂箱和浇注示意图。(6)落砂清理浇注之后，铸件在砂箱中凝固和冷却，然后落砂和清理。消失模的主要优点是:.模型设计的自由度增大，可整体生产复杂的铸件;·简化了铸造工艺，如无需型心、起模抖度，可以不要冒口补缩，可省分型面;.提高铸件精度，可重复生产高精度铸件，减小机加工余量，可使铸件壁厚偏差控制在-0.15~+0.15mm之间。上一页下一页返回第一节铸造但消失模铸件易产生与泡沫塑料有关的缺陷，如皱纹、黑渣、增碳和气孔等。消失模铸造方法可用于生产有色及黑色金属的零件，包括汽缸体、汽缸盖、曲轴、变速箱，进气管、排气管及刹车毅等铸件。

3.金属型铸造金属型铸造用铸铁、铸钢或耐热钢制造铸型，将熔炼好的金属浇注进去以获得铸件的铸造方法叫金属型铸造。因金属铸型可反复使用几百乃至上万次，故又称永久型，如图2-11所示。上一页下一页返回第一节铸造金属型铸造的主要特点是:.一型多铸，生产效率高;·金属液冷却快，铸件内部组织致密，力学性能较高;.铸件的尺寸精度和表面粗糙度较砂型铸件好。由于金属型成本高，无退让性和冷速快，所以主要适用于大批量生产形状简单的有色金属铸件，如铝合金活塞、铝合金缸体等。

4.离心铸造离心铸造将液态金属浇入高速旋转的铸型，在离心力作用下凝固成型的工艺叫离心铸造。离心铸造在离心机上进行，按旋转轴的空间位置有卧式和立式两种离心机。铸型多用金属型，也可用非金属型(如砂型、熔模壳型等)。图2-12为立式离心铸造机示意图。上一页下一页返回第一节铸造离心铸造的主要特点如下:.铸件组织细密，无缩孔和气孔等缺陷;.不用型心便可制得中空铸件;.不需要浇注系统，提高了液体金属的利用率。但离心铸造的内表面质量较差，对成分易产生偏析的合金不宜采用。目前离心铸造主要用于圆形空心铸件的生产，也可铸造成型铸件及双金属铸件，如铸铁管、轴瓦(钢套铜衬)等。上一页下一页返回第一节铸造5.熔模铸造熔模铸造又称失蜡铸造。它是用易熔材料(如蜡料)制成零件的模样，在蜡模上涂挂几层耐火材料，经硬化、加热，将脱掉蜡模后的模壳经高温焙烧装箱加固后，趁热进行浇注从而获得铸件的一种方法。其铸造生产过程如图2-13所示。熔模铸造的主要特点是:.无须起模、分型、合型等操作，能获得形状复杂、尺寸精度高、表面粗糙度低的铸件，故有精密铸造之称.适用于各种铸造合金，尤其是高熔点、难加工的耐热合金。此法由于受蜡模强度的限制，目前主要用于生产形状复杂、精度要求高或难以进行锻压、切削加工的中小型铸钢件、不锈钢件、耐热钢件等，如汽轮机叶片、成型刀具和锥齿轮等。上一页下一页返回第一节铸造三、铸件清理1.铸件的落砂将浇注成型后的铸件从型砂和砂箱中分离出来的操作称为落砂。落砂应在铸件充分冷却后进行。过早会使铸件冷却太快，表面易产生硬化，铸铁件会出现表面白口，严重时还会因内应力过大而出现变形、裂纹等缺陷。通常铸铁件的落砂温度不得大于500oC。对于形状简单、质量小于10kg的铸件，一般在浇注后0.5h左右即可进行落砂。

为了改善劳动条件与提高生产率，目前已经广泛采用震动落砂机进行机械落砂。上一页下一页返回第一节铸造2.铸件的清理落砂后的铸件必须进行清理才能达到表面质量的要求。清理的内容主要包括切除浇冒口、清除砂心及铸件表面瓤砂、飞边、毛刺和氧化皮等。机械清理的方法有滚筒清理、喷砂或喷丸清理等。3.铸件质量检验清理后的铸件还要进行质量检验，合格的铸件验收后人库;个别有不太严重缺陷的铸件经修补后仍可作次品使用;缺陷严重或缺陷出现在铸件重要部位的则将成为废品。检验后，应对铸件缺陷进行分析，找出原因，提出预防措施。常见铸件缺陷的名称、特征及形成原因如表2-1所示。上一页返回第二节焊接

焊接是通过加热或(和)加压，并且用或不用填充材料使焊件金属达到原子结合的一种加工方法。焊接属于一种连接成型技术。

根据焊接的工艺特点和母材金属所处的状态，可将焊接方法分为三大类。.熔化焊，是将接头加热至熔化状态，一般都加入填充金属的焊接方法，如手工电弧焊、气体保护焊、电渣焊、等离子焊、电子束焊、激光焊等;.压力焊，是对焊件施加压力，加热或不加热的焊接方法，如电阻焊(包括点焊、对焊等)、摩擦焊、扩散焊、爆炸焊、超声波焊等;下一页返回第二节焊接.钎焊，是采用熔点比母材低的钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料的熔点而母材不熔化，利用毛细管作用使液态钎料填充接头间隙与母材相互扩散形成连接的焊接方法。焊接是一种永久性连接方法，能连接各种锻件和板类零部件等，可以简化毛坯工艺、制成复杂结构件。焊接与螺栓连接、铆接、胶接等(如图2-14所示)方法相比，具有节约材料、减轻零部件重量、气密性好、生产效率高、便于实现机械化和自动化等优点。因此，焊接方法得到普遍重视并获得迅速发展。上一页下一页返回第二节焊接焊接技术可用于制造金属结构，广泛用于造船、车辆、桥梁、航空航天、建筑钢结构、重型机械、化工装备等领域;可制造机器零件和毛坯，如轧辊、飞轮、大型齿轮、电站设备的重要部件等;可连接电器导线和精细的电子线路。凡是金属材料需要连接的地方，就有焊接方法的应用。它甚至还可应用于新型陶瓷连接、非晶态金属合金焊接等。焊接也存在着不足之处，如熔化焊在焊接时往往是局部高温快速加热并快速冷却，容易导致焊缝及其附近区域的化学成分、金相组织、力学性能和物理性能、抗腐耐磨等性能与母材有所不同，焊件中由于局部加热和冷却所导致的焊接残余应力和变形，这些都不同程度地影响了产品的质量和安全性;焊缝及热影响区有时因工艺不当产生的某些缺陷，将会影响结构的承载能力。上一页下一页返回第二节焊接一、手工电弧焊电弧焊利用焊条与工件间产生电弧热，将工件和焊条熔化而进行的一种焊接方法。主要包括手工电弧焊、埋弧焊与气体保护电弧焊。手工电弧焊简称手弧焊，是常用焊接方法之一。手弧焊具有设备简单、维护容易、焊钳小、使用方便等优点，适宜于焊接板厚3mm以上的碳钢、低合金结构钢、不锈钢、耐热钢等，以及铸铁的焊补。

1.焊接过程手工电弧焊焊缝形成过程如图2-15所示。焊接时在焊条与焊件之间引发电弧，高温电弧将焊条端头与焊件局部熔化而形成熔池，然后，熔池迅速冷却、凝固形成焊缝，遂使分离的两块焊件连接成一个整体。上一页下一页返回第二节焊接电焊条的药皮熔化后形成熔渣覆盖在熔池上，熔渣冷却后形成渣壳依旧覆盖在焊缝上，始终对焊缝起着保护作用。2.焊接电弧焊接电弧指发生在焊条端头与工件之间，由电场通过两电极(焊条与工件)之间的气体进行强力、持久的放电，即所谓气体放电现象。(1)焊接电弧的形成焊接时，先将焊条与焊件瞬时接触，发生短路。强大的短路电流流经少数几个接触点，如图2-16(a)所示，致使接触点处温度急剧升高并熔化，甚至部分发生蒸发。当焊条迅速提起时，焊条端头的温度已升得很高，在两电极间的电场作用下，产生了热电子发射。飞速发射的电子撞击焊条端头与焊件间的空气，使之电离成正离子和负离子。电子和负离子流向正极，正离子流向角秘。仗迎带申L后占的宗向运动形成了悍榕申L弧。如图2-16(b)所示。上一页下一页返回第二节焊接

(2)焊接电弧的构成焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成，如图2-16(c)所示。一般情况下，阳极温度略高于阴极温度，因为阳极区表面受高速电子的撞击，产生较大的能量，故发出较多的热量，约占电弧热量的43%;而阴极区因发射电子而消耗一定能量，故阴极区产生的热量略低，约占电弧热量的36%;弧柱区产生的热量仅占21%;弧柱周围温度则较低，因而大部分热量散失在大气中。弧柱温度则随焊接电流增大而升高。

当以铁作为电极材料时，阴极区温度约为2400K，阳极区温度约为2600K，而弧柱中心区温度高达6000~8000K。上一页下一页返回第二节焊接由于电弧中各区温度不同，因此，用直流电源焊接时有正接法和反接法的区分，工件接电焊机正极、焊条接电焊机负极的接法，称为正接法;反之，则为反接法。使用交流电焊机时，由于电源周期性地改变极性，故无正接和反接的区分，焊条和工件上的温度及热量分布趋于一致。

3.焊接设备手工电弧焊的主要设备是弧焊机，它为焊接电弧提供电源。为保证能够提供安全可靠的焊接电流，必须符合以下要求:高的空载电压，容易引弧;焊接时，大电流，低电压，弧长和电流的变化应很小;短路电流不得太大，还要有良好的调节特性，能根据不同的焊接材料与厚度调节焊接电流。上一页下一页返回第二节焊接弧焊机分为交流弧焊机与直流弧焊机两类。交流弧焊机是一种特殊的降压变压器，它通过改变次级线圈抽头的接法和可动铁芯的位置，对焊接电流进行调节。这种弧焊机体积小、重量轻、噪声小、结构简单、节省电能、使用可靠、维修方便，目前国内广泛使用，但其焊接电弧的稳定性稍差。直流弧焊机所提供的电源是直流电，容易引弧，电弧稳定，焊接质量好，能够适应各类焊条，并能够根据焊件特点选用正接或反接，常用于重要结构件的焊接，但存在着结构复杂、噪声大、成本高、维修困难等缺点。上一页下一页返回第二节焊接4.焊条电焊条(简称焊条)是手工电弧焊时的焊接材料，是一种涂有药皮的熔化电极，它由焊芯和药皮两部分组成。焊芯是焊接专用的金属丝，按规定，它有一定的直径和长度。焊条直径即为焊芯的直径(焊丝直径)，通常其规格有2,2.5、3.2,4,5、6mm等。其长度一般为300~450mm。焊丝的作用有两个:一是作为电极，传导电流，产生并维持电弧;二是熔化后作为填充金属与熔化的母材一起组成焊缝。另外必要时，也可以用焊芯来渗合金。上一页下一页返回第二节焊接按国家标准规定，焊接专用钢丝(焊丝)分为碳素结构钢、合金结构钢和不锈钢三类。常用的碳素结构钢焊芯牌号有H08,H08A,H08E和H10Mn2等。牌号的含义为:H表示焊芯，08表示含碳量为0.08%，合金元素及其他符号与钢号表示方法相同。

药皮是挤压涂在焊芯表面上的涂料层，它由矿石粉、铁合金粉、黍占结剂等原料按一定比例配制而成。其主要作用是使电弧容易引燃并保持稳定;在电弧高温下，产生大量气体，并形成熔渣，保护熔化金属不被氧化;去除有害元素(如氧、氢、硫、磷等)，添加有益的合金元素，以改善焊缝质量。上一页下一页返回第二节焊接根据药皮所含氧化物的性质，焊条分为酸性焊条和碱性焊条两类。酸性焊条是指药皮中含有酸性氧化物比碱性氧化物多的焊条;反之则称为碱性焊条。酸性焊条有良好的工艺性能，交、直流电源均可使用，但焊缝的力学性能，尤其是塑性、韧性不如用碱性焊条焊接的焊缝好，故常用于一般结构件的焊接。碱性焊条工艺性能差，要求用直流电源施焊，但焊接质量好，常用于重要的结构件及焊接性较差金属的焊接。按照国标GB5117一1985的规定，焊条型号用大写字母和数字表示，如E4315,E5015等。E表示焊条，型号中四位数字的前两位表示熔敷金属抗拉强度的最小值，单位为MPa,第三位数字表示焊条适用的焊接位置，第三位与第四位数字组合表示药皮类型和电流种类。上一页下一页返回第二节焊接如J422牌号的J表示结构钢焊条，42表示焊缝的抗拉强度不低于420MPa,2表示氧化钦钙型药皮，可用于直流或交流焊接。焊条的选用一般按等性能原则，并考虑焊件的结构特点、工作条件、产量、施焊条件及经济性等因素，合理地选用。5.焊接工艺(1)接头形式和坡口形式在手工电弧焊中，由于焊件厚度、结构形状和使用条件不同，其接头形式和坡口形式也不同，如图2-17所示。

焊接接头形式可分为对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头四种。上一页下一页返回第二节焊接为了使焊件焊透并减少被焊金属在焊缝中所占的比例，一般在对接接头手工电弧焊钢板厚度大于6mm时要开坡口。重要的结构厚度大于3mm时就要开坡口。常见的坡口形式有V形、U形、K形和X形等。(2)焊缝的空间位置按施焊时焊缝在空间所处的位置不同，焊缝可分为平焊缝、立焊缝、横焊缝和仰焊缝四种形式，如图2-18和图2-19所示。平焊时，熔化金属不会外流，飞溅小，操作方便，易于保证焊接质量;横焊和立焊则较难操作;仰焊最难，不易掌握。上一页下一页返回第二节焊接(3)焊接规范参数的选择焊接时，为保证焊接质量而选定的诸物理量(如焊接电流、电弧电压、焊接速度等)统称为焊接工艺参数。手工电弧焊的工艺参数主要是焊条直径、焊接电流、电弧电压和焊接速度等，其中尤为重要的是，焊条直径和焊接电流。

①焊条直径首先，根据焊件的厚度初步选择焊条直径，如表2-2所示，然后按焊接工艺条件(接头形式、焊接位置、焊接层数等)作必要的调整。如立焊、横焊和仰焊应选较细焊条;多层焊时，打底层用小直径焊条以保证焊透，减少缺陷和防止烧穿，而中间及覆盖层可用大直径焊条以提高生产率。上一页下一页返回第二节焊接②焊接电流一般情况下都按焊条直径选择焊接电流。通常可按经验公式I=(30~55)d来确定。式中，I是焊接电流(A)，而d则是焊条直径(mm)。应注意的是，由上述公式计算所得的电流只是个大致范围，实际施焊时还要考虑焊条类型、焊条直径、焊件厚度、接头形式、焊接位置等因素进行必要的修整，通常要经过试焊来确定。③焊接层数对较厚的工件要开坡口，采用多层焊或多层多道焊。一般每层焊道厚度不能大于4~5mm。上一页下一页返回第二节焊接④其他焊接工艺参数电弧长度(和电弧电压成正比，影响熔宽)和焊接速度(单位时间内完成的焊缝长度)由焊工视具体操作情况掌握，一般不作规定。通常，尽量要求用短弧焊接，电弧长度不超过焊条直径。使用碱性焊条时，弧长应更短(约为焊条直径的一半)。焊接时，所用工艺参数是否正确，不但影响焊缝外观成型，而且影响焊接接头的内部质量。二、其他焊接方法简介随着工业生产