热加工工艺基础教案Word格式.docx
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几何线条（直线）将晶体中各原子中心连接起来，便形成了一个空间格子，这种抽象的、用于描述原子在晶体中规则排列方式的空间几何图形称为结晶格子，简称晶格。
晶胞---从晶格中选一个能够完全反映晶体特征的，最小的几何单元来分析晶体中原子排列的规律，这个最小的几何单元称为晶胞。
实际上晶格是由许多大小、形状和位向相同的晶胞在空间重复堆积而成的。
2.常见金属的晶格类型
●
●体心立方晶格---它的晶胞是一个长、宽、高相等的立方体。
立方体的八个角上各有一个与其它晶胞共有的原子，除此之外，在立方体中心还有一个原子。
面心立方晶格---它的晶胞也是一个长、宽、高相等的立方体。
在立方体的八个角上和每个面的中心各有一个与其它晶胞共有的原子。
密排六方晶格---它的晶胞是一个正六方柱体。
在正六方柱体的十二个角上及上、下
底面的中心各有一个与其它晶胞共有的原子，除此以外，在柱体中心还有三个原子。
3.铁碳合金的基本组织
金属在固态下晶格类型随温度发生变化的现象称为同素异晶转变。
液态纯铁在结晶后具
变。
由于铁和碳原素相互作用的不同，铁碳合金的基本组织有：
铁素体、奥氏体、渗碳体。
珠光体和莱氏体。
0.008%，当温度升高到727度时，碳的质量分数为0.0218%。
铁素体的性能与纯铁相似，
强度和硬度较低，塑性和韧性好（邻碳量近似等于0）。
当温度升高到1148度时，碳的质量分数为2.11%。
奥氏体具有很好的塑性和韧性，有一
定的强度和硬度。
生产中常将钢材加热到奥氏体状态进行锻造。
渗碳体—是铁和碳形成的一种具有复杂晶格的间隙化合物，用化学式fe3c表示。
渗
碳体中碳的质量分数为6.99%，硬度很高，塑性和韧性极低，脆性大，溶点为1227度。
在钢和生铁中渗碳体常以片状、球状和网状等不同形态存在，它的形态、大小、数量和
分布对钢和生铁、铸铁性能有很大影响。
珠光体---是铁素体和渗碳体组成的两相复合物，用符号p表示。
碳的质量分数为
0.77%，是一个双向组织，性能介于铁素体和渗碳体之间，具有足够的强度、塑性和硬
度。
莱氏体---碳的质量分数为4.3%的液态铁碳合金，冷却到1148度时，由液体中同时
结晶出奥氏体和渗碳体的复相组织称为莱氏体，用符号ld表示。
莱氏体的性能与渗碳
体相似，硬度很高，塑性很差。
4．铁碳合金相图
铁碳合金相图是指在极其缓慢加热（或冷却）条件下，不同成分的铁碳合金，在不同
的温度下所处状态的一种图形。
它是选择材料和制定有关热加工工艺时的参考，也是钢
和铸铁进行热处理的理论基础。
fe-fe3c相图纵坐标表示温度，横坐标表示碳的质量分数。
横坐标端碳的质量分数为
零，是纯铁的成分；
右端碳的质量分数为6.99%。
是fe3c的成分。
fe-fe3相图中的物性点
特性点温度碳的质量分数含义
a15380纯铁的熔点
c11484.3共晶点，l---ld
d～12276.69渗碳体的熔点
s7270.77共析点，a---p
fe-f3c相图中的特性线
特性线名称含义
acd线液相线任何成分的铁碳合金在此线以下均处于液态（l）,液态合金缓冷到ac线时，从液体中开始结晶出奥氏体（a）,
缓冷到cd线时，从液体中开始结晶出渗碳体，这种渗
碳体称为一次渗碳体（fe3c1）
aecf线固相线任何成分的铁碳合金缓冷到此线时全部结晶为固休ecf水平线共晶线凡是碳的质量分数＞2.11%的铁碳合金缓冷到该线
（1148度）时均发生共晶转变，生成莱氏体。
psk水平线共析线凡是碳的质量分数＞0.0218%的铁碳合金（奥氏体）缓
冷到727度时均发生共析转变，由奥氏体生成珠光体。
量在减小，在1148度时，碳的质量分数为2.11%（e）
点，在727度时，碳的质量分数为0.77%（s）点，或
者说碳的质量分数为0.77%的铁碳合金由高温缓冷时
从奥氏体中析出渗碳体的开始线，这种渗碳体称为二次
渗碳体，加热时为二次渗碳体溶入奥氏体的终了线。
在减小，在727度时碳的质量分数为0.0218%，在600
度时碳的质量分数为0.008%（q）点，因此，由727度
缓冷时，铁素体中多余的碳将以渗碳体的形式析出，这
种渗碳体称这三次渗碳体。
gs线a3线碳的质量分数＜0.77%的铁碳合金由奥氏体中析出铁素
体的开始线，或者说加热时铁素体转变为奥氏体的终了
线。
5.铁碳合金的分类
（1）工业纯铁碳的质量分数小于等于0.0218%
（2）钢大于0.0218%小于等于2.11%
共析钢碳的质量分数等于0.77%。
亚共析钢碳的质量分数小于0.77%。
过共析钢碳的质量分数大于0.77%。
（3）白口铁碳的质量分数大于2.11%小于6.99%
共晶白口铁碳的质量分数等于4.3%。
亚共晶白口铁碳的质量分数大于2.11%小于4.3%。
过共晶白口铁碳的质量分数大于4.3%小于6.69%。
碳钢及钢中的杂质
碳的质量分数小于2.11%的铁碳合金称为碳素钢，简称碳钢。
按钢中含碳量的多少碳钢分为
低碳钢碳的质量分数＜0.25%
中碳钢碳的质量分数为大于等于0.25%小于0.60%
高碳钢碳的质量分数＞0.60%
按钢中有害杂质硫、磷含量多少分为
普通质量钢钢中硫、磷含量较高
优质钢钢中硫、磷含量较低
级优质钢钢中硫、磷含量很低
按钢的用途可分为
碳素结构钢用于制作各种机器零件和工程机械。
碳素工具钢用于制作和种量具、刃具和模具等。
铸钢用于制作形状复杂，难于锻压等方法成型的铸钢件。
钢中有杂质锰和硅都是有益元素，而钢中的硫和磷是有害元素，因此钢中应严格控制硫和磷的含量，以免对钢的质量产生影响。
三.钢的热处理
钢的热处理是将钢在固态范围内，采用适当的方式进行加热、保温和冷却，以改变内部组织，获得所需性能的一种工艺方法。
通过热处理能显著提高钢的力学性能，增加零件的强度韧性和使用寿命。
根据加热和冷却方式不同，热处理分为
普通热处理—退火，正火，淬火，回火
热处理
表面热处理：
表面淬火---火焰加热，感应加热
化学热处理---渗碳，渗氮，碳氮共渗，渗金属等。
虽然热处理方法很多，但过程都是由加热、保温和冷却三个阶段。
1.钢加热时组织有转变
由铁碳合金相图可知，共析钢、亚共析钢和过共析钢分别被缓慢加热到a1、as、acm温度以上时均可获得单相的奥氏体组织。
a1、as、acm是平衡时的相变点（温度）。
加热和冷却速度的增大，相变点的偏离程度也增大。
为了与平衡的相变点区别，通常将实际加热时的各相变点用ac1、ac3、accm表示，冷却时的各相变点用ar1、ae3、arcm表示。
大多数机械零件进行热处理时，都需要加热到相变点以上，以获得全部或部分均匀的奥氏体组织，称这一过程为奥氏体化。
2、钢的退火与正火
钢的退火
退火是将钢件加热到适当温度，保温一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。
退火的目的
（1）降低钢件的硬度，以利于切削加工。
（2）消除残余应力，以防钢件变形与开裂。
（3）细化晶粒，改善组织，以提高钢的力学性能，并为最终热处理做好准备。
退火的分类
根据钢的成分和退火的目的不同，退火可分为：
完全退火、等温退火、球化退火、均匀化退火（扩散退火）和去应力退火。
（1）完全退火完全退火是钢件完全奥氏体化，随之缓慢冷却，获得接近平衡状态组
织的退火工艺。
实际生产中，为了提高生产效率，冷却至600度左右时可以将工件出炉空冷。
完全退火因为所需时间很长，对于某些合金钢需要数十小时，甚至数天时间，因此是一种费时工艺，
（2）等温退火等温退火是将钢件加热到ac3（ac1）温度经上，保温一定时间后，以
较快的速度冷却到ar1以下某一温度，并在此温度等温停留，使奥氏体转变为珠光型组织，然后在空气中冷却的退火工艺。
等温退火能缩短退火时间，得到均匀的组织和性能。
主要用于处理高碳钢，、合金工具钢和高合金钢。
（3）球化退火球化退火是将过共析钢或共析钢加热至ac1以上20～40度，保温一
定时间，然后随炉缓冷至室温，或者在略低于ar1的温度下保温之后再出炉空冷的退火工艺。
球化退火可以使网状二次渗碳体和珠光体中的片层渗碳体都变为球状。
（4）均匀化退火（或称扩散退火）均匀化退火是将金属铸锭、铸件或锻坯加热到高
温，在此温度长时间保温，然后缓慢冷却的退火工艺。
加热温度一般为ac3以上150～250度，保温时间10～15小时。
均匀化退火的钢晶粒往往过分粗大，要再进行一次完全退火或正火处理。
均匀化退火是一种耗费能量很大，成本很高的热处理工艺，因此主要用于质量要求高的优质合金钢铸锭或铸件。
（5）去应力退火去应力退火是将钢件随炉缓慢加热到ac1以下某一温度，约500～
650度，经一定时间保温后，随炉缓慢冷却至300～200度出炉空冷的退火工艺。
去应力退火主要用于消除铸件、锻件、焊件的内应力，稳定尺寸，减少使用过程中的变形。
钢的正火
正火是将钢件加热到ac3（或accm）以上30～50度，保温一定时间，在空气中冷却的热处理工艺。
把钢件加热到ac3以上100～150度的正火称为高温正火。
正火与退火的主要区别是冷却速度比退火快，因此正火后得到的组织比退火细小，钢材的强度、硬度也稍有提高。
正火的目的是：
细化晶粒，调整硬度消除网状渗碳体，为后续加工、球化退火及淬火等做好准备。
正火操件简单、生产周期短、成本较低，应用广泛，主要用于：
（1）改善切削加工性低碳钢和低碳合金钢经退火后，组织中铁素体量过多，硬度偏
低，切削加工中易产生“粘刀”现象，表面粗焅度增大。
通过正火处理可得到细小的珠光体组织，硬度有所提高，改善了切削加工性能。
（2）消除网状渗碳体为球化退火做好准备。
由于正火加热温度高于acm，冷却速度又
【篇二：
机械加工工艺基础教案】
三、ca6140型卧式车床主要结构
（一）主轴箱
ca6140车床的主轴箱包括：
箱体、主轴部件、传动机构、操纵机构、换向装置、制动装置和润滑装置等。
其功用在于支承主轴和传动其旋转，并使其实现起动、停止、变速和换向等。
机床的主轴箱是一个比较复杂的运动部件，它的装配图包括展开图、各种向视图和剖面图，以表示出主轴箱的所有零件及其装配关系。
作。
1、主轴部件
主轴部件是主轴箱最重要的部分，由主轴、主轴轴承和主轴上的传动件、密封件等组成。
主轴前端可安装卡盘，用以夹持工件，并由其带动旋转。
主轴的旋转精度、刚度和抗振性等对工件的加工精度和表面粗糙度有直接影响，因此对主轴部件的要求较高。
ca6140型车床的主轴是一个空心阶梯轴。
其内孔是用于通过棒料或卸下顶尖时所用的铁棒，也可用于通过气动、液压或电动夹紧驱动装置的传动杆。
主轴前端有精密的莫氏6号锥孔，用来安装顶尖或心轴，利用锥面配合的摩擦力直接带动心轴和工件转动。
主轴后端的锥孔是工艺孔。
ca6140型卧式车床的主轴部件在结构上做了较大改进，由原来的三支承结构改为两支承结构；
由前端轴向定位改为后端轴向定位。
前轴承为p级精度的双列短圆柱滚子轴承，用于承受径向力。
后轴承为一个推力球轴承和角接触球轴承，分别用于承受轴向力和径向力。
主轴的轴承的润滑都是由润滑油泵供油，润滑油通过进油孔对轴承进行充分润滑，并带走轴承运转所产生的热量。
为了避免漏油，前后轴承均采用了油沟式密封装置。
主轴旋转时，依靠离心力的作用，把经过轴承向外流出的润滑油甩到轴承端盖的接油槽里，然后经回油孔流回主轴箱。
主轴上装有三个齿轮，前端处为斜齿圆柱齿轮，可使主轴传动平稳，传动时齿轮作用在主轴上的轴向力与进给力方向相反，因此可减少主轴前支承所承受的轴向力。
主轴前端安装卡盘、拨盘或其它夹具的部分有多种结构形式。
2、开停和换向装置
ca6140型卧式车床采用的双向多片式摩擦离合器实现主轴的开停和换向。
其由结构相同的左右两部分组成，左离合器传动主轴正转，右离合器传动主轴反转。
摩擦片有内外之分，且相间安装。
如果将内外摩擦片压紧，产生摩擦力，轴i的运动就通过内外摩擦片而带动空套齿轮旋转；
反之，如果松开，轴i的运动与空套齿轮的运动不相干，内外磨擦片之间处于打滑状态。
正转用于切削，需传递的扭矩较大，而反转主要用于退刀，所以左离合器摩擦片数较多，而右离合器摩擦片数较少。
内外摩擦片之间的间隙大小应适当：
如果间隙过大，则压不紧，摩擦片打滑，车床动力就显得不足，工作时易产生闷车现象，且摩擦片易磨损。
反之，如果间隙过小，起动时费力；
停车或换向时，摩擦片又不易脱开，严重时会导致摩擦片被烧坏。
同时，由此也可看出，摩擦
离合器除了可传递动力外，还能起过载保险的作用。
当机床超载时，摩擦片会打滑，于是主轴就停止转动，从而避免损坏机床。
所以摩擦片间的压紧力是根据离合器应传递的额定扭矩来确定的，并可用拧在压套上的螺母9a和9b来调整。
3、制动装置
制动装置功用在于车床停车过程中克服主轴箱中各运动件的惯性，使主轴迅速停止转动，以缩短辅助时间。
ca6140型卧式车床采用闸带式制动器实现制动。
制动带6的拉紧程度可由螺钉5进行调整。
其调整合适的状态，应是停车时主轴能迅速停
止，而开车时制动带能完全松开。
（二）溜板箱
溜板箱的功用是：
将丝杠或光杠传来的旋转运动转变为直线运动并带动刀架进给；
控制刀架运动的接通、断开和换向；
机床过载时控制刀架停止进给；
手动操纵刀架移动和实现快速移动。
因此，溜板箱通常设有以下几种机构：
接通丝杠传动的开合螺母机构；
将光杠的运动传至纵向齿轮齿条和横向进给丝杠的传动机构；
接通、断开和转换纵、横向进给的转换机构；
保证机床工作安全的过载保险装置和互锁机构；
控制刀架运动的操纵机构；
改变纵、横向机动进给运动方向的换向机构；
快速空行程传动机构。
1、纵横向进给操纵机构
ca6140型车床的纵、横机动进给运动的接通、断开和换向，采用一个手柄集中操纵方式。
当需要纵、横向移动刀架时，向相应的方向扳动操纵手柄1即可。
2、互锁机构
为了避免损坏机床，必须保证横、纵向机动进给运动和车螺纹进给运动不能同时接通。
为此，ca6140型车床的溜板箱中设有互锁机构。
因此，合上开合螺母后，纵横向机动进给都不能接通。
而接通纵向或横向机动进给后，开合螺母都不能合上。
第七章机械加工质量生产率和经济性
第一节机械加工质量
机械零件的加工质量包括两个方面：
加工精度和表面质量。
一、加工精度
（一）加工精度的概念
加工精度是指加工后的零件在形状、尺寸、表面相互位置等方面与理想零件的符合程度。
它由尺寸精度、形状精度和位置精度组成。
尺寸精度：
指加工后零件表面本身或表面之间的实际尺寸与理想尺寸之间的符合程度。
形状精度：
指加工后零件表面本身的实际形状与理想零件表面形状之间的符合程度。
位置精度：
指加工后零件各表面之间的实际位置与理想零件各表面之间的位置的符合程度。
（二）机械加工精度获得的方法
1．尺寸精度的获得方法
1）试切法这是一种通过试切工件—测量—比较—调整刀具—再试切—……再调整，直至获得要求的尺寸的方法。
2）调整法是按试切好的工件尺寸、标准件或对刀块等调整确定刀具相对工件定位基准的准确位置，并在保持此准确位置不变的条件下，对一批工件进行加工的方法。
3）定尺寸刀具法在加工过程中采用具有一定尺寸的刀具或组合刀具，以保证被加工零件尺寸精度的一种方法。
4）自动控制法通过由测量装置、进给装置和切削机构以及控制系统组成的控制加工系统，
把加工过程中的尺寸测量、刀具调整和切削加工等工作自动完成，从而获得所要求的尺寸精度的一种加工方法。
2．形状精度的获得方法
机械加工中获得一定形状表面的方法可以归纳为以下三种。
1）轨迹法此法利用刀具的运动轨迹形成要求的表面几何形状。
刀尖的运动轨迹取决于刀具与工件的相对运动，即成形运动。
用这种方法获得的形状精度取决于机床的成形运动精度。
2）成形法此法利用成形刀具代替普通刀具来获得要求的几何形状的表面。
机床的某些成形运动被成形刀具的刀刃所取代，从而简化了机床结构，提高了生产效率。
用这种方法获得的表面形状精度既取决于刀刃的形状精度，又有赖于机床成形运动的精度。
3）范成法零件表面的几何形状是在刀具与工件的啮合运动中，由刀刃的包络面形成的。
因而刀刃必须是被加工表面的共扼曲面，成形运动间必须保持确定的速比关系，加工齿轮常用此种方法。
3．位置精度的获得方法
在机械加工中，获得位置精度的方法主要有下述两种。
1）一次装夹法工件上几个加工表面是在一次装夹中加工出来的。
2）多次装夹法即零件有关表面间的位置精度是由刀具相对工件的成形运动与工件定位基准面（亦是工件在前几次装夹时的加工面）之间的位置关系保证的。
在多次装夹法中，又可划分为：
①直接装夹法即通过在机床上直接装夹工件的方法。
②找正装夹法即通过找正工件相对刀具切削成形运动之间的准确位置的方法。
③夹具装夹法即通过夹具确定工件与刀具切削刃成形运动之间的准确位置的方法。
二、表面质量
（一）表面质量的概念
零件的机械加工质量不仅指加工精度，而且也包括加工表面质量。
表面质量是指机械加工后零件表面层的几何结构，以及受加工的影响表面层金属与基体金属性质产生变化的情况。
表面层一般只有0.05～0.15mm。
在金属切削过程中，形成加工表面时发生金属的弹性变形和撕裂，同时伴随着切削力和切削热的作用，使整个工艺系统可能产生振动。
因此已加工表面不可能是理想的光滑的表面，而是存在着粗糙度、波纹等几何形状误差以及划痕、裂纹等表面缺陷。
零件表面层材料的化学和物理性质也发生一系列变化。
表面质量的主要内容包括以下方面：
1．表面的几何形状
2．表面层物理机械性能的变化
由于表面层沿深度的变化，所以表面层物理机械性能的变化主要有：
1）表面层的冷作硬化
2）表面层中残余应力的大小、方向及分布情况
3）表面层金相组织的改变
4）表面层的其它物理机械性能的变化
（二）表面质量对零件使用性能的影响
机械产品之所以要维修，更换某些零件或整个报废，一般不是因为它的零件发生了整体破坏，而是零件之间有相互运动的表面产生过大的磨损，从而改变了机械的性能，使之不能使用。
有时即使零件发生了整体断裂，究其原因也往往是首先在零件表面上形成了疲劳裂纹，裂纹不断扩展，从而造成了零件的整体破坏。
因此，了解零件的表面质量对其使用性能的影响，
正确的提出对零件表面质量的要求是非常重要的。
1．表面粗糙度对耐磨性的影响
零件的耐磨性除与材料的性能、热处理状态和润滑条件有关外，零件自身的表面粗糙度起着十分重要的作用。
2．冷作硬化对耐磨性的影响
冷作硬化可以显著地提高零件表面的耐磨性。
3．表面层应力集中及残余应力对疲劳强度的影响
零件表面微观不平度会在它的“波谷”底部造成应力集中。
4．表面质量对零件耐蚀性能的影响
降低表面粗糙度值可以提高零件的抗腐蚀性能。
5．表面质量对配合性质的影响
对于间隙配合，如果零件表面粗糙度值过大，初期磨损就较严重，导致磨损量加大，从而使配合间隙增大，破坏了原设计要求的配合精度。
对于过盈配合，表面粗糙度值过大，装配中，在压入配合的表面上的部分微小波峰被挤平，使实际得到的过盈量比设计要求的小，降低了过盈表面的结合强度，从而影响零件联接的可靠性。
三、提高加工质量的措施
影响零件加工精度的因素很多，为了提高加工质量，保证机械加工精度，生产中采取的工艺措施很多，这里仅举一些实例，作简要说明。
（一）增强工件刚性的工艺措施
生产中常遇到一些零件刚性差，按传统的加工方法则很难达到加工精度，为此需采取工艺措施提高工件的刚性。
（二）采用减振、消振装置
第二节生产率和经济性
一、生产率
（一）生产率的概念
机械加工的劳动生产率，是指工人在单位时间内加工出合格零件的数目。
工艺过程的基本组成单元是工序，因此评价机械加工劳动生产率，主要看各个工序加工的单件工时，即该工序加工完成一个零件所需要的时间，以t单表示。
组成：
基本时间、辅助时间、服务时间、休息和自然需要时间、准备结束时间。
（二）提高生产率的途径
缩短基本时间、缩短辅助时间、缩短服务时间、缩短准备结束时间。
二、工艺过程的经济性
（一）生产成本和工艺成本
造一个产品或零件所必须的一切费用的总和，称为产品或零件的生产成本。
生产成本由两大部分费用组成：
即工艺成本和其它费用。
工艺成本是与工艺过程直接有关的费用，约占生产成本的70%～75%，它又包含可变费用（v）和不变费用（c）。
可变费用（v）的组成：
材料费；
操作工人工资；
机床维持费；
通用机床折旧费；
刀具维持费折旧费；
夹具维持费折旧费。
它们与年产量直接有关。
不变费用（c）的组成：
调整工人工资；
专用机床折旧费；
专用刀具折旧费；
专用夹具折旧费。
它们与年产量无直
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