《金属工艺学》复习资料文档格式.docx

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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：

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。

1、当沿着锻造流线方向拉伸时，有（）抗拉强度；

当沿着垂直锻造流线方向剪切时，有（）抗剪强度。

2、自由锻的工序可分为（）工序、（）工序、（）工序三大类。

3、模锻按使用设备不同，可分为（）模锻、（）模锻、（）模锻三种。

4、板料冲压工序可分为（）工序，（）工序两大类。

1、金属冷塑性变形后，强度和硬度下降，而塑性和韧性提高。

2、铁在400º

С时的加工属于热加工。

3、对于钢来讲，含硫量和含磷量愈多，则锻造性能愈好。

1、下列材料中，（）的锻造性能最好，（）的锻造性能最差。

A铸铁B低碳钢C合金钢

2、板料冲裁时，被分离的部分成为成品或坯料，称为（）；

被分离的部分成为废料，称为（）。

A冲裁B落料C冲孔

四、名词解释

热变形冷变形

五、简答题

1、什么叫冷变形强化？

2、以圆钢为坯料，自由锻制带孔圆环形、圆筒形锻件，其锻造工序有何异同？

3、下图中自由锻锻件结构工艺性不好，说明原因，画出正确图形。

第9章焊接与胶接成形

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。

2、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

С以下的钎焊叫软钎焊，钎料熔点在450º

С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。

CE<

0.4%时，焊接性良好；

CE=0.4-0.6%时，焊接性较差；

CE>

0.6%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。

1、焊接的实质是被连接的焊件形成（）间的结合。

2、按焊接过程特点，可将焊接分为（）、（）、（）三种焊接方法。

3、焊接接头中性能最差的部位是（）区和（）区。

4、酸性焊条常应用于（）焊接结构；

碱性焊条常应用于（）焊接结构。

1、钢中的碳和合金元素对钢的焊接性的影响是不同的，合金元素的影响最大。

2、焊接热裂纹的产生主要跟硫、磷等杂质太多有关。

3、焊接冷裂纹的产生主要跟含氢量的多少有关。

1、下列材料中，（）的焊接性能最好，（）的焊接性能最差。

。

A20BT10AC45

2、在手工电弧焊中，低碳钢的焊接一般选用（）焊条，中碳钢的焊接一般选用（）焊条。

AH08ABE4315（结427）CE5015（结507）

3、低碳钢焊前一般（）预热，低温焊厚板时（）预热；

中碳钢焊前（）预热。

A需要B不需要C必须

四、名词解释:

碳当量

1、焊芯的作用是什么？

其化学成分有何特点？

2、焊条药皮有哪些作用？

3、下图中手工电弧焊焊件结构工艺性不好，说明原因，画出正确图形。

第10章机械零件材料及毛坯的选择

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；

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：

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。

1、零件失效的主要形式有（）失效，（）失效，（）失效，（）失效四种类型。

2、机械零件常用毛坯种类有（）、（）、（）、（）、（）。

1、齿轮类零件、轴类零件最好用锻钢制作。

2、箱体类零件单件小批生产时，可采用钢材焊接而成。

1、选择下列零件材料：

箱盖（），齿轮轴（），螺栓（）。

A45BQ235CHT200

2、选择下列零件毛坯类型：

箱体（），受冲击齿轮（），垫圈（）。

A铸件B锻件C冲压件

1、简述汽车齿轮的选材与工艺路线。

2、简述C616机床主轴的选材与工艺路线。

第11章金属切削加工的基础知识

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κr：

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κr'

：

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γ。

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α。

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λs：

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

1、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Ⅰ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Ⅱ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Ⅲ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5—60m/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（v>

100m/min）或低速（v<

5m/min）精加工。

4）切削力：

总切削力F：

三个变形区的变形抗力和切屑、工件与刀具间的摩擦力的合力。

通常将总切削力分解成三个相互垂直的奋力：

主切削力Fc、进给力Ff（轴向力）、背向力Fp（径向力）。

影响因素：

有工件材料、刀具角度和切削用量。

增大刀具前角，减小切削深度，施加切削液，均可使切削力减小。

增大主偏角，可明显减小背向力，减小工件弯曲变形和振动。

5）切削热：

切削热的产生：

有切削变形功和摩擦功形成。

切削热的传出：

在切削过程中有切屑、工件和周围介质传出。

减少切削热不利影响的措施主要有：

合理选择切削用量和刀具角度，合理施加切削液。

5、切削加工质量与切削效率

1）影响材料切削加工性的主要因素：

材料的强度和硬度愈高；

塑性、韧性愈大；

导热系数愈小，材料的切削加工性愈差。

2）已加工表面质量：

表面粗糙度：

减小进给量、主偏角、副偏角，增加刀尖圆弧半径等，可降低残留面积高度，从而减小表面粗糙度。

选择合适切削速度，避免产生积屑瘤，可明显降低表面粗糙度。

增大前角、减小切削厚度、增加切削速度、选用润滑性能良好的润滑液，可有效或降低鳞刺的产生。

提高工艺系统刚度、采取消振隔振措施，减少振动对表面粗糙度的影响。

表面加工硬化：

增大前角和切削速度、采用有效的润滑措施，可大大减轻表面加工硬化现象。

表面残余应力：

采用时效处理可有效消除表面残余应力。

3）切削液：

切削液作用：

有冷却作用、润滑作用、清洗作用、防锈作用。

切削液种类和选用：

水溶液：

水加入少量防锈剂和润滑剂。

一般用于普通磨削和其他精加工。

乳化液：

乳化油与水稀释而成。

低浓度乳化液主要用于磨削、粗车、钻孔。

高浓度乳化液主要用于精车、攻丝、铰孔、插齿等。

切削油：

矿物油，少数采用动植物油。

普通车削、攻丝用机油；

精车有色金属和铸铁用煤油；

加工螺纹用植物油；

在矿物油中加入油性剂和极压添加剂，用于精铣、铰孔、功丝和齿轮加工等。

4）刀具几何角度的选择：

前角的选择：

工件材料的强度和硬度较低时，取较大前角；

反之，取较小前角；

加工塑性材料，取较大前角；

加工脆性材料，取较小前角；

硬质合金刀具加工特别硬的材料时，应取负前角。

高速钢刀具取较大前角；

硬质合金刀具取较小前角；

工艺系统刚性较差时，取较大前角。

后角的选择：

精加工或断续切削时取较大后角；

粗加工时取较小后角；

工件材料的强度和硬度较高时，取较小后角；

工件材料的塑性和韧性较大时，取较大后角；

工艺系统刚性较差时，取较小后角。

主偏角的选择：

工艺系统刚性较好时，取较小主偏角；

工艺系统刚性较差或强力切削时，取较大主偏角；

车削阶梯轴时，取90º

主偏角；

车削细长轴时，取90º

—93º

主偏角。

副偏角的选择：

精加工时，取5º

—10º

副偏角；

粗加工时取10º

—15º

副偏角。

刃倾角的选择：

精加工时，取0º

—5º

刃倾角；

粗加工时取-5º

—0º

刃倾角。

5）切削用量的选择：

选择原则：

粗加工时，优先选择背吃刀量，而后尽量选用较高的切削速度。

背吃刀量的选择：

多次进给时，应尽量将第一次进给的背吃刀量取大些。

进给量的选择：

粗加工时，取较大进给量；

精加工时，取较小进给量。

切削速度的选择：

工件材料的强度和硬度较高时，切削加工性较差时，应取较低的切削速度。

1、切削运动可分为（）和（）。

2、切削用量要素包括（）、（）、（）。

3、切削液的作用主要有（）、（）、（）、（）。

4、塑性金属切削过程经历了（）、（）、（）、（）四个阶段。

1、碳素工具钢耐热性差，因此用于制造简单手工刀具。

2、硬质合金耐热性优良，适于制造形状复杂刀具。

3、采用较大主偏角，可使背向力Fp减小，进给力Ff增大。

1、加工塑性材料时，应取（）前角，加工脆性材料时，应取（）前角。

A较小的B较大的C一样的

2、精加工时，应选（）前角，粗加工时，应选（）前角。

3、精加工时，应选（）后角，粗加工时，应选（）后角。

1、刀具材料必须具备哪些性能？

2、积削瘤产生的条件是什么？

它对切削加工有何影响？

第12章切削加工方法

1、车削加工

1）工件在车床上的常用装夹方式：

常用装夹方式有：

卡盘、顶尖、心轴、中心架、跟刀架等方式。

2）车削加工的工艺特点：

加工范围广；

生产效率高；

生产成本低；

容易保证工件各加工面的位置精度。

3）车削加工的应用：

可以车外圆；

车端面和台阶；

车槽和切断；

车螺纹；

车床上的孔加工。

2、钻削和铰削加工：

钻孔加工：

钻孔是用钻头在实体材料上加工孔。

其加工精度较低，表面粗糙度值较大，属于粗加工。

扩孔加工：

扩孔是用扩孔钻头扩大已钻出孔径的加工方法。

属于半精加工。

铰削加工：

铰削加工时是用铰刀从孔壁切除微量金属层，以提高孔的尺寸精度和降低表面粗糙度。

铰削加工分粗铰和精铰。

铰削加工生产效率高，容易保证精度。

但铰削不能校正底孔轴线偏斜，直径>

80mm不适宜铰削。

3、镗削加工：

1）镗削加工工艺特点：

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