机械加工工艺基础 机械加工工艺基础——金属材料及加工

一、金属材料及热处理

1.理解强度、塑性、硬度的概念。

2.了解工程用金属材料的分类，能正确识读常用金属材料的牌号。

2.1金属材料分类及牌号的识读：

2.1.1黑色金属：

（1）定义：通常把以铁及以铁碳为主的合金（钢铁）称为黑色金属。

（2）铸铁：灰铸铁HT抗拉强度（σb）200（MPa）、可锻铸铁KT（H黑心、Z珠光体）抗拉强度（σb）300-伸长率06、球墨铸铁QT抗拉强度（σb）400-伸长率18。

（3）碳钢：

按含碳量分：低、中、高碳钢。

按质量分：普通、优质、高级优质。

按用途分：

普通：Q235A：一般工程用，屈服强度Q数值235等级A。

优质碳素结构钢：45钢：机械零件用，中碳钢，含碳量0.45%）；

碳素工具钢：T12：工具钢，用于刃具、量具、模具用钢，含碳量1.2%。

铸造碳钢：铸钢ZG屈服强度不低于270-抗拉强度不低于500。

（4）合金钢：

按用途分：

合金结构钢：40Cr：合金结构钢，含碳量0.40%，合金含量小于1.5%不标。

合金工具钢：9SiCr：合金工具钢，含碳量0.9%，Si、Cr含量小于1.5%；

高速钢（锋钢）W18Cr4V：含碳量0.7-0.8%，钨含量18%，Cr含量4%，V含量小于1.5%。

2.1.2有色金属

（1）有色的定义：除黑色金属以外的金属材料，统称为有色金属。

（2）了解铝及铝合金。

（2）了解铜及铜合金。

3、了解退火、正火、淬火、回火、调质、时效处理的目的、方法及应用。

重点放在应用上。

（1）退火：消除铸件、焊接件、冷作件毛坯的应力。

（2）时效处理：长时间退火，消除毛坯的应力。

（3）正火：消除锻件毛坯的锻造应力。调整硬度，便于加工。

（4）调质：淬火+回火，综合机械性能。一般安排在粗加工后、精加工前。

（5）回火：消除淬火应力。温度越高，钢的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。

4.了解金属表面处理的一般方法。

（1）表面淬火

（2）（表层）化学处理：电镀

物理处理：防锈漆因在金属表面外处理，不在此列。

二、金属切削和刀具的一般知识

1.了解金属切削运动及其特点，掌握切削用量三要素选用原则，会简单计算。

1.1切削运动：

（1）主运动Vc：

（2）进给运动Vf：

（3）关系：一般主运动一个，进给运动一个或多个。

1.2切削时工件上形成的表面:

（1）待加工表面

（2）过渡表面：正在切削的表面。

（3）已加工表面

1.3切削用量

（1）切削速度Vc：Vc=(PI*d*n)/1000(m/min或m/s)

钻头，切削刃d变化，Vc变化

（2）进给量f：车工：mm/r；铣工：

（3）背吃刀具ap（mm）

2.了解常用刀具材料及其适用范围。

2.1（车）刀具的结构形式：整体式、焊接式、机夹重磨式、机夹可转位刀片式。

2.2刀具常用材料：

（1）硬质合金：耐温800度以上，不能使用冷却液。常用的有YT（钢件：YT5、YT15、YT30）、YW（YW1、YW2）、YG（铸铁件、有色金属件：YG3、YG6、YG8）三种。

（2）高速钢：耐温550度以上，需要使用冷却液。

2.3刀具钝化：

（1）磨损：刀具后刀面和前刀面磨损。

（2）崩刃：切削刃的脆性破裂。

（3）卷刃：切削刃的塑性变形。

3.了解常用刀具的主要角度及其作用。

（1）前角：增大，切削变形减小，切削热少，切削温度低。

（2）后角：增大，后刀面摩擦少，（工件）切削热少，切削刃强度低，影响刀尖散热。

（3）主偏角：减小，切削刃增加，散热改善，切削温度低。

（4）副编角：增大，副后刀面摩擦少，加工残余面积大，粗糙度降低。

（5）刃倾角：影响刀头强度和排屑方向。

（6）车刀安装对刀具角度的影响：刀尖与工件轴线不等高情况；刀杆轴线与工件旋转轴线不垂直度影响。

4.了解切削液的常用种类及适用范围。

4.1切削液的常用种类：

（1）水基类：水溶液：冷却好，润滑差；乳化液：冷却中，润滑中。

（2）油基类：切削油：冷却差，润滑好。

5.了解常用金属材料的可切削性。

（1）主要指标：相对加工性；与刀具耐用度、切削热、已加工表面质量、切屑控制和断屑情况、切削力有关。

（2）影响因素：强度、硬度、塑性、导热性等

（3）改善方法：适当的热处理，适当调整材料化学成份。

6.了解切削过程中的物理现象，如切屑形成过程及切屑类型、积屑瘤形成机理及控制、切削力、切削热及刀具磨损等。

6.1切削类型：带状（塑性材料如钢件）、挤裂、单元、崩碎（脆性材料如铸铁）切屑。

6.2积屑瘤：

产生条件：中等切削速度，塑性材料。

对加工影响：保护刀具、增大前角、影响表面质量和尺寸精度（积屑瘤不稳定）

控制措施：提高或降低速度。

6.3切削力：

（1）主切削力Fc（消耗机床功率95%）；背向力Fp（又称径向力，它使工件弯曲变形进而引起振动，对加工精度和表面粗糙度影响最大）；进给力Ff（消耗机床功率5%）。

（2）影响因素：材料的强度、硬度、塑性、韧性；刀具的几何角度（主偏角、前角影响最大）；切削用量（吃刀量、进给量影响最大，切削速度影响不大）

6.4切削热

（1）切削热来源：切削层金属变形（主要）；切屑与刀具前刀面之间摩擦；切屑与刀具后刀面之间摩擦。

（2）切削热传出：切屑（50-80%）；工件（10-40%）；刀具（3-9%）；周围介质（1%）

（3）影响切削热因素：

a切削用量因素：切削速度影响最大；通过增加背吃刀量、降低速度来提高效率。

b材料因素：强度、硬度影响；一般来说，合金钢比结构钢工件温度高；

c导热性影响：有色金属工件温度低；

d切屑影响：铸铁工件温度低但刀尖温度高（粒状或崩碎状切屑影响）。

e常用切削液影响：水溶液好，乳化液次，切削油更次。

7.遵守职业道德和职业规范，树立安全生产、节能环保和产品质量等职业意识。

三、常用金属切削机床及应用

1.掌握常用机床的型号识读。

1.1常用机床：车、铣、刨、磨、钻床。

1.2能根据机床型号判别机床类型、加工范围。

2.了解车床、铣床、刨、磨、钻床的种类、组成、应用范围及加工特点。

（1）常用机床：车、铣、刨、磨、钻床。

（2）能根据机床型号判别机床类型、加工范围。

（3）常用机床的应用及加工特点。

（4）常用机床（车、铣、钻床）的常用加工方法的加工精度大致范围。

四、机械加工工艺规程的制订

1.掌握工步、工序的概念。

2.了解基准的分类，掌握定位基准的选用原则及工件夹紧的基本要求。

3.了解金属表面常用的加工方法及加工精度，了解影响加工表面质量的主要因素及控制措施。

4.掌握加工顺序的安排原则，如工序集中与分散、粗精加工概念等。

5.能进行简单零件加工工艺路线的合理性判定。

6.能读懂典型多工种复合加工的中等复杂零件的工艺卡。

（1）生产类型：单件、批量、大量生产；

（2）工序集中与分散概念。

（3）机械加工工艺过程：利用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状、尺寸、表面质量，使其转变为成品的过程，简称工艺过程。

（4）工序和工步

（5）安装：将工件在机床或夹具中定位、夹紧的过程称为安装。

a六点定位

b车工、铣工、钳工常用的工件装夹方法和注意事项。

（6）工艺设备和工艺装备

（7）定位基准选择

a粗基准选择原则：重要表面；不需加工的表面；余量少；有一定的夹位，夹紧可靠；同一尺寸方向上只能选用一次。

b精基准选择原则：基准重合（设计和定位基准）；基准统一原则（精基准尽量统一）；互为基准原则（钳工平板刮研）；自为基准原则（重要表面本身作基准如导轨面加工）。

（8）金属表面常用的加工方法及加工精度

外圆表面加工方法：车、磨、抛光。

内孔表面加工方法:钻、扩、铰、镗等

平面加工方法：车、铣、刨、磨、锉、刮、研等。

（9）了解影响加工表面质量的主要因素:

机械加工表面质量，主要表现在以下两个方面：一是零件加工表面存在着表面粗糙度、波度等表面几何形状误差；二是由于加工过程中的产生表面塑性变形，引起的冷作硬化现象；

表面粗糙度及其影响因素：

a刀具几何形状：在切削过程中，工件受到刀具的刃口圆角及后面的挤压、摩擦产生塑性变形，导致理论残留面积被挤歪、沟纹加深，因而增大了表面粗糙度。

b切削因素:刀瘤与鳞刺是影响粗糙度的主要因素。

加工表面物理机械性能的变化及其影响因素：

（一）加工表面的冷作硬化现象

a刀具的形状因素：刀具的前角、刃口圆角及刀具后面的磨损量对于冷作硬化层有很大的影响。前角减小、刃口及后面的磨损量增大时，冷作硬化层的深度和硬度也随之增大。

b切削用量因素：切削速度和进给量的变化对冷作硬化有较大的影响。切削速度增大时，刀具与工件的接触时间短，塑性变形程度小，硬化层和硬度都有所减小。进给速度增大，塑性变形程度增加，表面冷作硬化程度增加。

c被加工材料因素：被加工材料硬度小，塑性愈大的材料冷作硬化的程度愈严重。

（二）切削热的作用，引起加工表面金相组织发生变化，形成热变质层。