金属工艺学复习课教案.doc

第一章钢铁材料及热解决
基本知识:
金属及合金的性能、铁碳合金及状态图、钢的热解决、常用的材料牌号及分类
重点与难点：铁碳合金及状态图 钢的热解决
了解：金属及合金的性能 其他常用的材料
一、金属及合金的性能（了解）
使用性能：力学性能（机械性能）、物理性能、化学性能。
工艺性能：热解决性能、铸造性能、焊接性能、锻造性能、切削加工性能等。
1、力学性能
定义：金属及合金在外力的作用下所表现出来的特性。指强度、塑性、弹性、硬度和冲击韧性等
强度: 指金属抵抗永久变形的和断裂的能力。重要指标：抗拉强度、屈服强度、抗压强度等
抗拉强度：断裂前的最大拉应力除以材料原始截面积：Fb/A0
屈服强度：用σs= Fs/A0 由于材料的屈服点不容易测量一般用σ0.2表达
塑性：指材料在外力的作用下产生塑性变形而不破坏的能力。重要指标有断后伸长率δ和断面收缩率ψ表达
δ=L1-L0/L0 ψ=A0-AK/A0
硬度：指材料抵抗局部塑性变形的能力或抵抗被压入的能力
通常用布氏、洛氏及显微硬度表达
冲击韧性：指材料抵抗冲击载荷的能力。
2、物理性能及化学性能
物理性能指材料的密度、熔点、膨胀、导电、导热、磁性等
化学性能指耐腐蚀性
3、工艺性能
是金属材料适应加工工艺规定的能力
热解决性能、铸造性能、焊接性能、锻造性能、切削加工性能等
二、铁碳合金及其状态图（重点）
在了解铁碳合金及其状态图之前的一些基本概念：
钢铁的分类：0.02~2.11℅叫碳钢 小于0.02℅叫工业纯铁 2.11℅~6.69℅叫铸铁及合金钢
在铁碳合金中碳的三种存在形式：石墨、渗碳体、固溶体
铁素体：定义、碳的溶解度及性能
奥氏体：2.11℅ 锻造为什么要加热的因素
渗碳体：
珠光体：
铁碳相图需了解：
结晶过程
共析反映及共晶反映
各临界点的值
室温组织
亚共析钢
共析钢
过共析钢
三、钢的热解决（了解）
热解决：加热、保温、冷却
着重了解退火及正火的定义、目的
淬火及回火的定义，目的
四、常用的材料牌号及分类
碳钢、合金钢及铸铁
碳钢：分法有三种： 含碳量：0.25℅ 0.25～0.6℅ 0.6℅
用途：工程结构、机械结构及碳素工具钢
钢的质量：普通、优质（以含S、P的量分）
牌号：工程结构Q235
机械结构两位数字
碳素工具钢T加数字表达
合金钢：合金元素的含量
用途;合金结构和合金工具
牌号：数字+化学元素+数字
铸铁: 按碳的存在形式分白口铸铁 以渗碳体形式存在
灰口铸铁 片状石墨形式存在
蠕墨铸铁 蠕状石墨形式存在
球墨铸铁 球状石墨形式存在
含碳量对钢组织及力学性能的影响

第二章：铸造
基本知识:
铸造的基础知识、铸造工艺、铸造的缺陷
重点与难点：砂型铸造工艺、缩松及缩孔产生的因素及防止
铸造的定义：将熔融的金属浇注入铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成型方法
铸造的特点：
优点：可以生产复杂的零件
适应性广，工业上常用的金属均可铸造
原料来源广泛，废钢、废铁等，生产成本低
缺陷：铸件组织粗大，有缩松、缩孔，力学性能低
质量不稳定，工序多，影响因素多，易产生缺陷，废品率高
只适合小批量生产
一、铸造的基础知识
充型: 液态金属充满铸型的过程
充型能力: 液态金属充满铸型，获得完整铸件的能力
流动性： 好的流动性，易浇出复杂的零件，有助于夹杂物的上浮、有助于补缩
影响因素：重要是化学成分 纯金属，共晶成分的流动性较好
浇注温度: 浇注温度越高，金属的流动性好，充型能力提高，但温度太高，收缩量大易产生缩孔。
铸型条件：铸型结构
导热能力 导热性越高，金属降温越快，流动性减少
铸型温度 温度越高 提高流动性 预热
排气能力 砂型铸造 透气性好
二、铸造工艺
（一）基本概念
1、型砂（石英砂）
强度：为提高强度常加水
透气性: 透气性不好，气体不易排出，易产气愤孔
耐高温
退让性
2、模样及芯盒
模样是用来制造型腔的，芯盒制芯的（制造带孔的零件的时）材料重要是木材盒金属
分型面：上型和下性之间的结合面，通常选择在最大截面上（起摸）
起摸斜度：
加工余量：收缩 精加工
3、工具
砂舂 压勺 提钩 水笔等
4、浇注系统
填充铸型的系列通道: 浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道
（二）整模两箱造型的工艺
  1、设计制造模样和型芯盒，放下型箱及内浇道，撒防粘材料
2、配制并填充型砂和芯砂，用沙舂进紧实型沙）
3、翻转下型箱，撒分型沙，放好横浇道模样，造上箱
4、扎通气孔，修外浇道
5、开箱起摸，合箱浇注
分模造型、挖沙造型、活块造型
特种铸造：金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造（了解）
二、常见的铸造缺陷
1、在铸造过程中缩松、缩孔产生的因素及防止办法？
答：缩孔产生的因素：铸件在凝固冷却期间,金属的液态及凝固受缩之和远远大于固态收缩
缩松产生的因素：由于铸件最后凝固区域的收缩未能得到补足,或者因合金呈糊状凝固,被树枝状晶体分隔开的小液体区难以得到补缩所至.
防止办法：尽量采用近共晶成分的合金; 制定合理工艺—补缩; 顺序凝固: 冒口—补缩;合理设计结构等
2、 变形和裂纹
因素: 结构不合理，冷却不均匀，退让性差，合金焊硫磷量高
防止措施： 合理设计铸型结构，提高铸型的退让性和减少合金S、P的含量

第三章：锻压
基本知识:
锻压的基础知识、锻造、冲压
重点与难点：锻造的组织及性能、锻造温度的影响
为什么要对金属进行锻造 结合铸造进行讲解
金属铸造后有大量的缩松，缩孔、微裂纹，组织粗大、不均匀，质量不稳定等
锻压的定义: 通过外力是金属产生塑性变形，以改变材料的尺寸、形状、性能的加工方法，是锻造和冲压的总称
锻造的定义：在加压设备作用下，使金属产生塑性变形，以获得多规定锻件的的加工方法
锻造的特点
优点：结构致密，晶粒细化，组织改善，强硬度，塑韧性较好
材料的运用率高
缺陷：表面质量差（氧化）
不能成型复杂的零件
设备复杂、庞大，工作条件差
一、锻压的基础知识
1、金属锻造后组织和力学性能
（1）金属结构致密，晶粒显著细化，组织明显改善（气孔、裂纹等缺陷被压合），强硬度、塑韧性增长
（2）产生加工硬化，晶格发生扭曲，晶粒被破碎，产生大量的位错，增长滑移阻力，强硬度提高，塑韧性下降
（3）锻造后产生纤维组织，组织的方向性，使材料的机械性能呈方向性。
2、金属的锻压性能及工艺性
金属的锻压性能影响因素：化学成分、温度、变形速度
工艺性: 结构设计要注意的问题，设计利于锻压成型，例如尽量设计成圆形及方形、形状尽量对称等
二、锻造
1、加热的目的
加热的目的：提高金属的塑性，减少性变抗力，使金属易于锻打成型
2、锻造温度的影响
始锻温度的影响:温度太高，晶粒易于聚集长大，产生过热组织(粗大或反常组织)，力学性能减少，温度过高，甚至导致晶界融化，易产生锻碎，温度过低，形变抗力较大，不利于锻打成型，增长加热的次数。
终锻温度的影响：终锻温度太高，未充足运用变形条件，增长加热次数，晶粒较为粗大，温度太低，形变抗力较大，锻打易开裂。
锻造设备及工具（了解）空气锤
3、基本工序
镦粗 高度不能太高 端面要平整、加热要均匀 出现折叠，镦弯、镦歪等
拔长 送尽量要合理 要翻转90°
冲孔 双面冲和单面冲 根据零件的厚度而定
弯曲
三、冲压（了解）
分离工序和变形工序
分离工序
落料及冲孔
落料是被分离的部分为成品
冲孔是被分离的部分为废料
凸凹模间隙
间隙大会产生毛刺，减少断面质量
间隙小增长凸模与凹模与落料之间摩擦

第四章：焊接
基本知识:
焊接的基础知识、手工电弧焊、其他的焊接方法
重点与难点：焊条的组成及作用，焊接参数的选择及手工电弧焊的操作过程
焊接的定义：运用加热、加压或两者并用，用或不用填充材料，使焊接件达成原子结合的一种方法。
特点：简化复杂零件和大型零件的连接
可以实现不同金属之间的连接
适应性好，减少劳动强度，节省材料
缺陷：焊接区质量不稳定，力学性能低
焊接结构易产生应力和变形
一、焊接的基础知识
1、焊接的应力及变形
产生因素：焊接区加热和冷却受到约束，不能自由收缩
应力的防止：合理的焊接顺序、预热减小温差、焊后进行退火或正火解决
变形的防止：反变形、对称焊或倒退焊、多层多道焊、刚性固定法
2、焊接材料的选用
重要选用与基体材料成分相近的焊条
3、焊接结构设计
减小焊接工作量、焊后不加工或少加工、节省材料及简化工艺等
4、焊接区的组织和性能
焊缝区（形成柱状晶体）→熔合区（铸造组织+受热长大的粗晶→过热区→正火区
二、手工电弧焊
1、电焊条
电焊条的组成及作用
组成：焊芯和药皮
作用：焊芯—作为电极导电、填充金属及添加合金元素。
药皮—稳定电弧、保护焊区（造气、造渣、脱氧、合金、粘结） 、添加合金元素。
焊条的种类和编号
结构焊条J   碳钢焊条T、不锈钢焊条B   堆焊焊条D    铸铁焊条Z      低温钢焊条W   耐热钢R   镍及镍合金N   铜及铜合金T    铝及铝合金L  特殊用途钢TS
药皮种类 酸性焊条——药皮中具有多量酸性氧化物，如SiO2、TiO2、Fe2O3等。
碱性焊条——药皮中具有多量碱性氧化物，如CaO、FeO、MnO、Na2O、MgO等。
酸性药皮工艺性好，而碱性药皮工艺性差。
碱性药皮中有益元素多，能使焊接接头力学性能提高。
2、焊接工艺
焊接工艺参数及对焊接性能的影响
接头的清理→焊接位置（四种）→焊接工艺参数（焊条直径：根据焊件厚度接头形式等、焊接电流：决定与焊条直径及焊接速度：决定与焊接的质量）→焊接操作
手工电弧焊的操作:
引弧:焊件与焊条分别连接到电源的两极，焊接时焊条和焊件瞬时电流短路，随即提起2-4mm，引燃电弧.
运条:电弧引燃后，焊件及焊条在电弧热作用下熔化，在焊件上形成液态金属的焊接熔池。随着电弧的连续移动，电弧下部的金属不断熔化，电弧后部的液态金属冷却凝固，形成连续焊缝，从而把两块分离的工件焊接在一起
3、焊接缺陷
未焊透、烧穿、夹渣、气孔、变形及裂纹
三、其他焊接方法（了解）
气焊
气体保护焊
电阻焊
埋弧自动焊钎焊（焊剂保护）
第五章：切削加工的基础知识
基本知识:
金属的切削过程、切削性能
重点与难点：切削性能
一、金属切削过程（了解）
1切削的种类
带状、节状、蹦碎切削
2、切削力
进给力（工件轴线平行）、切深抗力、（垂直与工作面）、切削力（主运动方向的正投影，与切削速度方向一致）
3、切削热和切削液
4、切削用量（三要素）
二、切削性能
1、力学性能的影响（强硬度、塑韧性）
2、物理性能的影响导热性
3、改善途径：热解决
第六章：钳工
基本知识:
划线、锯削、锉削、钻孔、攻螺纹和套螺纹
重点及难点：划线、锯削、锉削
一、线划
线划的定义: 根据图纸规定画出加工界线的操作
作用: 检查毛坯的尺寸及形状、合理分派加工余量，画出加工加工界线作为加工依据。
常用工具: 平板、划针、划规和划卡、样冲等
划线基准及操作方法
二、锯削
锯条的选用
基本操作方法：锯条的安装、锯削的方法（起锯角度） 力度等
三、锉削
锉刀
平面错的方法: 顺向、交叉及推锉。
四、钻孔
钻头
钻孔运动
扩孔及铰孔
五、攻螺纹和套螺纹
攻螺纹是用丝锥加工内螺纹的操作，套螺纹是又可以板牙加工外螺纹的操作。
第七章、车削
基本知识
切削运动、车床及车刀， 车削加工方法及车削加工示例
重点及难点：切削运动、车刀的结构与性能，车削加工方法
车削加工是指在车床上应用刀具与工件作相对切削运动，用以改变毛坯的尺寸和形状等，使之成为零件的加工过程。
车床重要用来加工各种回转表面内、外圆柱面；内、外圆锥面；端面；内、外沟槽；内、外螺纹；内、外成形表面；丝杆、钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、攻丝、套丝、滚花等
工件加工表面待加工表面、已加工表面 、加工表面
一、切削运动和切削量
主运动是形成切削速度或重要动力的工作运动
进给运动总结：使多余的材料不断被切除，从而加工出完整表面所需的切削运动
车削 铣削 刨削 平面磨削
主运动：工件旋转 刀具旋转 滑枕带刀具往 砂轮旋转运动
进给运动：刀具横向及纵运动 工件移动 工件间歇移动 工件的移动或旋转
切削用量涉及切削速度、进给量和背吃刀量(切削深度)，俗称切削三要素
二、车刀
1、刀具材料
刀具材料应具有的性能
(1)高硬度和好的耐磨性(2)足够的强度与冲击韧度(3)高的耐热性（4)良好的工艺性和经济性
常用刀具材料碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金
三、车刀组成及车刀角度
由三面、二刃、一尖所组成
前刀面、主后刀面、副后刀面， 主切削刃、副切削刃 刀尖
车刀的重要角度有前角、后角、主偏角、副偏角
前角：前刀面与基面之间的夹角，表达前刀面的倾斜限度。
前角的作用：增大前角，可使刀刃锋利、切削力减少、切削温度低、刀具磨损小、表面加工质量高。但过大的前角会使刃口强度减少，容易导致刃口损坏。
减小前角小，切削刃强度高，散热条件好，刀具耐用度提高，过小的前角使切削刃变钝，切削力加大。
后角：主后刀面与切削平面间的夹角，表达主后刀面的倾斜限度。
其大小影响：主后刀面与工件磨擦、刀具强度、刀具锋利强度等。
后角增大，切削刃锋利，摩擦小，但切削刃强度下降，散热差，刀具耐用度下降；减小后角小，切削刃强度高，散热条件好，刀具耐用度提高，但刀具摩擦加剧。
四、车床（了解）
组成及传动
车床附件和工件的安装
五、车削加工方法及车削加工示例
车外圆
车端面和台阶
钻孔和镗孔
切断和切槽车圆锥面
车螺纹
粗车和精车试切的方法，刻度盘及刻度盘手柄的使用
车削工艺：工序一安装一工步一走刀

第八章 铣削、磨削和刨削
基本知识：铣削、磨削和刨削
重点和难点：铣削
铣削是一种生产率很高的一种平面加工方法，可以加工平面、沟槽和成形表面的重要方法。
须了解以下内容:
一、铣削
常用铣刀的类型及用途
铣削方式
铣削特点
1）断续切削，冲击、振动大；
2）多刀多刃切削；
3）切削负荷呈周期变化
铣削运动、常用铣床及铣削加工操作方法
二、磨削
磨削的特点、常用的磨削方法、磨削运动及磨削用量
三、刨削
铇削得加工特点、铇削的运动
特种加工
基本知识：
电火花加工、电解加工、激光加工及超声波加工（了解）