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H:精品资料建筑精品网原稿ok（删除公文）建筑精品网5未上传百度 材料与工艺二OOO年八月第一章绪论第一节 引子第二章金属材料与工艺第一节 金属材料工艺( 一) 切削工艺1锯削2车削3刨削4磨削5铣削6钻削7其它切削工艺( 二) 焊接工艺1电焊2氩弧焊3气焊4点焊( 三) 板金工艺1折板工艺2卷板工艺3拉伸工艺( 四) 其它工艺第三节金属材料的常规规格1板材2型材3管材4有色金属第三章非金属材料与工艺第一节 木材与工艺( 一) 木材的构造( 二) 木材的工艺1锯2刨3铲、 凿、 砍4钻5粘合6弯木第二节陶瓷与工艺( 一) 轮转法( 二) 注型法( 三) 圈土法( 四) 土片法第三节 塑料与工艺( 一) 塑料的种类( 二) 塑料的工艺1注射成型2挤出成型3压延成型4压制成型5差压成型6对模成型第四章 材料的结构第一节 机械固件连接1螺丝固定连接2螺栓固定连接3铆钉固定连接4榫铆固定连接第二节 材料特性配合连接1钩扣式连接2按扣连接3铰链连接第三节 粘合连接第五章 材料表面处理第一节 机加工表面处理第二节 模具加工表面处理第三节 化学加工表面处理第四节 喷涂加工表面处理材料与工艺平国安 王 泓绪 论一、 材料与工艺发展简史产品是由多种材料、 多种结构, 经过多种工艺手段加工而成的, 人类的生产过程就是将原材料转变成产品的过程。生产的目的不同, 选择的原材料、 加工方法和转变过程也不同。一般将改变生产对象的形状、 尺寸、 相对位置和性质等, 使其成为成品或半成品的过程, 称为工艺过程, 或简称为工艺。图0-1司母毋大方鼎( 青铜器) 图0-2越王剑人类在同自然界的斗争中, 不断改进用以制造工具的材料。最早被使用的材料是天然的石头和木材, 随着技术的发展, 逐步发现和使用金属。人类最早使用的金属材料是青铜。中国使用金属材料的历史悠久, 在河南安阳殷墟留存的司母毋大方鼎( 青铜器) 铸成于约公元前14 至公元前10 的商朝( 图0-1) 。公元前五世纪, 中国的制剑技术已经很高明。1965年在湖北省江陵县出土的春秋越王勾践的宝剑, 依然银光闪闪、 寒气逼人, 这说明当时的钢铁冶练、 锻造和热处理技术已达很高水平( 图0-2) 。同时, 中国也有着世界上最早的使用金属的文字记载。在成书于春秋末期( 距今两千多年) 的考工记中, 就有关于青铜合金成分配比规律的阐述。明代宋应星编著的天工开物一书中, 记载了冶铁、 炼钢、 铸钟、 锻铁( 熟铁) 、 焊接( 锡焊和银焊) 、 淬火等技术, 这是世界上最早的关于金属工艺的著作之一。但由于采矿和冶炼技术的限制, 在相当长的历史时期内, 很多器械仍采用木材或铁木混合结构。直到1856年英国人H.贝塞麦创造转炉炼钢法, 1856年至1864年英国人K.W.西门子和法国人P.E.马丁创造平炉炼钢以后, 钢铁才成为主要的工程材料。到20世纪30年代, 铝、 镁等轻金属逐步得到应用。二战以后, 科技进步促进了新材料的发展, 各种合金材料不断出现并形成系列。与此同时, 人们对非金属材料的开发和使用也得到了很大的发展。特别是石油化工工业的发展, 促进了合成材料的兴起, 工程塑料、 合成橡胶和胶粘剂等合成材料不但品种日益增多, 用途也越来越广泛, 使用的比重逐步提高。另外, 玻璃和特种陶瓷等硅酸盐材料的应用也逐步扩大。必须看到, 人们对各种材料的使用和相应的工艺是密不可分的, 这些工艺包括对各种金属和非金属材料的成形技术( 如铸造、 锻造、 焊接、 冲压、 注塑以及热处理技术) 、 切削加工技术( 包括车削、 铣削、 磨削、 钻削、 成型切削等) 、 特种加工技术( 包括电火花加工、 电解加工、 超声波加工、 激光加工、 电子束加工等) 和装配技术( 包括测量技术、 调整技术、 检验技术等) 。随着科学技术的不断进步, 人们能采用的工艺手段越来越丰富, 制造的产品也越来越精致。二、 本课程的地位及与工业( 产品) 设计的关系1、 本课程是工业设计专业的重要的技术( 专业) 基础课。作为产品设计人员在设计产品的时候, 必须了解材料和工艺的知识以及掌握相关的技术。一定的产品总是和一定的材料和工艺相关的, 否则你的设计只能是纸上谈兵。为了让你的设计为更多的人接受, 你还必须具有制作模型( 小样) 的能力, 日语中把此称为”手办”。经过模型, 你不但能够发现、 协调纸面设计中的问题, 从而使设计更完善, 还能够用生动的直观形象让更多的人( 包括许多并不懂得专业技术的人) 理解并接受你的设计。2、 本课程也是区别于艺术类院校其它专业的重要标志工业设计专业要学习美术专业的许多基础课, 如色彩、 素描、 构成等, 也要掌握表现技法、 电脑作图等许多视觉传达的基本技能, 但并不等同于视觉传达。工业设计的侧重点在产品, 围绕产品的设计我们不但要解决视觉传达的问题, 还必须解决诸如材料、 制作工艺、 功能和宜人( 人机工程) 等具体技术问题, 这就要求我们必须掌握比单纯视觉传达要多得多的材料和工艺知识, 非如此则不能解决上述问题。3、 本课程也符合现代意义上的工业设计的要求现代意义上的工业设计, 也不但仅是画出效果图就算完事了。就产品设计而言, 小到一个小工具、 一个小家电, 大到一辆汽车、 一架飞机, 都是工业设计的结果, 很难设想一个不懂材料和工艺的设计师能很好地完成一件产品的设计。现代意义上的工业设计, 要求设计师使自己在成为专才的同时, 应努力成为一个”全才”。只有这样, 才是一位符合时代潮流发展需要的设计师, 也才能在瞬息万变的设计大潮中把握每一点设计灵感, 设计出合乎潮流的产品。三、 本课程的主要内容在科技飞速发展的今天, 新材料、 新工艺层出不穷、 千变万化, 令人目不暇接。为了便于大家在较短的时间内了解和掌握相关的知识, 我们把课程内容分成四个阶段来讲。1、 金属材料与工艺2、 非金属材料与工艺3、 材料的连接方式4、 材料的表面处理第一章金属材料与工艺第一节金属材料一、 金属材料概述金属材料是由矿石、 矿砂等, 经过冶炼的过程而生产出来的。现以钢铁材料的生产为例, 简要介绍一下其冶炼过程。1、 炼铁: 自然界的铁是以各种化合物的形式存在, 把铁从它的化合物中还原出来的过程就是炼铁。炼铁的主要设备是高炉( 参见图1-1-1) , 原料采用铁矿石( 砂) 、 焦炭( 燃料) 和熔剂, 其主要产品是生铁。2、 炼钢: 生铁中含有大量的碳和杂质, 不能满足加工和使用的要求, 炼钢就是经过再次冶炼, 将这些杂质去除并降低碳的含量, 使之成为可使用的钢材。炼钢的设备由转炉、 平炉和电炉等。转炉冶炼必须采用液态生铁为原料, 不能采用废钢铁作原料, 平炉炼钢则可采用废钢铁为原料, 一般钢铁材料可采用转炉或平炉进行冶炼。电炉采用电弧热为热源, 冶炼温度高, 易于精确控制成分, 是合金钢和优质钢的主要冶炼设备。图1-1-1高炉二、 金属的力学性能1、 材料的力学性能: 人们在采用某种材料制造某一零件时, 首先要考虑的是该零件会否因材料不能承受各种力的作用而损坏, 这就涉及到这种材料的性能。由于这些性能都在材料受力后才表现出来, 因此将这种性能叫做材料的力学性能。2、 金属的力学性能及期判据: 由于金属被使用的广泛性和形式的多样性, 人们对金属材料的力学性能进行了深入的研究, 发现金属在不同的受力场合会表现出不同的性能, 如强度、 塑性、 硬度等等。这些性能从本质上来说, 涉及到材料在力作用下的弹性和非弹性反应以及由此引起的变化。为了更好地把握这些性能, 我们用一些指标衡量它, 这些指标称为金属力学性能的判据。金属力学性能的判据是金属构件选材和设计的主要依据。这些判据也用来判别非金属材料的力学性能, 因此具有普遍的意义。由于这些判据涉及到较多的理化知识, 因此本教材只就主要性能及其意义作一简单的介绍。3、 主要性能及其意义: 1) 强度: 强度是指材料抵抗永久变形和断裂的能力。一般说来, 强度高的材料比强度低的材料能承受更大的外力; 弹性材料比脆性材料有更高的强度; 相同材料受压时比受拉时能表现出更高的强度, 这些结论已被实验和工程实践所证实。人们在选择某一材料时, 首先考虑的是强度问题。2) 塑性: 塑性是指材料断裂前发生不可逆永久变形的能力。一般说来, 塑性好的材料, 其变形能力也大; 弹性材料都具有一定的塑性, 脆性材料的塑性极小; 常见的金属材料在加热到一定的温度后, 其塑性会提高。塑性好的金属材料才能实现成形加工( 指压延、 拉伸等加工) 。3) 硬度: 硬度是指材料抵抗局部变形, 特别是塑性变形、 压痕或划痕的能力。硬度是用专门的硬度计在材料的表面来测定的。一般说来, 硬度高的材料, 其表面更耐磨。4) 冲击韧性: 韧性是指金属断裂前吸收变形能量的能力, 而冲击韧性是指在冲击力作用下断裂时吸收变形能量的能力。前述的强度、 塑性和硬度, 都是在静态试验力作用下的力学性能, 而多数金属零件并不是在静力作用下工作的, 因此, 金属的冲击韧性在零件的安全方面有极大的意义。金属的冲击韧性与温度有关系, 一般说来, 随温度的降低, 金属的冲击韧性也会降低。三、 金属材料的分类 1、 一般人们将金属材料分成黑色金属和有色金属两大类。1) 黑色金属就是人们一般见的铁、 钢, 因其材质中含有大量的碳( 黑色) , 故得名。黑色金属是一种铁碳合金, 由含碳量的多少, 可分成工业纯铁、 钢和所谓的白口铁( 不是白铁皮) , 她们的性能各不相同。纯铁和白口铁一般不能直接使用, 必须经过改造才能使用。作为铁碳合金的钢又称为碳钢, 根据含碳量的多少, 又可分为低碳钢、 中碳钢和高碳钢。碳钢具有很好的力学性能, 被人们广泛使用, 我们日常使用的钢材一般都在这一范围中。特别要指出的是, 人们将碳钢经过适当的加热、 保温和冷却的处理( 这种处理称为热处理) , 能够根据我们的需要来改造它的性能, 这也是碳钢被广泛使用的原因之一。人们还发现, 在碳钢中加入少量的某些元素( 加入的元素主要有锰、 硅、 铬、 镍、 钼、 钨等) 后, 会使原来的碳钢变得性能优异, 这样的碳钢被称为合金钢。合金钢用来制造一些特殊用途的零件, 如弹簧、 轴承、 切削刀具或耐热、 耐磨零件等。我们常见的不锈钢也是一种合金钢。人们常说的铁或生铁( 严格意义上的生铁是炼铁炉生产的产品, 它主要用作炼钢的原料) , 实际上指的是铸铁一类的材料。铸铁可用将白口铁进行改造等方法获得。铸铁是一类受压性能极佳的结构材料, 在机械工业中常被用来制造床身、 机架一类零件的材料。黑色金属占人们使用的金属总量的 95% , 是人们使用最早、 范围最广的一类金属。2) 有色金属因其表面或断口具有金黄、 银白、 玫瑰红等色泽而得名, 大部分的稀贵金属都是有色金属, 如金、 银等。有色金属的产量和用量远不及黑色金属, 但由于其独特的性能, 而成为现代工业技术中不可缺少的重要金属材料, 用量最大的有色金属是铜和铝。铜具有良好的塑性, 它的导电性和导热性仅次于银, 加之在空气和水中具有良好的抗蚀性, 因此被大量用来制作导线和各种电器元件。铝是一种轻金属材料, 其比重只有铜的三分之一不到, 熔点也只有铜的二分之一。因此在很多场合可用作铜的替代品, 用以减轻产品的重量。纯铝的强度较低, 工业中多用铝的合金。2、 从金属材料的供应状态( 形状) 来看, 我们能够把金属材料分成块材、 板材、 棒材( 包括管材、 型材) 、 线材等。块材可经过冶炼过程或锻炼过程得到, 板材可经过压延过程得到, 管材、 线材则可经过轧制、 挤出等过程得到。1) 冶炼过程:见前述。2) 锻炼过程:将某形状经过一定的加温, 使原材料软化, 然后经机械锻打形成块体。3) 压延过程: 将块体材料经辊轴连续压制使块体按一定的方向延伸, 形成板材。4) 轧制过程:也是将块体材料经定型轧辊连续轧制而成, 压延和轧制又有冷轧和热轧之分。5) 挤出过程:挤出是将块材经过加温, 使其软化, 然后置于一空腔内, 用强大的压力, 使其在一个模具中经过, 形成一定形状的管材、 线材。第二节金属材料工艺在制作产品的时候还需要对材料进行进一步的加工, 这一过程也就是工艺过程。由于金属材料的特点, 对它的加工方式有多种多样, 一般可分为热加工和冷加工两大类。( 冷热加工的定义因为涉及到金属学的一些知识, 在此不再赘述) 一、 热加工工艺热加工一般包括铸造、 锻造、 焊接和热处理。1、 铸造: 铸造是毛坯成型的主要工艺方法, 俗称”翻砂”。一般分为砂型铸造和特种铸造, 其中砂型铸造应用最为普遍, 其工艺过程参见图。铸造具有能够生产形状复杂( 特别是具有内腔) 的零件、 可使用各种合金进行铸造、 加工余量小和生产成本低等许多优点, 因此在生产中被广泛使用。图1-2-1铸造的工艺流程2、 锻造: 锻造是使用外力使金属坯料产生塑性变形, 获得所需的尺寸、 形状及性能要求的零件加工方法, 俗称”打铁”。一般分为自由锻造和模型锻造。参见图。图1-2-2锻造的主要工艺锻造出了能获得所需形状的零件外, 还可使材料内部组织致密, 有改进金属力学性能的作用, 常作为重要受力零件的前道加工。3、 焊接: 当两个以上的工件需要固定连接或使之成为一体的时候, 能够选择焊接的方式。焊接是一种经过加热或加压或两者并用的方法, 是两部分金属实现原子结合的永久连接方法。焊接因焊件材料和焊接原理的不同, 形成了不同的焊接方法。现将最常见的焊接方法介绍如下。 图1-2-3电焊原理图 图1-2-4气体保护焊原理图 图1-2-5气焊原理图1) 电弧焊: 电焊( 习惯上将电弧焊简称为电焊) 是将被焊接件和焊条作为两个电极, 用高能量电弧产生高温, 使焊条溶于两被连接件之间使其连接的一种焊接方法。电焊是最常见的焊接方法, 它适用于一般的钢制零件的连接, 以中碳钢的焊接效果最好。一般的电焊都采用手工操作, 因此焊接的质量与操作者的技术水平有很大的关系。重要零件( 如压力容器, 船体等) 的焊接在焊后要进行 X 射线的检测或拍片, 以确保质量,以防后患。参见图1-2-3。2) 氩弧焊:氩弧焊是一种气体保护焊。比如不锈钢的焊接, 用普通电焊虽然也能够进行焊接, 但在焊接时产生的高温影响下, 各种有害气体极容易侵入焊缝, 使焊接部位产生脆化从而影响焊接质量。为了防止焊接时有害气体的侵入, 我们采用惰性气体氩气作为保护气体, 利用氩气的不活动性, 在焊接区形成一个保护气罩, 从而保证焊接的质量。参见图1-2-4。3) 气焊 (也叫风焊或铜焊):用可燃性气体乙炔在纯氧环境下燃烧所产生的热量使焊件和焊料局部熔化和填充金属的一种焊接方法。因乙炔和氧气均带有压力, 焊接时发出呼呼如风的声响故也称为风焊, 又因为所用填充焊料多为铜质( 这种焊接方法对于铜质材料比较合适) , 故又称为铜焊。气焊适于薄钢板、 非铁材料的焊接, 因其不用电, 也适合野外操作。但焊出的焊疤一般较明显, 不是太美观, 而且焊接强度较低, 不适于大型或重要零件的焊接。参见图1-2-5。利用某些金属能在纯氧环境下燃烧的特点, 经过调节焊枪的气量等技术( 一般是换用专门的叫做”割炬”的工具) , 可将气焊变为气割。气割主要用来分割纯铁、 碳钢和低合金钢等材料。图1-2-6电阻压力焊( 点焊) 原理图 图1-2-7电阻压力焊( 缝焊) 原理图4) 点焊:电焊是一种电阻压力焊( 图1-2-6) , 同属此类焊接原理的还有缝焊( 图1-2-7) 等方法。它是利用电流经过焊件的接触面时产生的电阻热对焊件局部迅速加热, 使之达到塑性或局部熔化状态, 然后迅速加压而实现连接的一种焊接方法。这种方法对薄壁、 网状零件的焊接特别合适, 但对较大的零件焊接时要注意焊接的顺序, 要从中间朝四面展开, 因为当焊点多的时候, 焊接时会使材料变形延伸, 如果不按顺序焊接, 最后材料会延伸后无法焊接。点焊由专门的点焊机进行。上述四种焊接方法由于操作时都带有一定的危险性, 必须有专门人员进行操作。5) 钎焊: 这是一类我们同学有可能接触的焊接方法, 用电烙铁( 图1-2-8) 进行的焊接即为一种软钎焊。电烙铁内部的电热丝将电能转变为热能, 由烙铁头提供给钎料和被焊接件; 所用的焊锡丝就是所谓的钎料, 其熔点比作为母材的被焊接件要低, 借助烙铁头提供的热量熔化, 然后润湿母材、 填充间隙从而实现焊接; 此时所用的松香或焊膏叫做钎剂, 钎剂用来保证焊接的顺利进行和获得致密的接头。图1-2-8电烙铁 a)内热式 b)外热式二、 冷加工工艺( 一) 切削工艺0、 概述: 切削工艺一般称为切削加工, 又称为金加工或机加工。切削加工必须采用专门的设备( 机床) 和刀具进行, 绝大多数情况采用电动机提供切削动力, 同时对操作者的技术也有较高的要求。切削加工采用的方法是去除材料的方法, 即将零件表面多余的材料”切”去, 最终获得的产品其体积与重量都比毛坯要小, 通俗地说是对材料做”减法”。1) 传统的切削加工所用的机床一般分为通用机床和专用机床两大类, 针对不同机床所能完成的工艺特点, 习惯上把某种机床简称为(床, 如车床, 刨床, 磨床等; 中国规定各类机床的代号可用其汉语拼音的第一个字母来表示, 如车床位 C , 刨床为 B,磨床为 M 等等。2) 切削加工所用的刀具, 多数由金属制成, 某些刀具也用非金属或复合材料制成。金属制造的刀具一般使用工具钢或合金工具钢为原料, 由专门的工厂制造; 非金属刀具可用陶瓷、 金刚石等材料制造。3) 切削加工是金属加工工艺中形式最多样、 内容最丰富的一类方法。在金属材料的冷加工过程中, 切削加工是首选的方法之一。现将常见的切削加工工艺简单介绍以下。1、 锯削: 一般情况下金属的原材料都很大( 很长) , 在加工过程中, 不可能把整块( 整根) 的原材料直接进行加工, 需要把原材料先分成若干小块削小段削再进行加工行这种分小块( 小段) 的工艺能够选择锯削。锯削是经过直锯条的往复运动或盘锯的旋转运动带动锯齿切入材料并削去材料的方式进行割断加工, 有手动和机动二种形式。这种工艺方法只适用于割断棒材或窄板材, 常见于轴类零件的毛坯准备。2、 车削: 车削在金属加工中是用得最多、 工艺范围较广的工艺方法之一。图1-2-9锯削示意图1) 车削加工所用设备叫做车床, 根据车床主轴的布置形式可分为卧式车床( 图1-2-10和图1-2-11) 和立式车床, 根据用途工艺范围可分为万能型和专用型。 图1-2-10车床 图1-2-11自动车床 图1-2-12立式车床2) 车削所用的刀具称为车刀( 图1-2-13) 。车刀使用前必须进行刃磨, 根据操作者的习惯和技术, 刃磨后可获得不同外形和不同用途的刀具, 从而完成不同内容的加工。图1-2-13车刀3) 普通车床的加工就是将工件固定在车床的夹具上, 由电动机带动使其旋转, 然后用车刀进行切削。经过这种加工方法, 一般能够得到具有回转体表面的零件。但由于车削的工艺范围相当广泛, 采用适当的方法, 也可获得其它类型的表面。车削可用于粗、 半精和精加工, 主要的工艺范围参见图1-2-14。图1-2-14车削工艺3、 刨削: 有些工件需要对大平面进行加工, 这时用车床加工就不太适合, 我们可采用刨削加工( 图1-2-15) 。1) 刨削加工所用设备叫做刨床, 一般中小型零件加工采用牛头刨床( 图1-2-16) , 大型工件的加工则采用龙门刨床( 图1-2-17) 。图1-2-15刨削示意图 图1-2-16牛头刨床 图1-2-17龙门刨床2) 刨削所用的刀具称为刨刀, 刨刀的形状和结构都较简单。3) 刨床是经过刀具的往复直线运动来切除材料, 同时夹具带动工件作横向移动, 使刀尖走过整个被加工表面, 从而达到加工平面的要求。由于刨削的工件表面会留下直线的加工痕迹( 接刀痕) , 故多用作粗加工。有时也在产品局部留下接刀痕作为表面肌理, 也可看作是对产品表面的一种特殊处理。4、 磨削: 对于表面要求光洁、 光亮的产品, 可采用磨床进行磨削。1) 磨削加工所用设备叫做磨床, 因加工表面的不同, 可分为平面磨床( 图1-2-18) 、 内圆磨床、 外圆磨床( 图1-2-19) 和异形面磨床, 按加工后表面光洁的程度, 又可分为普通磨床和镜面磨床。图1-2-18平面磨床 图1-2-19万能外圆磨床2) 磨削所用的刀具称为砂轮, 砂轮是一种微刃刀具, 以由 Al2O3 ( 刚玉类) 或改击( 碳化硅类) 为主要成分的硬质材料为微刃, 用陶瓷或树脂为结合剂将其制成轮形( 图1-2-20) 。砂轮的磨削能力与磨料颗粒的粒度有很大关系, 粒度又叫做”目”, 表示粒度大小的粒度号又叫做”目数”。目数是指每英寸( 25.4mm ) 长度内能经过该种颗粒的孔眼数, 例如 60 号粒度的磨料表示它能经过在 1 英寸长度里有 60 个孔眼的筛网, 其号数越大, 颗粒越小。一般粗颗粒的砂轮用于粗、 半精加工, 而细颗粒的砂轮则用于精加工。常见的砂纸也以此表示砂纸磨粒的粗细。图1-2-20砂轮外形3) 磨削可对平面( 图1-2-21) 、 外圆表面( 图1-2-22) 、 内孔表面( 图1-2-23) 进行精加工, 加工精度很高, 如镜面磨床能将金属表面磨削得平滑如镜、 光可鉴人。因为砂轮的磨粒很硬, 因此也可用来对刀具进行刃磨。另外, 砂轮还有一种所谓”自锐”的特点。一般刀具的切削刃如果磨钝或损坏, 必须换刀或重磨才能继续切削。而砂轮的磨粒变钝后, 磨粒就会破碎, 产生新的较锋利的棱角; 或者圆钝的磨粒从砂轮表面脱落, 露出新鲜锋利的磨粒, 继续对工件进行加工。砂轮这种自身推陈出新、 保持自身锋锐的特性, 称为”自锐性”。这一特性使磨削加工具有较高的生产率。图1-2-21磨平面 图1-2-22磨外圆 图1-2-23磨内圆5、 铣削:当工件有台阶面或需要开槽的时候, 可使用铣削加工。铣削和车削一样, 也是一种工艺范围广泛的加工工艺。1) 铣床由主轴的布置方式, 可分为立式铣床和卧式铣床, 常见的是带升降台的卧式万能铣床(图1-2-24)。大型工件可选用龙门铣床( 图1-2-25) 进行加工。图1-2-24万能升降台铣床 图1-2-25龙门铣床2) 铣削所用的刀具称为铣刀, 由于工艺范围广泛的缘故, 铣刀是一个由各式各样外形的刀具组成的一个系列, 操作者应根据不同的加工要求选用不同的刀具。参见图1-2-26。图1-2-26铣刀 图1-2-27铣削工艺3) 铣削不但工艺范围相当广泛, 而且生产率很高。参见图1-2-27。以平面加工为例, 铣平面的速度是刨平面的几十乃至上百倍。但铣刀的结构复杂, 刃磨需用专门的设备, 因此价格较贵, 加工成本高。6、 钻削:当对工件进行孔加工时, 最常见的方法是钻削。1) 钻削加工所用设备叫做钻床, 钻床一般都立式布置, 小型工件多用台钻( 图1-2-28) , 工厂一般使用摇臂钻床( 图1-2-29) 。图1-2-28台钻 图1-2-29摇臂钻 图1-2-31 组合机床图1-2-30钻头形式 图1-2-32加工中心2) 钻削所用的刀具称为钻头, 因大部分钻头具有麻花一般的外形, 因此称为麻花钻。另外常见的刀具还有扩孔钻、 中心孔钻和绞刀。钻头是一种定尺寸刀具, 即多大的钻头只能钻出多大的孔。3) 钻削的操作较简单, 但钻孔时由于排屑困难、 传热不良等原因, 很容易把钻头别断; 钻小孔或深孔时还容易引偏, 使钻出的孔与工作表面倾斜。7、 其它切削工艺: 随着科学技术的飞速发展, 现代的加工技术也有了极大的进步。1) 组合机床: 它是一种专用机床。顾名思义, 组合机床就是将多道工序组合起来, 用一次加工来完成, 因此是一种高效的加工设备, 多于孔的加工。2) 加工中心: 一种用计算机控制、 带有大型刀库的现代化的自动加工设备。在一台加工中心上能够使用多种刀具、 完成多种工艺, 而且工件的装卸、 测量和刀具的更换完全用预先编好的程序进行控制。是现代切削加工技术的发展方向。3) 特种加工: 主要是利用电能、 光能、 声能、 热能、 化学能来去除材料的非传统加工方法, 可对特殊表面、 特殊形状的工件进行加工。使用最普遍的特种加工技术是电火花加工, 包括电火花成型和电火花线切割。它见长于异型孔、 复杂型腔和复杂外形的加工, 使塑料模具加工最主要工艺设备。( 二) 板金工艺许多产品是由薄板做成的, 如机器的外壳、 治疗仪器等, 其外壳多数是由薄板经过折板工艺做成。板金工艺是一种对薄板材料经过剪切、 弯折的方法, 改变材料的尺寸、 外形的一种工艺。1、 折板工艺: 折板工艺是经过折板机将板折成所需形状( 图1-2-33) , 折板的角度能够多种多样。但一般弯折深度和宽度是有一定的比例, 超过比例加工则有些困难了。图1-2-33折板示意图 图1-2-34拉伸示意图2、 卷板加工:有些产品需要用弧型板做, 这就需要将板经过卷板工艺使薄钢板变成弧型, 也就是将薄板经过卷板机的轧辊, 使薄钢板转弯为弧型板。3、 拉伸工艺:我们经常使用的金属饭盒、 快餐盘及电筒均是用薄钢板进行冲板拉伸工艺的, 就是经过模具在冲床( 一种压力加工设备) 上进行拉伸( 图1-2-34) 。这种拉伸一般不加温, 拉伸较深的工件需要二次或多次拉伸才能最后完成。拉伸加工的拉伸比( 表征拉伸深度的一个参数) 是有一定限制的, 和钢板的厚薄及钢板的品种有关系。(三)钳工工艺0、 概述: 钳工工艺是一种以手工操作为主的对产品进行加工、 修配的工艺。钳工常见的设备包括钳工工作台、 台虎钳、 钻床等, 基本操作有划线、 锯切、 锉削、 钻孔、 攻螺纹、 套螺纹等。钳工工艺在我们的课程设计过程中有十分重要的作用, 同学们在制作模型的过程中会大量使用钳工工艺。1、 划线: 划线是根据图样的要求, 在毛坯或半成品上划出加工界线的操作。其主要作用是确定工件上各加工面的加工位置, 作为加工或安装的依据。划线时要使用各种量具, 这些量具包括: 钢直尺、 高度尺、 直角尺、 高度游标尺等。划线工具有平板 、 划针、 划卡、 划规、 划盘、 高度游标尺等。 图1-2-35划针、 划规 图1-2-36平板 图1-2-37高度游标尺一般工件划线时按照以下顺序进行: 1) 清理工件: 清除毛坯上的毛刺、 油污, 杂质, 在划线部位涂色, 找出孔的中心等。2) 选择基准: 在工件上确定一些线或面, 作为划线时的依据。这些线或面称为基准。3) 工件定位: 用适当的工具支承工件, 将其放平、 放稳。一般采用三点支承或借助专用的工具( 如平板,V 型架) 。4) 划线: 用划线工具按照图纸尺寸划出基准线和其它线, 并检查其正确性。参见图1-2-38。图1-2-38划线工艺2、 锯断: 用手工锯将材料割开或切除沟槽。锯分为锯弓和锯条两部分, 锯弓的张口可调节以适应锯条的长度, 锯条采用工具钢制造, 有粗齿、 中齿和细齿三种, 分别适用于锯软材料或厚工件。1) 工具: 锯断用钳工手锯( 弓锯) 进行, 将工件在台钳上夹紧进行。参见图1-2-39。图1-2-39手工锯切 图1-2-40锯齿方向2)锯切方法: 按选用锯条、 安装锯条、 装夹工件、 运锯的顺序进行。A、 工件夹持一定要牢靠, 伸出锯口要短, 一般应尽可能安装在台虎钳左边。B、 运锯分为单手握锯和双手握锯两种方式: 单手握锯: 用于小断面的锯断。起锯时, ( 以右手握锯为例) 应左手拇指靠近锯条, 右手稳推手柄, 起锯角度稍小于 15 , 锯弓往复速度应慢、 行程要小、 压力要小、 运锯要平稳, 锯条平面与工件表面要垂直, 锯出切口后锯弓逐渐改为水平方向。双手握锯: 一般锯断多用双手握锯。此时左手握住锯弓前端部, 以使运锯更平稳, 便于加力。因为手锯锯条的锯齿为单向锯齿( 图1-2-40) , 因此安装锯条时都将锯齿按如图所示方向安装, 这样在运锯前推时要均匀加力, 返回时从工件上轻轻滑过, 速度一般为每分钟 20-40 次。快锯断时, 应减力、 减速, 直至断开。锯切钢材时, 应使用机油润滑。图1-2-41起锯手法3、 锉削: 锉削是用锉刀对工件表面进行加工的操作。1) 工具: 锉削的工具是锉刀。锉刀有错身( 工作部分) 和锉柄组成, 按用途可分为钳工锉、 整形锉和特种锉三种。参见图1-2-42。图1-2-42 锉刀 图1-2-43锉刀外形钳工锉: 用于一般工件表面的锉削, 因其断面形状的不同, 又分为各种锉刀。参见图1-2-43。整形锉: 又称为什锦锉, 成组成套供应, 用于细小部位及精密工件的加工。特种锉: 专门设计用于某些特殊表面加工的锉刀。前两类锉刀应用较广, 后一类不常见。2) 锉削方法: A、 平面的锉削方法( 图1-2-44) : 图1-2-44平面锉削方法B、 曲面的锉削方法: 图1-2-45曲面锉削方法4、 攻螺纹和套螺纹: 攻螺纹是用丝锥在孔壁上加工内螺纹的操作, 套螺纹是用板牙在圆杆上加工外螺纹的操作。1) 攻螺纹: 攻螺纹又称为攻丝, 用的工具包括丝锥( 图1-2-47) 和铰杠。M6M24 的丝锥由两支合成一套, 成为头锥,二锥。头锥有一段锥度, 第八牙以后才是全牙; 二锥约二、 三牙以后即为全牙。M6 以下及 M24 以上的丝锥由头锥, 二锥,三锥三支丝锥组成一套, 依次使用。参见图1-2-48。图1-2-47丝锥外形 图1-2-48攻丝2) 套螺纹: 套螺纹又称为套丝, 用的工具包括板牙和板牙架。板牙有整体式( 固定式) 和开缝式( 可调式) 两种。图1-2-49板牙 图1-2-50套丝5、 常见量具和测量方法: 掌握常见量具的使用和正确进行测量, 对制造一件合格的产品而言也是至关重要的。0) 长度单位制: 中国规定长度单位采用公制, 其基本单位为米( m ) , 采用千进位, 向下千分之一米为毫米 (公厘) , 千分之一毫米为微米 ( m) , 向上为千米( km,俗称公里) , 工程上一般以毫米为基本单位。在进行修配或进行管道等施工时, 还会使用英制( 吋制) , 其基本单位为英寸( 、 吋) , 向下为英分( ) , 采用八进制, 即一英寸为八英分; 向上为英尺( 呎) , 采用十二进制, 即一英尺为十二英寸。两种长度单位的基本换算为一英寸等于 25.4 毫米。1) 常见量具: A、 钢直尺: 一般由不锈钢制成, 基本刻度为毫米, 也有 0.5 毫米刻度的。最短的尺其量程为 200 毫米, 最长的尺量程为 1000 毫米。超过 1000 毫米时, 一般做成卷尺形式。钢直尺用于一般测量精度不高的长度测量。B、 游标卡尺: 游标卡尺是带有测量卡爪并用游标读数的量尺( 图1-2-51) 。它具有结构简单、 使用方便、 测量尺寸范围较大等特点, 可用来测量外径、 内径、 长度、 宽度、 厚度、 度和孔距等。常见的规格有 0 125mm , 0 200mm , 0 300mm 和 0 500mm 等。游标卡尺按其测量的精度, 有 0.1mm, 0.05mm 和 0.02mm 三种。图1-2-51游标卡尺a、 游标卡尺的刻线原理及读数方法: 刻线原理: 游标卡尺有主尺和游标组