2018/09/28
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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。
2.1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。
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