天津大学《金属工艺学》课程 学习指南

学习指南金属工艺学是高等工科院校本科机械类、近机类专业的综合性技术基础课。全书分上、下两册。上册包括四篇：金属材料基本知识、铸造、金属塑性加工、焊接；下册包括一篇：切削加工。第一部分金属材料的基本知识本部分主要学习金属的力学性能、材料学基础及金属材料的应用。这三部分内容是相互联系的，金属的宏观力学性能取决于金属的微观组织结构，微观组织结构与金属材料的成分、温度、冷却方式等因素密切相关，而宏观力学性能既是后续制订加工制造工艺的理论基础，也是材料选择的理论依据。建议以力学性能——组织结构——成分为主线，分析金属的特点及应用范围，并记忆基本概念。重点内容：掌握常见的力学性能指标与表示方法；了解金属基本晶体结构、合金的组织结构和同素异晶转变；学会铁碳合金相图的分析与使用；了解不同金属材料的特点与差异，学会材料的选择。难点：铁碳相图的分析与使用。建议从点——线——面入手，即特征点——特征线——组织组成逐步深入，掌握典型碳钢结晶过程的组织转变规律。第二部分铸造铸造是金属材料最基本的成形方法，与金属塑性加工、焊接一起成为制造工业获得毛坯的主要手段。重点：铸造工艺基础部分。应掌握合金成分、工艺条件对液态合金充型能力、合金收缩性、吸气性等铸造性能的影响，以便能够分析不同合金获得优质铸件的难易程度，并分析应采取的工艺措施。难点：1.如何防止铸件缺陷。有些防止铸件缺陷的工艺措施是相互矛盾的，如铸件顺序凝固有利于补缩，但易产生热应力；同时凝固有利于减少热应力，但增大了产生缩孔的倾向等。因此，应综合考虑，先解决主要矛盾，再采取措施解决其他问题。2.铸件结构工艺性分析。应从两方面考虑：一、铸件外形、内腔结构要简化，有利于起模或简化铸造工艺；二、充分考虑铸件结构与铸造性能（流动性、收缩性）的关系，如铸件壁厚均匀、圆角过渡等。第三部分金属塑性加工塑性成形又叫压力加工，塑性成形的特点是不仅获得了所需形状的工件，更重要的是通过塑性变形，细化组织，弥合缺陷，改善了性能。塑性成形利用金属的塑性而成形，但塑性不是一成不变的，受金属本身性质及加工条件的影响。所以要学习塑性变形的实质和规律性。——塑性成形原理。具体的塑性成形方法很多，重点学习自由锻、模锻和冲压。重点：应掌握塑性变形机理、加工硬化、回复和再结晶、锻造比、纤维组织的的概念及应用、金属的可锻性影响因素；掌握自由锻造的基本工序、模型锻造的类型和特点及锻造工艺规程的制定，能进行自由锻的工艺计算，确定锻造温度，应掌握自由锻件、模锻件的结构工艺性要求并进行分析；掌握冲裁、拉深和弯曲工序的特点及应用，冲压件的结构工艺性。难点：1.纤维组织的应用。应尽量保证纤维组织的连贯性，并使其方向分布合理，即最大正应力与纤维方向重合，最大切应力与纤维方向垂直。2.锻造工艺规程的制订。综合考虑各种因素，如锻件类型、重量、锻造方法、工序特点等制定最佳的工艺方案，绘制锻件图3.锻压件的结构工艺性。应使锻件结构简单，具有合理的分模面，易于成形及取出等。第四部分焊接焊接是一种重要的金属加工技术，通过加热或加压的手段，达到原子间的结合而形成永久性连接。焊接某种金属所采用的方法，主要取决于金属本身的性质，及可焊性。此外，还要考虑生产批量、零件结构和现有生产条件等因素。重点：掌握金属焊接的基本理论及常用的焊接工艺（电弧焊、埋弧焊、气体保护焊、电阻焊、钎焊）；了解不同材料焊接方法的选择；掌握焊接成形的结构工艺性。难点：1.焊接方法的选择。不同的金属材料焊接性不同。选择焊接方法时，应综合考虑材料的焊接性、焊接结构特点、生产批量以及经济性等因素。如低碳钢和低合金结构钢可采用各种焊接方法；非铁合金宜采用氩弧焊等保护良好的焊接方法。2.焊件结构设计。焊接结构在满足工作性能要求的前提下，首先考虑焊接性好的材料；其次焊缝布置要合理，以简化焊接工艺、保证焊接质量。第五部分切削加工本部分主要介绍金属切削原理、机床简介、常用切削加工方法、特种加工、典型表面加工、工艺过程基本知识、零件结构工艺性等内容。其中，金属切削原理及常用切削加工方法等内容，需在回顾实习内容的基础上，结合理论知识，有针对性地记忆各加工方法的特点。零件结构工艺性内容，需结合实例学习。在车床上用车刀进行切削加工称为车削加工，它是切削加工中最基本、最常用的工种。工件的旋转为主运动，刀具的移动为进给运动。车削加工特别适于加工各种零件的回转表面。铣削加工是由铣刀绕自身轴线的高速旋转运动（主运动）、工件的移动和转动、刀具的移动和转动组合而成。铣削的加工范围广泛,可加工各种平面、沟槽、轮齿、螺纹、花键轴以及比较复杂的型面，还可以进行切断、分度、钻孔、铰孔、镗孔等工作。本节应着重了解铣床型号、用途、主要组成部分及基本工作原理，能较合理选择切削用量、刀具、机床附件，了解铣削加工的特点及范围，达到的精度和粗糙度；了解镗削和齿形加工方法。铣削属于切削加工，其加工原理和方法与车削、刨削、磨削均有共同之处，同学学习时要注意对比和总结。刨床主要用于刨削各种平面和沟槽。常用的刨床有牛头刨、龙门刨。牛头刨主要用于加工中小型零件，龙门刨则用于加工大型零件或同时加工多个中型零件。刨削加工机床还包括插床、拉床。拉削加工是用各种不同的拉刀在相应的拉床上拉削出各种内、外几何表面的一种加工方法，其中以内孔拉削（圆柱孔、花键孔、内键槽等）应用最广。但拉刀结构复杂、制造困难、成本高，主要应用于成批大量生产场合。刨削和铣削的加工范围基本相同，不过铣削的应用范围更为广泛，通常情况下生产率也高于刨削。随着制造精度要求的提高，磨床的使用范围日益扩大，种类繁多，它在金属切削机床中所占的比重不断上升。目前在发达工业国家中，磨床在机床总数中的比例已达30%～50%，磨削新工艺的应用，使得磨削加工正在向高效率和高精度方向发展。高效磨削以最大限度地提高磨削效率为目的，常见工艺有高速磨削、缓进给深磨削、恒压力磨削、宽砂轮与多砂轮磨削等。此外，利用高速运动砂带上的磨粒对工件加工表面进行高效磨削的砂带磨削，由于其磨粒具有良好的等高性，容屑空间大，磨削效率高，工作条件好，适于加工大、中型尺寸工件的外圆和平面，正在被广泛应用。目前发达国家约有1/3的砂轮磨削已经被砂带磨削所取代。特种加工和传统的切削加工相比较，不同之处在于：它是直接利用电能、光能、声能、磁能、热能、化学能等形式的能量或几种能量的复合形式能量进行加工的方法。作为传统机械加工的必要补充，特种加工方法各具特点。就总体