金属材料加工技术与装备

金属材料加工技术与装备TOC\o"1-2"\h\u18695第一章金属材料加工基础知识 199661.1金属材料的分类 1259691.2金属材料的功能 216481.3金属材料的预处理 27752第二章金属切削加工技术 2299422.1车削加工 2108132.2铣削加工 2252462.3钻削加工 325673第三章金属成型加工技术 311693.1锻造加工 37243.2冲压加工 3158503.3挤压加工 312666第四章金属焊接加工技术 4217594.1电弧焊 4270714.2气焊 4327084.3电阻焊 42651第五章金属热处理技术 4267105.1退火 4271555.2淬火 548645.3回火 519004第六章金属表面处理技术 564476.1电镀 5282416.2涂装 623486.3氧化处理 62375第七章金属材料加工装备概述 6308797.1机床设备 6303477.2刀具与夹具 620817.3量具与检测设备 79153第八章金属材料加工的安全与环保 7185378.1加工过程中的安全措施 7311768.2环保要求与措施 7137848.3废弃物处理与回收利用 7第一章金属材料加工基础知识1.1金属材料的分类金属材料的种类那可真是不少。从大的方面来说，金属材料可以分为黑色金属和有色金属两大类。黑色金属，像铁、锰、铬以及它们的合金，这可是工业中应用最广泛的一类金属材料。比如说钢铁，那在建筑、机械制造等领域都是不可或缺的。有色金属呢，包括铜、铝、镁、锌等以及它们的合金。这些材料各有各的特点和用途。像铜，导电性好，常用于电气领域；铝呢，质量轻，强度也还不错，在航空航天、汽车制造等方面都有广泛应用。1.2金属材料的功能金属材料的功能那是相当重要的。首先是力学功能，这包括强度、硬度、韧性、塑性等方面。强度就是金属材料抵抗外力的能力，硬度则是反映材料抵抗局部变形的能力。韧性好的金属材料，在受到冲击时不容易断裂，而塑性则决定了材料在受力时能够产生多大的变形而不破裂。除了力学功能，金属材料的物理功能也不能忽视。比如导电性、导热性、磁性等。还有化学功能，像耐腐蚀性，这对于金属材料在各种环境中的使用。1.3金属材料的预处理在对金属材料进行加工之前，预处理是必不可少的一步。预处理包括表面清理、除锈、除油等。表面清理是为了去除金属材料表面的杂质和污垢，保证后续加工的质量。除锈则是要把金属表面的锈层去掉，防止锈层影响加工和使用功能。除油也是很重要的，金属材料表面的油污会影响加工效果和涂层的附着力。预处理还包括对金属材料进行预热处理，这可以改善材料的加工功能，减少加工过程中的变形和裂纹。第二章金属切削加工技术2.1车削加工车削加工是利用车床对金属材料进行加工的一种方法。在车床上，工件旋转，车刀沿着工件的轴线方向进行移动，从而实现对工件的切削加工。车削可以加工出各种形状的回转体零件，如轴、盘、套等。车削加工的精度可以达到很高的水平，表面粗糙度也可以控制得比较好。在车削加工中，需要根据工件的材料、形状和加工要求选择合适的刀具和切削参数，以保证加工质量和效率。2.2铣削加工铣削加工是通过铣床来完成的。铣床的刀具旋转，工件则相对于刀具做直线或曲线运动，这样就可以把工件加工成各种形状的表面。铣削可以加工平面、台阶、沟槽、齿轮等多种形状的零件。铣削加工的效率比较高，而且可以加工硬度较高的材料。不过，铣削加工的精度相对车削来说可能会稍低一些，但是在很多情况下也是完全能够满足要求的。2.3钻削加工钻削加工主要是用来在工件上加工孔的。使用钻床和钻头，通过钻头的旋转和进给运动，在工件上钻出所需的孔。钻削加工可以加工出各种直径和深度的孔，但是孔的精度和表面粗糙度相对来说可能不是很高。为了提高孔的加工质量，有时候还需要进行扩孔、铰孔等后续加工。在钻削加工中，要注意选择合适的钻头和切削参数，以避免钻头折断等问题。第三章金属成型加工技术3.1锻造加工锻造是一种利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械功能、一定形状和尺寸锻件的加工方法。通过锻造，能消除金属在冶炼过程中产生的铸态疏松等缺陷，优化微观组织结构。锻造分为自由锻和模锻两大类。自由锻是将金属坯料放在上、下砧之间，施加冲击力或压力，使其产生塑性变形。模锻则是将金属坯料放在具有一定形状的锻模模膛内，使坯料受压变形，从而获得所需形状的锻件。3.2冲压加工冲压是靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离，从而获得所需形状和尺寸的工件的加工方法。冲压加工的优点是生产效率高，操作简便，易于实现机械化与自动化。冲压可以加工出各种形状的零件，如容器、盖板、垫圈等。冲压加工还可以分为分离工序和成形工序两大类。分离工序是使坯料沿一定的轮廓线分离而获得一定形状、尺寸和断面质量的冲压件；成形工序则是使坯料在不破裂的条件下发生塑性变形，获得所需形状和尺寸的冲压件。3.3挤压加工挤压加工是对放在容器（挤压筒）内的金属坯料施加外力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状和尺寸的一种塑性加工方法。挤压可以生产出各种形状的型材、管材和零件。挤压加工的优点是可以提高金属的塑性，改善金属的组织和功能，而且可以加工形状复杂、尺寸精度高的零件。挤压加工分为热挤压、冷挤压和温挤压三种。热挤压是在金属再结晶温度以上进行的挤压；冷挤压是在室温下进行的挤压；温挤压则是在金属再结晶温度以下、室温以上进行的挤压。第四章金属焊接加工技术4.1电弧焊电弧焊是利用电弧作为热源的焊接方法。在焊接过程中，电弧在焊条与焊件之间燃烧，产生高温，使焊条和焊件局部熔化，形成焊缝。电弧焊的设备简单，操作灵活，可用于焊接各种金属材料和不同厚度的焊件。根据焊条的不同，电弧焊可以分为手工电弧焊、埋弧焊和气体保护电弧焊等。手工电弧焊是最常用的一种电弧焊方法，它操作方便，适应性强，但劳动强度大，生产效率低。埋弧焊则是在焊剂层下进行焊接的一种方法，它的焊接质量高，生产效率高，但只适用于平焊位置的焊接。气体保护电弧焊是利用气体作为保护介质的一种电弧焊方法，它可以有效地防止空气中的氧、氮等对焊缝金属的有害作用，提高焊缝质量。4.2气焊气焊是利用可燃气体与助燃气体混合燃烧产生的火焰作为热源的焊接方法。常用的可燃气体是乙炔，助燃气体是氧气。气焊的设备简单，操作方便，适用于焊接薄钢板、有色金属、铸铁等材料。但气焊的火焰温度较低，焊接速度慢，热影响区大，焊缝质量不如电弧焊。在气焊过程中，需要根据焊件的材料和厚度选择合适的焊丝和火焰类型，以保证焊接质量。4.3电阻焊电阻焊是利用电流通过焊件及接触处产生的电阻热作为热源的焊接方法。电阻焊的优点是焊接速度快，生产效率高，焊缝质量好，而且不需要填充金属。电阻焊适用于焊接薄板和小型焊件，如汽车车身、电子元件等。电阻焊的方法有很多种，如点焊、缝焊、对焊等。点焊是将焊件装配成搭接接头，并压紧在两电极之间，利用电阻热熔化母材金属，形成焊点的焊接方法。缝焊是将焊件装配成搭接或对接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮加压焊件并转动，连续或断续送电，形成一条连续焊缝的焊接方法。对焊是将焊件端部加热到一定温度，然后施加压力，使焊件端部在压力下产生塑性变形而实现连接的焊接方法。第五章金属热处理技术5.1退火退火是将金属材料加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的一种热处理工艺。退火的目的是降低硬度，改善切削加工功能；消除残余应力，稳定尺寸；细化晶粒，改善组织，为最终热处理做好组织准备。根据退火的目的和工艺特点，退火可以分为完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火等。完全退火是将亚共析钢加热到Ac3以上30～50℃，保温一定时间后，随炉缓慢冷却到500℃以下，再在空气中冷却。等温退火是将钢件加热到Ac3或Ac1以上，保温一定时间后，快速冷却到珠光体转变温度区间的某一温度，并保持等温，使奥氏体转变为珠光体组织，然后在空气中冷却。球化退火是使钢中碳化物球化而进行的退火工艺，主要用于共析钢和过共析钢。去应力退火是为了消除铸件、锻件、焊接件等的残余应力而进行的退火工艺。5.2淬火淬火是将金属材料加热到相变温度以上，保温一定时间，然后快速冷却以获得马氏体组织的热处理工艺。淬火的目的是提高钢的硬度和耐磨性。淬火时，钢的加热温度应根据钢的化学成分和工件的技术要求来确定。淬火介质有水、油、盐水等。不同的淬火介质具有不同的冷却能力，会影响淬火后的组织和功能。淬火后的钢件一般需要进行回火处理，以降低脆性，提高韧性和塑性。5.3回火回火是将淬火后的钢件加热到低于Ac1的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。回火的目的是消除淬火应力，提高韧性和塑性，调整硬度。根据回火温度的不同，回火可以分为低温回火、中温回火和高温回火。低温回火的回火温度为150～250℃，回火后的组织为回火马氏体，主要用于高碳钢和高碳合金钢制造的工具、模具、滚动轴承等零件，以提高其硬度和耐磨性。中温回火的回火温度为350～500℃，回火后的组织为回火托氏体，主要用于弹簧等零件，以获得较高的弹性极限和屈服强度。高温回火的回火温度为500～650℃，回火后的组织为回火索氏体，主要用于轴、连杆、齿轮等重要的结构零件，以获得良好的综合力学功能。第六章金属表面处理技术6.1电镀电镀是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其它金属或合金的过程。电镀的目的是提高金属的耐腐蚀性、耐磨性、导电性、反光性等功能，或者赋予金属表面以各种颜色。电镀时，将待镀的金属制品作为阴极，镀层金属作为阳极，含有镀层金属离子的溶液作为电镀液。在直流电的作用下，阳极的金属溶解成金属离子进入电镀液，而阴极的金属离子则在阴极上被还原成金属原子并沉积在阴极表面上，形成镀层。电镀的种类很多，常见的有镀锌、镀铜、镀镍、镀铬等。6.2涂装涂装是将涂料涂覆在金属表面上，形成一层保护膜的工艺。涂装可以起到防腐、装饰、标志等作用。涂装的工艺流程包括表面预处理、涂底漆、涂中间漆、涂面漆等环节。表面预处理是涂装的关键环节，它直接影响到涂层的附着力和耐久性。表面预处理包括除油、除锈、磷化、钝化等工序。涂底漆的目的是为了提高涂层的附着力和防锈能力，涂中间漆的目的是为了增加涂层的厚度和丰满度，涂面漆的目的是为了提供装饰性和保护性。6.3氧化处理氧化处理是将金属制品放入特定的溶液中，通过化学反应在金属表面形成一层氧化膜的工艺。氧化膜可以提高金属的耐腐蚀性和耐磨性，同时还可以增加金属表面的美观度。氧化处理的方法有化学氧化和阳极氧化两种。化学氧化是将金属制品放入化学溶液中，通过化学反应在金属表面形成一层氧化膜。阳极氧化是将金属制品作为阳极，放入电解质溶液中，通过电解作用在金属表面形成一层氧化膜。阳极氧化的氧化膜比化学氧化的氧化膜更厚、更坚硬，耐腐蚀性和耐磨性更好。第七章金属材料加工装备概述7.1机床设备机床设备是金属材料加工的主要设备之一。常见的机床设备有车床、铣床、钻床、磨床、镗床等。车床主要用于加工回转体零件，如轴、盘、套等。铣床可以加工平面、台阶、沟槽、齿轮等零件。钻床则用于钻孔。磨床用于对零件进行磨削加工，提高零件的表面精度和光洁度。镗床主要用于加工大型箱体类零件上的孔系。这些机床设备都有各自的特点和适用范围，在金属材料加工中发挥着重要的作用。7.2刀具与夹具刀具和夹具是金属材料加工中不可或缺的工具。刀具的质量和功能直接影响到加工的效率和质量。根据加工材料和加工工艺的不同，需要选择不同类型的刀具。例如，车削加工需要使用车刀，铣削加工需要使用铣刀，钻削加工需要使用钻头等。夹具则是用于固定工件，保证加工精度的装置。夹具的设计和使用要根据工件的形状、尺寸和加工要求来进行，以保证工件在加工过程中不会发生位移和变形。7.3量具与检测设备量具和检测设备是用于检测金属材料加工零件的尺寸、形状和位置精度的工具。常见的量具有卡尺、千分尺、百分表等。这些量具可以直接测量零件的尺寸和形状精度。检测设备则包括三坐标测量机、投影仪、粗糙度仪等。这些设备可以对零件的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度进行更精确的检测和分析，为保证加工质量提供了重要的依据。第八章金属材料加工的安全与环保8.1加工过程中的安全措施在金属材料加工过程中，安全是的。操作人员必须经过专业培训，熟悉设备的操作方法和安全注意事项。在操作设备时，要严格按照操作规程进行，不得擅自离岗或违规操作。要对设备进行定期检查和维护，保证设备的正常运行。对于存在安全隐患的设备，要及时进行维修或更换。还要配备必要的安全防护用品，如安全帽、防护眼镜、手套等，以保护操作人员的人身安全。8.2环保要求与措施金属材料加工过程中会产生一些废弃物和污染物，如废水、废气、废渣等。为了保护环境，必须采取有效