金屬材料加工工藝與技術(shù)

金屬材料加工工藝與技術(shù)TOC\o"1-2"\h\u2953第一章金屬材料加工基礎(chǔ)知識 1277521.1金屬材料的分類 1141011.2金屬材料的功能 241241.3常用金屬材料介紹 25903第二章金屬材料的切割工藝 2216482.1火焰切割 2193762.2激光切割 290492.3水切割 316755第三章金屬材料的成型工藝 390483.1鑄造 317263.2鍛造 3184923.3沖壓 327614第四章金屬材料的連接工藝 418104.1焊接 4102034.2鉚接 482604.3膠接 420716第五章金屬材料的表面處理工藝 4129905.1電鍍 4116705.2噴涂 5105165.3拋光 519386第六章金屬材料的熱處理工藝 5227376.1退火 5299866.2淬火 5116186.3回火 65441第七章數(shù)控加工技術(shù)在金屬材料加工中的應(yīng)用 6172067.1數(shù)控車床加工 65907.2數(shù)控銑床加工 6156317.3加工中心應(yīng)用 727618第八章金屬材料加工的質(zhì)量控制與檢測 7114118.1加工質(zhì)量的影響因素 79508.2質(zhì)量檢測方法 7288238.3常見質(zhì)量問題及解決措施 7第一章金屬材料加工基礎(chǔ)知識1.1金屬材料的分類金屬材料的種類繁多，按照不同的標(biāo)準(zhǔn)可以進(jìn)行多種分類。從成分上來看，金屬材料可以分為純金屬和合金兩大類。純金屬如銅、鐵、鋁等，具有較高的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。合金則是由兩種或兩種以上的金屬或金屬與非金屬經(jīng)一定方法所合成的具有金屬特性的物質(zhì)，比如鋼就是鐵和碳的合金，其功能往往比純金屬更加優(yōu)越。根據(jù)用途的不同，金屬材料還可以分為結(jié)構(gòu)材料和功能材料。結(jié)構(gòu)材料主要用于承受載荷，如建筑用的鋼材；功能材料則具有特殊的物理、化學(xué)或生物功能，如磁性材料、超導(dǎo)材料等。1.2金屬材料的功能金屬材料的功能是選擇和使用金屬材料的重要依據(jù)。金屬材料的功能主要包括力學(xué)功能、物理功能和化學(xué)功能。力學(xué)功能是指金屬材料在受力作用下所表現(xiàn)出的功能，如強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性等。強(qiáng)度是金屬材料抵抗外力破壞的能力，硬度是衡量金屬材料抵抗局部變形的能力，韌性則反映了金屬材料抵抗沖擊載荷的能力，塑性是指金屬材料產(chǎn)生永久變形而不被破壞的能力。物理功能包括密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性等。化學(xué)功能主要是指金屬材料在化學(xué)介質(zhì)中的耐腐蝕功能。1.3常用金屬材料介紹在實(shí)際生產(chǎn)中，常用的金屬材料有鋼鐵、鋁合金、銅合金等。鋼鐵是最常用的結(jié)構(gòu)材料之一，具有良好的強(qiáng)度和韌性，廣泛應(yīng)用于建筑、機(jī)械制造等領(lǐng)域。鋁合金具有密度小、強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，常用于航空航天、汽車制造等領(lǐng)域。銅合金具有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，常用于電氣、電子等領(lǐng)域。還有鈦合金、鎂合金等新型金屬材料，它們具有獨(dú)特的功能，在一些特殊領(lǐng)域也得到了廣泛的應(yīng)用。第二章金屬材料的切割工藝2.1火焰切割火焰切割是利用可燃?xì)怏w與氧氣混合燃燒產(chǎn)生的火焰熱能將工件切割處預(yù)熱到一定溫度后，噴出高速切割氧流，使金屬劇烈氧化并放出熱量，利用切割氧流把熔化狀態(tài)的金屬氧化物吹掉，從而實(shí)現(xiàn)切割的方法。這種切割方法設(shè)備簡單，操作方便，成本低，適用于切割厚鋼板、型鋼等。但是火焰切割的切割精度較低，切口表面粗糙，而且容易產(chǎn)生熱變形。2.2激光切割激光切割是利用高能量密度的激光束照射到工件表面，使工件材料迅速熔化、氣化，從而實(shí)現(xiàn)切割的方法。激光切割具有切割精度高、切口質(zhì)量好、速度快、熱影響區(qū)小等優(yōu)點(diǎn)，適用于切割各種金屬材料，尤其是對薄板材料的切割具有很大的優(yōu)勢。但是激光切割設(shè)備昂貴，運(yùn)行成本高，對操作人員的技術(shù)要求也較高。2.3水切割水切割是利用高壓水射流技術(shù)進(jìn)行切割的方法。水切割的原理是將水加壓到很高的壓力，然后通過細(xì)小的噴嘴噴射出來，形成高速的水射流。水射流具有很高的能量，可以切割各種金屬和非金屬材料。水切割具有切割精度高、切口質(zhì)量好、無熱變形、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，適用于切割各種復(fù)雜形狀的工件。但是水切割設(shè)備的投資較大，運(yùn)行成本也較高。第三章金屬材料的成型工藝3.1鑄造鑄造是將液態(tài)金屬澆入鑄型中，經(jīng)冷卻凝固后獲得毛坯或零件的工藝方法。鑄造可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜的零件，尤其是具有復(fù)雜內(nèi)腔的零件。鑄造的工藝過程包括制造鑄型、熔煉金屬、澆注、凝固和清理等環(huán)節(jié)。根據(jù)鑄型材料的不同，鑄造可以分為砂型鑄造、金屬型鑄造、熔模鑄造等。砂型鑄造是最常用的鑄造方法，成本低，適應(yīng)性強(qiáng)，但鑄件的精度和表面質(zhì)量較低。金屬型鑄造的鑄件精度和表面質(zhì)量較高，但成本較高，適用于大批量生產(chǎn)。熔模鑄造可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜、精度高的零件，但工藝復(fù)雜，成本高。3.2鍛造鍛造是利用鍛壓機(jī)械對金屬坯料施加壓力，使其產(chǎn)生塑性變形，以獲得具有一定機(jī)械功能、一定形狀和尺寸的鍛件的加工方法。鍛造可以改善金屬的組織和功能，提高金屬的強(qiáng)度和韌性。鍛造分為自由鍛造和模型鍛造兩種。自由鍛造是在自由鍛造設(shè)備上，利用簡單的工具，使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形的加工方法。自由鍛造的靈活性大，但生產(chǎn)效率低，適用于單件、小批量生產(chǎn)。模型鍛造是在專用的模鍛設(shè)備上，利用模具使金屬坯料產(chǎn)生塑性變形的加工方法。模型鍛造的生產(chǎn)效率高，鍛件的精度和表面質(zhì)量好，但成本較高，適用于大批量生產(chǎn)。3.3沖壓沖壓是通過模具對板料施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離，從而獲得一定形狀、尺寸和功能的零件的加工方法。沖壓具有生產(chǎn)效率高、零件精度高、表面質(zhì)量好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于汽車、電子、家電等行業(yè)。沖壓的基本工序包括沖裁、彎曲、拉深、成形等。沖裁是將板料沿封閉輪廓線分離的工序，彎曲是將板料彎成一定角度和形狀的工序，拉深是將平板毛坯拉成空心零件的工序，成形是通過各種局部變形方法來改變毛坯形狀的工序。第四章金屬材料的連接工藝4.1焊接焊接是通過加熱或加壓，或兩者并用，使焊件達(dá)到原子結(jié)合的一種加工方法。焊接的種類很多，常見的有電弧焊、氣保焊、氬弧焊等。電弧焊是利用電弧產(chǎn)生的高溫將焊件和焊條熔化，形成焊縫的焊接方法。氣保焊是利用氣體作為保護(hù)介質(zhì)，防止焊縫金屬在高溫下被氧化的焊接方法。氬弧焊是使用氬氣作為保護(hù)氣體的一種焊接方法，適用于焊接不銹鋼、鋁、鎂等金屬。焊接具有連接強(qiáng)度高、密封性好、工藝簡單等優(yōu)點(diǎn)，但也存在焊接變形、殘余應(yīng)力等問題。4.2鉚接鉚接是利用鉚釘將兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件連接在一起的方法。鉚接的優(yōu)點(diǎn)是連接強(qiáng)度高，可靠性好，適用于承受沖擊和振動(dòng)載荷的結(jié)構(gòu)。但是鉚接的工藝復(fù)雜，勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且鉚接后的結(jié)構(gòu)重量較大。焊接技術(shù)的發(fā)展，鉚接的應(yīng)用范圍逐漸縮小，但在一些特殊場合，如飛機(jī)制造等領(lǐng)域，鉚接仍然是一種不可替代的連接方法。4.3膠接膠接是利用膠粘劑將兩個(gè)或兩個(gè)以上的零件連接在一起的方法。膠接的優(yōu)點(diǎn)是工藝簡單，操作方便，不會(huì)產(chǎn)生焊接變形和殘余應(yīng)力，而且可以連接不同材料的零件。但是膠接的強(qiáng)度較低，耐老化性和耐腐蝕性較差，而且膠粘劑對環(huán)境有一定的污染。膠接主要適用于對連接強(qiáng)度要求不高的場合，如電子設(shè)備、家具等的制造。第五章金屬材料的表面處理工藝5.1電鍍電鍍是利用電解原理在某些金屬表面上鍍上一薄層其它金屬或合金的過程。電鍍可以提高金屬的耐磨性、耐腐蝕性和美觀性。電鍍的過程包括預(yù)處理、電鍍和后處理三個(gè)階段。預(yù)處理是為了去除工件表面的油污、銹跡等雜質(zhì)，提高鍍層的附著力。電鍍是將工件浸入含有鍍層金屬離子的電解液中，通過直流電的作用，使鍍層金屬離子在工件表面沉積形成鍍層。后處理是為了提高鍍層的質(zhì)量和功能，如進(jìn)行鈍化處理、除氫處理等。5.2噴涂噴涂是利用噴槍將涂料霧化成微粒，然后噴射到工件表面形成涂層的方法。噴涂可以分為空氣噴涂、高壓無氣噴涂、靜電噴涂等?？諝鈬娡渴抢脡嚎s空氣將涂料霧化成微粒，然后噴射到工件表面的方法。高壓無氣噴涂是利用高壓泵將涂料加壓到很高的壓力，然后通過噴槍的噴嘴噴射出來，形成霧化的涂料微粒。靜電噴涂是利用靜電發(fā)生器使涂料微粒帶上電荷，然后在靜電場的作用下，涂料微粒被吸附到工件表面形成涂層的方法。噴涂可以提高工件的耐腐蝕性、耐磨性和美觀性，廣泛應(yīng)用于汽車、機(jī)械、建筑等領(lǐng)域。5.3拋光拋光是利用機(jī)械、化學(xué)或電化學(xué)的方法，使工件表面粗糙度降低，以獲得光亮、平整表面的加工方法。拋光的方法主要有機(jī)械拋光、化學(xué)拋光和電化學(xué)拋光。機(jī)械拋光是利用磨料和拋光工具對工件表面進(jìn)行磨削和拋光的方法。化學(xué)拋光是利用化學(xué)溶液對工件表面進(jìn)行溶解和整平的方法。電化學(xué)拋光是利用電化學(xué)原理，使工件表面在陽極溶解的同時(shí)進(jìn)行整平的方法。拋光可以提高工件的表面質(zhì)量和光澤度，使其更加美觀。第六章金屬材料的熱處理工藝6.1退火退火是將金屬材料加熱到一定溫度，保溫一段時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火的目的是降低硬度，改善切削加工功能；消除殘余應(yīng)力，穩(wěn)定尺寸；細(xì)化晶粒，改善組織，提高材料的力學(xué)功能。退火的方法有完全退火、球化退火、去應(yīng)力退火等。完全退火是將鋼件加熱到Ac3以上30～50℃，保溫一定時(shí)間后，隨爐緩慢冷卻的退火工藝。球化退火是使鋼中碳化物球化而進(jìn)行的退火工藝。去應(yīng)力退火是為了消除鑄件、鍛件、焊接件等的殘余應(yīng)力而進(jìn)行的退火工藝。6.2淬火淬火是將金屬材料加熱到臨界溫度以上，保溫一定時(shí)間，然后在水、油或其它介質(zhì)中快速冷卻的熱處理工藝。淬火的目的是提高鋼的硬度和耐磨性。淬火后的鋼件具有較高的硬度和強(qiáng)度，但脆性較大，需要進(jìn)行回火處理。淬火的方法有單液淬火、雙液淬火、分級淬火和等溫淬火等。單液淬火是將鋼件加熱到淬火溫度后，在一種淬火介質(zhì)中冷卻的淬火方法。雙液淬火是將鋼件先在一種冷卻能力較強(qiáng)的介質(zhì)中冷卻，待工件冷卻到Ms點(diǎn)以下，再在另一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻的淬火方法。分級淬火是將鋼件加熱到淬火溫度后，迅速放入溫度略高于Ms點(diǎn)的鹽浴或堿浴中，保溫一定時(shí)間，使工件內(nèi)外溫度均勻后，再取出在空氣中冷卻的淬火方法。等溫淬火是將鋼件加熱到淬火溫度后，迅速放入溫度在Ms點(diǎn)以上的鹽浴或堿浴中，保溫足夠時(shí)間，使奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)橄仑愂象w后，再取出空冷的淬火方法。6.3回火回火是將淬火后的鋼件加熱到Ac1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間，然后冷卻到室溫的熱處理工藝?；鼗鸬哪康氖窍慊甬a(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，降低脆性，提高韌性；調(diào)整淬火鋼的力學(xué)功能，達(dá)到使用要求。回火的溫度不同，鋼的功能也不同。根據(jù)回火溫度的不同，回火可分為低溫回火、中溫回火和高溫回火。低溫回火的回火溫度為150～250℃，回火后的組織為回火馬氏體，具有高硬度和耐磨性，主要用于高碳鋼和高碳合金鋼制造的工具、模具、滾動(dòng)軸承等零件。中溫回火的回火溫度為350～500℃，回火后的組織為回火托氏體，具有較高的彈性極限和屈服強(qiáng)度，主要用于彈簧等零件。高溫回火的回火溫度為500～650℃，回火后的組織為回火索氏體，具有良好的綜合力學(xué)功能，廣泛應(yīng)用于軸、齒輪等重要的結(jié)構(gòu)零件。第七章數(shù)控加工技術(shù)在金屬材料加工中的應(yīng)用7.1數(shù)控車床加工數(shù)控車床是一種高精度、高效率的自動(dòng)化機(jī)床。它可以按照事先編制好的加工程序，自動(dòng)地對工件進(jìn)行加工。數(shù)控車床的加工范圍很廣，可以加工各種軸類、盤類零件，如圓柱面、圓錐面、螺紋、溝槽等。數(shù)控車床的加工精度高，能夠滿足各種高精度零件的加工要求。在加工過程中，操作人員只需要將工件安裝好，調(diào)整好刀具和加工參數(shù)，然后啟動(dòng)機(jī)床，機(jī)床就會(huì)自動(dòng)按照程序進(jìn)行加工，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。7.2數(shù)控銑床加工數(shù)控銑床是在一般銑床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種自動(dòng)化加工設(shè)備。它可以加工各種平面、曲面、溝槽等復(fù)雜形狀的零件。數(shù)控銑床的加工精度高，能夠滿足各種高精度零件的加工要求。數(shù)控銑床的操作也比較簡單，操作人員只需要將工件安裝好，調(diào)整好刀具和加工參數(shù)，然后啟動(dòng)機(jī)床，機(jī)床就會(huì)自動(dòng)按照程序進(jìn)行加工。數(shù)控銑床的應(yīng)用范圍非常廣泛，在航空航天、汽車制造、模具制造等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。7.3加工中心應(yīng)用加工中心是一種具有多種加工功能的數(shù)控機(jī)床。它集銑削、鉆削、鏜削、攻絲等多種加工功能于一體，可以在一次裝夾中完成多種工序的加工。加工中心的加工精度高，能夠滿足各種高精度零件的加工要求。加工中心的自動(dòng)化程度高，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化加工，大大提高了生產(chǎn)效率，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度。加工中心的應(yīng)用范圍非常廣泛，在航空航天、汽車制造、模具制造等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。第八章金屬材料加工的質(zhì)量控制與檢測8.1加工質(zhì)量的影響因素金屬材料加工質(zhì)量的影響因素很多，主要包括加工設(shè)備、加工工藝、操作人員的技術(shù)水平、原材料的質(zhì)量等。加工設(shè)備的精度和功能直接影響到加工零件的精度和表面質(zhì)量。加工工藝的合理性和穩(wěn)定性也對加工質(zhì)量有著重要的影響。操作人員的技術(shù)水平和工作態(tài)度也會(huì)影響到加工質(zhì)量，如果操作人員操作不當(dāng)或責(zé)任心不強(qiáng)，就容易出現(xiàn)質(zhì)量問題。原材料的質(zhì)量也是影響加工質(zhì)量的一個(gè)重要因素，如果原材料存在缺陷或質(zhì)量問題，就會(huì)影響到加工零件的質(zhì)量。8.2質(zhì)量檢測方法為了保證金屬材料加工質(zhì)量，需要采用各種質(zhì)量檢測方法對加工零件進(jìn)行檢測。常用的質(zhì)量檢測方法有外觀檢測、尺寸檢測、無損檢測等。外觀檢測是通過肉眼觀察或借助放大鏡等工具對零件的外觀進(jìn)行檢查，主要檢查零件的表面是否有裂紋、劃傷、銹蝕等缺陷。尺寸檢測是使用量具對零件的尺寸進(jìn)行測量，主要檢查零件的尺寸是否符合設(shè)計(jì)要求。無損檢測是在不破