金屬材料加工技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用

金屬材料加工技術(shù)與工業(yè)應(yīng)用TOC\o"1-2"\h\u17011第一章金屬材料加工基礎(chǔ)知識(shí) 1215971.1金屬材料的分類 1252151.2金屬材料的功能 2184081.3金屬材料的預(yù)處理 25616第二章鑄造加工技術(shù) 2266282.1砂型鑄造 3226402.2特種鑄造 316803第三章鍛造加工技術(shù) 4192893.1自由鍛造 4164403.2模型鍛造 417865第四章焊接加工技術(shù) 4312274.1熔化焊 4313294.2壓力焊 57984第五章切削加工技術(shù) 520315.1車削加工 5114165.2銑削加工 6134715.3磨削加工 617014第六章熱處理技術(shù) 6203166.1普通熱處理 6196736.2表面熱處理 720871第七章表面處理技術(shù) 7202257.1電鍍 7274477.2涂裝 729464第八章金屬材料加工的工業(yè)應(yīng)用 8139778.1在機(jī)械制造中的應(yīng)用 8185898.2在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用 8294808.3在汽車工業(yè)中的應(yīng)用 8120798.4在電子行業(yè)中的應(yīng)用 9第一章金屬材料加工基礎(chǔ)知識(shí)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。從化學(xué)成分上看，金屬材料可以分為黑色金屬和有色金屬兩大類。黑色金屬主要包括鐵、鉻、錳以及它們的合金，如鋼、生鐵等。有色金屬則是指除黑色金屬以外的其他金屬，如銅、鋁、鋅、鎂、鈦等，這些金屬具有各自獨(dú)特的功能和用途。另外，根據(jù)金屬材料的用途，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、傳遞力和能量，如建筑結(jié)構(gòu)中的鋼材、機(jī)械零件中的鑄鐵等。功能材料則主要利用其特殊的物理、化學(xué)或生物學(xué)功能，實(shí)現(xiàn)某種特定的功能，如磁性材料、超導(dǎo)材料、生物醫(yī)用材料等。金屬材料的分類方法還有很多，不同的分類方法有助于我們更好地了解和應(yīng)用金屬材料。1.2金屬材料的功能金屬材料的功能是決定其使用范圍和加工方法的重要因素。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)功能是金屬材料在受力作用下所表現(xiàn)出的功能，包括強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性等。強(qiáng)度是指金屬材料抵抗外力破壞的能力，硬度是指金屬材料抵抗局部變形的能力，韌性是指金屬材料在斷裂前吸收能量的能力，塑性是指金屬材料在斷裂前發(fā)生塑性變形的能力。物理功能是指金屬材料的物理特性，如密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、磁性等。這些功能對(duì)于金屬材料在不同領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義，例如，導(dǎo)電性好的金屬材料常用于制造電線、電纜，導(dǎo)熱性好的金屬材料常用于制造散熱器?；瘜W(xué)功能是指金屬材料在化學(xué)作用下所表現(xiàn)出的功能，如耐腐蝕性、抗氧化性等?；瘜W(xué)功能對(duì)于金屬材料在惡劣環(huán)境下的使用，例如，在化工設(shè)備中，需要使用耐腐蝕性好的金屬材料。1.3金屬材料的預(yù)處理在進(jìn)行金屬材料加工之前，通常需要進(jìn)行預(yù)處理，以提高材料的加工功能和使用功能。金屬材料的預(yù)處理主要包括表面清理、除銹、脫脂、酸洗等。表面清理是去除金屬材料表面的污垢、灰塵、油污等雜質(zhì)，以保證后續(xù)加工的質(zhì)量。除銹是去除金屬材料表面的銹蝕物，防止銹蝕對(duì)材料功能的影響。脫脂是去除金屬材料表面的油脂，以提高材料的表面附著力。酸洗是用酸溶液去除金屬材料表面的氧化皮和銹蝕物，同時(shí)可以起到活化金屬表面的作用。金屬材料的預(yù)處理還包括預(yù)熱、預(yù)變形等工藝，這些工藝可以改善金屬材料的組織結(jié)構(gòu)，提高其加工功能和使用功能。第二章鑄造加工技術(shù)2.1砂型鑄造砂型鑄造是一種傳統(tǒng)的鑄造方法，也是應(yīng)用最廣泛的鑄造方法之一。它是以型砂為主要造型材料，制作鑄型，然后將熔融的金屬液澆入鑄型中，待金屬液冷卻凝固后，獲得鑄件的方法。砂型鑄造的工藝流程包括模樣制作、型砂制備、造型、合型、熔煉金屬、澆注、落砂、清理等環(huán)節(jié)。在模樣制作中，需要根據(jù)零件的形狀和尺寸制作出模樣，模樣的質(zhì)量直接影響到鑄件的精度和表面質(zhì)量。型砂制備是將原砂、粘結(jié)劑、附加物等按一定比例混合，制成具有一定強(qiáng)度和透氣性的型砂。造型是將型砂填入砂箱中，制成鑄型的過程，造型的方法有手工造型和機(jī)器造型兩種。合型是將鑄型的上型和下型合在一起，并在鑄型中安放型芯等。熔煉金屬是將金屬材料加熱至熔融狀態(tài)，使其具有良好的流動(dòng)性。澆注是將熔融的金屬液澆入鑄型中，澆注時(shí)需要控制好澆注溫度和澆注速度，以保證鑄件的質(zhì)量。落砂是將鑄件從鑄型中取出，清理是去除鑄件表面的型砂和飛邊等雜物。砂型鑄造的優(yōu)點(diǎn)是成本低，工藝簡單，能夠生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的鑄件。缺點(diǎn)是鑄件的精度和表面質(zhì)量較低，生產(chǎn)效率不高。2.2特種鑄造特種鑄造是指與砂型鑄造不同的其他鑄造方法，包括熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等。這些鑄造方法各有特點(diǎn)，適用于不同的生產(chǎn)需求。熔模鑄造又稱失蠟鑄造，是一種精密鑄造方法。它是先用易熔材料制成模樣，然后在模樣表面涂上耐火材料，制成型殼，將模樣熔化后，從型殼中取出，再將熔融的金屬液澆入型殼中，待金屬液冷卻凝固后，獲得鑄件。熔模鑄造的優(yōu)點(diǎn)是鑄件的精度高，表面質(zhì)量好，能夠生產(chǎn)出形狀復(fù)雜的鑄件。缺點(diǎn)是工藝復(fù)雜，成本高，生產(chǎn)周期長。金屬型鑄造是將熔融的金屬液澆入金屬鑄型中，獲得鑄件的方法。金屬型鑄造的優(yōu)點(diǎn)是鑄件的精度高，表面質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高。缺點(diǎn)是金屬型的制造成本高，不適合生產(chǎn)形狀復(fù)雜的鑄件。壓力鑄造是將熔融的金屬液在高壓下高速充型，并在壓力下凝固，獲得鑄件的方法。壓力鑄造的優(yōu)點(diǎn)是鑄件的精度高，表面質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，能夠生產(chǎn)出薄壁鑄件。缺點(diǎn)是設(shè)備投資大，壓鑄型的使用壽命短。離心鑄造是將熔融的金屬液澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力的作用下，金屬液充滿鑄型，并凝固成鑄件的方法。離心鑄造的優(yōu)點(diǎn)是鑄件的組織致密，力學(xué)功能好，能夠生產(chǎn)出空心旋轉(zhuǎn)體鑄件。缺點(diǎn)是生產(chǎn)過程中需要專用的設(shè)備，且鑄件的內(nèi)表面質(zhì)量較差。第三章鍛造加工技術(shù)3.1自由鍛造自由鍛造是利用沖擊力或壓力使金屬在上下砧塊之間產(chǎn)生塑性變形，從而獲得所需形狀和尺寸的鍛件的加工方法。自由鍛造的設(shè)備主要有空氣錘、蒸汽錘和水壓機(jī)等。在自由鍛造過程中，金屬坯料在砧塊的作用下逐漸變形。根據(jù)鍛造工序的不同，自由鍛造可分為基本工序、輔助工序和修整工序。基本工序包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲和扭轉(zhuǎn)等，用于改變坯料的形狀和尺寸；輔助工序如壓鉗口、切肩等，是為了方便基本工序的操作；修整工序則是用于提高鍛件的表面質(zhì)量和尺寸精度。自由鍛造的優(yōu)點(diǎn)是靈活性大，可生產(chǎn)各種形狀和尺寸的鍛件，尤其是大型鍛件。但其缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，鍛件的精度和表面質(zhì)量相對(duì)較低。3.2模型鍛造模型鍛造是在專用的模鍛設(shè)備上，利用模具使金屬坯料在模膛內(nèi)受壓產(chǎn)生塑性變形，從而獲得與模膛形狀一致的鍛件的加工方法。模鍛按使用的設(shè)備不同，可分為錘上模鍛、壓力機(jī)上模鍛和胎模鍛等。模型鍛造的工藝流程包括下料、加熱、制坯、模鍛、切邊、沖孔和校正等環(huán)節(jié)。在模鍛過程中，金屬坯料在模具的作用下，經(jīng)過多次變形，逐步充滿模膛，從而獲得形狀復(fù)雜、尺寸精度高的鍛件。與自由鍛造相比，模型鍛造的生產(chǎn)效率高，鍛件的精度和表面質(zhì)量好，但模具成本高，適用于中、小型鍛件的批量生產(chǎn)。第四章焊接加工技術(shù)4.1熔化焊熔化焊是將焊件接頭加熱至熔化狀態(tài)，不加壓力完成焊接的方法。常見的熔化焊方法有電弧焊、氣焊、電渣焊等。電弧焊是利用電弧產(chǎn)生的熱量來熔化焊件和焊條，實(shí)現(xiàn)焊接的方法。根據(jù)焊接電源的不同，電弧焊可分為直流電弧焊和交流電弧焊。直流電弧焊的電弧穩(wěn)定，焊接質(zhì)量好，但設(shè)備成本高；交流電弧焊的設(shè)備簡單，成本低，但電弧穩(wěn)定性較差。電弧焊廣泛應(yīng)用于鋼結(jié)構(gòu)、壓力容器、船舶等領(lǐng)域的焊接。氣焊是利用可燃?xì)怏w與氧氣混合燃燒產(chǎn)生的火焰來熔化焊件和焊絲，實(shí)現(xiàn)焊接的方法。氣焊的火焰溫度較低，適用于焊接薄鋼板、有色金屬等材料。但氣焊的生產(chǎn)效率低，焊接質(zhì)量受操作人員技術(shù)水平的影響較大。電渣焊是利用電流通過熔渣產(chǎn)生的電阻熱將焊件接頭熔化，實(shí)現(xiàn)焊接的方法。電渣焊適用于焊接厚板和大截面焊件，但其焊接接頭的質(zhì)量不如電弧焊。4.2壓力焊壓力焊是在焊接過程中，對(duì)焊件施加壓力，使焊件在固態(tài)下實(shí)現(xiàn)原子間結(jié)合的焊接方法。常見的壓力焊方法有電阻焊、摩擦焊、擴(kuò)散焊等。電阻焊是利用電流通過焊件接頭時(shí)產(chǎn)生的電阻熱，將焊件加熱至塑性狀態(tài)，然后在壓力作用下實(shí)現(xiàn)焊接的方法。電阻焊分為點(diǎn)焊、縫焊和對(duì)焊三種形式，廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天等領(lǐng)域的薄板焊接。摩擦焊是利用焊件接觸面之間的摩擦熱，使焊件達(dá)到塑性狀態(tài)，然后在壓力作用下實(shí)現(xiàn)焊接的方法。摩擦焊的焊接質(zhì)量好，生產(chǎn)效率高，適用于同種金屬和異種金屬的焊接。擴(kuò)散焊是在高溫和壓力的作用下，使焊件接觸面之間的原子相互擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)焊接的方法。擴(kuò)散焊的焊接接頭質(zhì)量高，適用于焊接高溫合金、鈦合金等高功能材料。第五章切削加工技術(shù)5.1車削加工車削加工是在車床上利用車刀對(duì)工件進(jìn)行旋轉(zhuǎn)切削，使其達(dá)到所需的形狀、尺寸和表面質(zhì)量的加工方法。車削加工的主要運(yùn)動(dòng)是工件的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和車刀的直線運(yùn)動(dòng)。車削加工可以加工各種回轉(zhuǎn)體表面，如外圓柱面、內(nèi)圓柱面、圓錐面、球面、螺紋等。在車削加工中，根據(jù)工件的形狀和加工要求，選擇合適的車刀和切削參數(shù)是保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。車削加工的精度一般可達(dá)IT8IT7，表面粗糙度Ra值可達(dá)1.60.8μm。車削加工具有適應(yīng)性強(qiáng)、生產(chǎn)效率高、加工精度高等優(yōu)點(diǎn)，是機(jī)械加工中最常用的加工方法之一。5.2銑削加工銑削加工是在銑床上利用銑刀的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和工件的直線或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件進(jìn)行切削加工的方法。銑削加工可以加工平面、臺(tái)階、溝槽、成形表面等。銑刀的種類繁多，根據(jù)銑刀的結(jié)構(gòu)和用途不同，可分為圓柱銑刀、立銑刀、三面刃銑刀、角度銑刀、鋸片銑刀等。在銑削加工中，選擇合適的銑刀和切削參數(shù)，以及合理的裝夾方式，對(duì)于保證加工質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率具有重要意義。銑削加工的精度一般可達(dá)IT8IT7，表面粗糙度Ra值可達(dá)1.60.8μm。銑削加工具有生產(chǎn)效率高、加工范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械加工中得到了廣泛的應(yīng)用。5.3磨削加工磨削加工是在磨床上利用磨具（如砂輪）對(duì)工件進(jìn)行切削加工的方法。磨削加工可以加工各種表面，如外圓面、內(nèi)圓面、平面、圓錐面、螺紋、齒輪等。磨削加工的精度高，一般可達(dá)IT6IT5，表面粗糙度Ra值可達(dá)0.80.2μm。磨削加工時(shí)，砂輪的高速旋轉(zhuǎn)和工件的低速旋轉(zhuǎn)或直線運(yùn)動(dòng)，使砂輪上的磨粒對(duì)工件表面進(jìn)行切削、刻劃和滑擦，從而去除工件表面的多余材料，達(dá)到所需的形狀、尺寸和表面質(zhì)量。磨削加工是一種精密加工方法，但磨削過程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，需要進(jìn)行有效的冷卻和潤滑，以防止工件燒傷和砂輪磨損。第六章熱處理技術(shù)6.1普通熱處理普通熱處理包括退火、正火、淬火和回火四種基本工藝。退火是將鋼件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時(shí)間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火的目的是降低鋼的硬度，提高塑性，改善切削加工功能；消除殘余應(yīng)力，防止工件變形和開裂；細(xì)化晶粒，改善組織，為后續(xù)熱處理做好組織準(zhǔn)備。正火是將鋼件加熱到Ac3或Accm以上3050℃，保溫一定時(shí)間后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的目的與退火相似，但正火的冷卻速度較快，得到的組織比退火細(xì)，強(qiáng)度和硬度也比退火高。淬火是將鋼件加熱到Ac3或Ac1以上3050℃，保溫一定時(shí)間后，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，但淬火后鋼的脆性增加，需要進(jìn)行回火處理?；鼗鹗菍⒋慊鸷蟮匿摷訜岬紸c1以下的某一溫度，保溫一定時(shí)間后，冷卻到室溫的熱處理工藝。回火的目的是消除淬火產(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。6.2表面熱處理表面熱處理是只對(duì)工件表面進(jìn)行加熱、冷卻，改變其表層組織和功能的熱處理工藝。表面熱處理包括表面淬火和化學(xué)熱處理。表面淬火是通過快速加熱工件表面，使其達(dá)到淬火溫度，然后迅速冷卻，使表面獲得馬氏體組織，而心部仍保持原始組織的熱處理工藝。表面淬火可以提高工件表面的硬度和耐磨性，而心部仍具有良好的韌性。化學(xué)熱處理是將工件置于一定的活性介質(zhì)中加熱、保溫，使介質(zhì)中的某些元素滲入工件表層，從而改變工件表層的化學(xué)成分、組織和功能的熱處理工藝。化學(xué)熱處理包括滲碳、滲氮、碳氮共滲等?；瘜W(xué)熱處理可以提高工件表面的硬度、耐磨性、耐腐蝕性和疲勞強(qiáng)度等功能。第七章表面處理技術(shù)7.1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。電鍍的目的是在金屬表面形成一層防護(hù)性、裝飾性或功能性的鍍層，以提高金屬的耐腐蝕性、耐磨性、導(dǎo)電性、反光性等功能。電鍍的基本過程包括鍍前處理、電鍍和鍍后處理。鍍前處理是對(duì)工件表面進(jìn)行清洗、除油、除銹等處理，以保證鍍層與基體的結(jié)合力。電鍍是將工件作為陰極，鍍層金屬作為陽極，在含有鍍層金屬離子的電解液中進(jìn)行電解，使鍍層金屬離子在陰極上沉積形成鍍層。鍍后處理是對(duì)鍍層進(jìn)行清洗、烘干、拋光等處理，以提高鍍層的質(zhì)量和功能。電鍍的種類很多，根據(jù)鍍層金屬的不同，可分為鍍鋅、鍍銅、鍍鎳、鍍鉻等；根據(jù)電鍍液的性質(zhì)不同，可分為酸性電鍍、堿性電鍍和中性電鍍等。7.2涂裝涂裝是將涂料涂覆在物體表面，形成一層具有保護(hù)、裝飾或特殊功能的涂層的工藝過程。涂裝的目的是保護(hù)物體表面不受腐蝕、磨損和劃傷，同時(shí)賦予物體美觀的外觀和特定的功能。涂裝的工藝流程包括表面預(yù)處理、涂裝和干燥固化。表面預(yù)處理是對(duì)物體表面進(jìn)行清洗、除油、除銹、磷化等處理，以提高涂層的附著力和耐久性。涂裝是將涂料通過噴涂、刷涂、浸涂等方法涂覆在物體表面上。干燥固化是使涂料中的溶劑揮發(fā)或涂料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成堅(jiān)固的涂層。涂裝的涂料種類繁多，根據(jù)涂料的成膜物質(zhì)不同，可分為油性涂料、水性涂料和粉末涂料等；根據(jù)涂料的功能不同，可分為防腐涂料、裝飾涂料和特種涂料等。第八章金屬材料加工的工業(yè)應(yīng)用8.1在機(jī)械制造中的應(yīng)用金屬材料在機(jī)械制造中有著廣泛的應(yīng)用。在各類機(jī)械設(shè)備中，如機(jī)床、起重機(jī)、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)等，都大量使用了金屬材料。通過鑄造、鍛造、焊接、切削加工等工藝，將金屬材料加工成各種形狀和尺寸的零件，然后組裝成機(jī)械設(shè)備。例如，在機(jī)床制造中，床身、立柱等部件通常采用鑄造工藝制造，以獲得復(fù)雜的形狀和較好的減震功能；齒輪、軸等零件則通常采用鍛造工藝制造，以提高其強(qiáng)度和韌性；一些薄壁零件如箱體等，則可以采用焊接工藝制造，以提高生產(chǎn)效率和降低成本；而對(duì)于精度要求較高的零件，如絲杠、導(dǎo)軌等，則需要采用切削加工工藝進(jìn)行制造，以保證其精度和表面質(zhì)量。8.2在航空航天領(lǐng)域的應(yīng)用航空航天領(lǐng)域?qū)Σ牧系墓δ芤髽O高，金屬材料在該領(lǐng)域中發(fā)揮著重