金屬材料加工技術與裝備制造TOC\o"1-2"\h\u28987第一章金屬材料加工基礎知識 1311421.1金屬材料的分類 1287051.2金屬材料的功能 2285251.3金屬材料的預處理 221379第二章鑄造技術 288982.1砂型鑄造 277242.2特種鑄造 27530第三章鍛造技術 311313.1自由鍛造 3137373.2模型鍛造 329148第四章焊接技術 313894.1熔焊 326734.2壓焊 313231第五章切削加工技術 4268225.1車削加工 4271365.2銑削加工 411265第六章熱處理技術 4244176.1普通熱處理 4147996.2表面熱處理 527335第七章裝備制造基礎 5320697.1裝備制造工藝基礎 5253577.2裝備制造的材料選擇 529087第八章先進制造技術與裝備 6325398.1數控加工技術 6628.2增材制造技術 6第一章金屬材料加工基礎知識1.1金屬材料的分類金屬材料的種類繁多，按照不同的標準可以進行多種分類。從化學成分上看，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。鋼又可以根據碳含量的不同分為低碳鋼、中碳鋼和高碳鋼。有色金屬則是指除黑色金屬以外的其他金屬，如銅、鋁、鋅、鎂等，這些金屬具有各自獨特的功能和用途。另外，金屬材料還可以按照用途進行分類，分為結構材料和功能材料。結構材料主要用于承受載荷，如建筑結構、機械零件等；功能材料則主要用于實現某種特殊功能，如磁性材料、超導材料等。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。金屬材料的功能主要包括力學功能、物理功能和化學功能。力學功能是指金屬材料在受力作用下所表現出的功能，如強度、硬度、韌性、塑性等。強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、導熱性、導電性等。化學功能是指金屬材料在化學作用下所表現出的功能，如耐腐蝕性、抗氧化性等。1.3金屬材料的預處理在進行金屬材料加工之前，通常需要對金屬材料進行預處理，以提高加工質量和效率。金屬材料的預處理主要包括表面清理和預熱處理。表面清理的目的是去除金屬材料表面的油污、鐵銹、氧化皮等雜質，以保證后續加工的質量。表面清理的方法主要有機械清理、化學清理和電化學清理等。預熱處理的目的是改善金屬材料的加工功能，減少加工過程中的變形和裂紋。預熱處理的方法主要有退火、正火和淬火等。第二章鑄造技術2.1砂型鑄造砂型鑄造是一種傳統的鑄造方法，也是目前應用最廣泛的鑄造方法之一。砂型鑄造的基本過程是：根據零件的形狀和尺寸制作模具；將型砂填入模具中，制成砂型；將熔融的金屬液澆入砂型中，待金屬液冷卻凝固后，取出鑄件。砂型鑄造的優點是成本低、工藝簡單、適應性強，可以生產各種形狀和尺寸的鑄件。但是砂型鑄造的鑄件精度較低，表面質量較差，需要進行后續的加工處理。2.2特種鑄造特種鑄造是指除砂型鑄造以外的其他鑄造方法，如熔模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造等。這些鑄造方法各有特點，可以滿足不同的生產需求。熔模鑄造是一種精密鑄造方法，它可以生產出形狀復雜、精度高的鑄件。金屬型鑄造的鑄件精度和表面質量都比較高，但是成本較高。壓力鑄造可以生產出薄壁、形狀復雜的鑄件，生產效率高，但是設備投資大。離心鑄造適用于生產管狀、環形等軸對稱的鑄件，鑄件的組織致密，力學功能好。第三章鍛造技術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。自由鍛造的基本工序包括鐓粗、拔長、沖孔、彎曲、扭轉等。鐓粗是使坯料高度減小、橫截面積增大的鍛造工序；拔長是使坯料橫截面積減小、長度增加的鍛造工序；沖孔是在坯料上沖出通孔或盲孔的鍛造工序；彎曲是使坯料彎曲成一定角度或形狀的鍛造工序；扭轉是使坯料的一部分相對于另一部分旋轉一定角度的鍛造工序。自由鍛造的優點是工藝靈活性大，工具簡單，通用性強，適合單件小批量生產。3.2模型鍛造模型鍛造是在專用的模鍛設備上，利用模具使金屬坯料在模膛內受壓產生塑性變形，從而獲得鍛件的加工方法。模型鍛造根據設備的不同，可以分為錘上模鍛、壓力機上模鍛和胎模鍛等。模型鍛造的優點是生產效率高，鍛件精度高，表面質量好，材料利用率高。但是模型鍛造的模具成本高，只適合大批量生產。第四章焊接技術4.1熔焊熔焊是將焊件接頭加熱至熔化狀態，不加壓力完成焊接的方法。常見的熔焊方法有電弧焊、氣焊、電渣焊等。電弧焊是利用電弧產生的熱量來熔化焊件和焊條，形成焊縫的焊接方法。電弧焊設備簡單，操作方便，應用廣泛。氣焊是利用可燃氣體與助燃氣體混合燃燒產生的火焰來加熱焊件和填充金屬，實現焊接的方法。氣焊火焰溫度較低，適用于薄板和小型焊件的焊接。電渣焊是利用電流通過熔渣產生的電阻熱將焊件接頭熔化，然后冷卻結晶形成焊縫的焊接方法。電渣焊適用于大厚度焊件的焊接。4.2壓焊壓焊是在焊接過程中，必須對焊件施加壓力（加熱或不加熱），以完成焊接的方法。常見的壓焊方法有電阻焊、摩擦焊、擴散焊等。電阻焊是利用電流通過焊件接頭的接觸面及鄰近區域產生的電阻熱，將焊件加熱至塑性狀態或局部熔化狀態，然后施加壓力實現焊接的方法。電阻焊生產率高，焊接質量好，適用于大批量生產。摩擦焊是利用焊件接觸面之間的相對摩擦運動和塑性流動所產生的熱量，使接觸面及其附近區域達到熱塑性狀態，然后迅速頂鍛而完成焊接的方法。摩擦焊焊接質量高，能焊接異種金屬，適用于圓形截面的焊件。擴散焊是在高溫和壓力的作用下，使焊件接觸面的原子相互擴散，形成牢固的接頭的焊接方法。擴散焊接頭質量高，適用于高溫、高壓工作條件下的焊件。第五章切削加工技術5.1車削加工車削加工是在車床上利用工件的旋轉運動和刀具的直線運動來改變毛坯的形狀和尺寸，將其加工成符合要求的零件的一種切削加工方法。車削加工的主要內容包括車外圓、車端面、車圓錐面、車螺紋、車成形面等。車外圓是車削加工中最基本的操作，通過調整刀具的位置和切削參數，可以車削出不同直徑的外圓表面。車端面是用于加工工件的端面，使其達到規定的尺寸和表面粗糙度要求。車圓錐面可以通過轉動小滑板、偏移尾座或使用靠模等方法來實現。車螺紋是利用螺紋車刀在工件上加工出螺紋的過程，根據螺紋的類型和精度要求，選擇合適的螺紋車刀和切削參數。車成形面則是根據零件的形狀要求，使用成形刀具或靠模裝置來加工出各種復雜的成形表面。5.2銑削加工銑削加工是在銑床上利用銑刀的旋轉運動和工件的直線或旋轉運動來加工工件的一種切削加工方法。銑削加工的范圍很廣，可以加工平面、臺階、溝槽、成形面等。銑平面是銑削加工中最常見的操作，根據工件的形狀和尺寸，可以選擇不同類型的銑刀和銑削方式。銑臺階和溝槽時，需要根據臺階和溝槽的尺寸和形狀選擇合適的銑刀，并合理安排切削參數。銑成形面時，可以使用成形銑刀或通過數控編程來實現復雜形狀的加工。銑削加工還可以進行鉆孔、鏜孔等操作，進一步擴大了其加工范圍。第六章熱處理技術6.1普通熱處理普通熱處理包括退火、正火、淬火和回火。退火是將鋼加熱到適當溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻的熱處理工藝。退火的目的是降低鋼的硬度，改善切削加工功能，消除殘余應力，為后續的熱處理做好組織準備。正火是將鋼加熱到奧氏體化溫度后，在空氣中冷卻的熱處理工藝。正火的作用與退火相似，但冷卻速度較快，得到的組織比退火的組織細，強度和硬度也較高。淬火是將鋼加熱到奧氏體化溫度后，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，需要進行回火處理。回火是將淬火后的鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間，然后冷卻的熱處理工藝。回火的目的是消除淬火產生的內應力，降低脆性，調整鋼的功能。6.2表面熱處理表面熱處理是只對工件表面進行加熱、冷卻而改變其表面功能的熱處理工藝。表面熱處理主要包括表面淬火和化學熱處理。表面淬火是通過快速加熱工件表面，使其達到淬火溫度，然后迅速冷卻，使表面獲得高硬度的馬氏體組織，而心部仍保持原來的組織狀態。表面淬火可以提高工件的表面硬度和耐磨性，同時保持心部的韌性。化學熱處理是將工件置于一定的活性介質中加熱、保溫，使介質中的某些元素滲入工件表層，從而改變工件表層的化學成分和組織，以獲得所需功能的熱處理工藝。化學熱處理包括滲碳、滲氮、碳氮共滲等，這些方法可以提高工件的表面硬度、耐磨性、耐腐蝕性等功能。第七章裝備制造基礎7.1裝備制造工藝基礎裝備制造工藝是指將原材料或半成品加工成產品的過程和方法。裝備制造工藝包括鑄造、鍛造、焊接、切削加工、熱處理等多種工藝方法。這些工藝方法相互配合，共同完成裝備的制造。在裝備制造過程中，需要根據產品的要求和特點，選擇合適的工藝方法和工藝參數，以保證產品的質量和功能。同時還需要不斷改進和優化工藝過程，提高生產效率，降低成本。裝備制造工藝的發展趨勢是向高精度、高效率、自動化、智能化方向發展。7.2裝備制造的材料選擇裝備制造的材料選擇是非常重要的，它直接影響到裝備的質量、功能和成本。在選擇材料時，需要考慮材料的力學功能、物理功能、化學功能、工藝功能等因素。同時還需要考慮材料的供應情況、價格、環保等因素。對于不同的裝備和零部件，需要選擇不同的材料。例如，對于承受重載的零部件，需要選擇強度高、韌性好的材料；對于耐腐蝕的零部件，需要選擇耐腐蝕功能好的材料；對于需要輕量化的裝備，需要選擇密度小、強度高的材料。在實際生產中，需要根據具體情況進行綜合考慮，選擇最合適的材料。第八章先進制造技術與裝備8.1數控加工技術數控加工技術是一種利用數字化信息對機床運動及加工過程進行控制的方法。它是現代制造業的重要組成部分，具有高精度、高效率、高自動化程度等優點。數控加工技術的核心是數控系統，它通過計算機數字控制裝置對機床的運動和加工過程進行精確控制。數控加工技術可以實現復雜形狀零件的加工，提高加工精度和表面質量，縮短生產周期，降低生產成本。在數控加工中，編程是關鍵環節，編程人員需要根據零件的圖紙和工藝要求，編寫加工程序，將其輸入到數控系統中，