机械加工常识课件.pptx
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1、第一章金属材料的力学性能及常用材料1.合金结构钢(1)低合金结构钢(2)机械制造用钢第三节 合金钢2.合金工具钢(1)合金刃具钢(2)合金模具钢 1)冷作模具钢是用于制造使金属在冷态下变形的模具,如冷冲模、冷挤压模、拉丝模等。2)热作模具钢用来制造使金属在高温下成形的模具,如热锻模、热挤压模和压铸模等。3)合金量具钢。第三节 合金钢1)低合金刃具钢是在碳素工具钢的基础上加入少量合金元素的钢。2)高速钢高速钢是一种具有高热硬性、高耐磨性的高合金工具钢。2)高速钢高速钢是一种具有高热硬性、高耐磨性的高合金工具钢。图1-12W18Cr4V高速钢的热处理工艺曲线第四节铸铁根据碳存在形式不同:(1)白口
2、铸铁碳主要以渗碳体形式存在,其断口呈银白色,故称为白口铸铁。(2)灰铸铁碳主要以片状石墨形式存在,其断口呈暗灰色,故称为灰铸铁,它是应用最广泛的一种铸铁。(3)麻口铸铁碳大部分以渗碳体形式存在,少部分以石墨形式存在,断口呈灰白相间成麻点,故称为麻口铸铁。第四节铸铁根据铸铁中石墨形态不同:(1)普通灰铸铁石墨以片状存在于铸铁中。(2)可锻铸铁石墨以团絮状存在于铸铁中。(3)球墨铸铁石墨以球状存在于铸铁中。(4)蠕墨铸铁石墨以蠕虫状存在于铸铁中。一、铸铁的石墨化(1)成分的影响铸铁中的各种元素,按其对石墨化的作用,可以分为两大类:一类是促进石墨化元素,如碳、硅、铝、铜、镍等,其中碳和硅是强烈促进石
3、墨化元素;另一类是阻碍石墨化的元素,如铬、钨、钼、钒、硫、锰等。(2)冷却速度的影响在同一成分的铸铁件中,其表面和薄壁部分常容易出现白口组织,而内部和厚壁部分则易得到灰口组织。第四节铸铁二、灰铸铁1.灰铸铁的组织与性能2.灰铸铁的孕育处理3.灰铸铁的牌号及用途4.灰铸铁的热处理第四节铸铁1.灰铸铁的组织与性能图1-13灰铸铁的显微组织图a)铁素体灰铸铁b)铁素体珠光体灰铸铁c)珠光体灰铸铁第四节铸铁2.灰铸铁的孕育处理第四节铸铁 所谓孕育处理就是把孕育剂投入到1400C以上的铁水中,搅拌后进行浇注,使铁水内产生大量均匀分布的晶核,使石墨片及基体组织细化。3.灰铸铁的牌号及用途表1-9灰铸铁的牌
4、号和应用第四节铸铁4.灰铸铁的热处理(1)去应力退火由于铸件形状复杂,壁厚不均匀,在铸件冷却过程中,铸件各个部位冷却速度不一致会产生较大的内应力。(2)表面淬火有些铸件如机床导轨、缸体内壁,因要求较高的表面硬度和耐磨性,要进行表面淬火处理。(3)消除铸件白口、降低硬度的退火铸件上的薄壁处或表层,由于冷却速度快,常出现白口组织,给切削加工带来困难,需要高温退火(石墨化退火)来降低其硬度。第四节铸铁1.可锻铸铁的组织与性能图1-14可锻铸铁的显微组织a)铁素体可锻铸铁b)珠光体可锻铸铁第四节铸铁三、可锻铸铁(韧铁、马铁)四、球墨铸铁1.球墨铸铁的生产2.球墨铸铁的组织与性能3.球墨铸铁的牌号及用途
5、4.球墨铸铁的热处理第四节铸铁2.球墨铸铁的组织与性能图1-15球墨铸铁的显微组织a)铁素体球墨铸铁b)铁素体珠光体球墨铸铁c)珠光体球墨铸铁第四节铸铁3.球墨铸铁的牌号第四节铸铁表1-10球墨铸铁的牌号、力学性能和用途4.球墨铸铁的热处理(1)退火退火的目的是获得铁素体基体的球墨铸铁,以提高球墨铸铁的塑性和韧性,改善切削加工性能,消除内应力。(2)正火正火的目的是获得珠光体基体的球墨铸铁,从而提高其强度和耐磨性。(3)调质调质的目的是获得回火索氏体基体的球墨铸铁,从而获得良好的综合力学性能。(4)等温淬火等温淬火的目的是获得下贝氏体基体的球墨铸铁,从而获得高强度、高硬度和高韧性的综合性能。第
6、四节铸铁第五节新材料简介一、工程塑料二、陶瓷材料三、复合材料1.塑料的组成及分类第五节新材料简介一、工程塑料(1)塑料的组成塑料是一种高分子物质合成材料,它以天然或合成树脂为基础,再加入添加剂制成。1)树脂是塑料的主要成分,用以粘接塑料中的其他成分,并使其具有成形性能。2)添加剂是在塑料中掺入的一些其他物质,以改善塑料的性能,如增塑剂、稳定剂、填充剂、固化剂、染料等。1.塑料的组成及分类第五节新材料简介一、工程塑料(3)塑料的成形加工各种塑料都必须经过成形加工,才能得到具有一定形状、尺寸和使用性能的制品。二、陶瓷材料1.陶瓷材料的分类2.陶瓷制品的成形3.陶瓷的性能第五节新材料简介1.陶瓷材料
7、的分类1)普通陶瓷又称为传统陶瓷,它是以天然的硅酸盐矿物为原料,经粉碎、成形和烧结而制成,主要用于日用和建筑陶瓷。2)特种陶瓷是采用人工合成材料(如氧化物、氮化物、硅化物、碳化物和硼化物)经过粉碎、成形和烧结而制成陶瓷,主要用于化工、冶金、机械和电子等行业。第五节新材料简介二、陶瓷材料2.陶瓷制品的成形(1)原料制备按一定配比配料,要精选原料,除去杂质。(2)成形陶瓷制品的成形有可塑形、压制成形和注浆成形三种方法。(3)烧结没有烧结的陶瓷坯料是许多固体颗粒的堆积。第五节新材料简介二、陶瓷材料第五节新材料简介三、复合材料1.复合材料的概念和性能特点2.复合材料的种类(1)纤维增强复合材料这类复合
8、材料以玻璃纤维、碳纤维、硼纤维等陶瓷材料作复合材料的增强剂,用塑料、树脂、橡胶和金属等材料复合而成,如橡胶轮胎、玻璃钢、纤维增强陶瓷等。(2)层叠复合材料这是为了克服复合材料在高度上性能的方向性而发展起来的复合材料。(3)细粒复合材料如硬质合金就是由WCCo或WCTiCCo等组成的细粒复合材料。第五节新材料简介三、复合材料3.常用的复合材料简介(1)玻璃纤维树脂复合材料以玻璃纤维为增强剂,以热塑性树脂为粘结剂的复合材料称为玻璃复合,俗称为玻璃钢。(2)碳纤维树脂复合材料碳纤维通常和环氧树脂、酚醛树脂和聚四氟乙稀等组成复合材料,它既具有玻璃钢的优点,还具有优良的耐磨、减摩及自润滑性、耐蚀性和耐热
9、性。1.何谓金属的力学性能?金属的力学性能包括哪些?2.何谓应力?应力越大表示金属材料抵抗变形能力越大,这种说法对吗?为什么?3.何谓强度和塑性?衡量这两种性能的指标有哪些?各用什么符号表示?4.何谓硬度?常用的硬度试验法有哪三种?各用什么符号表示?5.有五种材料,它们的硬度分别为478HV、81HRB、79HRA、65HRC和474HBW。试比较这五种材料的硬度高低。6.何谓冲击韧度?其值用什么符号表示?大能量一次冲击和小能量多次冲击的冲击抗力各取决于什么?7.何谓疲劳极限?当应力为对称循环应力时,疲劳极限用什么符号表示?思考与练习题8.碳素钢中有哪些主要杂质?它们对钢的性能有什么影响?9.
10、说明下列材料牌号的含义:T10A、Q235A、45、65Mn、ZG200-400、08F10.45钢、T12A钢按含碳量(质量分数)、按硫、磷含量(质量分数)和按用途划分各属于哪一类钢?11.碳素工具钢的含碳量不同,对其性能有什么影响?如何选用?12.何谓热硬性?碳素工具钢、低合金刃具钢和高速钢三者相比较,哪类钢的热硬性最好?哪类钢的热硬性差?13.高速钢的主要特性是什么?它的成分和热处理有什么特点?思考与练习题14.合金结构钢按其用途和热处理特点可分为哪几种?试述它们的含量及主要用途。15.指出下列合金钢的类别、用途及热处理特点:60Si2Mn、GCr15、W18Cr4V、CrWMn、5Cr
11、NiMo、Cr12MoV、40Cr。16.何谓铸铁?根据碳在铸铁中的存在形式不同,铸铁可分为哪几类?根据石墨形态不同,铸铁又可以分为哪几类?17.何谓石墨化?影响石墨化的主要因素有哪些?18.为什么在同一铸件中,往往薄壁部分和表面要比壁厚部分和心部硬度高?思考与练习题19.试述灰铸铁,可锻铸铁,球墨铸铁的牌号表示方法,并举例说明其用途。20.什么是工程塑料?它有哪些性能及应用?21.什么是陶瓷?它的主要类型有哪些?22.说明布氏、洛氏硬度的试验原理。23.碳钢的质量好坏主要依据什么标准确定?24.根据高速钢的热处理特点、说明合金元素对高速钢性能的影响。25.可锻铸铁是如何生产的?可锻铸铁可以锻
12、造吗?26.试指出下列铸铁应采用的铸铁种类和热处理方式,并说明原因。思考与练习题第二章钢的热处理第一节热处理的概念第二节钢的退火和正火第三节钢 的 淬 火第四节钢 的 回 火第一节热处理的概念一、热处理定义二、热处理的作用三、热处理分类图2-1热处理工艺曲线第一节热处理的概念四、铁碳合金相图在热处理中的应用第一节热处理的概念1.铁碳合金相图的组成图2-2Fe-FC相图的组成1.铁碳合金相图的组成图2-3Fe-FC相图第一节热处理的概念1.铁碳合金相图的组成图2-4简化后的Fe-FC相图第一节热处理的概念2.铁碳合金相图的点、线的含义(1)图中主要特性点及其意义(2)图中主要特性线及意义第一节热
13、处理的概念3.铁碳合金相图中的临界点及热处理工艺的关系图2-5钢在加热和冷却时的临界温度第一节热处理的概念第二节钢的退火和正火主要目的1)降低钢的硬度,有利于切削加工。2)消除钢中残余应力,以稳定钢件尺寸并防止其变形和开裂。3)细化晶粒、改善组织,以提高钢的力学性能,为最终热处理作好准备。一、退火1.完全退火2.球化退火3.去应力退火(低温退火)第二节钢的退火和正火图2-6球状珠光体第二节钢的退火和正火二、正火主要应用范围1)改善低碳钢和低碳合金钢的切削加工性。2)正火可作为普通结构零件的最终处理,因为正火可消除铸造或锻造中产生的过热缺陷,细化组织,满足普通结构零件的使用性能。3)消除过共析钢
14、中的网状渗碳体,改善钢的力学性能,并为球化退火作好组织准备。4)代替中碳钢和低碳合金结构钢的退火,改善它们的组织结构和切削加工性能。第二节钢的退火和正火二、正火第二节钢的退火和正火表2-145钢正火与调质力学性能比较第三节钢 的 淬 火一、淬火及淬火目的二、淬火工艺三、钢的淬透性和淬硬性二、淬火工艺1.淬火加热温度的选择2.淬火冷却介质3.淬火方法4.等温淬火法第三节钢 的 淬 火1.淬火加热温度的选择图2-7碳钢淬火加热温度范围第三节钢 的 淬 火2.淬火冷却介质(1)理想的淬火冷却速度根据碳钢的等温转变图可知,为了抑制非马氏体转变,在C曲线“鼻尖”附近(650550)需要快冷,使奥氏体不发
15、生珠光体转变。图2-8钢的理想淬火冷却速度第三节钢 的 淬 火2.淬火冷却介质(2)常用淬火冷却介质目前生产中应用较广的冷却介质有油、水、盐水或碱水等,其冷却能力依次增加。第三节钢 的 淬 火3.淬火方法(1)单液淬火法它是将钢件奥氏体化后放入一种淬火介质中冷却到室温的操作方法。(2)双液淬火法它是将钢件奥氏体化后,先浸入一种冷却能力强的介质中,以避免发生珠光体转变,当冷却到接近Ms点温度时马上转入到另一种冷却能力弱的介质中使之发生马氏体转变的操作方法。第三节钢 的 淬 火3.淬火方法(3)分级淬火法它是将钢件奥氏体化后,随即浸入温度稍高或稍低于钢的Ms点的液态介质中,稍加停留,待其表面和心部
16、的温差减小后取出空冷或油冷,从而获得马氏体组织的操作方法。第三节钢 的 淬 火4.等温淬火法三、钢的淬透性和淬硬性1.淬透性2.淬硬性第三节钢 的 淬 火图2-9工件淬硬层与冷却速度的关系1.淬透性图2-10淬透性对调质后钢的力学性能影响第三节钢 的 淬 火第四节钢 的 回 火一、回火及回火目的二、淬火钢在回火时的转变三、回火的分类及应用一、回火及回火目的(1)降低脆性、消除或减少内应力钢件淬火后存在很大内应力和脆性,若不及时回火,往往会使钢件发生变形甚至开裂。(2)获得工件所需要的力学性能钢件经淬火后硬度高而脆性大,通过回火可提高钢的韧性和塑性,调整硬度,减小脆性。(3)稳定组织和尺寸回火可
17、使钢的组织稳定,保证工件在使用过程中尺寸稳定。第三节钢 的 淬 火二、淬火钢在回火时的转变1.回火第一阶段(80200)马氏体分解2.回火第二阶段(200300)残余奥氏体分解3.回火第三阶段(300400)渗碳体的形成4.回火第四阶段(400)渗碳体的聚集长大第三节钢 的 淬 火图2-1140钢力学性能与回火温度的关系第三节钢 的 淬 火二、淬火钢在回火时的转变三、回火的分类及应用1.低温回火(150250)2.中温回火(350500)3.高温回火(500650)第三节钢 的 淬 火思考与练习题1.何谓钢的热处理?钢的热处理有何重要意义?2.热处理工艺是由哪三个阶段组成的?画出其工艺曲线。3
18、.退火的主要目的是什么?生产上常用的退火有哪几种?4.何谓球化退火?为什么过共析钢经锻造后不采用完全退火而用球化退火?5.何谓去应力退火?在去应力退火过程中钢的组织有无变化?为什么?6.何谓正火?说明其主要应用。7.何谓淬火?淬火的主要目的是什么?8.淬火加热温度如何选择?理由是什么?9.何谓淬透性?影响淬透性的主要因素是什么?淬透性与淬硬性有何区别?10.何谓回火?回火的目的是什么?11.淬火钢在回火时的组织转变分为哪几个阶段?12.何谓调质?为什么调质后的工件具有较好的力学性能?13.常用的回火方法有哪几种?指出各种回火的组织及适用范围。14.解释下列名词:15.v临值大小受哪些因素影响?
19、它与钢的淬透性有何关系?思考与练习题第三章金属切削加工的基础知识第一节金属切削加工的基本概念第二节刀 具 角 度第三节切削用量及切削力第四节切削热和切削液第五节常用的金属切削刀具及其寿命第一节金属切削加工的基本概念一、概述二、切削运动三、切削加工时形成的表面二、切削运动1.主运动2.进给运动图3-1几种切削加工时的运动a)车削b)铣削c)钻削d)刨削e)外圆磨削f)平面磨削第一节金属切削加工的基本概念三、切削加工时形成的表面(1)待加工表面工件上有待切除的表面。(2)过渡表面工件上由切削刃形成的那部分表面,它在下一切削行程,刀具或工件的下一转里被切除,或者由下一切削刃切除。(3)已加工表面工件
20、上经刀具切削后产生的表面。第一节金属切削加工的基本概念图3-2工件上的三个表面a)车削外圆b)车削端面c)扩孔三、切削加工时形成的表面第一节金属切削加工的基本概念第二节刀 具 角 度一、刀具切削部分的组成二、确定车刀切削角度的辅助平面三、刀具切削部分的几何角度和作用一、刀具切削部分的组成(1)前面切削时,切屑流过的刀面。(2)主后面切削时,与工件过渡表面相对的刀面。(3)副后面切削时,与工件已加工表面相对的刀面。(4)主切削刃前面与主后面的交线,担负主要切削工作。(5)副切削刃前面与副后面的交线,配合主切削刃完成切削工作。(6)刀尖主、副切削刃的交点。第二节刀 具 角 度一、刀具切削部分的组成
21、图3-3外圆车刀的组成第二节刀 具 角 度二、确定车刀切削角度的辅助平面(1)基面通过切削刃选定点并垂直于该点主运动方向的平面。(2)切削平面通过切削刃上的选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。(3)正交平面通过切削刃上选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。第二节刀 具 角 度(4)假定工作平面图3-4三个辅助平面(5)副切削平面通过副切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面。三、刀具切削部分的几何角度和作用1.在基面内测量的角度2.在正交平面内测量的角度3.在主切削平面内测量的角度第二节刀 具 角 度1.在基面内测量的角度图3-5在基面内测量的角度(1)主偏角(r)主切削平面与假定工作
22、平面间的夹角,如图3-5所示。第二节刀 具 角 度1.在基面内测量的角度(2)副偏角()副切削平面与假定工作平面间的夹角,如图3-5所示。(3)刀尖角(r)切削平面与副切削平面间的夹角,如图3-5所示。第二节刀 具 角 度图3-5在基面内测量的角度2.在正交平面内测量的角度(1)前角(o)前面与基面间的夹角,如图3-6所示,其作用是使切削刃锋利,切削省力,易排屑。(2)主后角(o)主后面与切削平面间的夹角,如图3-6所示。(3)楔角(o)前面与主后面间的夹角,如图3-6所示。图3-6在正交平面内测量的角度第二节刀 具 角 度3.在主切削平面内测量的角度图3-7车刀的刃倾角第二节刀 具 角 度第
23、三节切削用量及切削力一、切削用量1.切削速度(vc)2.进给量(f)3.背吃刀量(ap)第三节切削用量及切削力一、切削用量图3-8车削外圆时的切削用量第三节切削用量及切削力1.切削速度(vc)第三节切削用量及切削力2.进给量(f)3.背吃刀量(ap)Vc=dn/1000二、切削力1.切削力的分解2.影响切削力的因素第三节切削用量及切削力1.切削力的分解图3-9切削力的分解(1)主切削力(Fc)主切削力是总切削力F在主运动方向上的正投影。第三节切削用量及切削力1.切削力的分解(2)背向力(Fp)背向力是总切削力F在垂直于工作平面上的分力。(3)进给力Ff进给力是总切削力F在进给方向上的正投影。第
24、三节切削用量及切削力2.影响切削力的因素(1)工件材料工件材料的强度和硬度越大,切削力就越大。(2)切削用量切削用量越大,切削力越大。第三节切削用量及切削力2.影响切削力的因素图3-10主偏角对进给力和背向力影响a)=30b)=60c)=90(3)刀具角度对切削力影响较大的是前角和主偏角。第三节切削用量及切削力2.影响切削力的因素(4)切削液合理选择切削液可以减小刀具与工件间的摩擦,使切削力减小。第三节切削用量及切削力一、切削热1.切削热的产生和传导2.切削热对切削过程的影响3.切削温度及其控制措施第三节切削用量及切削力3.切削温度及其控制措施1)合理选择刀具材料和刀具几何角度,提高刀具的刃磨
25、质量。2)合理选择切削用量。3)适当选择和使用切削液。第三节切削用量及切削力二、切削液(1)冷却作用能带走大量切削热,降低切削温度,延长刀具寿命和提高生产效率。(2)润滑作用能减小摩擦,降低切削力和切削热,减少刀具磨损,提高加工表面质量。(3)清洗作用能及时冲洗掉切削过程中产生的细小切屑,以免影响工件表面质量和机床精度。第三节切削用量及切削力二、切削液(1)合成切削液以水为主要成分加入适量的水溶性防锈添加剂制成,俗称水溶液,主要起冷却作用。(2)乳化液用乳化油加水(体积分数为9598)稀释而成,起冷却兼润滑作用。(3)油基切削液即切削油,分矿物油、动物油和复合油三种,主要起润滑作用。第三节切削
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