天津大學(xué)《金屬工藝學(xué)》課程 學(xué)習(xí)指南

學(xué)習(xí)指南金屬工藝學(xué)是高等工科院校本科機(jī)械類、近機(jī)類專業(yè)的綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課。全書(shū)分上、下兩冊(cè)。上冊(cè)包括四篇：金屬材料基本知識(shí)、鑄造、金屬塑性加工、焊接；下冊(cè)包括一篇：切削加工。第一部分金屬材料的基本知識(shí)本部分主要學(xué)習(xí)金屬的力學(xué)性能、材料學(xué)基礎(chǔ)及金屬材料的應(yīng)用。這三部分內(nèi)容是相互聯(lián)系的，金屬的宏觀力學(xué)性能取決于金屬的微觀組織結(jié)構(gòu)，微觀組織結(jié)構(gòu)與金屬材料的成分、溫度、冷卻方式等因素密切相關(guān)，而宏觀力學(xué)性能既是后續(xù)制訂加工制造工藝的理論基礎(chǔ)，也是材料選擇的理論依據(jù)。建議以力學(xué)性能——組織結(jié)構(gòu)——成分為主線，分析金屬的特點(diǎn)及應(yīng)用范圍，并記憶基本概念。重點(diǎn)內(nèi)容：掌握常見(jiàn)的力學(xué)性能指標(biāo)與表示方法；了解金屬基本晶體結(jié)構(gòu)、合金的組織結(jié)構(gòu)和同素異晶轉(zhuǎn)變；學(xué)會(huì)鐵碳合金相圖的分析與使用；了解不同金屬材料的特點(diǎn)與差異，學(xué)會(huì)材料的選擇。難點(diǎn)：鐵碳相圖的分析與使用。建議從點(diǎn)——線——面入手，即特征點(diǎn)——特征線——組織組成逐步深入，掌握典型碳鋼結(jié)晶過(guò)程的組織轉(zhuǎn)變規(guī)律。第二部分鑄造鑄造是金屬材料最基本的成形方法，與金屬塑性加工、焊接一起成為制造工業(yè)獲得毛坯的主要手段。重點(diǎn)：鑄造工藝基礎(chǔ)部分。應(yīng)掌握合金成分、工藝條件對(duì)液態(tài)合金充型能力、合金收縮性、吸氣性等鑄造性能的影響，以便能夠分析不同合金獲得優(yōu)質(zhì)鑄件的難易程度，并分析應(yīng)采取的工藝措施。難點(diǎn)：1.如何防止鑄件缺陷。有些防止鑄件缺陷的工藝措施是相互矛盾的，如鑄件順序凝固有利于補(bǔ)縮，但易產(chǎn)生熱應(yīng)力；同時(shí)凝固有利于減少熱應(yīng)力，但增大了產(chǎn)生縮孔的傾向等。因此，應(yīng)綜合考慮，先解決主要矛盾，再采取措施解決其他問(wèn)題。2.鑄件結(jié)構(gòu)工藝性分析。應(yīng)從兩方面考慮：一、鑄件外形、內(nèi)腔結(jié)構(gòu)要簡(jiǎn)化，有利于起?；蚝?jiǎn)化鑄造工藝；二、充分考慮鑄件結(jié)構(gòu)與鑄造性能（流動(dòng)性、收縮性）的關(guān)系，如鑄件壁厚均勻、圓角過(guò)渡等。第三部分金屬塑性加工塑性成形又叫壓力加工，塑性成形的特點(diǎn)是不僅獲得了所需形狀的工件，更重要的是通過(guò)塑性變形，細(xì)化組織，彌合缺陷，改善了性能。塑性成形利用金屬的塑性而成形，但塑性不是一成不變的，受金屬本身性質(zhì)及加工條件的影響。所以要學(xué)習(xí)塑性變形的實(shí)質(zhì)和規(guī)律性?！苄猿尚卧?。具體的塑性成形方法很多，重點(diǎn)學(xué)習(xí)自由鍛、模鍛和沖壓。重點(diǎn)：應(yīng)掌握塑性變形機(jī)理、加工硬化、回復(fù)和再結(jié)晶、鍛造比、纖維組織的的概念及應(yīng)用、金屬的可鍛性影響因素；掌握自由鍛造的基本工序、模型鍛造的類型和特點(diǎn)及鍛造工藝規(guī)程的制定，能進(jìn)行自由鍛的工藝計(jì)算，確定鍛造溫度，應(yīng)掌握自由鍛件、模鍛件的結(jié)構(gòu)工藝性要求并進(jìn)行分析；掌握沖裁、拉深和彎曲工序的特點(diǎn)及應(yīng)用，沖壓件的結(jié)構(gòu)工藝性。難點(diǎn)：1.纖維組織的應(yīng)用。應(yīng)盡量保證纖維組織的連貫性，并使其方向分布合理，即最大正應(yīng)力與纖維方向重合，最大切應(yīng)力與纖維方向垂直。2.鍛造工藝規(guī)程的制訂。綜合考慮各種因素，如鍛件類型、重量、鍛造方法、工序特點(diǎn)等制定最佳的工藝方案，繪制鍛件圖3.鍛壓件的結(jié)構(gòu)工藝性。應(yīng)使鍛件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有合理的分模面，易于成形及取出等。第四部分焊接焊接是一種重要的金屬加工技術(shù)，通過(guò)加熱或加壓的手段，達(dá)到原子間的結(jié)合而形成永久性連接。焊接某種金屬所采用的方法，主要取決于金屬本身的性質(zhì)，及可焊性。此外，還要考慮生產(chǎn)批量、零件結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有生產(chǎn)條件等因素。重點(diǎn)：掌握金屬焊接的基本理論及常用的焊接工藝（電弧焊、埋弧焊、氣體保護(hù)焊、電阻焊、釬焊）；了解不同材料焊接方法的選擇；掌握焊接成形的結(jié)構(gòu)工藝性。難點(diǎn)：1.焊接方法的選擇。不同的金屬材料焊接性不同。選擇焊接方法時(shí)，應(yīng)綜合考慮材料的焊接性、焊接結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、生產(chǎn)批量以及經(jīng)濟(jì)性等因素。如低碳鋼和低合金結(jié)構(gòu)鋼可采用各種焊接方法；非鐵合金宜采用氬弧焊等保護(hù)良好的焊接方法。2.焊件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。焊接結(jié)構(gòu)在滿足工作性能要求的前提下，首先考慮焊接性好的材料；其次焊縫布置要合理，以簡(jiǎn)化焊接工藝、保證焊接質(zhì)量。第五部分切削加工本部分主要介紹金屬切削原理、機(jī)床簡(jiǎn)介、常用切削加工方法、特種加工、典型表面加工、工藝過(guò)程基本知識(shí)、零件結(jié)構(gòu)工藝性等內(nèi)容。其中，金屬切削原理及常用切削加工方法等內(nèi)容，需在回顧實(shí)習(xí)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合理論知識(shí)，有針對(duì)性地記憶各加工方法的特點(diǎn)。零件結(jié)構(gòu)工藝性內(nèi)容，需結(jié)合實(shí)例學(xué)習(xí)。在車(chē)床上用車(chē)刀進(jìn)行切削加工稱為車(chē)削加工，它是切削加工中最基本、最常用的工種。工件的旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，刀具的移動(dòng)為進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。車(chē)削加工特別適于加工各種零件的回轉(zhuǎn)表面。銑削加工是由銑刀繞自身軸線的高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)（主運(yùn)動(dòng)）、工件的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)、刀具的移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)組合而成。銑削的加工范圍廣泛,可加工各種平面、溝槽、輪齒、螺紋、花鍵軸以及比較復(fù)雜的型面，還可以進(jìn)行切斷、分度、鉆孔、鉸孔、鏜孔等工作。本節(jié)應(yīng)著重了解銑床型號(hào)、用途、主要組成部分及基本工作原理，能較合理選擇切削用量、刀具、機(jī)床附件，了解銑削加工的特點(diǎn)及范圍，達(dá)到的精度和粗糙度；了解鏜削和齒形加工方法。銑削屬于切削加工，其加工原理和方法與車(chē)削、刨削、磨削均有共同之處，同學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)要注意對(duì)比和總結(jié)。刨床主要用于刨削各種平面和溝槽。常用的刨床有牛頭刨、龍門(mén)刨。牛頭刨主要用于加工中小型零件，龍門(mén)刨則用于加工大型零件或同時(shí)加工多個(gè)中型零件。刨削加工機(jī)床還包括插床、拉床。拉削加工是用各種不同的拉刀在相應(yīng)的拉床上拉削出各種內(nèi)、外幾何表面的一種加工方法，其中以內(nèi)孔拉削（圓柱孔、花鍵孔、內(nèi)鍵槽等）應(yīng)用最廣。但拉刀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造困難、成本高，主要應(yīng)用于成批大量生產(chǎn)場(chǎng)合。刨削和銑削的加工范圍基本相同，不過(guò)銑削的應(yīng)用范圍更為廣泛，通常情況下生產(chǎn)率也高于刨削。隨著制造精度要求的提高，磨床的使用范圍日益擴(kuò)大，種類繁多，它在金屬切削機(jī)床中所占的比重不斷上升。目前在發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家中，磨床在機(jī)床總數(shù)中的比例已達(dá)30%～50%，磨削新工藝的應(yīng)用，使得磨削加工正在向高效率和高精度方向發(fā)展。高效磨削以最大限度地提高磨削效率為目的，常見(jiàn)工藝有高速磨削、緩進(jìn)給深磨削、恒壓力磨削、寬砂輪與多砂輪磨削等。此外，利用高速運(yùn)動(dòng)砂帶上的磨粒對(duì)工件加工表面進(jìn)行高效磨削的砂帶磨削，由于其磨粒具有良好的等高性，容屑空間大，磨削效率高，工作條件好，適于加工大、中型尺寸工件的外圓和平面，正在被廣泛應(yīng)用。目前發(fā)達(dá)國(guó)家約有1/3的砂輪磨削已經(jīng)被砂帶磨削所取代。特種加工和傳統(tǒng)的切削加工相比較，不同之處在于：它是直接利用電能、光能、聲能、磁能、熱能、化學(xué)能等形式的能量或幾種能量的復(fù)合形式能量進(jìn)行加工的方法。作為傳統(tǒng)機(jī)械加工的必要補(bǔ)充，特種加工方法各具特點(diǎn)。就總體