《金属加工工艺》课件

金属加工工艺金属加工工艺是机械制造领域的核心技术，涵盖了从传统手工操作到现代数控加工的全方位技能体系本课程将系统介绍金属材料特性、各种加工方法原理、工艺流程设计以及质量控制等关键内容通过理论学习与实践操作相结合的方式，学生将掌握钳工、车工、铣工等基本技能，了解铸造、锻造、焊接、热处理等工艺过程，培养解决实际生产问题的能力，为未来从事机械制造行业打下坚实基础金属加工工艺发展概述1古代金属加工起源2工业革命推动发展人类金属加工史可追溯到青铜世纪工业革命带来了蒸汽18时代，古代工匠通过简单的锻动力机床，大幅提高了加工精打、铸造技术制作工具和器度和效率，标志着金属加工从皿，奠定了现代金属加工的基手工作坊向机械化生产的转础变3现代数控技术革命世纪后期数控技术的普及，使金属加工实现了高精度、高效率的自20动化生产，智能制造已成为行业发展的主要趋势金工实习基础知识基本概念解析常用术语与符号金属加工工艺是指通过各种机械、物理、化学方法改变金属材料工艺图纸中常见的符号包括表面粗糙度符号、几何公差符号、热形状、尺寸和性能的技术过程包括成形加工、切削加工、连接处理符号等表面粗糙度用值表示，几何公差包括形状公差Ra加工和表面处理等主要类别和位置公差工艺过程通常由若干个工序组成，每个工序包含具体的工步和走工艺术语如工件指被加工对象，夹具指装夹工件的装置，刀，需要严格按照工艺规程执行，确保产品质量和生产安全切削用量包括切削速度、进给量和切削深度三要素金属材料基础物理性能密度、导电性、导热性、热膨胀系数等物理特性，影响材料的使用环境和加工工艺参数力学性能选择包括强度、硬度、塑性、韧性等，反映材料在外力作用下的行为特征，是选材化学性能和工艺设计的重要依据耐腐蚀性、抗氧化性等化学稳定性指标，决定材料在特定环境下的使用寿命和可靠性金属材料的力学性能强度测试通过拉伸试验测定屈服强度和抗拉强度，反映材料抵抗变形和断裂的能力，是工程设计的关键参数塑性评估通过伸长率和断面收缩率评价材料的塑性变形能力，塑性好的材料适合冷成形加工硬度检测采用布氏、洛氏、维氏等硬度测试方法，硬度值直接关系到材料的切削加工性和耐磨性金属材料的工艺性能铸造性能锻造性能焊接性能材料的流动性、收缩性和材料在热态下的塑性变形材料的可焊性主要取决于偏析倾向等特性，影响铸能力，锻造性好的材料在化学成分，低碳钢焊接性件的成形质量和尺寸精锻造过程中不易开裂，能良好，高碳钢和合金钢需度，灰铸铁具有优良的铸获得良好的组织和性能要特殊的焊接工艺造性能切削加工性材料的可加工性与硬度、韧性密切相关，适中的硬度有利于获得良好的表面质量和加工效率金属材料的种类与牌号碳素钢合金钢按含碳量分为低碳钢添加铬、镍、钼等合金元素的钢（）、中碳钢（材，如、等，具

0.25%C

0.25-40Cr20CrMnTi）和高碳钢有更高的强度、韧性和特殊性

0.6%C（）、号钢能，广泛用于重要结构件

0.6%C Q23545是最常用的碳素钢牌号，具有良好的综合性能铸铁与有色金属灰铸铁具有良好的铸造性和减震性，铝合金轻质高强，铜合金导HT200电性优良，各具特色适用于不同场合金属材料的选用原则性能要求匹配首先满足使用条件下的强度、耐腐蚀等性能需求工艺适应性考虑材料的加工工艺性能和制造可行性经济合理性在保证性能前提下选择成本最优的材料方案材料选择需要综合考虑使用性能、工艺性能和经济性三个方面例如，汽车发动机活塞选用铝合金既满足轻量化要求，又具备良好的导热性和加工性，虽然成本略高但综合效益最佳钳工基础与常用工具台虎钳钳工基本装夹工具，用于固定工件进行各种手工操作，选择合适的钳口宽度和夹持力锉刀工具用于金属表面的精细加工，按齿纹粗细分为粗、中、细、光锉，操作时需掌握正确的推拉技巧测量量具游标卡尺、千分尺等精密测量工具，用于零件尺寸检测，读数精度可达或更高

0.02mm钳工基本操作流程划线定位使用划线盘、划针等工具在工件表面划出加工界限线，确保后续加工的准确性划线前需要清洁工件表面并涂覆划线液锯割成形用手锯按划线进行粗加工，锯割时保持锯条垂直，每分钟往复60-80次，注意锯缝留量和表面质量锉削精加工用锉刀进行精细加工，掌握正确的锉削姿势和力度分配，从粗锉到细锉逐步提高表面质量，达到图纸要求攻丝套丝制作内外螺纹，攻丝前需钻底孔，操作时保持垂直，每转进到圈后退转清屑，确保螺纹质量1/21/3钳工操作安全规范防护用品佩戴工具正确使用必须佩戴安全眼镜防止金属屑锉刀必须安装手柄，使用时双飞溅，穿着合身工作服，避免手配合，推锉用力均匀锯割宽松衣物被工具钩挂，长发需时不可用力过猛，防止锯条折束起或戴工作帽断伤人现场安全管理工作台面保持整洁，工具摆放有序及时清理金属屑，防止滑倒发现工具损坏立即停用并报告车削加工原理与应用主运动进给运动工件在主轴带动下高速旋转，提供切削刀具沿工件轴向或径向缓慢移动，形成所需的主要动力，转速根据材料和刀具连续的切削过程，进给量影响表面粗糙选择度精度控制切削成形通过调整机床参数和刀具位置，确保加刀具切除多余材料，形成所需的几何形工尺寸精度和表面质量符合技术要求状，切削深度决定加工效率和刀具寿命车床及刀具种类车床分类刀具选择普通车床适用于单件小批量生产，操作灵活但效率相对较低数外圆车刀用于加工外圆柱面，内孔车刀加工内孔，切断刀用于工控车床通过程序控制实现自动化加工，精度高、效率高，适合批件切断刀具材料包括高速钢、硬质合金和陶瓷刀具量生产刀具几何角度直接影响切削性能，前角大切削轻快但刀具强度降立式车床主要加工大型盘类零件，卧式车床是最常见的类型，专低，后角防止刀具与工件摩擦，主偏角影响切削力方向用车床针对特定零件设计，具有很高的生产效率常见车削加工操作车削加工包括外圆车削、端面车削、切槽和螺纹加工等基本操作外圆车削要求刀具与工件中心线等高，进给均匀端面车削从中心向外或从外向中心进给切槽操作需要专用切槽刀，注意控制切削深度螺纹车削要求主轴与刀架进给严格配合，通常需要多次走刀完成车削质量控制

0.01mm Ra

1.6尺寸精度表面粗糙度普通车床可达到的尺寸精度等级精车削能够达到的表面质量标准±

0.02mm几何精度圆度、圆柱度等形状公差控制范围车削质量控制涉及尺寸精度、几何精度和表面质量三个方面通过合理选择切削用量、刀具几何参数和冷却润滑条件，可以有效提高加工质量定期检测工件尺寸，及时调整刀具位置，确保批量生产的一致性铣工实训基础铣床分类立式铣床、卧式铣床和万能铣床，每种适用于不同的加工需求铣削原理多刃刀具高速旋转，工件进给实现材料去除的切削加工方法主要部件主轴箱、工作台、升降台等关键部件的结构和功能介绍铣工主要操作沟槽铣削成型铣削用键槽铣刀或立铣刀加工各种使用成型铣刀加工复杂型面，沟槽，控制好尺寸精度和槽底如齿轮齿形、螺旋槽等特殊形平面铣削表面粗糙度状刀具安装使用面铣刀或圆柱铣刀加工平正确安装和校正铣刀，确保刀面，注意刀具选择和切削参数具跳动量在允许范围内，保证设置，确保表面质量加工精度铣削加工安全事项设备检查开机前检查安全防护装置、急停开关和各传动部件，确保设备处于良好状态工件装夹工件必须夹紧牢固，避免加工过程中松动飞出使用专用夹具或压板确保装夹可靠防护措施佩戴安全眼镜，穿着贴身工作服加工时不得用手触摸刀具和工件，严禁戴手套操作刨削、磨削工艺简介刨削工艺特点磨削工艺应用刨削是刨刀作直线往复运动，工件作间歇进给运动的切削加工方磨削是使用砂轮进行精密加工的方法，可以获得很高的尺寸精度法主要用于加工平面、沟槽和成型面，加工精度较高但效率相和表面质量外圆磨床、内圆磨床、平面磨床分别用于不同类型对较低的磨削加工牛头刨床适合加工中小型工件，龙门刨床用于大型工件加工刨磨削通常作为最后的精加工工序，能够加工淬火后的硬质材料削能够获得较好的表面质量，特别适合单件小批量生产砂轮的选择对磨削质量影响很大，需要根据工件材料和精度要求合理选择刨削与磨削操作流程设备准备检查机床各部件状态，确认刀具或砂轮安装正确，调整好切削参数刨削时要检查刨刀安装角度，磨削时需要修整砂轮工件装夹确保工件装夹牢固平稳，对于磨削加工还需要考虑磁性吸盘的吸附力调整工件位置，使加工基准面与机床基准面平行加工执行按照工艺要求设置进给量和切削深度，开始加工磨削过程中需要充分的冷却润滑，防止工件烧伤和砂轮堵塞钻削及其他孔加工工艺钻削加工扩孔加工铰孔加工使用麻花钻在实心材料上加用扩孔钻对已有孔进行扩大铰孔是孔加工的精加工方工孔，是最基本的孔加工方加工，可以提高孔的精度和法，可以获得精度IT6-IT7法钻削时需要合理选择切表面质量扩孔余量一般为等级和的表面质Ra

1.6μm削速度和进给量，保证孔的，切削用量比钻量铰孔前需要钻削和扩孔

0.5-2mm精度和表面质量削时大的预加工镗孔加工用镗刀对孔进行精密加工，特别适合大直径孔和精密孔的加工镗孔可以同时保证孔径、圆度和表面质量要求金属铸造工艺基础砂型铸造金属型铸造压力铸造使用砂型作为铸型的铸造方法，适用使用金属铸型的铸造方法，冷却速度在压力作用下将液态金属压入铸型的性广、成本低，是最常用的铸造工快，铸件组织致密，尺寸精度高适方法，成形速度快，铸件精度高，表艺砂型材料主要是石英砂、粘土和合批量生产中小型铸件，模具成本较面质量好主要用于有色金属合金的水的混合物，具有良好的透气性和强高但铸件质量好批量生产度铸造常见缺陷与防控气孔缺陷由于金属液中溶解的气体或型腔内气体排出不畅造成预防措施包括充分除气、改善排气条件、控制浇注速度和温度夹渣缺陷熔渣或型砂混入铸件内部形成的缺陷通过改善浇注系统设计、提高熔炼质量、使用过滤网等方法预防缩孔缩松金属凝固收缩时补缩不足造成的缺陷合理设计浇注系统、设置冒口、控制冷却速度是主要预防措施检测方法采用外观检查、射线检测、超声波检测等方法发现和评定铸件缺陷，确保产品质量符合技术要求金属锻造工艺及过程自由锻造工件在简单工具间自由变形的锻造方法模锻成形使用锻模控制金属流动方向的精密锻造加热温度控制根据材料选择合适的锻造温度范围锻造是利用锻压机械对金属坯料施加压力，使其产生塑性变形以获得具有一定机械性能、形状和尺寸的锻件的加工方法热锻温度通常在金属重结晶温度以上，可以显著改善材料的组织和性能自由锻适合单件生产，模锻适合批量生产且精度更高锻造件的性能与应用齿轮锻件汽车变速箱齿轮通过锻造获得良好的金属流线和高强度，使用寿命比铸造件提高数倍工具锻件扳手、钳子等手工具采用锻造工艺，获得高强度和良好韧性，能承受较大的冲击载荷发动机部件曲轴、连杆等关键零件必须采用锻造工艺，确保在高温高压环境下的可靠性和安全性金属焊接工艺基础气体焊接保护气焊使用可燃气体燃烧产生高温火在惰性气体保护下进行焊接，焰进行焊接，适合薄板焊接和包括焊和焊，焊缝质TIG MIG电弧焊接有色金属焊接量高特殊焊接利用电弧高温熔化焊条和工激光焊、电子束焊等先进焊接件，冷却后形成焊缝包括手技术，适用于精密零件和特殊工电弧焊、自动埋弧焊等方法材料常用焊接方法对比焊特点焊应用TIG MIG钨极惰性气体保护焊，焊缝质量高，成形美观，适合精密焊接熔化极惰性气体保护焊，生产效率高，操作简便，适合批量生电弧稳定，飞溅小，可焊接各种金属材料但焊接速度相对较产可实现全位置焊接，焊接变形小，适合中厚板材焊接慢，设备成本较高焊接变形控制需要合理选择焊接顺序，采用对称焊接、分段焊接特别适合不锈钢、铝合金等有色金属的焊接，广泛应用于航空航等方法焊前预热和焊后缓冷也是控制变形的有效措施天、化工等对焊接质量要求较高的行业金属热处理工艺退火处理将金属加热到一定温度后缓慢冷却，消除内应力，细化晶粒，改善材料的塑性和韧性，便于后续加工正火处理加热到奥氏体化温度后在空气中冷却，获得细化的珠光体组织，提高材料的强度和硬度，常用于结构钢淬火处理奥氏体化后快速冷却获得马氏体组织，大幅提高硬度和强度，但韧性降低，需要配合回火使用回火处理淬火后的再加热处理，调整硬度和韧性的配合，获得回火马氏体或回火索氏体等理想组织热处理典型流程加热阶段按照材料成分确定加热温度，通常在相变点以上℃50-100保温阶段在目标温度保持足够时间，确保组织转变完全冷却阶段根据工艺要求选择冷却介质和冷却速度号钢调质处理的典型工艺为℃淬火（水冷或油冷），然后在℃回火，获得回火索氏体组织，兼顾强度和韧性不同45850500-600零件根据使用要求调整回火温度，获得最佳的综合性能表面热处理及化学热处理火焰淬火感应淬火渗碳处理用氧乙炔火焰快速利用高频感应加在碳势较高的介质加热零件表面，然热，加热速度快，中加热，使碳原子后喷水冷却实现表热影响区小，变形渗入钢件表面，然面硬化设备简小广泛用于轴类后淬火回火获得高单，操作灵活，适零件的表面强化处硬度表层和韧性心合大型零件局部淬理部火渗氮处理在含氮介质中加热，氮原子渗入形成氮化层，具有极高硬度和耐磨性，变形很小钢铁材料现场鉴别方法火花鉴别是最常用的现场识别方法，不同含碳量的钢材在砂轮磨削时产生特征性火花低碳钢火花呈直线状，中碳钢有少量星花，高碳钢星花密集明亮断口观察可以判断材料的韧脆性，韧性材料断口呈纤维状，脆性材料断口呈结晶状色标识别和硬度检测也是重要的辅助方法金属切削加工原理切削力分析切削热产生切削过程中产生的主切削力、进给力和切削变形和摩擦产生大量热量，导致刀背向力，影响机床功率、刀具寿命和加具磨损和工件热变形，需要合理的冷却工精度润滑切屑形成刀具磨损切屑形态反映切削过程状态，带状切屑正常磨损、突然失效等不同磨损形式，表示切削平稳，崩碎切屑适合自动化加通过监测磨损量确定刀具更换时机工刀具材料与涂层技术高速钢刀具含有钨、钼、铬、钒等合金元素的工具钢，具有良好的韧性和可磨性适合低速切削和复杂刀具制造，成本相对较低硬质合金以碳化钨为主要成分的粉末冶金制品，硬度高、耐磨性好，可用于高速切削按用途分为、、类，分别适用于不同材料P MK涂层技术在刀具基体上沉积、、等硬质涂层，显著提高刀具寿命TiN TiCAl2O3涂层厚度一般为，可提高切削速度2-10μm20-50%陶瓷刀具氧化铝、氮化硅等陶瓷材料制成的刀具，硬度极高，化学稳定性好，适合高速精加工和难加工材料切削零件加工工艺规程制定零件分析分析零件图样，确定技术要求、材料、批量等基本信息识别关键尺寸、形位公差和表面粗糙度要求，确定加工难点和重点工艺路线设计确定毛坯类型和制备方法，安排加工顺序遵循先粗后精、先主后次、先面后孔的原则，合理安排热处理工序位置工序设计确定每道工序的加工内容、机床设备、刀具夹具、切削用量等计算工时定额，编制详细的工艺文件和操作说明工艺优化通过试加工验证工艺方案的可行性，根据实际情况调整和优化工艺参数，确保产品质量和生产效率的最佳平衡工艺装备与夹具设计通用夹具专用夹具组合夹具三爪卡盘、四爪卡盘、顶尖等标准夹针对特定零件设计的夹具，定位精度由标准化元件组装而成的夹具系统，具，适用性广但定位精度相对较低高，夹紧可靠，生产效率高设计成灵活性好，可重复使用适合多品种成本低，调整方便，适合单件小批量本较高，但在批量生产中能显著提高小批量生产，减少专用夹具的设计制生产使用加工质量和效率造成本工艺文件与生产管理工艺卡片详细记录每道工序的加工要求、设备、工装、切削用量等信息，是现场操作的重要依据检验指导规定各工序的检验项目、检验方法和质量标准，确保产品质量符合技术要求生产调度根据生产计划和设备能力安排生产任务，优化资源配置，提高设备利用率和生产效率金属加工自动化与智能制造智能控制系统集成传感器和人工智能算法的智能控制自动化设备工业机器人、自动换刀系统、自动测量信息化管理系统、数据采集与分析、远程监控MES现代金属加工正向着高度自动化和智能化方向发展，数控加工中心配备自动换刀装置和工件自动装卸系统，能够实现小时无人值守24生产通过物联网技术实现设备状态监控和预测性维护，大大提高了生产效率和产品质量稳定性数控技术在金属加工中的应用数控系统构成编程与应用数控系统由硬件和软件两部分组成硬件包括数控装置、伺服驱数控编程包括手工编程和自动编程两种方式手工编程适合简单动系统、检测反馈系统等软件包括系统软件和应用软件，负责零件，自动编程使用软件，适合复杂曲面零件程序由准CAM程序解释、轨迹控制等功能备功能、辅助功能等指令组成现代数控系统具有强大的插补功能，能够实现直线插补、圆弧插典型的数控加工程序包括主轴启动、刀具选择、坐标设定、进给补和复杂曲线插补，满足各种复杂零件的加工需求速度设置等指令，通过代码和代码控制机床动作，实现精确G M的自动化加工金属加工质量检验方法尺寸检测外观检查力学性能使用游标卡尺、千分尺、目视检查零件表面质量，通过拉伸试验、硬度测三坐标测量机等设备检测发现划痕、毛刺、变色等试、冲击试验等检验材料零件尺寸精度根据公差缺陷使用表面粗糙度仪力学性能，验证热处理效等级选择合适精度的量定量测量表面质量参数果和材料质量具，确保测量结果可靠无损检测超声波检测、射线检测、磁粉检测等方法发现内部缺陷，在不损伤零件的前提下评估产品质量常见金属加工缺陷与修正刀痕与振纹由于刀具磨损、机床振动或切削参数不当造成的表面缺陷修正方法包括更换刀具、调整切削用量、检查机床精度等过热烧伤磨削过程中冷却不充分导致工件表面过热变色需要改善冷却条件、降低磨削深度、修整砂轮等措施修正孔位偏差钻削过程中定位不准确造成的位置偏差可通过重新划线定位、使用钻套导向、改进夹具等方法修正修复方法根据缺陷性质选择适当的修复方法，如机械修复、焊接修复、表面处理等，确保修复后的零件满足使用要求金属加工安全生产要点电气安全设备接地良好，电气元件防护到位，操作人员不得湿手接触电气设备机械安全传动部件必须有防护装置，运转时不得进行清理和调整工作个人防护正确佩戴安全帽、防护眼镜、工作服等防护用品安全生产是金属加工的首要原则某工厂曾因操作人员违章操作导致手部卷入传动装置的严重事故，提醒我们必须严格遵守安全操作规程建立完善的安全培训制度，定期进行安全检查和应急演练，是预防事故的有效措施工业环境与绿色制造节能降耗废料回收采用高效节能设备，优化工艺流程，减建立金属废屑分类回收体系，提高材料少能源消耗推广变频调速技术，合理利用率切削液循环使用，减少环境污安排生产计划染清洁生产污染防控推行环境管理体系，建立绿安装除尘设备，处理切削过程产生的粉ISO14001色制造标准，实现可持续发展尘和废气废水经过处理后达标排放。