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材料和工艺
二OOO年八月
第一章 绪论
第一节 引子

第二章 金属材料和工艺
第一节 金属材料工艺
（一）切削工艺
1．锯削
2．车削
3．刨削
4．磨削
5．铣削
6．钻削
7．其它切削工艺
（二）焊接工艺
1．电焊
2．氩弧焊
3．气焊
4．点焊
（三）板金工艺
1．折板工艺
2．卷板工艺
3．拉伸工艺
（四）其它工艺
第三节 金属材料常规规格
1．板材
2．型材
3．管材
4．有色金属
第三章 非金属材料和工艺
第一节 木材和工艺
（一）木材结构
（二）木材工艺
1．锯
2．刨
3．铲、凿、砍
4．钻
5．粘合
6．弯木
第二节 陶瓷和工艺
（一）轮转法
（二）注型法
（三）圈土法
（四）土片法
第三节 塑料和工艺
（一）塑料种类
（二）塑料工艺
1．注射成型
2．挤出成型
3．压延成型
4．压制成型
5．差压成型
6．对模成型
第四章 材料结构
第一节 机械固件连接
1．螺丝固定连接
2．螺栓固定连接
3．铆钉固定连接
4．榫铆固定连接
第二节 材料特征配合连接
1．钩扣式连接
2．按扣连接
3．铰链连接
第三节 粘合连接
第五章 材料表面处理
第一节 机加工表面处理
第二节 模具加工表面处理
第三节 化学加工表面处理
第四节 喷涂加工表面处理

材料和工艺

平国安 王 泓

绪 论

一、材料和工艺发展简史
产品是由多个材料、多个结构，经过多个工艺手段加工而成，人类生产过程就是将原材料转变成产品过程。生产目标不一样，选择原材料、加工方法和转变过程也不一样。通常将改变生产对象形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品过程，称为工艺过程，或简称为工艺。

图0-1 司母毋大方鼎（青铜器） 图0-2 越王剑
人类在同自然界斗争中，不停改善用以制造工具材料。最早被使用材料是天然石头和木材，伴随技术发展，逐步发觉和使用金属。人类最早使用金属材料是青铜。中国使用金属材料历史悠久，在河南安阳殷墟留存司母毋大方鼎（青铜器）铸成于约公元前14至公元前10商朝（图0-1）。公元前五世纪，中国制剑技术已经很高明。1965年在湖北省江陵县出土春秋越王勾践宝剑，仍然银光闪闪、寒气逼人，这说明当初钢铁冶练、铸造和热处理技术已达很高水平（图0-2）。同时，中国也有着世界上最早使用金属文字记载。在成书于春秋末期（距今两千多年）《考工记》中，就有相关青铜合金成份配比规律叙述。明代宋应星编著《天工开物》一书中，记载了冶铁、炼钢、铸钟、锻铁（熟铁）、焊接（锡焊和银焊）、淬火等技术，这是世界上最早相关金属工艺著作之一。但因为采矿和冶炼技术限制，在相当长历史时期内，很多器械仍采取木材或铁木混合结构。直到1856年英国人H.贝塞麦发明转炉炼钢法，1856年至1864年英国人K.W.西门子和法国人P.E.马丁发明平炉炼钢以后，钢铁才成为关键工程材料。到20世纪30年代，铝、镁等轻金属逐步得到应用。二战以后，科技进步促进了新材料发展，多种合金材料不停出现并形成系列。
和此同时，大家对非金属材料开发和使用也得到了很大发展。尤其是石油化工工业发展，促进了合成材料兴起，工程塑料、合成橡胶和胶粘剂等合成材料不仅品种日益增多，用途也越来越广泛，使用比重逐步提升。另外，玻璃和特种陶瓷等硅酸盐材料应用也逐步扩大。
必需看到，大家对多种材料使用和对应工艺是密不可分，这些工艺包含对多种金属和非金属材料成形技术（如铸造、铸造、焊接、冲压、注塑和热处理技术）、切削加工技术（包含车削、铣削、磨削、钻削、成型切削等）、特种加工技术（包含电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、电子束加工等）和装配技术（包含测量技术、调整技术、检验技术等）。伴随科学技术不停进步，大家能采取工艺手段越来越丰富，制造产品也越来越精巧。
二、本课程地位及和工业（产品）设计关系
1、本课程是工业设计专业关键技术（专业）基础课。
作为产品设计人员在设计产品时候，必需了解材料和工艺知识和掌握相关技术。一定产品总是和一定材料和工艺相关，不然你设计只能是纸上谈兵。为了让你设计为更多人接收，你还必需含有制作模型（小样）能力，日语中把此称为“手办”。经过模型，你不仅能够发觉、协调纸面设计中问题，从而使设计更完善，还能够用生动直观形象让更多人（包含很多并不知道专业技术人）了解并接收你设计。
2、本课程也是区分于艺术类院校其它专业关键标志
工业设计专业要学习美术专业很多基础课，如色彩、素描、组成等，也要掌握表现技法、电脑作图等很多视觉传达基础技能，但并不等同于视觉传达。工业设计侧关键在产品，围绕产品设计我们不仅要处理视觉传达问题，还必需处理诸如材料、制作工艺、功效和宜人（人机工程）等具体技术问题，这就要求我们必需掌握比单纯视觉传达要多得多材料和工艺知识，非如此则不能处理上述问题。
3、本课程也符合现代意义上工业设计要求
现代意义上工业设计，也不仅仅是画出效果图就算完事了。就产品设计而言，小到一个小工具、一个小家电，大到一辆汽车、一架飞机，全部是工业设计结果，极难设想一个不懂材料和工艺设计师能很好地完成一件产品设计。
现代意义上工业设计，要求设计师使自己在成为专才同时，应努力成为一个“全才”。只有这么，才是一位符合时代时尚发展需要设计师，也才能在瞬息万变设计大潮中把握每一点设计灵感，设计出合乎时尚产品。
三、本课程关键内容
在科技飞速发展今天，新材料、新工艺层出不穷、千变万化，令人目不暇接。为了便于大家在较短时间内了解和掌握相关知识，我们把课程内容分成四个阶段来讲。
1、金属材料和工艺
2、非金属材料和工艺
3、材料连接方法
4、材料表面处理

第一章 金属材料和工艺

第一节 金属材料

一、金属材料概述
金属材料是由矿石、矿砂等，经过冶炼过程而生产出来。现以钢铁材料生产为例，简明介绍一下其冶炼过程。
1、炼铁：自然界铁是以多种化合物形式存在，把铁从它化合物中还原出来过程就是炼铁。炼铁关键设备是高炉（参见图1-1-1），原料采取铁矿石（砂）、焦炭（燃料）和熔剂，其关键产品是生铁。
2、炼钢：生铁中含有大量碳和杂质，不能满足加工和使用要求，炼钢就是经过再次冶炼，将这些杂质去除并降低碳含量，使之成为可使用钢材。炼钢设备由转炉、平炉和电炉等。转炉冶炼必需采取液态生铁为原料，不能采取废钢铁作原料，平炉炼钢则可采取废钢铁为原料，通常钢铁材料可采取转炉或平炉进行冶炼。电炉采取电弧热为热源，冶炼温度高，易于正确控制成份，是合金钢和优质钢关键冶炼设备。
图1-1-1 高炉
二、金属力学性能
1、材料力学性能：大家在采取某种材料制造某一零件时，首先要考虑是该零件会否因材料不能承受多种力作用而损坏，这就包含到这种材料性能。因为这些性能全部在材料受力后才表现出来，所以将这种性能叫做材料力学性能。
2、金属力学性能及期判据：因为金属被使用广泛性和形式多样性，大家对金属材料力学性能进行了深入研究，发觉金属在不一样受力场所会表现出不一样性能，如强度、塑性、硬度等等。这些性能从本质上来说，包含到材料在力作用下弹性和非弹性反应和由此引发改变。
为了愈加好地把握这些性能，我们用部分指标衡量它，这些指标称为金属力学性能判据。金属力学性能判据是金属构件选材和设计关键依据。这些判据也用来判别非金属材料力学性能，所以含有普遍意义。因为这些判据包含到较多理化知识，所以本教材只就关键性能及其意义作一简单介绍。
3、关键性能及其意义：
1）强度：强度是指材料抵御永久变形和断裂能力。通常说来，强度高材料比强度低材料能承受更大外力；弹性材料比脆性材料有更高强度；相同材料受压时比受拉时能表现出更高强度，这些结论已被试验和工程实践所证实。大家在选择某一材料时，首先考虑是强度问题。
2）塑性：塑性是指材料断裂前发生不可逆永久变形能力。通常说来，塑性好材料，其变形能力也大；弹性材料全部含有一定塑性，脆性材料塑性极小；常见金属材料在加热到一定温度后，其塑性会提升。塑性好金属材料才能实现成形加工（指压延、拉伸等加工）。
3）硬度：硬度是指材料抵御局部变形，尤其是塑性变形、压痕或划痕能力。硬度是用专门硬度计在材料表面来测定。通常说来，硬度高材料，其表面更耐磨。
4）冲击韧性：韧性是指金属断裂前吸收变形能量能力，而冲击韧性是指在冲击力作用下断裂时吸收变形能量能力。前述强度、塑性和硬度，全部是在静态试验力作用下力学性能，而多数金属零件并不是在静力作用下工作，所以，金属冲击韧性在零件安全方面有极大意义。金属冲击韧性和温度相关系，通常说来，随温度降低，金属冲击韧性也会降低。
三、金属材料分类
1、通常大家将金属材料分成黑色金属和有色金属两大类。
1）黑色金属就是大家通常见铁、钢，因其材质中含有大量碳（黑色），故得名。黑色金属是一个铁碳合金，由含碳量多少，可分成工业纯铁、钢和所谓白口铁（不是白铁皮），她们性能各不相同。纯铁和白口铁通常不能直接使用，必需经过改造才能使用。
作为铁碳合金钢又称为碳钢，依据含碳量多少，又可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。碳钢含有很好力学性能，被大家广泛使用，我们日常使用钢材通常全部在这一范围中。尤其要指出是，大家将碳钢经过合适加热、保温和冷却处理（这种处理称为热处理），能够依据我们需要来改造它性能，这也是碳钢被广泛使用原因之一。
大家还发觉，在碳钢中加入少许一些元素（加入元素关键有锰、硅、铬、镍、钼、钨等）后，会使原来碳钢变得性能优异，这么碳钢被称为合金钢。合金钢用来制造部分特殊用途零件，如弹簧、轴承、切削刀具或耐热、耐磨零件等。我们常见不锈钢也是一个合金钢。
大家常说铁或生铁（严格意义上生铁是炼铁炉生产产品，它关键用作炼钢原料），实际上指是铸铁一类材料。铸铁可用将白口铁进行改造等方法取得。铸铁是一类受压性能极佳结构材料，在机械工业中常被用来制造床身、机架一类零件材料。
黑色金属占大家使用金属总量 95% ，是大家使用最早、范围最广一类金属。
2）有色金属因其表面或断口含有金黄、银白、玫瑰红等色泽而得名，大部分稀贵金属全部是有色金属，如金、银等。有色金属产量和用量远不及黑色金属，但因为其独特征能，而成为现代工业技术中不可缺乏关键金属材料，用量最大有色金属是铜和铝。
铜含有良好塑性，它导电性和导热性仅次于银，加之在空气和水中含有良好抗蚀性，所以被大量用来制作导线和多种电器元件。
铝是一个轻金属材料，其比重只有铜三分之一不到，熔点也只有铜二分之一。所以在很多场所可用作铜替换品，用以减轻产品重量。纯铝强度较低，工业中多用铝合金。
2、从金属材料供给状态（形状）来看，我们能够把金属材料分成块材、板材、棒材（包含管材、型材）、线材等。
块材可经过冶炼过程或锻炼过程得到，板材可经过压延过程得到，管材、线材则可经过轧制、挤出等过程得到。
1）冶炼过程:见前述。
2）锻炼过程:将某形状经过一定加温，使原材料软化，然后经机械锻打形成块体。
3）压延过程：将块体材料经辊轴连续压制使块体按一定方向延伸，形成板材。
4）轧制过程:也是将块体材料经定型轧辊连续轧制而成，压延和轧制又有冷轧和热轧之分。
5）挤出过程:挤出是将块材经过加温，使其软化，然后置于一空腔内，用强大压力，使其在一个模具中经过，形成一定形状管材、线材。

第二节 金属材料工艺

在制作产品时候还需要对材料进行深入加工，这一过程也就是工艺过程。因为金属材料特点，对它加工方法有多个多样，通常可分为热加工和冷加工两大类。（冷热加工定义因为包含到金属学部分知识，在此不再赘述）
一、热加工工艺
热加工通常包含铸造、铸造、焊接和热处理。
1、铸造：铸造是毛坯成型关键工艺方法，俗称“翻砂”。通常分为砂型铸造和特种铸造，其中砂型铸造应用最为普遍，其工艺过程参见图。
铸造含有能够生产形状复杂（尤其是含有内腔）零件、可使用多种合金进行铸造、加工余量小和生产成本低等很多优点，所以在生产中被广泛使用。

图1-2-1 铸造工艺步骤
2、铸造：铸造是使用外力使金属坯料产生塑性变形，取得所需尺寸、形状及性能要求零件加工方法，俗称“打铁”。通常分为自由铸造和模型铸造。参见图。

图1-2-2 铸造关键工艺
铸造出了能取得所需形状零件外，还可使材料内部组织致密，有改善金属力学性能作用，常作为关键受力零件前道加工。
3、焊接：当两个以上工件需要固定连接或使之成为一体时候，能够选择焊接方法。焊接是一个经过加热或加压或二者并用方法，是两部分金属实现原子结合永久连接方法。焊接因焊件材料和焊接原理不一样，形成了不一样焊接方法。现将最常见焊接方法介绍以下。

图1-2-3 电焊原理图 图1-2-4 气体保护焊原理图 图1-2-5 气焊原理图
1）电弧焊：电焊（习惯上将电弧焊简称为电焊）是将被焊接件和焊条作为两个电极，用高能量电弧产生高温，使焊条溶于两被连接件之间使其连接一个焊接方法。电焊是最常见焊接方法，它适适用于通常钢制零件连接，以中碳钢焊接效果最好。通常电焊全部采取手工操作，所以焊接质量和操作者技术水平有很大关系。关键零件（如压力容器，船体等）焊接在焊后要进行 X 射线检测或拍片，以确保质量,以防后患。参见图1-2-3。
2）氩弧焊:氩弧焊是一个气体保护焊。比如不锈钢焊接，用一般电焊即使也能够进行焊接，但在焊接时产生高温影响下，多种有害气体极轻易侵入焊缝，使焊接部位产生脆化从而影响焊接质量。为了预防焊接时有害气体侵入，我们采取惰性气体——氩气作为保护气体，利用氩气不活动性，在焊接区形成一个保护气罩，从而确保焊接质量。参见图1-2-4。
3）气焊 (也叫风焊或铜焊):用可燃性气体乙炔在纯氧环境下燃烧所产生热量使焊件和焊料局部熔化和填充金属一个焊接方法。因乙炔和氧气均带有压力，焊接时发出呼呼如风声响故也称为风焊，又因为所用填充焊料多为铜质（这种焊接方法对于铜质材料比较适宜），故又称为铜焊。气焊适于薄钢板、非铁材料焊接，因其不用电，也适合野外操作。但焊出焊疤通常较显著，不是太美观，而且焊接强度较低，不适于大型或关键零件焊接。参见图1-2-5。
利用一些金属能在纯氧环境下燃烧特点，经过调整焊枪气量等技术（通常是换用专门叫做“割炬”工具），可将气焊变为气割。气割关键用来分割纯铁、碳钢和低合金钢等材料。

图1-2-6 电阻压力焊（点焊）原理图 图1-2-7 电阻压力焊（缝焊）原理图
4）点焊:电焊是一个电阻压力焊（图1-2-6），同属这类焊接原理还有缝焊（图1-2-7）等方法。它是利用电流经过焊件接触面时产生电阻热对焊件局部快速加热，使之达成塑性或局部熔化状态，然后快速加压而实现连接一个焊接方法。这种方法对薄壁、网状零件焊接尤其适宜，但对较大零件焊接时要注意焊接次序，要从中间朝四面展开，因为当焊点多时候，焊接时会使材料变形延伸，假如不按次序焊接，最终材料会延伸后无法焊接。点焊由专门点焊机进行。
上述四种焊接方法因为操作时全部带有一定危险性，必需有专门人员进行操作。
5）钎焊：这是一类我们同学有可能接触焊接方法，用电烙铁（图1-2-8）进行焊接即为一个软钎焊。电烙铁内部电热丝将电能转变为热能，由烙铁头提供给钎料和被焊接件；所用焊锡丝就是所谓钎料，其熔点比作为母材被焊接件要低，借助烙铁头提供热量熔化，然后润湿母材、填充间隙从而实现焊接；此时所用松香或焊膏叫做钎剂，钎剂用来确保焊接顺利进行和取得致密接头。

图1-2-8 电烙铁 a)内热式 b)外热式

二、冷加工工艺
（一）切削工艺
0、概述：切削工艺通常称为切削加工，又称为金加工或机加工。切削加工必需采取专门设备（机床）和刀具进行，绝大多数情况采取电动机提供切削动力，同时对操作者技术也有较高要求。切削加工采取方法是去除材料方法，立即零件表面多出材料“切”去，最终取得产品其体积和重量全部比毛坯要小，通俗地说是对材料做“减法”。
1）传统切削加工所用机床通常分为通用机床和专用机床两大类，针对不一样机床所能完成工艺特点，习惯上把某种机床简称为(床，如车床，刨床，磨床等；中国要求各类机床代号可用其汉语拼音第一个字母来表示，如车床位 C ，刨床为 B,磨床为 M 等等。
2）切削加工所用刀具，多数由金属制成，一些刀具也用非金属或复合材料制成。金属制造刀具通常使用工具钢或合金工具钢为原料，由专门工厂制造；非金属刀具可用陶瓷、金刚石等材料制造。
3）切削加工是金属加工工艺中形式最多样、内容最丰富一类方法。在金属材料冷加工过程中，切削加工是首选方法之一。
现将常见切削加工工艺简单介绍以下。
1、锯削：通常情况下金属原材料全部很大（很长），在加工过程中，不可能把整块（整根）原材料直接进行加工，需要把原材料先分成若干小块削小段削再进行加工行这种分小块（小段）工艺能够选择锯削。锯削是经过直锯条往复运动或盘锯旋转运动带动锯齿切入材料并削去材料方法进行割断加工，有手动和机动二种形式。这种工艺方法只适适用于割断棒材或窄板材，常见于轴类零件毛坯准备。
2、车削：车削在金属加工中是用得最多、工艺范围较广工艺方法之一。
图1-2-9 锯削示意图
1）车削加工所用设备叫做车床，依据车床主轴部署形式可分为卧式车床（图1-2-10和图1-2-11）和立式车床，依据用途工艺范围可分为万能型和专用型。

图1-2-10 车床 图1-2-11 自动车床 图1-2-12 立式车床
2）车削所用刀具称为车刀（图1-2-13）。车刀使用前必需进行刃磨，依据操作者习惯和技术，刃磨后可取得不一样外形和不一样用途刀具，从而完成不一样内容加工。

图1-2-13 车刀
3）一般车床加工就是将工件固定在车床夹具上，由电动机带动使其旋转，然后用车刀进行切削。经过这种加工方法，通常能够得到含有回转体表面零件。但因为车削工艺范围相当广泛，采取合适方法，也可取得其它类型表面。车削可用于粗、半精和精加工，关键工艺范围参见图1-2-14。

图1-2-14 车削工艺
3、刨削：有些工件需要对大平面进行加工，这时用车床加工就不太适合，我们可采取刨削加工（图1-2-15）。
1）刨削加工所用设备叫做刨床，通常中小型零件加工采取牛头刨床（图1-2-16），大型工件加工则采取龙门刨床（图1-2-17）。

图1-2-15 刨削示意图 图1-2-16 牛头刨床 图1-2-17 龙门刨床
2）刨削所用刀具称为刨刀，刨刀形状和结构全部较简单。
3）刨床是经过刀具往复直线运动来切除材料，同时夹具带动工件作横向移动，使刀尖走过整个被加工表面，从而达成加工平面要求。因为刨削工件表面会留下直线加工痕迹（接刀痕），故多用作粗加工。有时也在产品局部留下接刀痕作为表面肌理，也可看作是对产品表面一个特殊处理。
4、磨削：对于表面要求光洁、光亮产品，可采取磨床进行磨削。
1）磨削加工所用设备叫做磨床，因加工表面不一样，可分为平面磨床（图1-2-18）、内圆磨床、外圆磨床（图1-2-19）和异形面磨床，按加工后表面光洁程度，又可分为一般磨床和镜面磨床。

图1-2-18 平面磨床 图1-2-19 万能外圆磨床
2）磨削所用刀具称为砂轮，砂轮是一个微刃刀具，以由 Al2O3 （刚玉类）或改击（碳化硅类）为关键成份硬质材料为微刃，用陶瓷或树脂为结合剂将其制成轮形（图1-2-20）。
砂轮磨削能力和磨料颗粒粒度有很大关系，粒度又叫做“目”，表示粒度大小粒度号又叫做“目数”。目数是指每英寸（ 25.4mm ）长度内能经过该种颗粒孔眼数，比如 60 号粒度磨料表示它能经过在 1 英寸长度里有 60 个孔眼筛网，其号数越大，颗粒越小。通常粗颗粒砂轮用于粗、半精加工，而细颗粒砂轮则用于精加工。常见砂纸也以此表示砂纸磨粒粗细。

图1-2-20 砂轮外形
3）磨削可对平面（图1-2-21）、外圆表面（图1-2-22）、内孔表面（图1-2-23）进行精加工，加工精度很高，如镜面磨床能将金属表面磨削得平滑如镜、光可鉴人。因为砂轮磨粒很硬，所以也可用来对刀具进行刃磨。另外，砂轮还有一个所谓“自锐”特点。通常刀具切削刃假如磨钝或损坏，必需换刀或重磨才能继续切削。而砂轮磨粒变钝后，磨粒就会破碎，产生新较锋利棱角；或圆钝磨粒从砂轮表面脱落，露出新鲜锋利磨粒，继续对工件进行加工。砂轮这种本身推陈出新、保持本身锋锐特征，称为“自锐性”。这一特征使磨削加工含有较高生产率。

图1-2-21 磨平面 图1-2-22 磨外圆 图1-2-23 磨内圆
5、铣削:当工件有台阶面或需要开槽时候，可使用铣削加工。铣削和车削一样，也是一个工艺范围广泛加工工艺。
1）铣床由主轴部署方法，可分为立式铣床和卧式铣床，常见是带升降台卧式万能铣床(图1-2-24)。大型工件可选择龙门铣床（图1-2-25）进行加工。

图1-2-24 万能升降台铣床 图1-2-25 龙门铣床

2）铣削所用刀具称为铣刀，因为工艺范围广泛缘故，铣刀是一个由各式各样外形刀具组成一个系列，操作者应依据不一样加工要求选择不一样刀具。参见图1-2-26。

图1-2-26 铣刀 图1-2-27 铣削工艺
3）铣削不仅工艺范围相当广泛，而且生产率很高。参见图1-2-27。以平面加工为例，铣平面速度是刨平面几十乃至上百倍。但铣刀结构复杂，刃磨需用专门设备，所以价格较贵，加工成本高。
6、钻削:当对工件进行孔加工时，最常见方法是钻削。
1）钻削加工所用设备叫做钻床，钻床通常全部立式部署，小型工件多用台钻（图1-2-28），工厂通常使用摇臂钻床（图1-2-29）。

图1-2-28 台钻 图1-2-29 摇臂钻

图1-2-31 组合机床

图1-2-30 钻头形式 图1-2-32 加工中心
2）钻削所用刀具称为钻头，因大部分钻头含有麻花通常外形，所以称为麻花钻。另外常见刀具还有扩孔钻、中心孔钻和绞刀。钻头是一个定尺寸刀具，即多大钻头只能钻出多大孔。
3）钻削操作较简单，但钻孔时因为排屑困难、传热不良等原因，很轻易把钻头别断；钻小孔或深孔时还轻易引偏，使钻出孔和工作表面倾斜。
7、其它切削工艺：伴随科学技术飞速发展，现代加工技术也有了极大进步。
1）组合机床：它是一个专用机床。顾名思义，组合机床就是将多道工序组合起来，用一次加工来完成，所以是一个高效加工设备，多于孔加工。
2）加工中心：一个用计算机控制、带有大型刀库现代化自动加工设备。在一台加工中心上能够使用多个刀具、完成多个工艺，而且工件装卸、测量和刀具更换完全用预先编好程序进行控制。是现代切削加工技术发展方向。
3）特种加工：关键是利用电能、光能、声能、热能、化学能来去除材料非传统加工方法，可对特殊表面、特殊形状工件进行加工。使用最普遍特种加工技术是电火花加工，包含电火花成型和电火花线切割。它见长于异型孔、复杂型腔和复杂外形加工，使塑料模具加工最关键工艺设备。
（二）板金工艺
很多产品是由薄板做成，如机器外壳、诊疗仪器等，其外壳多数是由薄板经过折板工艺做成。板金工艺是一个对薄板材料经过剪切、弯折方法，改变材料尺寸、外形一个工艺。
1、折板工艺：折板工艺是经过折板机将板折成所需形状（图1-2-33），折板角度能够多个多样。但通常弯折深度和宽度是有一定百分比，超出百分比加工则有些困难了。

图1-2-33 折板示意图 图1-2-34 拉伸示意图
2、卷板加工:有些产品需要用弧型板做，这就需要将板经过卷板工艺使薄钢板变成弧型，也就是将薄板经过卷板机轧辊，使薄钢板转弯为弧型板。
3、拉伸工艺:我们常常使用金属饭盒、快餐盘及电筒均是用薄钢板进行冲板拉伸工艺，就是经过模具在冲床（一个压力加工设备）上进行拉伸（图1-2-34）。这种拉伸通常不加温，拉伸较深工件需要二次或数次拉伸才能最终完成。拉伸加工拉伸比（表征拉伸深度一个参数）是有一定限制，和钢板厚薄及钢板品种相关系。
(三)钳工工艺
0、概述：钳工工艺是一个以手工操作为主对产品进行加工、修配工艺。钳工常见设备包含钳工工作台、台虎钳、钻床等，基础操作有划线、锯切、锉削、钻孔、攻螺纹、套螺纹等。钳工工艺在我们课程设计过程中有十分关键作用，同学们在制作模型过程中会大量使用钳工工艺。
1、划线：划线是依据图样要求，在毛坯或半成品上划出加工界线操作。其关键作用是确定工件上各加工面加工位置，作为加工或安装依据。
划线时要使用多种量具，这些量具包含：钢直尺、高度尺、直角尺、高度游标尺等。划线工含有平板 、划针、划卡、划规、划盘、高度游标尺等。

图1-2-35 划针、划规 图1-2-36 平板 图1-2-37 高度游标尺

通常工件划线时根据以下次序进行：
1）清理工件：清除毛坯上毛刺、油污，杂质，在划线部位涂色，找出孔中心等。
2）选择基准：在工件上确定部分线或面，作为划线时依据。这些线或面称为基准。
3）工件定位：用合适工具支承工件，将其放平、放稳。通常采取三点支承或借助专用工具（如平板,V 型架）。
4）划线：用划线工具根据图纸尺寸划出基准线和其它线，并检验其正确性。参见图1-2-38。

图1-2-38 划线工艺
2、锯断：用手工锯将材料割开或切除沟槽。锯分为锯弓和锯条两部分，锯弓张口可调整以适应锯条长度，锯条采取工具钢制造，有粗齿、中齿和细齿三种，分别适适用于锯软材料或厚工件。
1）工具：锯断用钳工手锯（弓锯）进行，将工件在台钳上夹紧进行。参见图1-2-39。

图1-2-39 手工锯切 图1-2-40 锯齿方向
2)锯切方法：按选择锯条、安装锯条、装夹工件、运锯次序进行。
A、工件夹持一定要牢靠，伸出锯口要短，通常应尽可能安装在台虎钳左边。
B、运锯分为单手握锯和双手握锯两种方法：
单手握锯：用于小断面锯断。起锯时，（以右手握锯为例）应左手拇指靠近锯条，右手稳推手柄，起锯角度稍小于 15 °，锯弓往复速度应慢、行程要小、压力要小、运锯要平稳，锯条平面和工件表面要垂直，锯出切口后锯弓逐步改为水平方向。
双手握锯：通常锯断多用双手握锯。此时左手握住锯弓前端部，以使运锯更平稳，便于加力。因为手锯锯条锯齿为单向锯齿（图1-2-40），所以安装锯条时全部将锯齿按图所表示方向安装，这么在运锯前推时要均匀加力，返回时从工件上轻轻滑过，速度通常为每分钟 20-40 次。快锯断时，应减力、减速，直至断开。
锯切钢材时，应使用机油润滑。

图1-2-41 起锯手法
3、锉削：锉削是用锉刀对工件表面进行加工操作。
1）工具：锉削工具是锉刀。锉刀有错身（工作部分）和锉柄组成，按用途可分为钳工锉、整形锉和特种锉三种。参见图1-2-42。

图1-2-42 锉刀 图1-2-43 锉刀外形
钳工锉：用于通常工件表面锉削，因其断面形状不一样，又分为多种锉刀。参见图1-2-43。
整形锉：又称为什锦锉，成组成套供给，用于细小部位及精密工件加工。
特种锉：专门设计用于一些特殊表面加工锉刀。
前两类锉刀应用较广，后一类不常见。
2）锉削方法：
A、平面锉削方法（图1-2-44）：

图1-2-44 平面锉削方法

B、曲面锉削方法：

图1-2-45 曲面锉削方法
4、攻螺纹和套螺纹：攻螺纹是用丝锥在孔壁上加工内螺纹操作，套螺纹是用板牙在圆杆上加工外螺纹操作。
1）攻螺纹：攻螺纹又称为攻丝，用工具包含丝锥（图1-2-47）和铰杠。M6~M24 丝锥由两支合成一套，成为头锥,二锥。头锥有一段锥度，第八牙以后才是全牙；二锥约二、三牙以后即为全牙。M6 以下及 M24 以上丝锥由头锥，二锥,三锥三支丝锥组成一套，依次使用。参见图1-2-48。

图1-2-47 丝锥外形 图1-2-48 攻丝
2）套螺纹：套螺纹又称为套丝，用工具包含板牙和板牙架。板牙有整体式（固定式）和开缝式（可调式）两种。

图1-2-49 板牙 图1-2-50 套丝
5、常见量具和测量方法：
掌握常见量具使用和正确进行测量，对制造一件合格产品而言也是至关关键。
0）长度单位制：中国要求长度单位采取公制，其基础单位为米（ m ），采取千进位，向下千分之一米为毫米 (公厘) ，千分之一毫米为微米 (μ m) ，向上为千米（ km,俗称公里），工程上通常以毫米为基础单位。在进行修配或进行管道等施工时，还会使用英制（吋制），其基础单位为英寸（′、吋），向下为英分（″），采取八进制，即一英寸为八英分；向上为英尺（呎），采取十二进制，即一英尺为十二英寸。两种长度单位基础换算为一英寸等于 25.4 毫米。
1）常见量具：
A、钢直尺：通常由不锈钢制成，基础刻度为毫米，也有 0.5 毫米刻度。最短尺其量程为 200 毫米，最长尺量程为 1000 毫米。超出 1000 毫米时，通常做成卷尺形式。钢直尺用于通常测量精度不高长度测量。
B、游标卡尺：游标卡尺是带有测量卡爪并用游标读数量尺（图1-2-51）。它含有结构简单、使用方便、测量尺寸范围较大等特点，可用来测量外径、内径、长度、宽度、厚度、度和孔距等。常见规格有 0 ～ 125mm ， 0 ～ 200mm ， 0 ～ 300mm 和 0 ～ 500mm 等。游标卡尺按其测量精度，有 0.1mm，0.05mm 和 0.02mm 三种。

图1-2-51 游标卡尺
a、游标卡尺刻线原理及读数方法：
刻线原理：游标卡尺有主尺和游标组成，以0.02精度游标尺为例，主尺每一格为1mm，当两爪合并时主尺上49mm刻线恰好对正游标上50刻线处，所以游标每格是49÷50=0.98mm。
读数方法：读数时有以下三个步骤①先读出游标上零线对正主尺上毫米整数，②再看游标上那一条线和主尺上刻线对齐，读出游标上尺寸，③然后把主尺和游标上尺寸加起来，即为测量尺寸。
b、使用游标卡尺应注意以下事项
a）检验零线：使用前应先擦净卡尺，合拢卡脚，检验尺身和游标零线是否对齐。如未对齐，应记下误差值，方便测量后修正读数。
b）放正卡尺：测量内外圆时，卡尺应垂直于轴线；测量内圆时，应使两量爪处于直径处。
c）用力合适：量爪和测量面接触时，用力不宜过长，以免量爪变形和磨损。
d）视线垂直：读数时视线要对准所读刻线并垂直尺面，不然读数不准。
e）预防松动：卡尺取出时，应使固定量爪紧贴工件，轻轻取出，预防活动量爪移动。
f）勿测毛面：卡尺属精密量具，不得用来测量毛坯表面。
C、千分尺:千分尺是用微分筒读数示值为 0.01mm 或 0.001mm 量尺。按用途分有外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺、公法线千分尺、螺纹千分尺和杠杆千分尺等。它们测量对象不一样，但基础原理是基础相同。现以使用最多外径千分尺加以说明。图1-2-52所表示为测量范围为 0 ～ 25mm 外径千分尺。

图1-2-52 千分尺

a、千分尺读数原理和方法：
千分尺尺架左端装有砧座（测量面），右端有固定套筒，上面沿轴向刻有格距为 0.5mm 刻线（即尺身）。固定套筒内孔是螺距为 0.5mm 螺孔，它和精密螺杆螺纹相配合。螺杆右端经过棘轮和微分筒（活动套筒）相连，微分筒沿圆周刻有 50 格刻度（即游标）。当筒转动一周，螺杆和微分筒沿轴向移动一个螺距距离，即 0.5mm 。所以，微分筒每转过一格，轴向移动距离为 0.5mm/50=0.01mm 。
千分尺读数 =微分筒所指固定套筒上整数（应为 0.5 整倍数）+ 固定套筒基线所指微分筒格数× 0.01 。
b、千分尺时应注意事项：
a）检验零点：使用前将螺杆和砧座测量面擦净并合拢，仔细检验零点。若圆周零线和轴向中线未对齐，应记下误差值，方便测量时修正读数。
b）合理操作：测量时不应先锁紧螺杆，后用力卡工件。这么将会造成螺杆弯曲或测量面磨损而影响测量正确度。当测量头靠近工件时，严禁再拧微分筒，而应拧动右端棘轮。当棘轮发出“嘎嘎”声，则表示压力适宜，即应停止拧动。
c）擦净工件：工件测量面应擦净，不然将产生读数误差。
d）精心维护：千分尺只适于测量精度较高工件，不宜测量粗糙表面。千分尺使用后应放回盒中，严禁和硬物撞击，以免磕伤或变形。

第三节 金属材料常见规格

通常情况金属材料是以商品形式供给，为便利使用，生产厂家把它分成很多规格，如板材有多少厚度，长、宽多少；棒材有多粗；型材截面形状及几何尺寸；管材规格等等。对此国家有要求（国家标准），具体内容可查阅对应材料手册，不再赘述。

本章思索题：
1、金属加工工艺；
2、熟记金属材料品种、规格；
3、经过参观增强概念。