金属材料及加工工艺.doc

金属加工工艺
第一篇 变形加工 第二篇 切削加工 第三篇 磨削加工 第四篇 焊接 第五篇 热处理 第六篇 表面处理
第一篇 变形加工
一、塑性成型
二、 固体成型
三、 压力加工
四、 粉末冶金
一、塑性成型加工
塑性(成型) 塑性(成型)加工是指高温加热下利用模具使金 属在应力下塑性变形 。
分类：
锻造：
锻造： 在冷加工或者高温作业的条件下用捶打和挤压的 方式给金属造型，是最简单最古老的金属造型工 方式给金属造型， 艺之一。 艺之一。
扎制：
扎制： 高温金属坯段经过了若干连续的圆柱型辊子， 高温金属坯段经过了若干连续的圆柱型辊子，辊 子将金属扎入型模中以获得预设的造型。
挤压：用于连续加工的，具有相同横截面形 状的实心或者空心金属造型的工艺， 状的实心或者空心金属造型的工艺，既可以 高温作业又可以进行冷加工。
冲击挤压：用于加工没有烟囱锥度要求的小型到中型规格的零件的工艺。生产快捷，可以加工各种壁厚的零件，加工成本低。
拉制钢丝：
拉制钢丝：利用一系列规格逐渐变小的拉丝模将金属条拉制成细丝状的工艺。
二、固体成型加工
固体成型加工：是指所使用的原料是一些在常温条件下可以进行造型的金属条、片以及其他固体形态。加工成本投入可以相对低廉一些。
固体成型加工分类：旋压：一种非常常见的用于生产圆形对称部件的加工方法。加工时，将高速旋转的金属板推近同样高速旋转的，固定的车床上的模型，以获得预先设定好的造型。 该工艺适合各种批量形式的生产。弯曲：一种用于加工任何形式的片状，杆 状以及管状材料的经济型生产工艺。
冲压成型：
金属片置于阳模与阴模之间经过压制成型，用于加工中空造型，深度可深可浅。
冲孔：
利用特殊工具在金属片上冲剪出一定 造型的工艺，小批量生产都可以适用。冲切：与冲孔工艺基本类似，不同之处在于前者利用冲下部分，而后者利用冲切之后金属片剩余部分。
切屑成型：当对金属进行切割的时候有切屑生产的切割方式统称为切屑成型，包括铣磨，钻孔，车床加工以及磨，锯等工艺。
无切屑成型： 利用现有的金属条或者金属片等进行造型。没有切屑产生。这类工艺包括化学加工，腐蚀，放电加工，喷砂加工，激光切割，喷水切割以及热切割等。
三、压力加工
利用金属在外力作用下所产生的 塑性变形，来获得具有一定形状、尺 寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的生产方法，称为压力加工。 压力加工的基本方式：锻造、板料冲压、轧制、挤压、拉拔 。
锻造
锻造是利用锻锤的往复冲击力或压力机的压力使坯料改变成我们所需要的形状和尺寸的一种压力加工方法。 一般分为自由锻和模锻。 常用于生产大型材、开坯等。
一、自由锻
利用冲击力或压力使金属在上下两个抵铁之间产生变形，从而得到所需形状及尺寸的锻件。分手工锻造、机械锻造两种。 工具简单，通用性强，应用广泛。
二、模锻
按设备不同分为： 按设备不同分为： 锤上模端、胎膜锻、 压力机上模锻。 锤上模锻设备有： 蒸汽空气锤、五砧座锤、高速锤
板料冲压
是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法。这种方法通常是在冷态下进行的所以又叫冷冲压。只有在板料超过8-10mm时，才采用热冲压。
特点
可以冲压出形状复杂的零件，废料较少。 产品具有足够高的精度和较低的表面粗糙度， 互换性能较好。 能获得质量轻、材料消耗少、强度和刚度较高的零件。 冲压操作简单，工艺过程便于机械化和自动 生产效率高，故零件成本低。
板料冲压常用金属材料： 低碳钢、铜合金、铝合金、镁 合金、及塑性高的合金钢。 从形状分：板料、条料、带料。
基本工序：
常用设备：剪床和冲床。
剪床用来把板料剪切成一定宽度的条料，以供下一步的冲压程序用。 冲床用来实现冲压工序，制成所需形状和尺寸的成品零件。
冲压生产基本工序： 冲压生产基本工序： 分离工序：落料、冲孔、切断、修整等。 变形工序：拉深、弯曲、翻边、成型等。
四、粉末冶金
粉末冶金一种可以加工黑色金属元件也可以加工有色金属元件的工艺。包括将合金粉末混合以及将混合物，压入模具两项基本工序。金属颗粒经过高温加热烧结成型。这种工艺不需要机器加工，原材料利用率可以达到97%。不同的金属粉末可以用于填充模具的不同部分。
第二篇 切削加工
切削加工
制造尺寸、形状、位置精度要求较高，表面粗糙度较细的零件，通常采用切削加工方法。 金属切削机床就是利用刀具对金属毛坯进行切削加工的设备，通常简称为机床。
分类
车床 铣床 钻床 镗床 电火花线切割加工
车
床
车床主要用于加工各种回转表面（内外圆 柱面、圆锥面、成型 回转面等）以及回转体的端面。 车床主要使用的刀具为各种车刀，也可用钻头、扩孔钻、绞刀 进行孔加工，用丝锥、 进行孔加工， 板牙加工内外螺纹表面。
铣
铣床可以加工水平面、 垂直面、 形槽 键槽、T形槽、燕尾槽、螺纹、螺旋槽、分齿零件（齿轮、链轮、棘轮、花键轴）以及成形面等。此外，铣床还 可以使用锯刀铣片进行切断工作。 种类：卧式升降台铣床、 立式升降台铣床、工具铣床、龙门铣床、成形铣床等。
钻床可以用钻头直接加工出精度不太高的孔，也可以通过钻扩孔—铰孔的工艺手段加工精细度要求较高的孔，利用夹具还可加工要求一定位置精度的孔系。另 外，钻床还可进行攻 螺纹。钻床的主要类型有：台式钻床、立式钻床、摇臂钻床、铣钻床、中心孔钻床等。
镗床主要用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔，特别适用于加工分布在不同位置上，孔距 精度、相互位置精度要求很严格的孔系。除镗孔外，镗床还可以完成 钻孔、扩孔、铰孔等工 作，大部分镗床还具有铣削的功能。 镗床的主要类型有：立式镗床、卧式镗床、 坐标镗床、精镗床等。
电火花线切割加工
电火花加工是一种利用电火花放电时产生的腐蚀现象对材料进行加 工的方法。电火花线切割加工是指在工具电极(电极丝)和工件间施加脉冲电压, 使电压击穿间隙产生火花放电的一种加工方式。
电火花线切割机床加工
电火花线切割机床加工是在电火花成形加工的基础上发展起来的,最初的名称为线状电极电火花切割机床加工， 是一种不用事先制备专用工具电极而采用通用电极的电火花加工方法。
电火花线切割机机床有多种分类方法，一 般可以按机床的控制方式、 脉冲电源的形式、工件台尺寸与行程、 走丝速度、加工精度及工作液方式进行分类。
数控电火花线切割加工的用途广泛，随着它的发展和普及， 电火花线切割机床已经逐渐从单 一的冲裁模具加工向各种类模具及复杂精密模具甚至零件加工方向转移，譬如： 1. 最早的模具加工 2. 新产品试制的零件加工制 作 3. 难加工零件 4. 贵重金属下料
第三篇 磨削加工
磨削加工是利用磨料去除材料的加工方法。 通常按工具类型进行分类， 可分为使用固定磨粒加工及使用自由磨粒加工两大类。 通常所说磨削主要指用砂轮或砂带进行去除材料加工的工艺方法，它是应用广、泛的高效精密的终加工方法。
分类
一般砂轮磨削根据加工对象、表面生成方法不同，可分为外圆、内圆、平面及成型磨削方法。 对旋转表面按工件夹紧和驱动方法，定心磨削与无心磨削。 按砂轮进给方法相对于表面加工的关系，可分为纵向进给与切入进给磨削。 按磨削行程分为通磨与定程磨。 按砂轮表面工作类型分为周边磨削、端面磨削、以及周边端面磨削。
从磨削区的基本情况来看，大致分为两 类： （1）恒压力磨削 ） 所谓恒压力磨削是指控制切入压力为定值的磨削，即通过控制磨头重量、杠 人力、液压、 杆、人力、液压、气动及电器系统来控制 砂轮对工件的压力。如砂轮架、砂轮切割 钢锭粗磨机等均采用这种形式。 （2）定进给磨削 ） 所谓定进给磨削是指控制切入进给速度为恒值的磨削。加工时，砂轮以选定的进给率垂直于磨削表面作切入进给。现在使用的磨床大多使用这种方式。
第四篇 焊接
焊接是一种永久性连接金属材料的工艺方法。焊接过程的实质是用加热或加压力等手段，借助于金属原子的结合与扩散作用，是分离的金属材料牢固地连接起来。
按焊接过程的特点分： 熔化焊、压力焊、钎焊三大 类
一、熔化焊通过加热，使被焊金属自身熔化而相互连接，也称为自身焊 二、压力焊在加热的同时加压，使被焊金属相互连接 三、焊料焊通过加热，利用焊接材料将被焊金属相互连接

熔化焊中的电弧焊应用极为普遍，包括： 手工电弧焊、埋弧自动焊、气体 保护焊
其他常用焊接方法：电渣焊、等离子弧焊接与切割、真空电子束焊接、激光焊、电阻焊、摩擦焊
埋弧自动焊（也称溶剂层下自 动焊）
特点：生产率高、焊接质量高且稳定、节省金属材料、劳动条件改善。 但设备费用高，工艺准备复杂，对接头加工与装配要求严格，仅适用于批 量生产长直线焊缝与圆筒形工件的纵、环焊缝。
气体保护焊
一、氩弧焊 氩弧焊是以氩气为保护气体的电弧焊，氩气是惰性气体， 可保护电极和熔化金属不受空气的有害作用。高温情况下， 氩气不和金属起化学反应也不溶于金属，因此氩弧焊的质量较高。
二、二氧化碳气体保护焊 CO2保护焊是以作为保护气体的电弧焊。它用 焊丝做电极，靠焊丝和焊件之间产生的电弧熔化工件金属与焊丝，以自动或半自动方式进行焊接。
优点： 成本低，可用价廉易得的 CO2代替焊剂，焊接成本仅是埋弧 自动焊和手弧焊的40%左右。生产 效率高、操作性好、质量较好。 缺点： CO2的氧化作用使溶滴飞溅 较为严重，因此焊缝成型不够光滑， 另外焊接烟雾较大，弧光强烈，如 果控制或操作不当，容易产生气孔。
特点 (1)焊料熔化： 焊料焊接法 焊接时只有焊料熔化，而被焊金属处于固态， 对材料性能影响小。 (2)焊料与焊件的成分不同形成接头 (3)金属的连接 可以连接异质金属，包括金属与非金属的连 接。
炉内焊接法
特点 (1)炉内焊接具有真空密闭的焊接条件， 金属不易氧化。(2)焊件整体加热均匀，温度控制准确。 (3)主要应用于金属一烤瓷基底桥的焊接。
激光焊接法
某些物质原子中的粒子受光或电刺激，使 低能级的原子变成高能级原子，辐射出相位、 频率、方向完全相同的光，具有颜色单纯、能 量高度集中、光束方向性好的特点。
特点： (1)焊接速度快，加工时间短暂(2)准确性高，被焊金属无需包埋固定，无变形 (3)不受电磁于扰，可直接在大气中进行焊接， 操作方便(4)热影响区小，激光焊接加热区域小、热量集 中、受热及冷却快，对焊件影响小(5)无噪声、污染小
激 光 点 焊 机
点焊法
特点： (1)属于电阻焊接法。(2)利用电流通过焊件时产生的电阻热作为热源，加热熔化焊件(不加焊 料)进行焊接。
第五篇 热处理
热处理是在一定的条件下，给金属一定的加热与冷却，使金属获得一定的机械性能或化学性能的工艺方法。 金属零件进行热处理的主要目的是： 提高硬度、强度及增加耐磨性 降低硬度，便于机械加工 消除加工过程中所引起的内应力 提高表面耐磨、 提高表面耐磨、耐蚀性能
普通热处理
分类： 分类： 一、退火 二、正火 三、淬火 四、回火
一、退火
把工件加热到一定温度（稍高于临界温 ），经过一定时间保温后缓慢冷却下来（一般随炉冷却)的过程叫退火。由于加热温度和冷却速度不同， 由于加热温度和冷却速度不同，退火处理对改变金属组织和性能的作用也不同。
常用退火方法
一、完全退火，主要是细化颗粒、消除或减少组织的不均匀性、降低温度、改善切削加 工性、提高韧性和塑性、消除内应力。二、球化退火，主要用于刀具和冷却模具的 锻造毛坯，效果同上，为淬火处理作组织准 备。三、消除加工硬化的退火，主要用于消除工件经冷拔、冷弯灯产生的硬化现象。 四、去应力退火，主要用于消除铸件、焊接 件在加工过程中产生的内应力，以及精密零件表面加工时留下的加工应力。
二、正火
正火是退火的一种变态，正火与完全退火的 区别是：正火是使工件在空气中冷却，完全退火是工件随炉冷却。 退火是工件随炉冷却。 正火的目的主要是细化晶粒、、改善切削加 工性、提高韧性和强度、为最后的热处理做好准备。 对于不重要或不适于淬火处理的零件， 后可不必做其他处理。
三、淬火
把工件加热到一定温度（临界温度以上），经过一定时间保温后，在水、油或盐水中急 速冷却的操作过程叫淬火。按加热程度不同分为： 整体淬火和表面淬火。
整体淬火
按照冷却方法不同分为：单液淬火 双液淬火 分级淬火 等温淬火
表面淬火
表面淬火时把工件表面加热到淬火温度后，随即用水或其他冷却剂进行急速冷却，以此时工件的表面得到很高的硬度，内部却保持 原来的韧性按加热方法不同分为： 浸液淬火 乙炔—氧气或煤气 氧气或煤气—氧气 火焰淬火 乙炔 氧气或煤气 氧气 高频淬火 高频感应电流
四、回火
把淬火的零件加热到723摄氏度以下某一温度，经过一定时间保温后，在油、水或空 气中冷却的操作过程叫回火。 气中冷却的操作过程叫回火。 回火的目的是：消除或减少淬火零件的内 应力、降低脆性、硬度、增加韧性、稳定 淬火后的工件尺寸、防止使用中变形。
分类
一、低温回火 150-150摄氏度 摄氏度 可用于各种工具、滚动轴承及渗碳零件的处理 二、中温回火 350-500摄氏度 摄氏度 用于对弹簧、锻模和冲击工具的处理 三、高温回火 500-650摄氏度 用于各种齿轮、轴、连杆等零件的处理。
化学热处理
一、渗碳 1、固体渗碳法 、 2、液体渗碳法 、 3、气体渗碳法 、 二、氮化 三、氰化
二、氮化处理
氮化是把放在含氮原子的介质中，加热到 500-600摄氏度，使工件表面增氮的一种化学热处理。目的在于： 提高硬度和耐磨性 分为：液体氮化、气体氮化、离子氮化
三、氰化
又叫碳氮共渗。 特点：时间短、效率高、但是所用氰盐（氰 化钾、氰化钠有剧毒）成本高。分为气体和液体两种：、有可按温度分为： 高温氰化 900-940摄氏度 深度氰化 摄氏度 中温氰化 820-880摄氏度 摄氏度 低温氰化 520-580摄氏度 摄氏度
第六篇 表面加工
表面处理
一、黑色金属的氧化处理 将工件放入含苛性钠、硝酸钠溶液中，使工件表面生成一层很薄的黑色氧化膜的过程， 简称发黑。二、黑色金属的磷化处理 将工件浸如磷酸盐溶液中，使表面生成一层 磷酸盐薄膜的过程，叫磷化处理。一般不改、变金属的机械性能、磁性和零件外形尺寸。分为：冷磷化、高温磷化、中温磷化。
碳钢表面处理
电镀 热镀 发黑 喷漆
电镀
利用电解的方法是金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程叫电镀。
热镀 电镀与热镀比较
1.电镀层均匀，厚度很薄；热镀层较厚， 电镀层均匀 厚度不均匀。 2.电镀外观光亮，热镀颜色较暗。3.电镀层较薄，耐蚀性较差。热镀层较厚， 而且与基体金属形成渗入层，耐蚀性好。
热镀锌
热镀锌是使熔融金属与铁基体反应而产生合金层，从而使基体和镀层二者相结合。 热镀锌是先将工件进行酸洗，去除工件表面的氧化铁。酸洗后，通过氯化铵或氯化 锌水溶液或氯化铵和氯化锌混合水溶液槽 中进行清洗，最后送入热浸镀槽中。 热镀锌具有镀层均匀，附着力强，使用寿 命长等优点。 命长等优点。
发黑
黑色金属的氧化处理 将工件放入含苛性钠、硝酸钠溶液中，使 工件表面生成一层很薄的黑色氧化膜的过程，简称发黑。 氧化膜的厚度约为0.5 1.5微米 0.5微米。 氧化膜的厚度约为0.5-1.5微米。 氧化处理后的工件外表美观，同时具有一 定的抗腐蚀能力，常用于各中武器、精密 仪器零件的装饰防护处理，以及细钢丝、 仪器零件的装饰防护处理，薄钢片制零件的防护处理。
不锈钢表面处理
拉丝 手工抛光 机器抛光 串光 震动研磨机
塑料电镀
塑料电镀的特点：塑料电镀制品具有塑料和金属两者的特性。比重小，耐腐蚀性能良好，成型简便，具有金属光泽和金属的质感，还有导电、导磁和焊接等特性。它可以节省繁杂的机械加工工序、节省金属材料，而且美观，装饰性强，同时，它还提高了塑料的机械强度。