金属加工教案Word下载.doc
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2．本课程的教学目标
（1）实践能力目标
（2）学习能力目标
（3）社会能力目标
3．学习方法
（1）注意各章节的联系、学习、复习、巩固、应用、总结。
（2）要理解、要提问题、不能累计问题。
（3）抓住主要内容：
金属材料及热处理基本知识，铸造、锻造、焊接、切削加工基本常识。
（4）为了弥补实践方面的不足，采用录像教学以及到工厂参观和实习，通过师生的相互努力来学好这门功课。
[课堂小结]
1．金属加工与成形工艺
2．金属加工的主要工种分类与特点
3．金属加工的安全生产规范
4．本课程的主要任务及学习方法
2
技术测量及常用器具
1.掌握长度单位的换算关系、角度单位的换算关系
2.掌握游标卡尺的读数及使用方法
1．长度单位、角度单位的换算关系
2．游标卡尺的读数及使用方法
第1章技术测量及常用器具
1.1技术测量的基本知识
1.1.1技术测量的含义
测量是以确定被测对象的量值而进行的实验过程。
1.1.2测量四要素
测量过程四要素指被测对象、计量单位、测量方法和测量精度。
1.1.3计量单位
长度的国际单位是米（m）。
机械制造中常采用的长度计量单位为毫米（mm），1mm=10-3m。
在精密测量中，长度计量单位采用微米（μm），1μm=10-3mm。
在超精密测量中，长度计量单位采用纳米（nm）,1nm=10-3μm。
英寸（in）与法定长度单位（mm）的换算关系是1in=25.4mm。
角度单位为弧度（rad）、微弧度μrad和度（º
）、分（'
）、秒（"
）。
1rad=10-6μrad，1º
=0.0174533rad。
度（º
）的关系采用60进位制，即1º
=60'
，1'
=60"
。
1.2常用测量器具
1.2.1长度量具
1.钢直尺
钢直尺是一种不可卷的钢质板状量尺，亦可作为划直线的导向工具。
使用方法：
（示范讲解）
2．卡钳
卡钳根据用途可分为外卡钳和内卡钳两种，前者用于测量外尺寸，后者用于测量内尺寸。
3．游标卡尺
游标卡尺可以直接测量出工件的内径、外径、中心距、宽度、长度和深度等。
游标卡尺的测量精度有0.1mm、0.05mm和0.02mm三种。
测量范围有0～125mm、0～200mm、0～500mm等。
（1）游标卡尺的刻线原理
游标卡尺的结构：
游标卡尺是由尺身、游标、尺框所组成，如图1-3所示。
游标卡尺的刻线原理：
以0.02mm游标卡尺为例。
游标卡尺的尺身每格刻线宽度1mm，使尺身上49格刻线的宽度与游标上50格刻线的宽度相等，则游标的每格刻线宽度为49mm／50=0.98mm，尺身和游标的刻线间距之差为1.00mm-0.98mm=0.02mm。
这个差值就是0.02mm游标卡尺的读数值。
0.02mm游标卡尺的刻线原理如图1-4所示。
012345
012345678910
尺身
游标
图1-4游标卡尺刻线原理
（2）游标卡尺的读数方法使用游标卡尺测量工件时，读数可分为下面3个步骤（以0.02mm游标卡尺为例）：
1）读整数。
读出游标零线左边最近的尺身刻度值，该数值就是被测件的整数值。
2）读小数。
找出游标刻线对准尺身刻线的位置，将其顺序数乘以游标读数值0.02mm所得的积，即为被测件的小数值。
3）整个读数。
把上面1）和2）两次读数值相加，就是被测工件的整个读数值。
读数示例如图1-5所示，读数：
23mm+10×
0.02mm=23.20mm。
（3）游标卡尺的正确使用（示范讲解）
1．长度单位的换算关系。
2．角度单位的换算关系。
3．直尺与卡尺的使用方法。
4．游标卡尺的刻线原理、读数方法与正确使用。
[课外作业]
完成作业
（1）相关练习
2课次编号：
3
技术测量及常用器具（续）
1.熟悉千分尺、百分表、万能角度尺等常用测量器具的构造及使用场合
2．掌握千分尺、百分表、万能角度尺等的读数方法及使用方法。
1．千分尺的读数及使用方法
2．百分表的读数及使用方法
3．万能角度尺的读数及使用方法
[复习提问]
1．长度单位英寸（in）与毫米（mm）之间的换算关系？
2．弧度（rad）与度（º
）的换算关系？
3.说明游标卡尺的读数方法及正解使用方法。
4．千分尺
（1）千分尺是用微分筒读数的，读数值为0.01mm的量尺。
（2）千分尺的分类、结构与规格
图1-7
（3）千分尺的刻线原理
（4）千分尺的读数方法
用千分尺进行测量时，其读数也可分为以下3个步骤：
读出活动套筒锥面的端面左边在固定套筒露出来的刻线数值，即被测件的mm整数或0.5mm数。
找出与基准线对准的活动套筒上的刻线数值，如果此时整数部分的读数值为mm整数，那么该刻线数值就是被测件的小数值；
如果此时整数部分的读数值为0.5mm数，则该刻线数值还要加上0.5mm后才是被测件的小数值。
图1-8
将上面两次读数值相加，就是被测件的整个读数值。
千分尺的读数如图1-8所示。
（3）千分尺的正确使用（示范讲解）
5．百分表
（l）百分表的结构（图1-10）
（2）百分表的刻线原理
图1-10百分表的结构
l-触头；
2-测量杆；
3-小齿轮；
4、7-大齿轮；
5-中间小齿轮；
6-长指针；
8-短指针；
9-刻度盘；
10-表圈11-拉簧
（3）百分表的读数方法百分表测量时大小指针所示读数之和即为尺寸变化量。
也就是说先读小指针转过的刻度值（即mm的整数），再读大指针转过的刻度数（即小数部分），并乘以0.01，然后两者相加，即可得到所测量的数值。
（4）百分表的正确使用
6．刀口形直尺（示范讲解）
刀口形直尺是用光隙法检验直线度或平面度的直尺，其形状如图1-12所示。
7．塞尺（示范讲解）
塞尺是用来检查两贴合面之间间隙的薄片量尺，如图1-13所示。
图1-12刀口形直尺及其使用图1-13塞尺
1.2.2角度量具
1.90º
角尺
90º
角尺是检验直角用非刻线量尺，用于检查工件的垂直度。
2．游标万能角度尺
游标万能角度尺是用游标读数，可测任意角度的量尺。
一般用来测量零件的内外角度。
它的构造如图1-15所示。
游标万能角度尺的读数机构是根据游标原理制成的。
图1-14
图1-15
1.2.3量具的保养
1）使用前必须用绒布将其擦拭干净。
2）不能用精密量具去测量毛坯或运动着的工件。
3）测量时不能用力过猛、过大，也不能测量温度过高的工件。
4）不能把量具乱扔、乱放，更不能将其当工具使用。
5）不能用污油清洗量具，更不能注入污油。
6）量具使用完后，应将其擦洗干净后涂油并放入专用的量具盒内
1．千分尺、百分表、游标角度尺的读数方法及使用方法
2．量具的保养方法
4
金属材料的性能
1.掌握金属材料的力学性能——强度、硬度、塑性、冲击韧性、疲劳强度等基本概念。
2.理解各力学性能指标的物理意义，了解其测定方法。
3.熟悉金属材料的工艺性能。
1．金属材料的力学性能
2．各性能指标的物理意义和测定方法
1．说明千分尺的读数方法及其使用方法。
2．如何保养好量具？
第2章金属材料的性能及常用工程材料
2．1金属材料的性能
2．1．1金属材料的力学性能
1．强度指标
（1）强度：
材料在外力作用，抵抗塑性变形和断裂的能力。
工程上常用的金属材料的强度指标有屈服强度（ReL）和抗拉强度（Rm）等；
（a）
（b）
低碳钢力-伸长曲线圆形拉伸试样
（a）拉断前（b）拉断后
（2）强度衡量指标：
屈服强度ReL、抗拉强度Rm
1）屈服点：
定义：
发生屈服现象时的应力。
公式：
ReL＝FeL/So（MPa）
FeL－材料发生屈服现象时的力，So－材料的原始横截面面积。
对于塑性差的材料，无明显屈服点，则用Rr0.2来代替ReL。
2）抗拉强度：
最大应力值。
Rm＝Fm/So
Fm－最大的载荷，So－材料的原始截面面积。
2．塑性指标
塑性：
材料在外力作用下产生永久变形而不破坏的性能。
表示材料的塑性指标是：
伸长率A和断面收缩率Z。
1）使材料具有良好的成形性；
2）受到外力变形时，有强化作用。
衡量塑性指标：
伸长率、断面收缩率。
（1）伸长率：
A
A＝（Lu－L0）/L0×
100％
Lu－拉断后的长度。
L 0－原来的试样长度。
注意：
长、短试样测出的A值不相等（比较大小，要同样的试样）。
δ5>
5%－塑性材料，δ5<
5％－脆性材料。
（2）断面收缩率：
Z＝（S0－Su）/S0×
S0－原截面面积。
Su－断口处断面面积。
Z值越大，塑性越好。
总结：
A、Z越大，塑性越好，越易变形但不会断裂。
3．硬度指标
硬度：
材料抵抗更硬的物体压入其内的能力。
最常用的硬度指标有：
布氏硬度（HB）和洛氏硬度（HRA-C）。
布氏硬度和洛氏硬度试验原理和使用范围均不相同；
硬度衡量：
布氏硬度、洛氏硬度等。
（1）布氏硬度：
HB
1）应用范围：
铸铁、有色金属、非金属材料。
2）优缺点：
精确、方便、材料限制、非成品检验和薄片。
3）标注示例：
350HBW5/750表示用直径5mm的硬质合金球在7.355kN试验力下保持10s-15s测定的布氏硬度值为350。
（2）洛氏硬度：
HR、（HRA、HRB、HRC）
钢及合金钢。
测成品、薄的工件，无材料限制，但不精确。
45HRC表示用C标尺测定的洛氏硬度值为45。
注：
数值越大，硬度越高。
但相互之间不能比较，必须查表为同单位才行。
4．韧性指标
冲击韧度：
金属材料抵抗冲击载荷的作用而不破坏的能力。
常用的指标有冲击韧度（Ak）。
5．疲劳的概念
在交变应力作用下，虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经过较长时间的工作后产生裂纹或突然发生完全断裂的现象称为金属的疲劳。
金属材料的力学性能是在外力作用下表现出的力学性能，在实际生产中应用相当广泛。
2.1.2金属的工艺性能
工艺性能是指金属材料在加工过程中是否易于加工成形的能力，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。
1.铸造性能
金属及合金在铸造工艺中获得优良铸件的能力称为铸造性能。
衡量铸造性能的主要指标有流动性、收缩性和偏析倾向等。
金属材料中，以灰铸铁和青铜的铸造性能较好。
2.锻造性能
用锻压成形方法获得优良锻件的难易程度称为锻造性能。
塑性越好，变形抗力越小，金属的锻造性能越好。
例如黄铜和铝合金在室温状态下就有良好的锻造性能；
碳钢在加热状态下锻造性能较好；
铸铁、铸铝、青铜则几乎不能锻压。
3.焊接性能
焊接性能是指金属材料对焊接加工的适应性，也就是在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接头的难易程度。
对碳钢和低合金钢，焊接性主要同金属材料的化学成分有关（其中碳的质量分数的影响最大）。
如低碳钢具有良好的焊接性，高碳钢、不锈钢、铸铁的焊接性较差。
4.切削加工性能
金属材料的切削加工性能是指金属材料在切削加工时的难易程度。
影响切削加工性能的因素主要有工件的化学成分、组织状态、硬度、塑性、导热性和形变强化等。
一般认为金属材料具有适当硬度（170～230HBW）和足够的脆性时较易切削。
1．金属材料的力学性能：
强度，塑性，硬度，韧性，疲劳破坏
2．金属材料的工艺性能
完成作业
（2）
5
常用工程材料简介（钢、铸铁）
1.了解常用工程材料的分类方法
2．熟悉钢和铸铁的分类、牌号、性能和用途。
1．钢的分类及牌号
2．铸铁的分类及牌号
1．金属材料的力学性能指标有哪些？
各自的符号和单位是什么？
2．金属的工艺性能指哪几个方面？
2.2常用工程材料简介
常见工程材料的分类如下：
钢铁材料
钢
铸铁
非铁金属
金属材料铝、镁、铜、铅及合金等
稀有金属及稀土等
工
程
材
料
粉末冶金材料
塑料
高分子材料合成橡胶
非金属材料
合成纤维
陶瓷材料
硅酸盐材料玻璃、水泥、陶瓷、耐火材料（传统陶瓷）
除SiO2之外的其他氧化物、碳化物、氮化物材料（新型陶瓷）
层叠型复合材料
复合材料纤维增强复合材料
细粒复合材料
2.2.1工业用钢
1.钢的分类（GB／T13304-2008）
钢的分类方法分为“按化学成分分类”、“按主要质量等级和主要性能或使用特性的分类”两部分。
（1）按化学成分分类根据钢的化学成分可分为非合金钢（碳素钢）、低合金钢、合金钢。
（2）按主要质量等级和主要性能或使用特性的分类
1）按主要质量等级分类分为普通质量、优质和特殊质量
2）按钢的主要性能或使用特性分类
2．钢的牌号、性能与用途
（1）非合金钢的牌号、性能与用途（表2-1，表2-3）
1）碳素结构钢：
Q235A（F、b、Z）、σs≥235MPa。
通常用于制造型材、螺钉、铁钉、铁丝、建筑材料等。
2）优质碳素结构钢：
普通含锰量钢：
0.25～0.8％Mn。
较高含锰量钢：
0.70～1.20％Mn。
[举例]45：
0.45％C左右、0.50～0.80％Mn左右。
45Mn：
0.45％C左右、0.70～1.00％Mn左右。
常用于齿轮、主轴、连杆→45。
弹簧、板簧、发条→65、65Mn。
3）碳素工具钢：
优质碳素工具钢：
T＋数字。
高级优质碳素工具钢：
T＋数字＋A。
[举例]T7、T8、T9、……T14。
含义：
含碳0.7％、0.80％、0.9％……1.4％。
T7A、T8A、T9A、……T14A。
主要用于剪刀、斧头、锯子、锉刀等。
4）铸造碳素钢：
ZG200－400、ZG230－450、ZG270－500、ZG310－570、ZG340－640
（2）合金钢的牌号、性能与用途（见表2-2，见表2-4）
1）合金结构钢：
两位数字、元素符号和数字
如，20CrMnTi、25Cr2Ni4WA等。
2）合金工具钢：
与合金结构钢相似。
区别是当钢中Wc＜1%时，用一位数字表示，如，9Mn2V；
当Wc≥1%时，不用数字，如CrWMn。
3）高速工具钢：
与合金工具钢相同。
如，W18Cr4V。
4）轴承钢：
G、合金元素符号Cr和数字，如，GCr15。
Cr后的数字表示钢中含Cr量为千分之几。
5）不锈、耐蚀钢与耐热钢。
如12Cr13，06Cr18Ni10，022Cr17Ni12。
Cr前的数字含义见表2-2。
2.2.2工程铸铁
铸铁是碳的质量分数大于2.11%的铁碳合金总称。
铸铁的特点：
具有较低的熔点和优良的铸造性能，良好的耐磨性、吸振性、切削加工性等。
按石墨形态不同，铸铁可分为灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁等。
1．灰铸铁
牌号：
用“HT”及数字组成。
如HT200表示灰铸铁，最低抗拉强度值为200MPa。
用途：
灰铸铁广泛用作承受压力载荷的零件，如机座、床身、轴承座等。
2．球墨铸铁
用符号“QT”及其后面两组数字表示。
如QT400-15表示抗拉强度大于400MPa，断后伸长率大于15%。
广泛应用于机械制造业中受磨损和受冲击的零件，如曲轴、齿轮、气缸套、中低压阀门、轴承座等。
3．可锻铸铁
由三个字母及两组数字组成。
如KTH300-06抗拉强度大于400MPa，断后伸长率大于6%。
适于制造形状复杂、工作时承受冲出、振动、扭转等载荷的薄壁零件，如汽车、拖拉机后桥壳，转向器壳和管子接头等。
4．蠕墨铸铁
用“RuT”符号及其后面数字表示。
如RuT340表示Rm≥340MPa，A≥1.0%的蠕墨铸铁。
主要用于制造排气管、变速箱体、活塞环、汽缸套、汽车底盘零件等。
5．合金铸铁
合金铸铁是指常规元素高于规定含量或含有其他合金元素，具有较高力学性能或明显具有某种特殊性能的铸铁。
如耐磨、耐热、耐蚀铸铁等。
部分铸铁的牌号、性能及应用见表2-5。
1．钢的分类方法
2．常用非合金钢（碳素钢）种类、牌号及用途
3．常用合金钢的种类、牌号及用途
4、灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、蠕墨铸铁性能与牌号
完成作业（3）
6
常用工程材料简介（非铁金属、非金属及复合材料）
1．掌握纯铝和纯铜的性能和特点。
2．了解常用铝合金和铜合金牌号、性能和用途。
3．了解硬质合金材料的种类、牌号与性能特点。
4．了解工程中常见的非金属材料及复合材料的特点、用途及发展趋势。
1．纯铝和纯铜的性能和特点；
2．铝合金、铜合金轴承合金的牌号、性能和用途。
1．什么是钢？
什么是铸铁？
它们的主要区别是什么？
2．说明材料牌号的含义：
Q235-A•F、45、T12A、65Mn、GCr15、06Cr18Ni9、HT250、QT400-18
2.2.3非铁金属
1．铝及铝合金
（1）纯铝
纯铝的性能与用途：
密度低（2.7g/cm3），塑性好，强度低，耐腐蚀能力强，表面易形成Al2O3，主要用于制造电线、电缆、配制合金。
Rm＝80MPa、A＝50％、Z＝80％。
（2）铝合金
1）变形铝合金变形铝合金的塑性好，常制成板材、管材等型材，用于制造蒙皮、油箱、铆钉和飞机构件等。
按主要性能特点和用途，变形铝合金又可分为防锈铝合金（如5A02、3A21）、硬铝合金（如2A12）、超硬铝合金（如7A03、7A04）和锻铝（如2A50、2A70）。
2）铸造铝合金铸造铝合金力学性能虽然不如变形铝合金，但具有良好的铸造性和抗蚀性，如ZL102等，可进行各种铸造成形，生产形状复杂零件毛坯。
一般用于制造复杂及有一定力学性能要求的零件，如仪表壳体、内燃机汽缸、活塞、泵体等。
2．铜及铜合金
（1）纯铜
纯铜的性能与用途：
比重大，塑性好，强度低，Rm＝200～250MPa、A＝45～50％，耐蚀性强，有良好的导电性、导热性,具有抗磁性等特点，主要用于制造电线、电缆、配置铜合金。
（2）铜合金
1）黄铜黄铜是以锌为主加合金元素的铜合金。
加入适量的锌，能提高铜的强度、塑性和耐蚀性。
按其含合金元素种类，又分为普通黄铜、特殊黄铜两种。
只加锌的铜合金称为普通黄铜（如H62、H70等）。
普通黄铜的耐蚀性较好，尤其对大气、海水具有一定的抗蚀能力。
若在普通黄铜中加入铅、铝、锰、锡、铁、镍、硅等合金元素所组成的多元合金称为特殊黄铜（如HPb59-1、HMn58-2等），能进一步提高其力学性能、耐蚀性、耐磨性，改善切削加工性等。
2）青铜铜和锡往往伴生而成矿，因此铜锡合金是人类历史上最早使用的合金，因其外观成青黑色，所以称之为青铜。
根据主加元素如锡、铝、铍、铅、硅等，分别称为锡青铜（如QSn4-3）、铝青铜（如QAl5）、铍青铜（如QBe2）及用于铸造的铸造青铜（如ZCuSn10Pb1）等。
青铜的耐磨减摩性好、耐蚀性好，主要用于制造轴瓦、蜗轮及要求减摩、耐蚀的零件等。
3．硬质合金
硬质合金是将一种或多种难熔金属的碳化物和起黏合作用的金属钴粉末，用粉末冶金方法制成的金属材料。
（1）硬质合金的性能特点
硬质合金的硬度高，常温下可达86～93HRA（
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