材料与工艺书籍39页

《材料与工艺书籍39页》由会员分享，可在线阅读，更多相关《材料与工艺书籍39页（38页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、欢迎阅读本文档，希望本文档能对您有所帮助！ 材料与工艺二OOO年八月第一章绪论第一节 引子第二章金属材料与工艺第一节 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的常规规格1板材2型材3管材4有色金属第三章非金属材料与工艺第一节 木材与工艺（一）木材的构造（二）木材的工艺1锯2刨3铲、凿、砍4钻5粘合6弯木第二节陶瓷与工艺（一）轮转法（二）注型法（三）圈土法（四）土片法第三节 塑料与工艺（一）塑料的种类（二）塑料的工艺1注射成型2挤出成型3压延成型4压

2、制成型5差压成型6对模成型第四章 材料的结构第一节 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 材料特性配合连接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与工艺平国安 王 泓绪 论一、材料与工艺发展简史产品是由多种材料、多种结构，通过多种工艺手段加工而成的，人类的生产过程就是将原材料转变成产品的过程。生产的目的不同，选择的原材料、加工方法和转变过程也不同。通常将改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，称为工艺

3、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的斗争中，不断改进用以制造工具的材料。最早被使用的材料是天然的石头和木材，随着技术的发展，逐步发现和使用金属。人类最早使用的金属材料是青铜。我国使用金属材料的历史悠久，在河南安阳殷墟留存的司母毋大方鼎（青铜器）铸成于约公元前1400年至公元前1000年的商朝（图0-1）。公元前五世纪，我国的制剑技术已经很高明。1965年在湖北省江陵县出土的春秋越王勾践的宝剑，仍然银光闪闪、寒气逼人，这说明当时的钢铁冶练、锻造和热处理技术已达很高水平（图0-2）。同时，我国也有着世界上最早的使用金属的文字记载。在成书于春秋末期（距今

4、两千多年）的考工记中，就有关于青铜合金成分配比规律的阐述。明代宋应星编著的天工开物一书中，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，这是世界上最早的关于金属工艺的著作之一。但由于采矿和冶炼技术的限制，在相当长的历史时期内，很多器械仍采用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，钢铁才成为主要的工程材料。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的发展，各种合金材料不断出现并形成系列。与此同时，人们对非金属材料的开发和使用也得到了

5、很大的发展。特别是石油化工工业的发展，促进了合成材料的兴起，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，使用的比重逐步提高。此外，玻璃和特种陶瓷等硅酸盐材料的应用也逐步扩大。必须看到，人们对各种材料的使用和相应的工艺是密不可分的，这些工艺包括对各种金属和非金属材料的成形技术（如铸造、锻造、焊接、冲压、注塑以及热处理技术）、切削加工技术（包括车削、铣削、磨削、钻削、成型切削等）、特种加工技术（包括电火花加工、电解加工、超声波加工、激光加工、电子束加工等）和装配技术（包括测量技术、调整技术、检验技术等）。随着科学技术的不断进步，人们能采用的工艺手段越来越丰富，制造的产品

6、也越来越精致。二、本课程的地位及与工业（产品）设计的关系1、本课程是工业设计专业的重要的技术（专业）基础课。作为产品设计人员在设计产品的时候，必须了解材料和工艺的知识以及掌握相关的技术。一定的产品总是和一定的材料和工艺相关的，否则你的设计只能是纸上谈兵。为了让你的设计为更多的人接受，你还必须具有制作模型（小样）的能力，日语中把此称为“手办”。通过模型，你不仅可以发现、协调纸面设计中的问题，从而使设计更完善，还可以用生动的直观形象让更多的人（包括许多并不懂得专业技术的人）理解并接受你的设计。2、本课程也是区别于艺术类院校其他专业的重要标志工业设计专业要学习美术专业的许多基础课，如色彩、素描、构成

7、等，也要掌握表现技法、电脑作图等许多视觉传达的基本技能，但并不等同于视觉传达。工业设计的侧重点在产品，围绕产品的设计我们不仅要解决视觉传达的问题，还必须解决诸如材料、制作工艺、功能和宜人（人机工程）等具体技术问题，这就要求我们必须掌握比单纯视觉传达要多得多的材料和工艺知识，非如此则不能解决上述问题。3、本课程也符合现代意义上的工业设计的要求现代意义上的工业设计，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，都是工业设计的结果，很难设想一个不懂材料和工艺的设计师能很好地完成一件产品的设计。现代意义上的工业设计，要求设计师使自己在成为专才的同时

8、，应努力成为一个“全才”。只有这样，才是一位符合时代潮流发展需要的设计师，也才能在瞬息万变的设计大潮中把握每一点设计灵感，设计出合乎潮流的产品。三、本课程的主要内容在科技飞速发展的今天，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的时间内了解和掌握相关的知识，我们把课程内容分成四个阶段来讲。1、金属材料与工艺2、非金属材料与工艺3、材料的连接方式4、材料的表面处理第一章金属材料与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，经过冶炼的过程而生产出来的。现以钢铁材料的生产为例，简要介绍一下其冶炼过程。1、炼铁：自然界的铁是以各种化合物的形式存在，把铁从它的化合

9、物中还原出来的过程就是炼铁。炼铁的主要设备是高炉（参见图1-1-1），原料采用铁矿石（砂）、焦炭（燃料）和熔剂，其主要产品是生铁。2、炼钢：生铁中含有大量的碳和杂质，不能满足加工和使用的要求，炼钢就是通过再次冶炼，将这些杂质去除并降低碳的含量，使之成为可使用的钢材。炼钢的设备由转炉、平炉和电炉等。转炉冶炼必须采用液态生铁为原料，不能采用废钢铁作原料，平炉炼钢则可采用废钢铁为原料，一般钢铁材料可采用转炉或平炉进行冶炼。电炉采用电弧热为热源，冶炼温度高，易于精确控制成分，是合金钢和优质钢的主要冶炼设备。图1-1-1高炉二、金属的力学性能1、材料的力学性能：人们在采用某种材料制造某一零件时，首先要考

10、虑的是该零件会否因材料不能承受各种力的作用而损坏，这就涉及到这种材料的性能。由于这些性能都在材料受力后才表现出来，所以将这种性能叫做材料的力学性能。2、金属的力学性能及期判据：由于金属被使用的广泛性和形式的多样性，人们对金属材料的力学性能进行了深入的研究，发现金属在不同的受力场合会表现出不同的性能，如强度、塑性、硬度等等。这些性能从本质上来说，涉及到材料在力作用下的弹性和非弹性反应以及由此引起的变化。为了更好地把握这些性能，我们用一些指标衡量它，这些指标称为金属力学性能的判据。金属力学性能的判据是金属构件选材和设计的主要依据。这些判据也用来判别非金属材料的力学性能，因此具有普遍的意义。由于这些

11、判据涉及到较多的理化知识，所以本教材只就主要性能及其意义作一简单的介绍。3、主要性能及其意义：1）强度：强度是指材料抵抗永久变形和断裂的能力。一般说来，强度高的材料比强度低的材料能承受更大的外力；弹性材料比脆性材料有更高的强度；相同材料受压时比受拉时能表现出更高的强度，这些结论已被实验和工程实践所证实。人们在选择某一材料时，首先考虑的是强度问题。2）塑性：塑性是指材料断裂前发生不可逆永久变形的能力。一般说来，塑性好的材料，其变形能力也大；弹性材料都具有一定的塑性，脆性材料的塑性极小；常用的金属材料在加热到一定的温度后，其塑性会提高。塑性好的金属材料才能实现成形加工（指压延、拉伸等加工）。3）硬

12、度：硬度是指材料抵抗局部变形，特别是塑性变形、压痕或划痕的能力。硬度是用专门的硬度计在材料的表面来测定的。一般说来，硬度高的材料，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的能力，而冲击韧性是指在冲击力作用下断裂时吸收变形能量的能力。前述的强度、塑性和硬度，都是在静态试验力作用下的力学性能，而多数金属零件并不是在静力作用下工作的，所以，金属的冲击韧性在零件的安全方面有极大的意义。金属的冲击韧性与温度有关系，一般说来，随温度的降低，金属的冲击韧性也会降低。三、金属材料的分类 1、通常人们将金属材料分成黑色金属和有色金属两大类。1）黑色金属就是人们通常用的铁、钢，因其材质中含有大量

13、的碳（黑色），故得名。黑色金属是一种铁碳合金，由含碳量的多少，可分成工业纯铁、钢和所谓的白口铁（不是白铁皮），他们的性能各不相同。纯铁和白口铁一般不能直接使用，必须经过改造才能使用。作为铁碳合金的钢又称为碳钢，根据含碳量的多少，又可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。碳钢具有很好的力学性能，被人们广泛使用，我们日常使用的钢材一般都在这一范围中。特别要指出的是，人们将碳钢经过适当的加热、保温和冷却的处理（这种处理称为热处理），能够根据我们的需要来改造它的性能，这也是碳钢被广泛使用的原因之一。人们还发现，在碳钢中加入少量的某些元素（加入的元素主要有锰、硅、铬、镍、钼、钨等）后，会使原来的碳钢变得性能优异，

14、这样的碳钢被称为合金钢。合金钢用来制造一些特殊用途的零件，如弹簧、轴承、切削刀具或耐热、耐磨零件等。我们常用的不锈钢也是一种合金钢。人们常说的铁或生铁（严格意义上的生铁是炼铁炉生产的产品，它主要用作炼钢的原料），实际上指的是铸铁一类的材料。铸铁可用将白口铁进行改造等方法获得。铸铁是一类受压性能极佳的结构材料，在机械工业中常被用来制造床身、机架一类零件的材料。黑色金属占人们使用的金属总量的 95% ，是人们使用最早、范围最广的一类金属。2）有色金属因其表面或断口具有金黄、银白、玫瑰红等色泽而得名，大部分的稀贵金属都是有色金属，如金、银等。有色金属的产量和用量远不及黑色金属，但由于其独特的性能，而

15、成为现代工业技术中不可缺少的重要金属材料，用量最大的有色金属是铜和铝。铜具有良好的塑性，它的导电性和导热性仅次于银，加之在空气和水中具有良好的抗蚀性，所以被大量用来制作导线和各种电器元件。铝是一种轻金属材料，其比重只有铜的三分之一不到，熔点也只有铜的二分之一。所以在很多场合可用作铜的替代品，用以减轻产品的重量。纯铝的强度较低，工业中多用铝的合金。2、从金属材料的供应状态（形状）来看，我们可以把金属材料分成块材、板材、棒材（包括管材、型材）、线材等。块材可通过冶炼过程或锻炼过程得到，板材可通过压延过程得到，管材、线材则可通过轧制、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

16、定的加温，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的方向延伸，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:挤出是将块材通过加温，使其软化，然后置于一空腔内，用强大的压力，使其在一个模具中通过，形成一定形状的管材、线材。第二节金属材料工艺在制作产品的时候还需要对材料进行进一步的加工，这一过程也就是工艺过程。由于金属材料的特点，对它的加工方式有多种多样，一般可分为热加工和冷加工两大类。（冷热加工的定义因为涉及到金属学的一些知识，在此不再赘述）一、热加工工艺热加工通常包括铸造、锻造、焊接和热

17、处理。1、铸造：铸造是毛坯成型的主要工艺方法，俗称“翻砂”。一般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。铸造具有可以生产形状复杂（特别是具有内腔）的零件、可使用各种合金进行铸造、加工余量小和生产成本低等许多优点，因此在生产中被广泛使用。图1-2-1铸造的工艺流程2、锻造：锻造是使用外力使金属坯料产生塑性变形，获得所需的尺寸、形状及性能要求的零件加工方法，俗称“打铁”。一般分为自由锻造和模型锻造。参见图。图1-2-2锻造的主要工艺锻造出了能获得所需形状的零件外，还可使材料内部组织致密，有改善金属力学性能的作用，常作为重要受力零件的前道加工。3、焊接：当两个以上的工件需

18、要固定连接或使之成为一体的时候，可以选择焊接的方式。焊接是一种通过加热或加压或两者并用的方法，是两部分金属实现原子结合的永久连接方法。焊接因焊件材料和焊接原理的不同，形成了不同的焊接方法。现将最常用的焊接方法介绍如下。 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的一种焊接方法。电焊是最常用的焊接方法，它适用于一般的钢制零件的连接，以中碳钢的焊接效果最好。一般的电焊都采用手工操作，因此焊接的质量与操作者的技术水平有很大的关系。重要零件

19、（如压力容器，船体等）的焊接在焊后要进行 X 射线的检测或拍片，以确保质量,以防后患。参见图1-2-3。2）氩弧焊:氩弧焊是一种气体保护焊。比如不锈钢的焊接，用普通电焊虽然也可以进行焊接，但在焊接时产生的高温影响下，各种有害气体极容易侵入焊缝，使焊接部位产生脆化从而影响焊接质量。为了防止焊接时有害气体的侵入，我们采用惰性气体氩气作为保护气体，利用氩气的不活动性，在焊接区形成一个保护气罩，从而保证焊接的质量。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的热量使焊件和焊料局部熔化和填充金属的一种焊接方法。因乙炔和氧气均带有压力，焊接时发出呼呼如风的声响故也

20、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合适），故又称为铜焊。气焊适于薄钢板、非铁材料的焊接，因其不用电，也适合野外操作。但焊出的焊疤一般较明显，不是太美观，而且焊接强度较低，不适于大型或重要零件的焊接。参见图1-2-5。利用某些金属能在纯氧环境下燃烧的特点，通过调节焊枪的气量等技术（一般是换用专门的叫做“割炬”的工具），可将气焊变为气割。气割主要用来分割纯铁、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:电焊是一种电阻压力焊（图1-2-6），同属此类焊接原理的还有缝焊（图1-2-7）等方法。它是利用电流通过

21、焊件的接触面时产生的电阻热对焊件局部迅速加热，使之达到塑性或局部熔化状态，然后迅速加压而实现连接的一种焊接方法。这种方法对薄壁、网状零件的焊接特别合适，但对较大的零件焊接时要注意焊接的顺序，要从中间朝四面展开，因为当焊点多的时候，焊接时会使材料变形延伸，如果不按顺序焊接，最后材料会延伸后无法焊接。点焊由专门的点焊机进行。上述四种焊接方法由于操作时都带有一定的危险性，必须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的焊接方法，用电烙铁（图1-2-8）进行的焊接即为一种软钎焊。电烙铁内部的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；所用的焊锡丝就是所谓的钎料，其熔点比作为母材

22、的被焊接件要低，借助烙铁头提供的热量熔化，然后润湿母材、填充间隙从而实现焊接；此时所用的松香或焊膏叫做钎剂，钎剂用来保证焊接的顺利进行和获得致密的接头。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。切削加工必须采用专门的设备（机床）和刀具进行，绝大多数情况采用电动机提供切削动力，同时对操作者的技术也有较高的要求。切削加工采用的方法是去除材料的方法，即将零件表面多余的材料“切”去，最终获得的产品其体积与重量都比毛坯要小，通俗地说是对材料做“减法”。1）传统的切削加工所用的机床一般分为通用机床和专用机床两大类，针对不

23、同机床所能完成的工艺特点，习惯上把某种机床简称为(床，如车床，刨床，磨床等；我国规定各类机床的代号可用其汉语拼音的第一个字母来表示，如车床位 C ，刨床为 B,磨床为 M 等等。2）切削加工所用的刀具，多数由金属制成，某些刀具也用非金属或复合材料制成。金属制造的刀具一般使用工具钢或合金工具钢为原料，由专门的工厂制造；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、内容最丰富的一类方法。在金属材料的冷加工过程中，切削加工是首选的方法之一。现将常用的切削加工工艺简单介绍以下。1、锯削：一般情况下金属的原材料都很大（很长），在加工过程中，不可能把整块（整根）的原材料直接

24、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）的工艺可以选择锯削。锯削是通过直锯条的往复运动或盘锯的旋转运动带动锯齿切入材料并削去材料的方式进行割断加工，有手动和机动二种形式。这种工艺方法只适用于割断棒材或窄板材，常用于轴类零件的毛坯准备。2、车削：车削在金属加工中是用得最多、工艺范围较广的工艺方法之一。图1-2-9锯削示意图1）车削加工所用设备叫做车床，根据车床主轴的布置形式可分为卧式车床（图1-2-10和图1-2-11）和立式车床，根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）车削所用的刀具称为车刀

25、（图1-2-13）。车刀使用前必须进行刃磨，根据操作者的习惯和技术，刃磨后可获得不同外形和不同用途的刀具，从而完成不同内容的加工。图1-2-13车刀3）普通车床的加工就是将工件固定在车床的夹具上，由电动机带动使其旋转，然后用车刀进行切削。通过这种加工方法，一般可以得到具有回转体表面的零件。但由于车削的工艺范围相当广泛，采用适当的方法，也可获得其它类型的表面。车削可用于粗、半精和精加工，主要的工艺范围参见图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，我们可采用刨削加工（图1-2-15）。1）刨削加工所用设备叫做刨床，一般中小型零件加工采用

26、牛头刨床（图1-2-16），大型工件的加工则采用龙门刨床（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）刨削所用的刀具称为刨刀，刨刀的形状和结构都较简单。3）刨床是通过刀具的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，从而达到加工平面的要求。由于刨削的工件表面会留下直线的加工痕迹（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的一种特殊处理。4、磨削：对于表面要求光洁、光亮的产品，可采用磨床进行磨削。1）磨削加工所用设备叫做磨床，因加工表面的不同，可分为平面磨床（图1-2-

27、18）、内圆磨床、外圆磨床（图1-2-19）和异形面磨床，按加工后表面光洁的程度，又可分为普通磨床和镜面磨床。图1-2-18平面磨床 图1-2-19万能外圆磨床2）磨削所用的刀具称为砂轮，砂轮是一种微刃刀具，以由 Al2O3 （刚玉类）或改击（碳化硅类）为主要成分的硬质材料为微刃，用陶瓷或树脂为结合剂将其制成轮形（图1-2-20）。砂轮的磨削能力与磨料颗粒的粒度有很大关系，粒度又叫做“目”，表示粒度大小的粒度号又叫做“目数”。目数是指每英寸（ 25.4mm ）长度内能通过该种颗粒的孔眼数，例如 60 号粒度的磨料表示它能通过在 1 英寸长度里有 60 个孔眼的筛网，其号数越大，颗粒越小。一般粗

28、颗粒的砂轮用于粗、半精加工，而细颗粒的砂轮则用于精加工。常用的砂纸也以此表示砂纸磨粒的粗细。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。因为砂轮的磨粒很硬，因此也可用来对刀具进行刃磨。此外，砂轮还有一种所谓“自锐”的特点。一般刀具的切削刃如果磨钝或损坏，必须换刀或重磨才能继续切削。而砂轮的磨粒变钝后，磨粒就会破碎，产生新的较锋利的棱角；或者圆钝的磨粒从砂轮表面脱落，露出新鲜锋利的磨粒，继续对工件进行加工。砂轮这种自身推陈出新、保持自身锋锐的特性，称为“自

29、锐性”。这一特性使磨削加工具有较高的生产率。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的时候，可使用铣削加工。铣削和车削一样，也是一种工艺范围广泛的加工工艺。1）铣床由主轴的布置方式，可分为立式铣床和卧式铣床，常用的是带升降台的卧式万能铣床(图1-2-24)。大型工件可选用龙门铣床（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）铣削所用的刀具称为铣刀，由于工艺范围广泛的缘故，铣刀是一个由各式各样外形的刀具组成的一个系列，操作者应根据不同的加工要求选用不同的刀具。参见图1-2-26。图1-2-26铣刀 图

30、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，铣平面的速度是刨平面的几十乃至上百倍。但铣刀的结构复杂，刃磨需用专门的设备，因此价格较贵，加工成本高。6、钻削:当对工件进行孔加工时，最常用的方法是钻削。1）钻削加工所用设备叫做钻床，钻床一般都立式布置，小型工件多用台钻（图1-2-28），工厂一般使用摇臂钻床（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）钻削所用的刀具称为钻头，因大部分钻头具有麻花一般的外形，所以称为麻花钻。此外常用的刀具还有扩孔钻、中心

31、孔钻和绞刀。钻头是一种定尺寸刀具，即多大的钻头只能钻出多大的孔。3）钻削的操作较简单，但钻孔时由于排屑困难、传热不良等原因，很容易把钻头别断；钻小孔或深孔时还容易引偏，使钻出的孔与工作表面倾斜。7、其它切削工艺：随着科学技术的飞速发展，现代的加工技术也有了极大的进步。1）组合机床：它是一种专用机床。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，因此是一种高效的加工设备，多于孔的加工。2）加工中心：一种用计算机控制、带有大型刀库的现代化的自动加工设备。在一台加工中心上可以使用多种刀具、完成多种工艺，而且工件的装卸、测量和刀具的更换完全用预先编好的程序进行控制。是现代切削加工技术的发

32、展方向。3）特种加工：主要是利用电能、光能、声能、热能、化学能来去除材料的非传统加工方法，可对特殊表面、特殊形状的工件进行加工。使用最普遍的特种加工技术是电火花加工，包括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的加工，使塑料模具加工最主要工艺设备。（二）板金工艺许多产品是由薄板做成的，如机器的外壳、治疗仪器等，其外壳多数是由薄板通过折板工艺做成。板金工艺是一种对薄板材料通过剪切、弯折的方法，改变材料的尺寸、外形的一种工艺。1、折板工艺：折板工艺是通过折板机将板折成所需形状（图1-2-33），折板的角度可以多种多样。但一般弯折深度和宽度是有一定的比例，超过比例加工则有些困难了

33、。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，这就需要将板通过卷板工艺使薄钢板变成弧型，也就是将薄板通过卷板机的轧辊，使薄钢板转弯为弧型板。3、拉伸工艺:我们经常使用的金属饭盒、快餐盘及电筒均是用薄钢板进行冲板拉伸工艺的，就是通过模具在冲床（一种压力加工设备）上进行拉伸（图1-2-34）。这种拉伸一般不加温，拉伸较深的工件需要二次或多次拉伸才能最后完成。拉伸加工的拉伸比（表征拉伸深度的一个参数）是有一定限制的，和钢板的厚薄及钢板的品种有关系。(三)钳工工艺0、概述：钳工工艺是一种以手工操作为主的对产品进行加工、修配的工艺。钳工常用的设备包括钳工工作台

34、、台虎钳、钻床等，基本操作有划线、锯切、锉削、钻孔、攻螺纹、套螺纹等。钳工工艺在我们的课程设计过程中有十分重要的作用，同学们在制作模型的过程中会大量使用钳工工艺。1、划线：划线是根据图样的要求，在毛坯或半成品上划出加工界线的操作。其主要作用是确定工件上各加工面的加工位置，作为加工或安装的依据。划线时要使用各种量具，这些量具包括：钢直尺、高度尺、直角尺、高度游标尺等。划线工具有平板 、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高度游标尺一般工件划线时按照以下顺序进行： 1）清理工件：清除毛坯上的毛刺、油污，杂质，在划线部位涂色，找出孔的中

35、心等。2）选择基准：在工件上确定一些线或面，作为划线时的依据。这些线或面称为基准。3）工件定位：用适当的工具支承工件，将其放平、放稳。一般采用三点支承或借助专用的工具（如平板,V 型架）。4）划线：用划线工具按照图纸尺寸划出基准线和其它线，并检查其正确性。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，锯弓的张口可调节以适应锯条的长度，锯条采用工具钢制造，有粗齿、中齿和细齿三种，分别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)

36、锯切方法：按选用锯条、安装锯条、装夹工件、运锯的顺序进行。A、工件夹持一定要牢靠，伸出锯口要短，一般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式：单手握锯：用于小断面的锯断。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，锯条平面与工件表面要垂直，锯出切口后锯弓逐渐改为水平方向。双手握锯：一般锯断多用双手握锯。此时左手握住锯弓前端部，以使运锯更平稳，便于加力。因为手锯锯条的锯齿为单向锯齿（图1-2-40），所以安装锯条时都将锯齿按如图所示方向安装，这样在运锯前推时要均匀加力，返回时从工件上

37、轻轻滑过，速度一般为每分钟 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的操作。1）工具：锉削的工具是锉刀。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：用于一般工件表面的锉削，因其断面形状的不同，又分为各种锉刀。参见图1-2-43。整形锉：又称为什锦锉，成组成套供应，用于细小部位及精密工件的加工。特种锉：专门设计用于某些特殊表面加工的锉刀。前两类锉刀应用较广，后一类不常用。2）锉削方法：A、平面的锉

38、削方法（图1-2-44）：图1-2-44平面锉削方法B、曲面的锉削方法：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的操作，套螺纹是用板牙在圆杆上加工外螺纹的操作。1）攻螺纹：攻螺纹又称为攻丝，用的工具包括丝锥（图1-2-47）和铰杠。M6M24 的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 以上的丝锥由头锥，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，用的工具包括板牙和板牙架。板牙有整体式（固定式

39、）和开缝式（可调式）两种。图1-2-49板牙 图1-2-50套丝5、常用量具和测量方法：掌握常用量具的使用和正确进行测量，对制造一件合格的产品而言也是至关重要的。0）长度单位制：我国规定长度单位采用公制，其基本单位为米（ m ），采用千进位，向下千分之一米为毫米 (公厘) ，千分之一毫米为微米 ( m) ，向上为千米（ km,俗称公里），工程上一般以毫米为基本单位。在进行修配或进行管道等施工时，还会使用英制（吋制），其基本单位为英寸（、吋），向下为英分（），采用八进制，即一英寸为八英分；向上为英尺（呎），采用十二进制，即一英尺为十二英寸。两种长度单位的基本换算为一英寸等于 25.4 毫米。1）

40、常用量具：A、钢直尺：一般由不锈钢制成，基本刻度为毫米，也有 0.5 毫米刻度的。最短的尺其量程为 200 毫米，最长的尺量程为 1000 毫米。超过 1000 毫米时，一般做成卷尺形式。钢直尺用于一般测量精度不高的长度测量。B、游标卡尺：游标卡尺是带有测量卡爪并用游标读数的量尺（图1-2-51）。它具有结构简单、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。常用的规格有 0 125mm ， 0 200mm ， 0 300mm 和 0 500mm 等。游标卡尺按其测量的精度，有 0.1mm，0.05mm 和 0.02mm 三种。图1-2-51游标卡尺a、

41、游标卡尺的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精度的游标尺为例，主尺每一格为1mm，当两爪合并时主尺上49mm刻线正好对正游标上50刻线处，因而游标每格是4950=0.98mm。读数方法：读数时有以下三个步骤先读出游标上零线对正主尺上毫米的整数，再看游标上那一条线与主尺上的刻线对齐，读出游标上的尺寸，然后把主尺和游标上的尺寸加起来，即为测量尺寸。b、使用游标卡尺应注意以下事项a）检查零线：使用前应先擦净卡尺，合拢卡脚，检查尺身与游标的零线是否对齐。如未对齐，应记下误差值，以便测量后修正读数。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

42、径处。c）用力适当：量爪与测量面接触时，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，否则读数不准。e）防止松动：卡尺取出时，应使固定量爪紧贴工件，轻轻取出，防止活动量爪移动。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的示值为 0.01mm 或 0.001mm 的量尺。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。它们测量对象不同，但基本原理是基本相同的。现以使用最多的外径千分尺加以说明。图1-2-52所示为测量范围为 0 25mm 的外径千分尺。图1-2-52千分尺a、千分

43、尺的读数原理和方法：千分尺的尺架左端装有砧座（测量面），右端有固定套筒，上面沿轴向刻有格距为 0.5mm 的刻线（即尺身）。固定套筒内孔是螺距为 0.5mm 的螺孔，它与精密螺杆的螺纹相配合。螺杆的右端通过棘轮与微分筒（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的距离，即 0.5mm 。因此，微分筒每转过一格，轴向移动的距离为 0.5mm/50=0.01mm 。千分尺读数 =微分筒所指的固定套筒上整数（应为 0.5 的整倍数）+ 固定套筒基线所指微分筒的格数 0.01 。b、千分尺时应注意事项：a）检查零点：使用前将螺杆与砧座的测量面

44、擦净并合拢，仔细检查零点。若圆周的零线与轴向中线未对齐，应记下误差值，以便测量时修正读数。b）合理操作：测量时不应先锁紧螺杆，后用力卡工件。这样将会导致螺杆弯曲或测量面磨损而影响测量准确度。当测量头接近工件时，严禁再拧微分筒，而应拧动右端棘轮。当棘轮发出“嘎嘎”声，则表示压力合适，即应停止拧动。c）擦净工件：工件测量面应擦净，否则将产生读数误差。d）精心维护：千分尺只适于测量精度较高的工件，不宜测量粗糙表面。千分尺使用后应放回盒中，严禁与硬物撞击，以免磕伤或变形。第三节金属材料的常用规格一般情况金属材料是以商品形式供应的，为便利使用，生产厂家把它分成许多的规格，如板材有多少厚度，长、宽多少；棒

45、材有多粗；型材的截面形状及几何尺寸；管材的规格等等。对此国家有规定（国家标准），具体内容可查阅相应的材料手册，不再赘述。本章思考题：1、金属的加工工艺；2、熟记金属材料的品种、规格；3、通过参观增强概念。本章作业:做一个自用的工具作业要求:尺寸标准，至少使用三种工艺手段第二章非金属材料与工艺现代科学技术中，材料科学已和计算机技术、生物工程一起成为现代科技的三大支柱。而在材料科学中，非金属材料的开发最为突出。非金属材料的种类相当广泛，可以说除金属材料以外的所有材料，都属于非金属材料，如纸、木材、陶瓷以及高分子聚合物等等。从 60 年到到 70 年代，高分子材料每年都以 14% 的速度增长（而金属

46、材料的年增长速度是 4% ），陶瓷材料由于它的特殊性能，使之成为最有希望的高温结构材料和各种功能材料。本书根据同学们可能用到的材料，选择木材、陶瓷和高分子材料作简单的介绍。第一节木材与工艺、概述木材属于有机非金属材料。常用的木材主要取自树木的树干部分，树干由树皮、形成层、木质部（即木材）和髓心组成。木材因取得和加工容易，所以木材的使用由来已久。1、木材的种类：木材可分为针叶树材和阔叶树材两大类。杉木及各种松木、云杉和冷杉等是针叶树材；柞木、水曲柳、香樟、檫木及各种桦木、楠木和杨木等是阔叶树材。针叶树材一般树干高大，纹理通直，易加工，易干燥，开裂和变形较小，适于作结构用材。某些阔叶树材（橡木、枫

47、木、桦木、胡桃木等），质地坚硬、纹理色泽美观，适于作装修用材。2、木材的构造：木材有纹理特征，从不同的方向锯切木材，就会产生不同纹理特征的切面，我们可以根据这些特点来研究各种不同切面的性质和用途。由于组成木材的细胞是定向排列，形成顺纹和横纹的差别。横纹又可区别为与木射线一致的径向；与木射线相垂直的弦向。针叶树材主要由管胞、木射线及轴向薄壁组织等组成，排列规则，材质较均匀。阔叶树材主要由导管、木纤维、轴向薄壁组织、木射线等组成，构造较复杂。3、木材的物理、力学性质：（ 1 ）密度。指单位体积木材的重量。密度大的木材，其力学强度一般较高。（ 2 ）木材含水率。木材的物理和力学性质随含水率而变化。木

48、材平衡含水率随地区、季节及气候等因素而变化，约在 10 18 之间。（ 3 ）胀缩性。木材吸收水分后体积膨胀，丧失水分则收缩。径向和弦向胀缩率的不同是木材产生裂缝和翘曲的主要原因。（ 4 ）木材的纹理方向。母材的纹理对它的力学性质有较大的影响，顺纹方向与横纹方向的力学性质有很大差别。木材的顺纹抗拉和抗压强度均较高，但横纹抗拉和抗压强度较低。（ 5 ）硬木和软木。木材按其质地可分为硬木和软木，一般认为阔叶树为硬木 (雨林) ，针叶为软木。软木由于质地比较松软，加工表面比较粗糙，要加工精细的产品不太容易，所以用软木做产品一般需进行表面涂饰，它的优点是加工比较容易；硬木的木质比较坚硬，钉子难于钉入，

49、强行钉入会引起木材开裂，因此加工难度较大，一般采用机加工，但加工后产品表面光滑，纹理清晰。二、木材的加工木材的加工分为前期（材质）加工和成形加工。1、前期加工：除直接使用原木外，木材都加工成板方材或其他制品使用。为减小木材使用中发生变形和开裂，通常板方材须经自然干燥或人工干燥。自然干燥是将木材堆垛进行气干。人工干燥主要用干燥窑法，亦可用简易的烘、烤方法。干燥窑是一种装有循环空气设备的干燥室，能调节和控制空气的温度和湿度。经干燥窑干燥的木材质量好，含水可达 10 以下。使用中易于腐朽的木材应事先进行防腐处理（见竹材和木材的耐久性）。用胶合的方法能将板材胶合成为大构件，用于木结构、木桩等。木材还可

50、加工成胶合板、碎木板、纤维板等。2、成形加工：要使木材变成产品，须通过分割、加工、组装的过程，这个过程我们称之为工艺过程。1）锯：这个工艺过程多少有点象金属工艺中的锯削有点相似，它也是材料加工中最基本、最常用的加工方法之一。它是基本原理就是利用锯齿对木材进行分解，使材料变短、变小、变薄。由于被锯物的目的、要求不同，对锯的要求也不间，这样就产生了许多种不同类型的锯子，如木框锯、板锯、侧锯、尖戳锯、钢丝锯，还有各种电锯，如带锯、盘锯、线锯等。参见图2-1-1。图2-1-1木工圆盘锯 图2-1-2木工平刨机2）刨:刨也是木材加工最常见的一种工艺。由于木材的纹理和锯子加工后表面粗糙不平整，这就需要通过

51、刨的工艺使木材表面光洁、平整，也可使尺寸精确。在刨削的过程中，应注意到木材纹理对刨削的影响，顺纹刨削就是按木纹的肌理进行，这样刨削的面容易平整、光洁，逆纹刨削则易使刨面毛糙、起刺，横纹刨削也存在这样的问题。木工刨的种类有很多，有平刨、特型刨之分。平刨又有许多的规格，有长平刨、中平刨、短平刨、粗刨、细刨（粗刨的刨刀和刨面倾角较小，而细刨的刨刀和刨面倾角则较大，另外和刀刃的外露程度也有关系）；特型刨有边刨、平底轴刨、圆底轴刨、球面包等。刨大平面时也采用电刨、压刨等。参见图2-1-2。3）铲、凿、砍：在制作物品的过程中，铲削加工用得较多，凡是不能用刨削加工的部位都可以用铲削来加工。铲可以用在不同纹理

52、的面上进行，它可以加工平面的，也可以加工曲面的。铲削时一般用肩脚部位压住铲柄推进铲子，用手把握切削力和切削方向。铲子也有平口铲、斜口铲、圆铲等样式。比铲刀口相对小一点且厚一点的我们称之为凿，它的作用主要是凿榫眼 (裤洞) ，要根据洞口的宽度选择合适的凿刀，在木材上开口。也有将铲、凿一并称为凿的。砍削又称劈裂，一般用来粗加工或是追求一种特殊效果的加工，主要工具是斧。有时使用现代电动工具很难达到这些要求。4）钻:在制作产品的过程中，有时也要经常使用钻的加工方式，木材用的钻削工具有牵钻、手摇钻、电钻等，钻孔主要靠的是钻头，钻头有扁尖钻、麻花钻等各种样式。5）胶合:为了充分利用木材的原材料，人们把大树

53、通过特殊切削工艺，使大树变成薄皮，然后再经过热胶、热压形成多层的胶合板，充分利用了木材，继而又发明了利用模具热压，使薄板直接热压成有一定造型的产品，形成了今天的曲木家具。6）弯木:运用加热的手段使实木弯曲做成所需的物体，如提琴、弯木家具等。当然在进行弯木工艺时，需要有理想的材料，熟练的技术和特殊的设备。第二节陶瓷工艺、概述陶瓷属于无机非金属材料，属于化学材料中的硅酸盐材料，是一类硬度、耐温材料。1、陶瓷的历史：人类对陶瓷的使用历史可谓长久，在中国，陶器在史前已被广泛用来制作各种器皿（盛器、酒器等）。从出土的文物来看，其精品至今仍不失实用性和艺术性。其中的艺术性是造型研究的重点，这是因为中国陶瓷

54、的精品不仅有着十分大胆和优美的曲线，而且十分重视造型材料的本质之美，没有人为的矫饰。中国陶瓷的最高境界产生在宋朝，因为当时的作品最能在材料与技巧之间、胎与釉之间取得最充分的平衡，有时甚至材料的特质胜于花纹的主题。以历史的眼光来看，中国的陶瓷艺术在世界上是无出其右的。意大利著名的旅行家马可波罗将瓷器称为中国，即是最有力的佐证。图2-2-1唐三彩 （陶） 图2-2-2青花瓷（咖啡具）2、陶瓷的区别：其实陶瓷是两种不同的材料。从原料上来看，陶采用陶土（粘土质）为原料，而瓷采用高岭土（一种以粘土、长石、石英为主要成分的瓷土材料）为原料；从烧成温度上来看，套的烧成温度较低，而瓷的烧成温度要高得多；从制成

55、品来看，陶器较粗糙，含有大量气孔，有一定的吸水性，机械强度较差，制件多为厚壁，而瓷器表面光滑、质地坚硬致密，无吸水性，敲击是声音清脆，可制作薄壁制件。因为陶、瓷都采用硅酸盐材料制造、其工艺过程大致相同，故常常合称为陶瓷。一、陶瓷的工艺过程1、原料处理：主要有原料净化、配料、粉碎和练泥等工序组成。1）原料净化采用挑选、淘洗、强磁除铁等方法使原料净化，以保证原料成分的准确、统一。2）将待制产品的成分配比换算成原材料的重量比，进行称重配合。3）一般多采用湿式球磨粉碎，使用的设备是球磨机（图2-2-3）。球磨机是一种专门的粉碎设备，大型球磨机是一个直径一米以上的水平放置的钢制圆柱筒，由电动机带动后能作

56、绕圆柱轴线滚动的装置。用于陶瓷材料粉碎的球磨机用花岗岩作衬里，内有一定数量的卵石，工作时将待磨原材料装入，加水后密封，滚动时靠卵石的冲击将原材料粉碎并伴和。参见图2-2-4。图2-2-3球磨机 图2-2-3 球磨原理4）练泥就是将经球磨、压榨（去除多余的水分）后的泥段，通过真空练泥机排除夹入的气泡以及使水分均匀。注浆成型所用的浆料不必真空练泥。2、产品成型：参见下一段。3、干燥：采用自然阴干或烘房干燥的方法，去除毛坯中的水分，便于整形、修光和上釉。现多采用烘房干燥。4、施釉：一般陶瓷产品的表面有一层光亮、坚硬的材料，是上了一层釉水（釉）的缘故。釉料以粘土、长石和石英为主要成分，但石英的配比较大

57、，使其在高温中熔融成半流动体的玻璃态物质，冷却后形成光亮、坚硬的玻璃质薄层（釉层）。也可加入其他氧化物、碳酸盐类物质。因釉料在使用时做成浆状液体，故俗称为釉水。施釉方式主要有漂釉和喷釉等。施釉后的坯料还必须干燥，使釉和坯料结合更紧密。5、烧成：将上好釉的坯料放入窑炉中，经过高温烧结，从而获得产品。烧成是陶瓷产品生产的一个十分重要的环节，由于涉及较多的专业知识，本处不再介绍。二、陶瓷的成形工艺主要有可塑法和注浆法，也可使用湿压制法。（一）旋坯成型(也叫轮转法、辘轳法)将陶土或瓷土置于一个能旋转的平台上，在旋转过程中进行成型的方法。旋坯成型一般有两种方法：拉坯、旋压和滚压。1、拉坯：在辘轳车上用手

58、工拉制出坯体的方法，这是一种古老的制坯方法，纯系手工操作，不用模型，要求操作者有熟练的技术。目前在工业化生产中使用不多，但在制作一些具有个性的作品时仍然使用。2、旋压：用型刀使放在石膏模型中的可塑性坯料受到挤压、刮削和剪切的作用而形成坯体的方法，多用于杯、碗的成形。但因为坯料在制作过程中因受挤压而导致排列混乱，所以产品易变形。3、滚压：是一种使用滚压机成型的机械化成型方法，多用于盘、碟、碗制作，生产效率高，但在个性制作中不能使用。(二)注浆成型 (也称浇注法)注型法是用泥浆向一个具有一定吸水能力的模型（一般用石膏制作，并在注浆前烘热）型腔进行灌注，等上若干时间，当型腔内壁附着的部分泥浆水份被吸干而成一定厚度的外壳时，将剩余的浆料到出型腔，然后打开