金属加工液基础及应用.docx
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金属加工液基础及应用和产品卖点
教 材 目 录
0
一、前言 1
二、金属切削加工液(切削液) 1
(一)金属的切削加工
(二)金属切削加工的分类
(三)加工刀具
(四)切削冷却液
三、金属切削液分类 3
(一)切削液种类
(二)分类标准
四、不同类型切削液的区别 4
(一)不同类型切削液的区别
(二)水溶性切削液原液组成
五、金属切削液的作用 5
(一)冷却
(二)润滑
(三)防锈
(四)清洗
(五)产品共性
(六)产品特点
(七)各类水溶性切削液的特点比较六、机加工对金属切削液的基本要求 5
(一)功能要求
(二)辅助功能
七、金属切削液主要理化指标 6
(一)油基
(二)水基
八、金属切削液选用 6
(一)切削液的选择原则
(二)影响选用的因素
九、金属切削液应用 7
(一)指导用户正确清槽,消毒和配制新液
(二)金属切削液的日常维护
(三)水溶性切削液对配制水质的要求
(四)关于切削液的腐败劣化现象
十、水溶性切削液的管理 8
(一)原液管理
(二)工作液配制浓度管理
(三)防腐管理
十一、水溶性切削液常见问题成因及解决方法…9
(一)锈蚀
(二)细菌增加,产生难闻气味
(三)泡沫
(四)杂油
(五)固体杂质及残留物
(六)工作液稳定性下降
十二、维护用添加剂的正确使用 10
(一)水质调整剂
(二)消泡剂
(三)PH调整剂
十三、金属加工液的市场 11
一、前言
金属加工液是金属加工过程中,用于润滑、冷却加工工件、刀具或模具的。
为了提高加工效率,工件精度和表面质量、延长刀具、模具的使用寿命,除了要按照加工条件合理的选择刀具、模具材料、几何参数、热处理规范和加工量之外,还要正确地选择金属加工液。
金属加工液包括金属切削加工液(通常我们称之为切削液)、金属塑性成型加工液两类。
在这两类加工过程中,刀具、模具和被加工的金属工件之中都产生较大的摩擦与高温,因而金属加工液对润滑、冷却都有要求,但具体的要求常有侧重点不同。
以下的讲述重点围绕的是金属切削加工液(切削液)这一主题。
二、金属切削加工液(切削液)
金属切削加工使用冷却液从17世纪开始距今已有几百年的历史了。
从17世纪的苏打水、18世纪的植物油、肥皂水、19世纪的菜籽油、硫化切削液、合成切削液,直到现代各类切削油和水溶性切削液使用,其发展趋势是功能性愈来愈强,持续使用时间愈来愈长,更加环保。
(一)金属的切削加工
切削加工是金属加工的一种工艺方式,它是利用带刃口的切削工具(刀具或砂轮)将工件的多余金属去掉,从而使工件获得规定的形状、尺寸和表面质量成品或半成品工件。
金属切削加工的方法:
锯、车、铣、刨、磨、钻、铰、镗、攻、拉,等。
典型的加工表面:
内圆、外圆、孔隙、平面。
按表面质量:
粗加工、半精加工、精加工、超精加工。
表面粗糙度:
用以表示加工表面质量,符号是Ra,单位μm。
金属切削三要素:
加工速度、进给量、切削深度。
(二)金属切削加工的分类
1、按所用切削刀具类型分:
(1)刀具进行加工:
锯、车、铣、刨、磨、钻、铰、镗、攻、拉等
(2)磨料进行加工:
磨、衍磨、研磨
(3)特殊加工:
线切割、电火花
2、按加工苛刻度可分:
(1)磨削
(2)锯削
(3)车削
(4)刨削
(5)铣削
(6)钻孔
(7)铰
(8)高速浅进刀车螺纹
(9)用成型刀具车螺纹
(10)镗孔
(11)深孔钻
(12)切齿
(13)螺纹切削
(14)攻丝
(15)外拉削
(16)内拉削
从切削加工分类看,磨削加工通常作为一个单独的分类,通常不和其他加工混在一起,一般作为半精和精加工
锯削加工:
是要求较低的切削工艺之一,同时相对加工强度也较小。
车削加工:
通常用单刃刀具来切割车床上旋转的表面或中心部分。
铣削加工:
通常利用多刃的旋转刀具对工件进行铣削加工。
钻孔:
在不同工件上利用钻具加工出洞,带有开槽或凹槽的钻具绕着钻体旋转。
铰孔:
操作被用来扩大并完成以前形成的洞。
12
深孔钻:
是钻孔加工的一种,通常被加工洞的深度最少是钻具直径的三倍,甚至更多。
螺纹加工:
通常用切削加工来完成,螺纹分为内、外螺纹,通常大量加工螺纹时是通过专用组合机床来实现的。
攻丝加工:
在事先加工好带孔的工件上用圆柱形螺纹切削刀具进行一个设计好的螺纹加工。
拉削加工:
属于较难的切削加工,是由粗加工和精加工组合而成,通常是对槽和平面进行加工。
3、按金属材料的被可切削角度可分为
易切削材料
普通材料
难切削材料
有色金属:
铝、铝合金镁锌合金黄铜
铅青铜
有色金属:
铜
高强度青铜黑色金属:
铸铁
中、低碳钢
有色金属:
钛、镍高合金钢:
耐热钢、高速钢、不锈钢高碳低合金钢:
锰钢,镍铬钢、轴承钢、碳素钢、镍铬铜合金钢
上面讲到是各种金属材料相对可切削性,在一般情况下,都是选定以刀具磨损的快慢为基础的耐用度与切削速度关系作为判定可切削性的指标,通常采用刀具耐用度T=60分钟时的切削速度V表示可切削性,而以被测验材料的V60相比较,就得到对测验材料的相对可切削性。
以抗拉强度δb=61公斤/平方毫米的45号钢测得的可切削性作为100%,则各种材料的相对可切削性如下表:
【各种金属材料的相对可切削性】
等级
程度
相对可切削性%
材料名称
1
易切削
大于300
铝合金、镁合金、巴氏合金等
2
很易削
250-300
锌合金、易切削黄铜等
3
易削
160-250
Y12、易切削钢、黄铜等
4
不难削
100-160
45号钢、40硼钢、灰铸铁等
5
稍难削
65-100
锰钢、硅锰钢、铬锰钢、碳素2号钢等
6
较难削
50-65
耐热钢、子氏体不锈刚、调质合金纲等
7
难削
15-50
奥氏不锈刚、钛合金、淬火钢、高锰钢
8
极难削
小于15
高温合金钢等
无论任何材料金属都具有它本身的金属特性,金属的特性通常可分为两大类型:
物理特性和机械特性。
物理特性是指那些在金属被加工过程中保持不变的特性,它们包括密度、传导性、热膨胀和弹性系数。
机械特性是指那些由于加工和热处理而彻底改变的特性,如在金属切削加工工艺中金属性能的硬度、强度、展延性和韧性。
(三)加工刀具
理想的切削刀具应该非常硬,耐磨损,抗破裂,抗热软化,适合大多数金属,有最小的热膨胀,能满足加工需要的形状,易磨锐,成本低,所有的切削刀具是以上这些性能综合和折中,因为条件和要求的范围大,没有一种单一的刀具能达到所有加工的要求。
常用的切削刀具材料有:
高速工具钢、钴合金、烧结硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼、人造金刚石,等。
(一般工具钢200~300℃、高速钢600℃、硬质合金1000℃、立方氮化硼2000℃)。
(四)切削冷却液
金属切削过程通常分为两个阶段:
即切屑产生和切屑的及时清除,这两个阶段存在着刀具与工件(切屑产生阶段)、刀具与切屑(切屑消除阶段)之间的很大摩擦,这种摩擦力消耗大量能并转变为热,从而影响加工效率和工件质量,甚至损坏刀具和设备。
(例如,在磨削加工中,磨削速度高达1000米/分以上,温度高达1000℃,因此要求更高的冷却性,另外磨具砂轮孔隙容易堵塞,因此需要更高的清洗性,而一般的切削加工切削速度小于200米/分,刀具的刃数有限,所以产生的切削温度稍低。
为了冷却和润滑刀具及工件,必须使用冷却介质,及时带走切削时所产生的热量,降低刀具和工件的温度并起润滑作用,降低工件表面的粗糙度,延长刀具使用寿命,这种介质就是切削冷却液(即切削液)。
为了能经济高效地获得各类零件所需要的加工精度,在确定零件加工工艺时要注意:
合理选择主坯类型和加工余量,正确选择机床刀具、夹具,正确制订加工方案和工艺路线,规定工件在工序间和安放运输方式,同时选用合适的切削、冷却、润滑剂,也是保证加工质量和切削效率的重要方面。
综上所述,金属切削液是金属切削加工过程中,用于冷却、润滑加工工件和刀具的。
为了提高加工效率、工件精度和表面质量,延长刀具的使用寿命,除了要按照加工条件合理地选择刀具、模具的材料,几何参数,热处理规范和加工量之外,还要正确地选用切削液。
三、金属切削液分类
(一)切削液种类:
油基、水基(乳化液,微乳化液,合成液)
切削液
植物油
油基 动物油
矿物油
纯矿物油(机械油)
混合油(矿+动,植物油)
极压油(矿+EP剂+动,植物油)
乳化油(液)
水基 微乳化液
合成液
(二)分类标准
金属加工润滑剂的分类
国际最具权威分类标准ISO6743/7—1986共有17类品种,其中8类(MHA—MHH)非水溶性金属加工液、9类(MAA—MAI)为水溶性金属加工液。
这些品种可适用于切削、研磨、电火花加工、变薄轧延、挤压、拔丝、锻造和轧制等44种各种不同的加工工艺条件。
在我国等效采用ISO6743/7—1986制定了国家标准GB7631.5—89《润滑剂有关产品(L类)的分类第5部分:
M组(金属加工)》
以润滑要求为主的产品是纯油类即MH类(还包括MHG脂膏蜡MHH皂粉末固体润滑剂或其混合物)
以冷却要求为主是水溶液类即MA类。
其中:
MH类:
油类
L—MHA纯矿物油煤油柴油轻质油和LAN全损耗系统油(机油)多用于重载切削,珩磨(有利于铁粉沉降)
L—MHB脂肪油(或油性添加剂)+矿油多用于精车丝杠、滚齿、剃齿、拉削
L—MHC非活性板压切削油,矿油+非活性极压添加剂
L—MHD活性极压切削油,矿油+反应性强的硫系极压添加剂
L—MHE和L—MHF复合切削油,矿油+油性添加剂和极压添加剂
MA类:
水溶性切削液
L—MAA防锈乳化液(油50—80%)
L—MAB防锈润滑乳化液,具有动植物脂肪或长链脂肪酸(如油酸)具有良好的润滑性。
L—MAC极压乳化液,含有极压剂,攻螺纹,拉削等重载切削
L—MAD极压乳化液,含有极压剂,攻螺纹,拉削等重载切削
L—MAE微乳液(含油10—30%),工作液乳化颗粒0.1微米以下
L—MAF极压微乳液,含极压剂,可用于中重载切削加工
L—MAG化学合成切削液两种
一种只含水溶性防锈剂的真溶液(如碳酸钠、亚钠、三乙醇胺)三水溶液,此类溶液润滑性差,表面残留多,只适用于一般磨削。
另一种由表面活性剂、水溶性防锈剂、水溶性润滑剂,组成润湿性好,渗透力强,冷却清洗性好,有一定润滑性。
L—MAH极压化学合成切削液,加入水溶性极压添加剂,提高极压润滑性。
L—MAI 润滑脂及膏与水混合物。
四、不同类型切削液的区别
(一)不同类型切削液的区别(直观,简便)
类型
原液油含量%
工作液乳化颗粒大小(微米)
工作液外观
油基
100
——
透明
乳化液
60~80
大于1
乳白色
微乳液
10~30
0.1~1.0
乳状浅蓝色液
0.05~0.1
半透明灰茶色
0.05
透明
合成液
0
——
透明
(二)水溶性切削液原液组成
组成
乳化液%
微乳化液%
合成液
矿物油
50~80
10~30
0
润滑油性剂
0~50
5~20
5~20
润滑极压剂
0~50
0~20
0~20
表面活性剂
13~35
20~80
20~80
防锈剂
0~5
5~30
5~30
防霉杀菌剂
0~3
0~3
0~3
消泡剂
0~0.5
0~0.5
0~0.5
五、金属切削液的作用
(一)冷却
1)为了解决切削热。
2)冷却作用与切削液组成、类型、浓度、切屑、刀具、流量、给液方式及角度有关。
(二)润滑
1)在摩擦体间加入介质(油、切削液),部分降低摩擦热,但对塑性变形无影响,阻止切削瘤产生,保护已加工表面。
2)极压概念:
在高温、高压下,使润滑介质损失了(油膜没有了),形成了固体与固体直接接触,而加入EP(如硫、磷、氯),在金属表面产生了化学反应形成一种反应膜。
(三)防锈
防锈作用为两方面:
1)工件,一般要求加工后8~24小时不锈,较高要求3~5天不锈。
2)设备,使用任何一种切削液都应对设备提高防锈保护,普通的防锈切削液可直接用作水基防锈剂。
(四)清洗
1)冲走切屑,清洗砂轮。
判断清洗性好坏,一是去污能力,一是自身析油的自复能力。
2)全合成磨削液可直接作为防锈清洗剂。
(五)产品共性
切削油 ——防锈油
超精磨油——溶剂型防锈油
乳化油 ——防锈性乳化切削液
合成液 ——水基防锈剂,防锈清洗剂
(六)产品特点
油基液:
优点:
稳定、良好的润滑性和切削性、寿命长、维护工作量小,不受细菌侵蚀,防锈好。
缺点:
冷却性差,产生油雾,污染环境等。
水基液:
优点:
冷却性好,散热快,成本低(使用浓度3~15%)。
缺点:
易受细菌影响,排放需专业处理。
水基合成切削液:
突出了冷却性能好,防锈性强,其润滑性比乳化液和微乳液差,是磨削加工的首选产品,也可用于一般普通的切削加工。
乳化液:
突出了润滑性和极压性,一般多用于较难加工材质。
微乳化液:
是集合成切削液与乳化液的优点,综合性能最佳,适用范围最广。
(七)各类水溶性切削液的特点比较
水基切削液特性对比表(优、良、一般)
类型
冷却
润滑
清洗
防锈
寿命
适用范围
全乳液
一般
优
一般
优
一般
中重载难切削
微乳液
良
良
良
良
良
广(切削、磨削)
合成
优
一般
优
一般
优
磨削
随着现代科学的进步,EP和抗菌剂研究和废液后处理的完善,水溶性切削液在越来越多的场合取代非水溶性切削液。
六、机加工对金属切削液的基本要求
(一)功能要求
由冷却、润滑、防锈、清洗这四个基本功能可决定被加工件项目有:
表面粗糙度Ra,刀具耐用度,工件耐蚀性(防锈期),设备耐蚀性,加工件尺寸精度。
(二)辅助功能
泡沫、环保、经济性:
包括价格、寿命、废液处理成本。
安全性:
浓烟、火灾、对人体无毒害、无刺激、场地安全性、符合法律法规等。
七、金属切削液主要理化指标
油基:
运动粘度、腐蚀、防锈、脂肪油含量、氯元素、总硫元素、闪点、倾点、耐负荷能力(四球机试验)
PB值(最大无卡咬合),PD值(最大烧结值)。
水基:
原液:
密度、外观。
稀释液(3~5%):
表面张力、PH值、腐蚀、防锈、泡沫、(氯、硫元素)。
八、金属切削液选用:
鉴定
结论
第二步:
选择
(种类)
第一步:
选择
(油基、水基)
(一)切削液的选择原则
安全卫生(冒烟起火)消防法
废液处理措施的有无及处理能力
加工工序机床
切削液管理体制
润滑性抗粘度性渗透性冷却性其他
加工精度刀具耐用度防锈性
清洗性
切削液寿命废液处理性经济性
其他
切削液特性
加工方法要求精度被加工材料刀具材料切削条件
(限制项目) (判定项目)
(二)影响选用的因素
根据不同加工要求选择最适合的切削液种类是正确应用的前提。
影响选用的因素有如下几个方面:
A
加工方式及工艺
车、铣……等16种;
粗、半精、还是其他特殊加工
B
工件材质
可切削性(易加工,难加工,特殊金属,一般材质);
材料的腐蚀性及电化学性
C
刀具材料
D
工艺条件
转速、进给量、切削深度、表面粗糙度
E
设 备
机床种类
F
给液系统
循坏泵喷嘴压力(泡沫问题)
G
水质情况
80%~99%可能是水,但水质情况往往是不同的,而水质情况对切削液的影响是非常大的:
硬度(水中钙、镁离子含量,单位PPM,影响泡沫高低)、
PH值(影响细菌生长)、氯离子含量(影响防锈、使用周期),所以对每一用户的水质进行检测分析是非常重要的。
H
其 他
成本、环保、安全、水质、原用品牌及类型。
九、金属切削液应用:
(一)指导用户正确清槽,消毒和配制新液。
A
排空原液
尽可能完全排空原工作液。
B
清渣
彻底清除工作液系统和存有工作液的液槽、机床表面、泵和循环管道系统及过滤系统,清除对象包括切屑、污渣、杂油、
污泥等杂质,不留死角。
C
清洗杀菌
用1~2%的切削液和0.1~0.3%的杀菌剂配制清洗液,循环清
洗系统至少不低于1小时,可延长至4小时。
D
排空,检查清洗效果
E
配制新液
首先测量槽体体积(长×宽×高),按要求确定配比浓度;液槽注入新水,开启循环系统,按比例缓慢加入切削液(定量的)原液使其完全混匀;使用折光仪(糖量仪)测定浓度,
使其达到规定的使用浓度。
F
进入加工
(二)金属切削液的日常维护
1.保证工作液的浓度,在补充新水的同时按比例添加切削液。
2.最好现场有专职人员对切削液进行管理维护,每日进行检测,检测项目包括:
浓度(折光)、PH值(8.5~9.2)、外观(变色、破乳)、气味、浮油、泡沫情况、工件及机床锈蚀情况、铁屑的清除情况、定期漂出杂油。
3.保持切削液的洁净,严禁向系统抛杂物、洗涤物品及流入脏水(洗衣、洗手等)。
4.根据日检情况,认真填写《切削液日常维护记录表》。
5.水溶性切削液监测内容
外观
稳定、均匀
有条件每日一次
PH值
大于8.2
浓度
按规定
浮油
小于2%
泡沫
小于2毫升/10分钟
防锈性
铸铁
单片24小时 合格
叠片 8小时 合格
每月一次(季节性强)
细菌含量
小于105/毫升
氯离子含量
小于70PPM
(三)水溶性切削液对配制水质的要求
项目
基准值
影响内容
外观
无色、无味、透明
PH值
6.5~7.5
对稀释液PH值影响
硬度
100~300PPM
过高:
会分层、产生浮渣、细菌生长快
过低:
消泡性降低
氯离子
小于10PPM
影响防锈性降低
硫酸根离子
小于10PPM
影响防锈性降低
磷酸根离子
无
稀释液腐败
铁离子
无
稀释液着色
(四)关于切削液的腐败劣化现象(导致更换工作液的主要原因)
1.腐败劣化的原因
水溶性切削液腐败劣化是微生物在适宜条件下迅速繁殖,使切削液发生生物化学变化的结果。
引起腐败的微生物有真菌、放射菌、细菌和酵母菌。
菌属繁多,分布广泛,在大气、土壤、江河、自然物体都能找到。
在腐败的切削液中经常有以下几种代表性污损菌:
A
铜绿色极毛杆菌
鱼肉腐败的代表性菌株,也是切削液腐败的主要菌属之一。
B
硫酸还原菌
切削液发臭的另一主要菌株,在无氧条件下繁殖,存在铁屑瘤、水垢下。
它能还原硫酸根,生成硫化氢,放出臭味;硫化氢腐蚀铁生成硫化铁,使切削液变成灰褐、黑色。
这就是切削液要经常循环、透气、补氧、除
去浮油、清洗液箱时要除去锈片和水垢的主要原因。
C
酵母菌、枯草菌、
新月孢子菌
菌体内产生强酵素,使切削液发粘、PH值下降、腐败。
D
青霉菌
食品、工业材料变质的代表性菌。
E
大肠菌
能腐蚀铝箔和多种工业材料。
2.微生物快速繁殖的条件
A
营养源充分
水溶性切削液为微生物繁殖提供了充分的有机物(碳水化合物、矿油、脂肪酸、脂肪醇等)、矿物质和微量元素、含氮化合物(有机胺硝酸盐)
以及含硫、磷、氯的物质(极压剂EP)。
B
氧气
嗜痒菌(硫氧菌、铁细菌) ——轻臭厌痒菌(硫酸还原菌) ——恶臭
兼性厌氧菌(硫酸盐还原菌)——轻臭
C
温度
气温较高。
细菌在30~37℃宜繁殖;霉菌在20~30℃宜繁殖。
D
PH值
碱性不足。
细菌在PH6.0~8.5适宜繁殖;霉菌在PH4.5~6.5适宜繁殖。
PH大于9时,细菌、霉菌繁殖概率最低。
3.水溶性切削液腐败劣化后现象
产生轻微的腐臭味,“星期一现象”;
工作液变成灰褐色或红色;
PH值、防锈性突然急剧下降;
产生胶质物质(菌皮)堵塞滤网、管道,乳化液分层;
加工性能下降;
产生恶臭、污染环境。
十、水溶性切削液的管理
(一)原液管理
避免酷冷,暴晒和长期存放。
冬季5度以上存放
夏季防止阳光直射,最好在三个月内使用。
乳化液低温破乳后不可恢复。
(二)工作液配制浓度管理
工作液的浓度是充分发挥切削液功能的基础。
浓度过低,会影响切削功能;浓度过高,也会影响功能
的正常发挥,如果从防腐败角度看,浓度适当增加一些为好。
大量事实表明,水溶性切削液浓度在2%~4%时,微生物繁殖最快,5%~10%较好。
例如:
一般的微乳液,实验室腐败实验,浓度为5%时,6~7个月后开始变质;浓度为10%时,10~12个月后开始变质。
(三)防腐管理
1、选用清洁的水源——自来水、地下水,必要时对配液用水进行杀菌处理和水质调整处理,配液用水硬度100~300PPM为最佳。
2、更换新液时,对液箱、管道、机床加工区进行彻底清洗,这是十分重要的,如果不清洗或清洗不彻底,尤其是换液前的切削液已腐败,换液后有可能几天之内就会腐败。
3、正在使用切削液的管理
保持规定浓度,切削液消耗后,及时补充新液。
保持清洁,防止异物和灰尘进入。
及时清除浮油和切屑。
每日开车循环切削液至少1~2小时,尤其节假日更要注意。
经常测试PH值,当PH值低于8.5时及时补充新液并加以调整。
(水溶性切削液PH值的参考值)
8——————8.5——————9.3—————10
切削液最低值
属细菌繁殖临界值
国外产品标准
国家最高标准
当PH值大于9时细菌,霉菌繁殖速度慢,所以国际上标准稀释液PH=9、原液PH=10为上限标准。
根据工作量和季节,制订更换周期,不要等腐败后再换。
切削液腐败后对设备、工作环境、人身健康
都有影响,还有可能影响新液寿命。
当PH值低于8时,要根据现场情况分别加入原液、杀菌剂、PH值调整剂进行调整;PH值大于8.2
时,加入原液调整。
对水溶性切削液进行必要的科学管理,表面上看有些麻烦,但由于管理得当,延长使用寿命,反而会节省工时、费用和对环境的污染。
十一水溶性切削液常见问题成因及解决方法
(一)锈蚀:
产生原因
处理方法
浓度偏低
添加原液,提高浓度
PH值降低
添加PH调整剂,提高PH值
细菌含量增高
添加杀菌剂进行杀菌处理
配制用水氯离子含量过高
应选用含氯量低的清洁水配制
氯离子含量增加
添加去离子水,部分更换
防锈添加剂减少
添加防锈成分(有条件的应经实验室
小试确定)
金属颗粒影响
改善过滤效果
酸性污染/环境大气
改善环境条件
操作前发生腐蚀
检查零件质量
(二)细菌增加,产生难
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- 金属加工 基础 应用