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1、1机械工程基础第一篇 工程材料与热处理基础第一章金属材料的种类与性能1概述金属材料包括：黑色金属有色金属钢：碳钢、合金钢、特殊性能钢。铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁。铜及其合金铝及其合金其他：轴承合金、硬质合金2金属材料的力学性能使用性能物理性能化学性能力学（机械）性能力学（机械）性能静载特性：强度塑性硬度测试方法：拉伸试验硬度试验动载特性：冲击韧性 疲劳强度测试方法：冲击试验疲劳试验强度：在外力作用下材料抵抗变形和破坏的能力。硬度：在外力作用下材料抵抗更硬物压入的能力。塑性：在外力作用下材料产生永久变形而不会破坏的能力。冲击韧性：材料抵抗冲击力的能力。疲劳强度：材料在多次交变载荷作用下而不
2、致引起断裂的最大应力。3金属的结晶和组织金属在固态下都是晶体，金属的机械性能与其组织结构有关。常见晶胞类型体心立方晶胞面心立方晶胞金属结晶过程晶核形成晶核长大2纯铁的冷却曲线铁碳合金中铁和碳的结合方式碳溶入铁中形成固溶体碳和铁形成化合物固溶体和化合物形成机械混合物第二章铁碳合金1 概述2铁碳合金（一）铁碳合金的基本组织铁素体（F）-碳溶于体心立方晶格Fe 中形成的固溶体碳最大溶解度0.0218%（727）20时碳最大溶解度为 0.0008%性能：较好的塑性和韧性，强度和硬度较低。奥氏体（A）：碳溶于面心立方晶格Fe 中形成的固溶体碳最大溶解度2.11%（1148）；727时碳最大溶解度为 0.
3、77%性能：质软、塑性好，无磁性，变形抗力较低。渗碳体（Fe3C）：铁与碳的化合物含碳量6.69%；熔点 1227性能：硬度高，强度很低，塑性、韧性几乎为零。珠光体（P）：铁素体与渗碳体的机械混合物含碳量0.77%共析反应式ACC0 77%727.(F+Fe3C)性能：b=600800Mpa(纯铁b=180280Mpa)2025(纯铁3050)HBS170230（纯铁 HBS5080）莱氏体（Ld,Ld）：奥氏体（珠光体）与渗碳体的机械混合物含碳量4.3%；共晶反应式LCC4 3%1147.(A+Fe3C)性能：硬度高，塑性、韧性差。（二）铁碳合金状态图一、简化的铁碳合金状态图及特性点3W1特
4、性点含碳量含义A15380纯铁的熔点W2E11482.11碳在奥氏体中的最大溶解度W3C11484.3共晶点W4D12276.69渗碳体的熔点W5G9120同素异构转变点W6S7270.77共析点W7P7270.0218碳在铁素体中的最大溶解度二、简化的铁碳合金状态图及特性线W1特性线ACD含义液相线（液态合金开始结晶出奥氏体或渗碳体）W2特性线AE含义固相线（奥氏体结晶终了线）W3特性线ECF含义固相线（共晶线，LcAFe3C）DW4DAW1EW2CW3GW5SW6PW7W1W3W2W4W5W6AECGSP4W4特性线ES含义碳在奥氏体中溶解度线W5特性线GS含义奥氏体转变为铁素体的开始线W
5、6特性线PSK含义共析线，AFFe3C三、典型合金的结晶过程JJ9 JJ10 JJ11 JJ12JJ13JJ14JJ15四、铁碳合金分类3 碳钢一、钢中常存杂质对钢性能的影响常见杂质：Si强化铁素体Mn强化铁素体、脱硫（MnS）DAECGSP亚共析钢ZTT11过共析钢ZTT12共析钢ZTT2亚共晶白口铁ZTT13过共晶白口铁ZTT14共 晶白 口铁 ZTT6工 业纯 铁ZTT3AECGSP5P冷脆性（使铁素体脆性增加）S热脆性（L985c FeFeS）、室温脆性增加（FeS）二、钢的分类1、按冶炼方法分：平炉钢、转炉钢、电炉钢三类2、按脱氧方法分：沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（B）等3
6、、按质量分（依 P、S 多少分）：普通钢S0.05%P0.045%优质钢S0.035%P0.035%高级优质钢 S0.020%P0.03%特级优质钢S0.015%P0.025%4、按用途分结构钢：工程结构钢（如桥梁、船舶、建筑件等）机械零件用钢（如齿轮、轴、螺母、弹簧、滚动轴承等）工具钢：主要用于制造工具，如刃具、模具、量具等特殊性能钢：主要有不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等5按化学成分分碳素钢：低碳钢C 0.6%合金钢：低合金钢合金元素总量 10%三、碳钢的编号方法与用途1、碳素结构钢（工程结构、桥梁、船舶、建筑件等）举例：Q235 AF屈举例：Q1952、优质碳素结构钢（机器零件：齿轮、轴、
7、弹簧、螺母等）举例：45屈 服强 度235MPa质量ABCD脱氧方式6含碳的万分值0.45%C举例：08、60、203、碳素工具钢(手用工具或低速刀具：锤、锯条、剪刀、锉刀等)举例：T8A举例：T8T124 铸钢（铸造用钢含碳0.06%）举例：ZG200400铸钢屈服强度（200MPa）抗拉强度（400MPa）4铸铁工业用铸铁的成分范围：C2.5%4.0%Si1.0%3.5%Mn0.5%1.5%P0.2%S0.15%余下为 Fe工业用铸铁的组织：FFP 各种形态的石墨P一、灰铸铁石墨形态：片状特点：力学性能差，消震性好，耐磨性好，切削加工性好，铸造性能好，价格便宜。举例：HT100灰铸铁最低抗
8、拉强度（MPa）牌号牌号用途用途HT100低压零件：如轴承盖、手轮、支架等。HT200机床床身、低压气缸、低速轴瓦等。HT350 孕育铸铁孕育铸铁气缸、飞轮、齿轮等重要零件。二、球墨铸铁石墨形态：球状特点：基体利用率高达 7090，抗拉强度、塑性、韧性高。可代替钢在静载荷或冲击不大的条件下工作的凸轮、曲轴等。碳 素工 具钢含 碳的 千分 值0.8%C高级优质钢7牌号QT400 18牌号牌号用途用途QT40018泵、阀体、受压容器、受冲击零件等。QT50017机器底座、齿轮、支架等。QT8002曲轴、凸轮、齿轮等高强度零件。三、可锻铸铁石墨形态：团絮状特点：力学性能比灰铸铁好。适宜作薄壁、形状复
9、杂的小型铸件，工艺复杂，不能锻造。牌号KTH40018牌号牌号用途用途KTH3006管道的三通、弯头、接头等。KTH37012农机的犁刀、犁柱，汽车、拖拉机前后轮壳等。KTZ6502曲轴、凸轮轴、连杆等零件。第三章 钢的热处理31 概述将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。碳钢热处理方法示意图加热和冷却时铁碳合金状态图中各临界点的位置一般机器零件的加工工艺路线：毛坯加工(铸造、锻造、焊接)预先热处理机械加工最终热处理(机械加工)32 钢的整体热处理方法一、钢的退火和正火退火和正火工艺曲线示意图各种退火和正火的加热温度范围球 墨铸铁可 锻铸铁最 低
10、抗 拉强 度MPa最 低抗 拉强 度MPa最 小延 伸率最 小延 伸率基体组织H：F 体Z：P 体B：F+P 体8退火：将金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢冷却的热处理工艺。常用的退火有：完全退火、球化退火、去应力退火和再结晶退火。退火目的：细化晶粒和组织，消除内应力，降低硬度便于机械加工（完全退火用于亚共析钢中的高碳钢，球化退火用于过共析钢），为下一道淬火工序作好准备。网状及球化金相正火：将金属或合金加热到 A 体化临界温度 3050，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。正火目的：细化晶粒，消除内应力，获得适当的硬度改善切削加工性能（低碳钢），为下一道淬火工序作
11、好准备。二、钢的淬火将钢件加热到 Ac3或 Ac1以上某一温度，保温一定时间，然后较快冷却，获得碳在Fe 中过饱和的固溶体即马氏体的热处理工艺。三、钢的回火将淬硬钢再加热到 Ac1线以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。碳钢的淬火加热温度范围淬火目的：提高钢件的硬度和耐磨性。淬火介质：水、油。回火热处理工艺曲线回火目的：减少或消除内应力，防止工件变形或开裂。调整硬度，获得所需的机械性能，稳定工件尺寸。回火种类：低温回火低于 250回火保持淬火钢高硬度、高耐磨性，降低淬火内应力，消除不稳定因素。用于高碳的刃具、量具和冷冲模（T7T13）。中温回火350500回火获得高的弹性极
12、限和较好的韧性。用于弹簧等弹性零件（5565 号钢）。高温回火500650回火获得综合力学性能。用于连杆、齿轮、轴类等重要结构零件。淬火高温回火的复合热处理工艺称为调质。33 的表面热处理一、表面淬火1、感应加热淬火工艺特点：淬硬层深度宜于控制。生产率高，适用于大批量生产。设备较贵，不宜于加工形状复杂、尺寸过大的零件。2、火焰加热淬火工艺特点：淬硬层深度不宜控制。成本低廉，操作简单，适于单件小批生产大型零件及修配工作。3、激光表面淬火9二、化学热处理将工件置于特定的化学活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入工件表面，使表面和心部具有不同的化学成分、组织和力学性能或特殊的物理、化学性能的热处
13、理工艺。常用化学热处理有：渗碳、渗氮、碳氮共渗（氰化）、渗铬、渗铝等。第四章合金钢41 概述42 合金元素在钢中的作用1、提高钢的强度强化铁素体形成合金碳化物细化晶粒2、提高钢的淬透性 提高钢的淬透性淬火临界速度减小3、满足材料的特殊性能42 合金钢分类、编号方法及应用合金钢 结构钢含碳以 0.01为单位（滚动轴承钢除外）工具钢和特殊性能钢含碳以 0.1为单位（1%不标）C0.25%低合金结构钢，合金渗碳钢0.30.5%C合金调质钢0.50.7%C合金弹簧钢0.951.1%C滚动轴承钢C0.8%C工具钢，量具钢，冷模具钢低合金结构钢合金元素1%不标）含铬以 0.1为单位不锈钢 马氏体不锈钢制作
14、汽轮机叶片、阀体等。典型牌号：1Cr132Cr13铁素体不锈钢制作化工设备容器、管道。典型牌号：1Cr17奥氏体不锈钢制作耐酸容器设备，抗磁仪表，耐腐蚀性好。典型牌号：0Cr18Ni90Cr18Ni9Ti耐热钢高温耐氧化15CrMo锅炉材料1Cr13Mo汽轮机叶片马氏体不锈钢制作耐蚀耐磨工具、医疗工具等。典型牌号：3Cr134Cr13热模具钢热锻模材料典型牌号：5CrMoMn工具钢、量具钢、冷模具钢CrWMn冷冲模、拉丝模。9SiCr复杂低速刀具，丝锥、铰刀等。W18Cr4W机械加工切削刀具，车刀、铣刀等。第五章有色金属5-1 概述52铜及铜合金一、纯铜纯铜性能特点：良好的导电、导热性及抗大气
15、腐蚀性。塑性好，强度低。牌号：T1、T2、T3、T4（数字愈大，纯度愈低）用途：电工导体及配制各种铜合金二、黄铜黄铜（以铜锌为主要合金元素的铜合金）性能特点：良好的抗腐蚀性和工艺性能牌号：H68、HSn701、ZH62、HPb592用途：弹壳、机械、钟表及电气零件，散热器等。普通黄铜牌号H 70含铜 70余下为锌11特殊黄铜牌号H Pb591含铜 59含铅 1余下为锌三、青铜青铜（除铜锌、铜镍为主要合金元素的铜合金）性能特点：良好的抗腐蚀性、耐磨性，良好的强度和弹性以及工艺性能。牌号：QSn70.2、QBe2、ZQSn101、ZQPb30W3用途：弹簧、轴承、齿轮等。牌号QSn70.2含锡 7
16、其他元素 0.2余下为铜锡青铜牌号QBe2含铍 2余下为铜铍青铜四、白铜白铜（以铜镍为主要合金元素的铜合金）性能特点：良好的抗腐蚀性、耐磨性和耐热性，良好的塑性及一定的强度，电阻率较高。牌号：B19、BMn430.5用途：船舶、化工零件，热电偶等。53铝及铝合金一、纯铝性能特点：导电、导热性好（仅次于银和铜），抗大气腐蚀性良好。塑性好，强度低，加工工艺性好。牌号：L1、L2、L3L6（数字愈大，纯度愈低）用途：电线、电缆、器皿及配制各种铝合金二、形变铝合金类别类别牌号代号牌号代号性性能能应用举例应用举例防锈铝合金防锈铝合金LF（LF2）焊接性、抗腐蚀性好油箱、油管、壳体等硬铝硬铝LY（LY2）
17、硬度和强度高铝型材、冲压件、铆钉等超硬铝超硬铝LC（LC4）强度最高的铝合金飞机大梁等受力构件锻铝锻铝LD（LD2）锻造性能和机械性能良好复杂铝锻件三、铸造铝合金性能特点：良好铸造工艺性能牌号：ZL102用途：形状复杂、受力不大的电机、仪表外壳，发动机气缸等。第六章现代材料及发展61 概述62 高分子材料一、塑料12塑料（合成树脂添加剂）通用塑料（聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料）特点：价格低、产量大、用途广。工程塑料（聚甲醛、尼龙、聚碳酸脂、ABS、聚砜）特点：强度、韧性较好，但工作温度低，老化现象不可避免。工程上常用作罩壳、齿轮、耐蚀件。制作方法 热塑性塑料挤出成形适于丝材、带
18、材、管材、板材、薄膜等加工。注射成形适于齿轮、杯状等不连续零件的成形。吹塑成形适于空心小口径制品。真空成形适于罩、盖、箱壳等敞口的薄壁制品。热固性塑料压制成形二、合成橡胶橡胶特点及应用：橡胶具有优良的伸缩性和积聚能力，良好的耐磨性、隔音性和阻尼性。在工程上作为密封材料、减震材料、绝缘材料和弹性材料。63 功能材料一、磁性材料二、形状记忆合金三、粉末冶金材料硬质合金：TiC、WC、VC 等粉末Co 烧结而成第七章材料选用71 概述72 材料选用原则一、材料的使用性能钢含碳量与性能的关系示意图铸铁：机械性能与石墨形态有关，一般抗拉强度较低，塑性较差。但承压、耐磨、几乎不具有缺口敏感性。铜和铝合金：
19、良好的抗腐蚀性，良好的塑性和一定的强度。铝合金具有较高的比强度。工程塑料：良好的抗腐蚀性，绝缘性，强度、韧性较好，但工作温度低，老化现象不可避免。二、材料的工艺性能材料的工艺性能钢：具有良好的锻压性能，特别是低碳钢还有良好的焊接性能。钢的铸造性能较差。合金钢有较好的热处理性能。铸铁：具有优良的铸造性能和切削加工性能，不能锻造，可焊性很差。铜和铝合金：具有良好的工艺性能。工程塑料：具有良好的工艺性能。13三、材料的经济性能我国金属材料的相对价格73 材料选用实例1、螺丝刀2、齿轮耐磨性要求高，冲击韧性一般的机床变速齿轮。典型材料：45、40Cr、42SiMn；典型热处理：调质表面淬火低温回火齿面
20、硬度要求不高的软齿面，机床中低速、低载荷下工作的齿轮。典型材料：45、40Cr、35SiMn；典型热处理：调质或正火高速重载齿轮（汽车变速箱齿轮）。典型材料：20CrMnTi、20CrMnMo；典型热处理：渗碳淬火低温回火受力不大的仪表齿轮。典型材料：工程塑料、尼龙、铜合金3、支架4、电风扇叶片5、弹簧14第二篇成型工艺基础第九章金属液态成型91 概述铸造是指熔炼金属、制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。根据铸型材料的不同分为砂型铸造和特种铸造。铸造生产的特点：铸件几何形状复杂铸造生产适应性广铸造生产成本低铸件大小不限铸件机械性能较差92 铸造工艺基础93砂
21、型铸造一、砂型铸造过程铸件的砂型铸造过程制造模样和芯盒制造型砂和芯砂造型造芯合箱融化金属浇注落砂基本造型方法：整模造型分模造型挖砂造型和假箱造型活块造型三箱造型刮板造型二、影响砂型铸造件质量的因素型砂和芯砂合金的铸造性能型砂和芯砂质量与铸件质量的关系合金铸造性能与铸件质量的关系合金铸造性能与铸件壁的关系1、型砂和芯砂质量与铸件质量的关系：强度砂眼透气性气孔耐火性粘砂退让性内应力、裂纹2、铸造性能合金在铸造生产中所表现出来的工艺性能。3、合金铸造性能与铸件质量的关系15流动性冷隔、浇不足；铁碳合金流动性与含碳量关系收缩缩孔、缩松4、合金铸造性能与铸件壁的关系壁厚大于最小壁厚壁厚均匀壁的连接94特
22、种铸造特种铸造方法：金属型铸造压力铸造低压铸造离心铸造熔模铸造95各种铸造方法的经济性比较比较项目比较项目砂型铸造砂型铸造金属型铸造金属型铸造压力铸造压力铸造熔模铸造熔模铸造离心铸造离心铸造小批量适应性最好良好不好良好不好大批量适应性良好良好最好良好良好模样铸型成本最低中等最高较高中等机械加工余量最大较大最小较小内孔大金属利用率较差较好较差较差较好切削加工费用中等较小最小较小中等设备费用较高较低较高较高中等应用举例各种铸件铝活塞、水暖器材、一般有色金属铸件喇 叭、电器、仪表、照相机零件刀 具、叶片、自行车零件、机床零件各种铁管、套筒、辊、滑动轴承等第十章锻压成型锻压是利用金属的塑性，在外力作用
23、下使金属改变形状、尺寸和性能，获得锻压件的方法。它包括锻造和冲压工艺。101概述102金属的塑性变形及可锻性锻压性能冷塑性变形对金属性能的影响加工硬化变形金属在加热时的性能变化再结晶热塑性变形对金属性能的影响锻压生产特点1、锻压性能：金属锻压加工难易程度的工艺性能称为锻压性能。它的优劣以金属的塑性和变形抗力来综合评定。162、热塑性变形对金属性能的影响提高材料的致密性和力学性能形成纤维组织3、锻压生产特点锻压件机械性能好。锻压件要求原材料有较好的塑性。锻件适于作受冲击、重载的重要零件，形状不能太复杂。冲压件是以板料为原材料的零件。103锻造一、自由锻造自由锻是使金属坯料在上下砧之间受到冲击或压
24、力而产生变形，以制造锻件的方法。基本工序：镦粗、拔长、冲孔等。设备：空气锤、蒸汽锤、水压机等。工艺特点：锻件的形状和尺寸主要靠锻工的操作技能来保证，锻件精度差、形状简单，生产率低。但工具简单，适应性强。应用：单件和小批量生产的锻件，也是大型锻件的唯一生产方法。二、模锻模锻是使金属坯料在锻模模镗内受压变形而获得锻件的方法。按所用设备不同，有锤上模锻、摩擦压力机模锻、曲柄压力机模锻和平锻机模锻等。锤上模锻设备：蒸汽空气模锻锤锻模结构工艺特点：锻件尺寸精确，加工余量小，切削加工省时，生产率高。可以锻出外形较为复杂的锻件。应用：适于在大批大量生产中制造重量在 150Kg 以下的锻件，特别对形状复杂的锻
25、件具有较好的经济性。104板料冲压板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法，通常是在冷态下进行的，所以又叫冷冲压。设备：剪床冲床基本工序：分离工序变形工序工艺特点：可以冲压出形状复杂、重量轻、互换性好、强度和刚度较高的零件。工艺过程简单、便于机械化和自动化，生产率很高。应用：大批量生产汽车、飞机、农业机械、钟表、电器、仪表等零件以及家庭用具。一、分离工序剪切落料和冲孔17二、变形工序拉深弯曲翻边压筋收口胀型1、拉深系数mdD，m0.50.8。m 愈小，变形程度愈大。d：拉深后直径D：拉深前直径第十一章焊接111 概述通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的
26、一种加工方法称为焊接。焊接方法分类 熔化焊压力焊钎焊焊接特点及应用：与铆接、螺纹等连接方法比较，具有气密性好、生产率高、省材等优点。广泛用于船舶、桥梁、压力容器、导线连接加工。一、熔化焊熔化焊是把两被焊金属的接头处加热至熔化状态，冷却凝固后实现焊接的方法。如：电弧焊、气焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。二、压力焊压力焊是对两被焊金属的接头处加压并加热，或加压不加热，并最终在压力下，使彼此焊接起来的方法。如：电阻焊、超声波焊、摩擦焊、爆炸焊等。三、钎焊钎焊采用比焊接材料（母材）熔点低的金属作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互
27、扩散实现连接。112 焊接过程与金属的可焊性金属材料的焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得焊接接头的难易程度。113 熔化焊一、手工电弧焊用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法称为手工电弧焊。1、各种位置焊2、焊条3、工艺特点及应用：设备简单，操作方便、灵活。适用于厚度 2mm 以上金属材料的焊接。18二、埋弧自动焊埋弧自动焊是电弧在焊剂层下燃烧，利用机械自动控制焊丝送进和电弧移动的焊接方法。工艺特点及应用：焊接质量好，生产率高，工人劳动条件得到改善。适于平焊位置长的直线焊缝和较大直径的环形焊缝。三、气焊气焊是利用气体火焰作为热源来熔化母材和填充金属的一种焊接方法。工艺特点及应用：与电弧焊相比，热
28、源温度较低，热量分散，生产率低。但设备简单、廉价、操作方便。主要用于厚度为 0.52mm 的薄钢板、黄铜、铝合金等的焊接。四、氩弧焊氩弧焊是以氩气作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。工艺特点及应用：氩气保护电极和熔池金属不被氧化，焊缝质量好，能进行各种空间位置的焊接。但氩气价格昂贵，焊接成本高。通常用于易氧化的不锈钢，铝、铜、镁、钛及其合金的焊接。114 压力焊一、电阻焊电阻焊是利用强大的电流流过焊件及其接触部分时所产生的电阻热，来加热焊件并在压力下实现连接的一种焊接方法。电阻焊工艺特点及应用：生产率高，焊接变形小，不需另加焊接材料，操作简便，宜于实现机械化。点焊广泛用于汽车、车厢等薄壁结
29、构，对焊主要用于刀具、管子、链条、钢轨等的焊接。分类：点焊、对焊和缝焊二、摩擦焊115 钎焊软钎焊：钎料熔点 450 的钎焊。工艺特点及应用钎焊工艺特点及应用：工件加热温度低，变形小。能焊接性能差异很大的异种金属，对工件厚度也没有严格控制。生产率高，设备简单，投资少。但钎焊接头强度较低，焊前清整要求严格，而且钎料价格较贵。主要用于制造精密仪表、电气零部件、异种金属构件以及某些复杂薄板结构。第十二章毛坯成形方式的选择121 概述毛坯选用原则：1、毛坯的使用性能2、毛坯的工艺性能3、毛坯加工的经济性能19一、毛坯的使用性能铸件机械性能较差，铸铁件承压、减震、耐磨性好。锻压件机械性能好，受冲击、重载
30、的重要零件均应采用锻件。焊接可进行同种或异种金属的连接，气密性好。二、毛坯的工艺性能铸造生产可铸造几何形状复杂的空心铸件，要求铸造材料有良好的流动性。锻件形状不能太复杂，锻压件要求原材料有较好的塑性和较低的变形抗力。冲压件是以板料为原材料的零件。焊接件要求材料可焊性好。三、毛坯加工的经济性能铸件大小不限，适应性广。特别是砂型铸造，铸造生产成本低。自由锻生产率较低，加工精度较低。模锻生产有较高的生产率，模锻件精度较高，在大批量生产中有很好的经济性。焊接与铆接、螺纹等连接方法比较，具有生产率高、省材等优点。各种焊接特点各异，广泛用于船舶、桥梁、压力容器、导线连接加工。铸造生产成本比较：比较项目比较
31、项目砂型铸造砂型铸造金属型铸造金属型铸造压力铸造压力铸造熔模铸造熔模铸造离心铸造离心铸造小批量适应性最好良好不好良好不好大批量适应性良好良好最好良好良好模样铸型成本最低中等最高较高中等机械加工余量最大较大最小较小内孔大金属利用率较差较好较差较差较好切削加工费用中等较小最小较小中等设备费用较高较低较高较高中等应用举例各种铸件铝活塞、水暖器材、一般有色金属铸件喇 叭、电器、仪表、照相机零件刀 具、叶片、自行车零件、机床零件各种铁管、套筒、辊、滑动轴承等122 毛坯的分类及成型特点123 毛坯的选择齿轮支架葫芦吊钩电风扇叶片硬质合金车刀防盗门20第三篇 机械加工基础第十三章切削加工基础131 概述切
32、削加工是利用刀具从毛坯或工件上切除多余材料，以获得合格零件的加工过程。各种切削加工方法加工质量的概念加工精度表面质量一、加工精度指零件在加工之后，其尺寸、形状、位置等参数的实际数值与它的理想数值相符合的程度。尺寸精度尺寸公差公差带代号配合公差与配合的标注形状和位置精度1、尺寸公差尺寸精度用标准公差等级来确定，分 20 级。用 IT 表示，从 IT01、IT0、IT1IT18，数字愈大表示公差等级愈低。尺寸公差术语：基本尺寸极限尺寸极限偏差尺寸公差零线基本偏差2.公差带代号:孔、轴公差带代号用基本偏差代号与标准公差等级代号组成。如：孔公差带代号H8、F8、K7 等轴公差带代号h7、f7、p6 等
33、3、配合配合是基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴公差带之间的关系。有间隙配合、过盈配合和过渡配合三类。4、形状和位置精度基本尺寸0基本尺寸0基准孔基准轴21二、表面质量在机械加工中，由于切削刀痕、表面撕裂、振动和摩擦等原因在被加工表面上所产生的一种微观几何形状误差，以表面粗糙度表示。主要评定参数有：轮廓算术平均偏差 Ra，微观不平度十点高度 Rz 等。Ra=1nyiin1mn：取样长度内所测点的数目132 切削加工基本知识一、切削运动和切削用量1、切削运动：主运动切下切屑所需的基本运动，只有一个。通常主运动的速度比进给运动的速度快，消耗功率也较多。进给运动使切削层不断投入到切削运动中的运动，可以
34、有一个或几个。2、切削用量：切削速度进给量背吃刀量3、切削运动方式：车削刨削铣削钻削磨削切削速度切削速度 V：主运动的线速度。主运动为旋转运动时V=Dn601000（m/s）D：工件待加工表面或刀具的最大直径（mm）n：每分钟主运动转速（r/min）主运动为往复直线运动时V2100060Lnr（m/s）L：往复运动的行程长度（mm）nr：主运动每分钟往复运动的次数（str/min）进给量进给量 f：主运动一个循环或单位时间内刀具与工件之间沿进给方向的相对位移。单位：mm/r、mm/min、mm/s、mm/str 等。背吃刀量背吃刀量 ap：又称吃刀深度，为已加工表面与待加工表面的垂直距离。单位
35、：mm。22二、切削刀具的基本知识刀具材料必须具备的性能：高硬度、足够的强度和硬度、高耐磨性、高热硬性、良好的工艺性和经济性。车刀几何形状。常用刀具材料的主要性能和用途种种类类常用牌号常用牌号硬硬度度HRA抗弯强度抗弯强度(GPa)热硬性热硬性工艺性能工艺性能用用途途优质碳素工具钢T8AT13A61642.16200可冷热加工成形，刃磨性好用于手动工具，如锉刀、锯条合金工具钢9SiGrCrWMn61642.35250300可冷热加工成形，刃磨性好，热处理变形小用于低速成形刀具，如丝锥、铰刀高速钢W18Cr4VW6Mo5Cr4V283861.964.41550600可冷热加工成形，刃磨性好，热处
36、理变形小用于中速及形状复杂刀具，如钻头硬质合金YG8,YG3YT5,YT3089931.082.168001000粉末冶金成形，多镶片使用，性较脆用于高速切削刀具，如车刀、铣刀三、金属切削过程切屑形成过程塑性材料切屑类型脆性材料切屑类型四、切削力五、切削热六、金属切削机床的传动机构第十四章 切削加工工艺14-1车削加工车削加工车床的组成车床的传动系统车床常用附件车床的加工范围其他车床车削加工特点1、车床常用附件三爪装夹四爪装夹顶尖装夹花盘装夹232、车削加工特点易保证轴、盘、套等类工件的各表面位置精度适用于有色金属零件的精加工经济精度 IT11IT7，最高达 IT6。表面粗糙度 Ra 值为 1
37、2.50.8m。14-2铣、刨、拉、钻、镗、磨加工铣削加工刨削加工拉削加工钻削加工镗削加工磨削加工一、铣削加工立铣加工卧铣加工铣削的加工范围数控铣床加工铣削加工特点铣削加工特点：铣刀是多齿刀具，铣削时有几个刀齿同时进行切削，生产率较高。在大批量生产中，除狭长平面外，铣削是各种平面的主要加工方法。铣削加工经济精度 IT9IT8，最高达 IT6。表面粗糙度 Ra 值为 6.31.6m，也可达 Ra0.8m。二、刨削加工牛头刨加工插床加工刨削的加工范围刨削加工特点刨削加工特点：刨削是单刃刀具，刨削回程时不进行切削，刨刀切入时有较大的冲击力和换向时产生的惯性力，限制了切削速度的提高，但在狭长平面的加工
38、中生产率高于铣削。刨削设备简单、通用，常适用于单件、小批生产及修配加工。在不通孔的键槽加工中，插削是唯一的加工方法。刨削加工经济精度 IT9IT8，最高达 IT6。表面粗糙度 Ra 值为 6.31.6m，也可达Ra0.8m。三、拉削加工拉削加工拉刀拉削加工的范围24拉削加工特点拉削加工特点：拉床只有一个主运动，结构简单，工作平稳，操作方便。可加工各种截面的通孔，也可以加工平面和沟槽，生产率极高。但刀具制作复杂，成本较高，适于大批量生产。四、钻削加工台钻加工立式钻床加工摇臂钻床加工麻花钻结构钻床主要工作：钻孔扩孔铰孔攻丝钻削加工特点：适于加工尺寸较小，精度较低的孔。五、镗削加工镗床结构及运动可调
39、镗刀镗孔镗床的加工范围镗削加工特点镗削加工特点：适于加工箱体零件上的同轴孔，互相平行或互相垂直的孔系，以及尺寸较大的零件上的孔除镗孔外，在镗床上还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、加工端面、外圆柱面和内、外螺纹等。镗削加工精度可达 IT6，表面粗糙度 Ra 值最高为 1.60.8m。六、磨削加工磨削加工砂轮平面磨床加工外圆磨床加工无心磨床加工磨削加工特点磨削加工特点：磨削余量一般为 0.10.3mm，加工精度高（一般可达 IT56），表面粗糙度小（Ra0.80.2m）。可加工特硬材料及淬火工件。磨削速度高，切削热很大，为避免工件烧伤、退火，切削时应进行充分的冷却。14-3常见表面的加工方法一、外圆面加
40、工25外圆面加工方案：车削磨削二、孔加工孔加工方案：钻床镗床车床镗孔车床钻、扩、铰孔磨床拉床三、平面加工平面加工方案：铣削刨削拉削磨削车削和镗削四、成形面加工车削铣削插削刨削拉削磨削14-4典型零件的工艺过程一、传动轴1、零件分析：1、工艺结构2、表面质量3、技术性能方案一：下料锻造粗车（端面、中心孔、外圆）精车铣键槽检验磨外圆热处理（调质 220250HBS）去毛刺检验方案二：下料锻造铣键槽粗车（端面、中心孔、外圆）热处理（调质 220250HBS）研顶尖孔精车检验磨外圆去毛刺检验方案三：下料锻造粗车（端面、中心孔、外圆）铣键槽热处理（调质 220250HBS）研顶尖孔精车铣键槽检验磨外圆去
41、毛刺检验26方案四：下料锻造热处理（调质 220250HBS）粗车（端面、中心孔、外圆）精车铣键槽检验磨外圆去毛刺检验方案五：下料锻造粗车（端面、中心孔、外圆）热处理（调质 220250HBS）研顶尖孔精车铣键槽检验磨外圆去毛刺检验二、支架零件零件分析：1、工艺结构2、表面质量3、技术性能方案一砂型铸造正火刨底面镗床（端面、轴承孔）钻床钻、锪底孔方案二砂型铸造退火刨底面镗床（端面、轴承孔、钻、锪底孔）方案三砂型铸造退火铣底面镗床（端面、轴承孔、钻、锪底孔）方案四砂型铸造退火铣底面车（端面、轴承孔、钻、锪底孔）方案五砂型铸造退火刨底面车（端面、轴承孔）钻床钻、锪底孔第十五章现代制造工艺技术15-
42、1 概述15-2 特种加工（电火花加工、超声波加工）15-3 激光加工15-4 快速原型制造第十六章 机械制造自动化概论16-1 概述各种自动化的经济性生产率与自动化程度的关系自动化的经济性16-2 机械化、自动化、刚性自动化一、机械制造的机械化二、机械制造的自动化三、刚性自动化1、机械制造的机械化是指人们使用机器制造零件或产品的生产形式。2、机械制造的自动化：借助于自动控制系统代替人工操作，当人们调整好程序及做好必要的辅助工作后，一旦系统运行就无需人工参与。3、刚性自动化靠机械机构来实现自动控制系统。它包括自动机床、自动生产线。生产特点：产品质量稳定可靠，但控制程序不能轻易变更。在固定产品的
43、大量生产中，具有较27好的经济性。16-3 柔性自动化概述（可编程自动化）柔性自动化具有对产品生产的灵活性和单件、小批生产时较好的适应性，是机电一体化的新一代自动化。类型：1、数控 NC（Numerical Control）机床2、计算机数控 CNC（Compute Numerical Control）3、直接数控 DNC（Direct Numerical Control）4、柔性制造系统 FMS（Flexible Manufacturing System）一、数控 NC（Numerical Control）机床：将零件图及加工过程以数字或数字代码的形式编制程序，籍控制装置实现加工自动化的机床
44、称为数控机床。二、计算机数控 CNC用存储在计算机内的控制程序来执行数控功能的数字控制系统称为计算机数控。CNC 原理示意加工中心三、直接数控 DNC：用一台大型通用计算机（或中央计算机）输出数据直接供给一群（几台或几百台）数控机床，以控制各机床自动地完成各自加工的数字控制系统。四、柔性制造系统 FMS：利用计算机控制系统和物料运送系统（包括机器人），实现多种机器设备联机的随机性的加工。能够在一种工件加工完以后自动地向另一种工件加工转换的高级自动化制造系统。它实现了制造过程中对信息流、物质流和能量流的多方位自动控制。16-4 计算机集成制造系统 CIMSCIMS（Computer Integrated Manufacturing System）是以计算机辅助设计 CAD（Computer AidedDesign）为先导的工程信息处理系统和以计算机辅助制造 CAM（Computer Aided Manufacturing）为核心的加工系统及经营管理信息系统 MIS（Management Information System）为保证的全盘自动化。它是机械制造自动化的最高级阶段和理想形式。16-5 工业机器人工业机器人是一种多用途的、具有某些人的特点的、可编程的机械操作机。1、工业机器人的组成2、工业机器人的应用