1、机械工程基础全册配套最完整机械工程基础全册配套最完整 精品课件精品课件1 机械工程基础 目录 第一篇 工程材料与热处理基础 第二篇 成形工艺基础 第三篇 机械制造基础 第一篇 工程材料与热处理基础 第一章 金属材料的分类及性能 第二章 铁碳合金 第三章 钢的热处理 第四章 工业用钢 第五章 铸铁 第六章 有色金属 第七章 新型工程材料 第八章 机械制造中的材料选择 第一章 金属材料的分类及性能 1.材料的分类 2.金属材料的性能 3.金属材料的晶体结构与结晶 1.材料的分类 工程上使用的材料有机械工程材料、土建工 程材料、电工材料、电子材料。按属性分类： 一金属材料：钢、铸铁、有色金属 二高分
2、子材料：塑料、橡胶、合成纤维 三陶瓷材料:普通陶瓷、特种陶瓷 四复合材料 2.金属材料的性能 一机械性能 （一）强度 1.定义：强度是金属材料在外力作用下抵抗 塑性变形和断裂的能力。 拉伸试样低碳钢的拉伸曲线 低碳钢的拉伸过程分三个阶段：弹性变形、塑性变形和 断裂阶段。b是抗拉强度，是试样拉断前承受的最大应 力；s是屈服强度，是弹性变形转向塑性变形的明显标 志；e是弹性极限。 2.屈服强度及抗拉强度 低碳钢具有屈服阶段，对于其它无明显屈服现 象的材料，如高碳钢、铸铁、铜、铝等，可用 0.2代替屈服极限，称为名义屈服点。 (二)刚度 1.定义：金属材料在外力作用下抵抗弹性变形 的能力。 2.弹性
3、模数E：是衡量刚度大小的指标，其值 等于在弹性变形范围内，应力与应变的比值。 在相同外力作用下，E越大，则弹性变形越小， 刚度越大。E只与材料的本性有关。 3.刚度除了与E有关，还与零件的形状、尺寸 有关。 (三)塑性 1.定义：金属材料在外力作用下产生塑性变形而 不断裂的能力。 2.塑性通常用伸长率，断面收缩率表示。 =（LL0）/ L0100% =（F0F）/ F0100% 、越大，塑性越好。 (四)硬度 1定义：金属材料抵抗其他更硬的物体压入其 内的能力。 2类型： 布氏硬度（HB）：HBS、HBW。 洛氏硬度（HR）：HRC、HRA、HRB。 维氏硬度（HV）： 4硬度是一个重要的综合
4、力学性能指标，反 映了材料在小范围内抵抗变形和断裂的能力。 3. 硬度实验 (五)冲击韧性 1定义：金属材料抵抗冲击载荷作用而不被破坏 的能力。 2冲击韧性值k用来衡量冲击韧性的大小。 k 越大，韧性越好 3摆锤冲击实验 4强度、塑性均好的材料，韧性好。 (六)疲劳强度 1 疲劳断裂：在交变载荷下工作的一些构 件,所受应力虽然低于其屈服强度，但 使用中往往突然断裂，这种现象称为疲 劳断裂。 2. 疲劳强度-1：金属材料在无数次(钢 107有色金属108)重复交变载荷作用下不 致引起断裂的最大应力 3. 疲劳强度实验 二物理性能 密度、熔点、热容、热膨胀性、导热、导 电性、磁性。 三化学性能 耐
5、腐蚀性、高温抗氧化性。 四工艺性能 铸造性能、可锻性、可焊性、热处理性能、 切削加工性能。 3 金属的晶体结构与结晶 一金属的晶体结构 1.晶体与非晶体 晶体：原子沿三维空间重复排列成有序 结构。特点： 有序排列 性能各向异性 固定的熔点 非晶体：原子无序排列。 2晶体结构的基本概念 晶格 结点 晶胞 晶格常数，单位是 (埃，10-10m或0.1nm) 晶面、晶向 3常见晶体结构类型： 体心立方，如-Fe、Cr、V、W、Mo等 面心立方，如-Fe、Al、Cu、Ni、Pb等 密排六方，如Mg、Zn、Be等 不同金属，晶体结构和晶格类型不同，因而性能不 同；在同一晶体内，不同晶面和晶向上原子密度不
6、 同，因而性能不同（各向异性）。 二多晶体结构与晶体缺陷 1晶粒与晶界 2晶体缺陷 点缺陷：空位、间隙原子，导致晶格畸变， 使强度、硬度升高，塑性、韧性降低。 面缺陷：晶界，使晶体的强度、塑性、韧性 提高（细化晶粒以提高材料性能），但晶界处 熔点低，易腐蚀，且易聚集杂质原子。 线缺陷：位错，其存在及数量的变化对 性能影响很大。 三合金的相结构和组织 概念： 通过熔炼、烧结等方法，将一种金属元素与其 它一种或几种元素结合一起形成的具有金属特 性的新物质叫合金。 组成合金的各元素叫组元。 合金中成分相同、结构相同并与其他部分有界 面分开的均匀组成部分称为相；不同相的结合 称组织。相与相之间的转变称
7、为相变。 2合金的固态结构 固溶体：溶质元素溶解到溶剂元素的晶格中， 并且不改变溶剂的晶格类型。如：铁素体、 奥氏体。 置换固溶体：溶质原子占据溶剂结晶原子位 置。 间隙固溶体：溶质原子位于溶剂原子晶格的 间隙中。 溶质元素溶解到溶剂元素的晶格中，造成溶剂 元素的晶格畸变，导致合金强度、硬度的升高, 塑性、韧性下降，称为“固溶强化”。 金属化合物： 当溶质含量超过固溶体的溶解度时，将出现新相（单 相），若新相的晶格结构不同于任一组成元素，则它 属于金属化合物 金属化合物具 有较高的熔点和 硬度及较大的脆 性，使合金的强 度、硬度上升， 但塑性、韧性降 低。如渗碳体 Fe3C是铁碳合金 中的重要
8、强化相。 (3)机械混合物:由两种或两种以上的单相机械 混合而成,各单相保持晶格结构不变。机械混 合物的性能一般取决于各单相的性能和相对数 量。如由铁素体和渗碳体构成的机械混合物珠 光体。 四.金属的结晶 (一)结晶过程 1定义：液态金属在冷凝过程中，原子 由无序到有序，金属由液态到固态即晶体的 过程，叫结晶。 2冷却曲线及过冷度 实际结晶温度低于熔点，称为过冷，其差值为 过冷度。 冷却速度越大，过冷度也越大。 3.结晶过程 结晶过程=晶核形成+晶核成长 晶核来源：自发形核、外来形核 树枝晶的成长 (二)晶粒粗细对材料性能的影响 晶粒越细，强度、硬度越高，塑性、韧性 越好。 (三)细化晶粒的措
9、施 增大过冷度 变质处理 附加振动 (四)金属的同素异构转变 金属在固态时改变其晶格类型的过程叫同素异构 转变。 第二章 铁碳合金 1 二元相图的基本知识 2 铁碳合金相图 1 二元相图的基本知识 一相图的定义 相图又称状态图、平衡图。它表示在平 衡条件下（极其缓慢加热或冷却），不同成 分的合金在不同温度下有哪些相，及相变化 的简明图。 二相图的建立 以铜镍合金为例： 2 铁碳合金相图 铁碳合金是以铁为主要元素，含少量碳及 其它元素的合金，也是钢和铁的总称。含碳量 Wc727时, 渗碳体与奥氏体的机械混合物，含碳量 4.3,是液态铁碳合金在1148的共晶转变产物（当 T1.0%时,强度及塑韧性
10、降低) (三) 含碳量与组织、性能的关系 (四) 相图的应用： 铁碳合金相图主要用于铸造、锻造、焊接、 热处理等热加工工艺的制定 3 碳钢 钢的分类 牌号及用途 一钢的分类 1按成分分类： 碳素钢： 低碳钢：C%0.25% 中碳钢: 0.25%C%0.6% 合金钢 低合金钢: 合金元素总量1.0%时，牌号前无碳含量。如：CrWMn 当Wc1.0%时，牌号前为碳的千分含量。如9SiCr 高速钢：车刀、铣刀、钻刀等 牌号前不标碳含量。如：W18Cr4V 硬质合金：高速切削刀具 钨钴合金：YG3,YG6等 钨钴钛合金：YT5,YT15等 3特殊用途钢 牌号同于低合金工具钢 不锈钢：1Cr18Ni9T
11、i，1Cr13，2Cr13 耐热钢：4Cr9Si2 耐磨钢：ZGMn13 第五章 有色金属 1 铝及铝合金 2 铜及铜合金 1铝及铝合金 1工业纯铝： L1、L2、 重量轻，耐腐蚀，强度低，塑性好，适合 冷、热压力加工。 2铝合金 加入Si, Cu, Zn, Mn, Sn等元素，可提 高强度 2 铜及铜合金 1工业纯铜 T1、T2 导电性、导热性好，耐腐蚀。 塑性好、强度低，适合冷、热压力加工 2铜合金 黄铜 （普通）黄铜：Cu-Zn合金 耐蚀性、耐磨性好，铸造性能好，机械性能 与Zn的含量有关 特殊黄铜：在黄铜基础上加入Pb, Sn, Mn, Al, Fe, Ni, Si,等元素，以提高强度
12、， 改善耐蚀性、耐磨性、切削加工性等 青铜 锡青铜：Cu-Sn 良好的耐腐蚀性、耐磨性及铸造性能，机械性 能与Sn的含量有关 无锡青铜Cu-Al, Si, Mn, Pb, Cr, Be, Ni 第六章 新型工程材料 1 高分子材料 2 陶瓷材料 1 高分子材料 一.塑料 特点：质量轻 良好的耐蚀性 电绝缘性 减磨性、耐磨性 吸震性 分类：通用塑料、工程塑料 二.橡胶 2 陶瓷材料 1.普通陶瓷 2.特种陶瓷 第七章 机械制造中的材料选择 实例一 机床主轴的选材分析 材料： 45号钢 性能要求：整体硬度220240HBS；表面硬度 52HRC 工艺路线：下料锻造正火粗加工调质精 加工表面淬火及低
13、温回火磨削 实例二 低速刀具的选材分析 材料： T10钢 性能要求：硬度为58 62HRC 工艺路线：下料锻造正火球化退火粗加 工精加工淬火低温回火精磨 第二篇 成形制造技术基础 第一章 铸造 第二章 锻造 第三章 焊接 第一章 铸造 1铸造工艺基础 2.砂型铸造 3特种铸造 铸造： 将液态合金浇注到与零件的形状、尺寸相 适应的铸型空腔中，冷却凝固，即得铸件毛坯。 1铸造工艺基础 一合金的流动性（充型能力） 若充型能力差，将产生浇不足、冷隔、气孔等缺陷。 影响因素有： 1合金本身的流动性 共晶成分的合金流动性最好，越远离共晶成分， 流动性越差。 2浇注条件 浇注温度越高，充型能力越强。 充型压
14、力越高，充型能力越强。 3铸型条件 二合金的收缩 液态合金从浇注温度冷却到室温，要经过三个收缩 阶段：液态收缩、凝固收缩、固态收缩。前二者称为体 收缩，后者称为线收缩。 （一）缩孔、缩松的形成及防止 1形成 由于铸件的体收缩得不到液态金属的补充而在铸件 最后凝固部位形成的集中孔洞叫缩孔；形成的分散孔洞 叫缩松。 2措施 实现铸件的顺序凝固：在厚大部位增设冒口，并使 冒口最后凝固。 （二）铸造应力与变形、裂纹 1铸造应力的形成 铸件的固态收缩受到阻碍，将产生内应力 （1）热应力：由于壁厚不均、冷速不等、收 缩不一而产生的应力。铸件的心部及厚壁处 受拉应力；表面及薄壁处受压应力。 （2）机械应力：
15、由于机械阻碍而产生的应力 2变形与裂纹的产生 应力超出材料的屈服强度和抗拉强度,将产 生变形和裂纹 3.防止变形的措施 （1）实现铸件的同时凝固:结构设计采用均匀 的壁厚和对称的结构;厚大部位安置冷铁，薄 壁处开内浇口。 （2）大型铸铁件用自然时效、铸钢件用退火 消除内应力。 4.防止裂纹的措施 提高铸型的退让性及控制含磷量. 2.砂型铸造 一工艺过程 二造型方法 1手工造型 （1）整模造型 ：最大截面位于一端的铸件 （2）分模造型 ： 最大截面位于中间的铸件 （3）挖砂造型 ： 最大截面为曲面的铸件 (4) 假箱造型：大批量需挖砂造型的铸件 (5)活块造型 (6)三箱造型 2.机器造型 定义
16、：将紧砂、起模工序用造型机来完成，或 配以机械化的砂处理、浇注、落砂等 三工艺特点 1.可铸出结构形状复杂的铸件 2.适应性广 3.成本低 4.铸件精度低，表面粗糙度大，易产生内在缺陷 5.劳动强度大 3特种铸造 一熔模铸造 1.工艺过程 2特点 （1）可铸出形状十分复杂及薄壁铸件 （2）精度高，IT11IT14，Ra12.5Ra1.6 （3）工序复杂，生产周期长，成本高，铸件不能太大 （4）适于各类合金，尤其是高熔点合金及难以切削加 工的合金的铸造 二金属型铸造 1工艺过程 2特点 （1）一型多铸 （2）精度高，IT12IT14, Ra12.56.3 （3）晶粒细，机械性能较好 （4）铸件易
17、产生浇不足、气孔、裂纹、白口组织 （5）适于大批量形状简单的有色金属中小型铸件 三压力铸造 1工艺过程 2特点 （1）充型能力强，可铸出薄而复杂的精密铸件 （2）精度高，IT11IT13; Ra3.2Ra0.8 （3）生产率高 （4）压型成本高 （5）铸件易含气孔 （6）适于大批量不需热处理的薄璧、复杂的小型有色 金属铸件 四离心铸造 1工艺过程 2特点 （1）无需型芯和浇注系统，省工省料 （2）组织致密 （3）充型好 （4）内表面质量差 （5）易出现比重偏析 （6）适于生产长圆筒形件及双金属铸件 第二章 锻造 1金属的塑性变形 2压力加工工艺 1金属的塑性变形 一.金属的塑性变形的实质 1单
18、晶体的塑性变形 单晶体的塑性变形是以滑移的方式进行的,即： 在切应力的作用下，晶体的一部分沿着一定的晶面 （滑移面），相对于另一部分发生滑动。 2多晶体的塑性变形 晶粒度对机械性能的影响 晶粒越细，塑性变形抗 力越大，即强度越高；同时， 晶粒越细，总变形量相同情 况下，变形可分散在更多晶 粒内进行，减少应力集中， 使其在断裂前能承受较大的 变形量，即提高了塑性和韧 性。 二塑性变形后金属的组织和性能 1 组织的变化： （1）晶粒沿变形最大的方向伸长。 （2）点阵畸变，产生内应力 （3）产生碎晶，即亚晶粒 2加工硬化 （1）金属冷变形后，强度、硬度升高，而塑性、韧 性降低的现象叫加工硬化 （2）
19、加工硬化可通过再结晶退火消除 （3）有色金属等材料可通过冷变形提高性能，并降低 表面粗糙度 3回复：T回 = 0.25T熔 目的：消除内应力，部分消除加工硬化 4再结晶：T再 = 0.4T熔 目的：消除加工硬化 三金属的热变形后的组织和性能 在金属的再结晶温度以上的加工变形称为热变形 1 通过再结晶，改变了铸锭中粗大的铸造组织，同 时将气孔、缩松等压缩，提高气密性，及力学性能 2 使铸锭中的枝晶偏析和非金属夹杂物沿着变形方向细 碎拉长，形成热加工纤维组织（锻造流线），使性能各 向异性。 锻造流线不能通过热处理消除，必须采用正确的热加 工工艺，使流线分布合理，以保证金属的机械性能。 四金属的可锻
20、性 (一）定义： 金属的可锻性由塑性和变形抗力来综合评 定 ：塑性好、变形抗力低，则可锻性好。 （二）影响可锻性的因素： 1化学成分 （1）纯金属比合金好 （2）合金中含碳化物元素（W,Mo,V,Ti等），可锻性下 降 2组织 单相固溶体比化合物好 3.加工条件 变形温度： 温度越高，可锻性越 好；但温度过高，易 造成过热、过烧、氧 化等缺陷。 碳钢的锻造温度范围： 始锻温度比固相线 低200；终锻温度 为800 变形速度：如图 应力状态：压应力数量越多，塑性越好； 拉应力数量越多，塑性越差。 1变形抗力曲线；2塑性变化曲线 2压力加工工艺 压力加工生产方式有：轧制、拉拔、挤压、自 由锻、模锻
21、、板料冲压。前三者主要用来生产 原材料，后三者又称锻压，用来生产毛坯或零 件。 一.轧制：使金属坯料通过两个旋转轧辊间的特定 空间，以获得一定截面形状的塑性成形方法。 二.挤压：在金属坯料一端加压，使金属从模 孔中挤出，以获得所需截面形状的塑性成形方 法。 三.拉拔：将金属坯料拉过拉拔模的模孔而变形 四.自由锻 1.定义：利用冲击压力或压力使金属坯料在上下铁砧之 间变形，以获得所需形状、尺寸的锻造方法 2 基本工序 镦粗、拔长、冲孔等 3特点 （1）设备及工具简便通用 （2）人工控制零件的尺寸、形状，精度差。 （3）劳动强度大，适于单件小批量生产 五模锻 1定义：金属坯料在锻模内受压变形 2特
22、点： 用锻模控制形状、尺寸，精度高，Ra小， 并能加工形状复杂件 零件力学性能高 适于中小件的大批量生产 胎模锻 1定义：在自由锻设备上，采用不固定的胎模 来生产锻件 2特点：生产率、精度比自由锻高，且成本低 自由锻、模锻、胎膜锻的比较 六板料冲压（冷冲压） （一）基本工序 1分离工序 剪切 ：板料沿直线相互分离 冲裁：板料沿封闭轮廓相互分离 落料或冲孔 利用冲模使板料产生分离或变形，从而获得毛 坯或零件 冲裁件的排样 2变形工序 （1）弯曲 曲率半径Rmin = (0.251) 折线需与板料的纤维方向垂直 模具角度需比零件角度小一个 回弹角度 （2）拉深 防止拉穿 防止起皱 （3）翻边 （4
23、）胀形 (二)特点及用途: 1可冲压出形状复杂、质量轻、强度刚度高 的零件 2零件精度高，表面粗糙度小 3操作简单，易实现机械化、自动化。 4.用途：用于机械、汽车、仪表、生活用品等 第三章 焊接 1.熔化焊的基础知识 2.焊接工艺 3.常用金属材料的焊接 4.焊缝质量检验 常用焊接方法 熔化焊： 将焊件接头处局部加热到熔化状态，通常还需加 入填充金属（如焊丝、电焊条）以形成共同的熔池，冷 却凝固后完成焊接 钎焊 采用比母材熔点低的金属材料作钎料，加热使钎料熔化， 填充接头间隙，润湿母材表面，使液相与固相之间相互 扩散而实现工件的连接。 压力焊： 将焊件接头处局部加热到高温塑性状态或接近熔化状
24、 态，然后施加压力，使接头处紧密接触并产生一定塑 性变形而完成焊接 1.熔化焊的基础知识 一熔化焊的冶金特点 1 冶金特点 高温导致金属烧损；形成有害杂质 液态时间短，导致成分偏析、气孔、夹渣等缺陷 2 措施：利用焊药 隔绝空气 弥补烧损 脱氧、硫、磷 二焊接接头组织与性能的变化 以低碳钢为例 焊缝处热影响区 晶粒粗大，且 易淬火钢种易 产生马氏体组 织，因而热影 响区易产生焊 接裂纹。 三焊接应力与变形 1应力及变形产生的原因 焊接过程中的不均匀加热和冷却是产 生焊接应力与变形的原因 2变形类型 3.减少应力与变形的措施 合理的结构设计及焊接规范、焊接次序 使用焊接夹具与反变形法 焊前预热
25、焊后去应力退火 2. 焊接工艺 一手工电弧焊 1过程 电弧的产生 电弧是在电极与焊件之间的气体中产生持续而 有力的放电现象 焊接过程 2电弧热 阳极区：2600oK 阴极区：2400oK 弧柱区：6000oK8000oK 3电焊条 （1）焊条的组成及作用 焊条芯 药皮 （2）焊条的种类及编号 （3）焊条的选用 根据所焊材料类型、焊接结构要求、工艺特点来选用 4工艺 （1）焊前准备 接头形式 开坡口 （2）焊缝的空间位置 平焊、横焊、立焊、仰焊 （3）焊接规范 焊条直径 焊接电流 （4）工艺特点及应用范围 设备简单，操作灵活，使用范围广 适合于各类钢材、铸铁、有色金属的焊接 适合于单件、空间小的
26、焊接 二埋弧自动焊 1 过程 2 特点及应用 焊缝质量高，成型美观 生产率高，劳动条件好，省时省料 焊缝要求形状规则，不适合于狭窄位置及薄 板焊 适合于各类钢的焊接，不适于铸铁、有色金属 三气体保护焊 （一）氩弧焊 1 过程 2特点及应用 适用于有色金属及其合金、稀有金属、不锈钢 等的焊接 表面无熔渣，焊缝致密，美观 焊接速度快，热影响区小，变形小 （二）二氧化碳保护焊 1.电流大，焊接速度快，生产率高 2.成本低 3.操作性能好，可全位置焊接 4.二氧化碳具有氧化性，产生飞溅和气孔 5.适于焊接低碳钢和低合金钢 四气焊 1气焊的 过程 2气焊的 应用 焊接薄钢板、有色金属及其合金、铸铁的焊
27、补、钎焊刀具。 五等离子弧焊接与切割 1原理 利用各种装置使自由电弧的弧柱受到压缩， 使弧柱区的气体完全电离，则成为等离子弧。 2产生过程 3特点及应用 焊接温度高，速度快，适于焊难熔、易氧 化的合金 切割变形小，切口细，用于不能用氧气切 割的金属 六电阻焊 （一）点焊 1焊接过程 2分流 （二）缝焊 1过程 2特点 （三）对焊 1电阻对焊 2闪光对焊 七钎焊 1硬钎焊 钎料熔点在450以上，接头强度在200MPa 以上 2软钎焊 钎料熔点在450以下，接头强度在70MPa 以下 3.常用金属材料的焊接 一金属的可焊性 1 定义 2 估算钢的可焊性 C当量 = C+Mn/6+(Cr+Mo+V)
28、/5+(Ni+Cu)/15 C当量0.6%：可焊性差，需采取严格工艺措施 二碳钢的焊接 （一）低碳钢的焊接 1各类焊接方法均适用 2. 低温焊接刚度大的厚板件，应预热，焊后去应力退 火 （二）中碳钢的焊接 1预热 2低氢型焊条 3细焊条、小电流，开坡口多层焊 （三）高碳钢的焊接 采用更高的预热温度，及更严格的工艺措施，一般只限于 焊补 三合金钢的焊接 1合金钢的可焊性由其碳当量来定 2易产生延迟裂纹 3焊后应去氢处理 4选低氢型焊条 四铸铁的焊接 （一） 热焊法 1.工艺 （1）预热温度600700 （2）气焊 、手工电弧焊 （3）铸铁芯焊条 2. 特点及应用 （1） 防止白口产生 （2）成本
29、高，生产率低 （3）焊补重要铸件 (二) 冷焊法 1.工艺 （1）不预热或预热温度低于400 （2）气焊、手工电弧焊 （3）专用焊条：高钒铸铁焊条，Ni基、Cu基 铸铁焊条 2.特点及应用 （1）成本低，质量低 （2）用于某些不能加热的铸件 五有色金属的焊接 （一）铜及其合金的焊接 1特点 导热性高，散热快，造成焊不透易热裂易产 生气孔 2工艺 （1）紫铜、青铜采用氩弧焊 （2）黄铜采用气焊 （二）铝及其合金的焊接 1特点 （1）易氧化，生成Al2O3，造成夹渣、焊不透 （2）易产生气孔 （3）导热系数、热膨胀系数大，易开裂 2工艺 采用氩弧焊、气焊，焊前清除氧化膜 4. 焊缝质量检验 1磁粉
30、检验 2超声波检验 3X射线检验 4CT技术 第四章 毛坯成形方法的选择 一选用原则 使用性能 工艺性能 经济性原则 二.毛坯成型方法的比较 三实例 轿车车身及零部件的选材和毛坯的生产方法 材料：Q235或16Mn板料 毛坯：板料冲压电阻点焊 变速轴 材料：45钢 毛坯：圆钢下料自由 锻或模锻 变速齿轮 材料：20CrMnTi 毛坯：模锻 材料：铝合金 毛坯：金属型铸造 材料：40MnV 毛坯：模锻 材料：球铁 毛坯：铸造 材料：优质灰铁或球铁 毛坯：铸造 第三篇 切削加工 第一章 金属切削加工的基础知识 第二章 切削加工工艺 第三章 机械制造自动化概论 第一章 金属切削加工的基础知识 1切削
31、运动与切削用量 2金属的切削过程 1切削运动与切削用量 一切削运动 1主运动：完成最基本的切削动作。 2进给运动：保证切削的连续性。 二切削用量 1切削速度v（m/s）：单位时间内，工件和刀具沿 主运动方向的相对位移。 2切削深度ap(mm)：待加工表面和已加工表面间的垂直 距离。 3进给量f（mm/r, mm/str）：主运动的一个循环内， 工件和刀具沿进给运动方向的相对位移。 2刀具材料与刀具几何形状 一刀具材料 1性能要求 高硬度，HRC60 足够的强度、韧性。 耐磨 热硬性 2材料类型 碳素工具钢 合金工具钢 高速钢 硬质合金 其它 二刀具切削部分的组成 3金属的切削过程 一切屑种类
32、1带状屑 精车塑性材料时易产生 2节状屑 粗加工中等强度钢时易产生 3崩碎屑 切削脆性材料时易产生 二切削力 1主切削力Fz：切削力在切削平面上的分力。 2径向力Fy：切削力垂直与进给方向上的分 力。 3轴向力Fx：切削力在进给方向上的分力。 三切削热和刀具磨损 1 切削热及切削液 2 刀具磨损和刀具耐用度 四工件材料的切削加工性 1 衡量指标 刀具寿命、加工表面质量、切屑的控制及断屑 难易程度、切削力 2 影响因素 力学性能、导热性 3 改善切削加工性的途径 调整化学成分、热处理 4金属切削机床的基本知识 1 机床基本结构 主传动部件 进给传动部件 工件安装装置 刀具安装装置 2 机床传动机
33、构种类 机械传动 液压传动 第二章 切削加工艺 1 车削 2 钻削与镗削 3 刨削和拉削 4 铣削 5 磨削 6 典型表面的加工方法及加工顺序 7 典型零件的加工工艺过程 1 车削 车床的组成 工件的安装装置：三爪卡盘、四爪卡盘、 花盘、顶尖 车床的种类 一切削运动 1主运动：工件的旋转运动 2进给运动：刀具的直线运动。 二特点 1切削平稳，精度高，Ra小 2可保证各加工面的同轴性 3加工材料：碳钢、合金钢、铸铁、有色金属 三工艺 1.车外圆 粗车：IT13IT10，Ra5012.5m 半精车：IT10IT9，Ra6.33.2m 精车：IT6IT5，Ra0.80.2m 2车锥面 3钻孔、镗孔
34、4车螺纹 单线螺纹车刀车螺纹 梳刀车螺纹 5.车成形面 2 钻削与镗削 一钻削 1切削运动 主运动为刀具的旋转； 进给运动为刀具的直线运动。 2特点 易“引偏” 排屑困难 散热困难 3. 工艺 钻孔：孔的粗加工 扩孔：孔的半精加工 铰孔：孔的精加工 攻丝：加工内螺纹 二. 镗削 主运动：刀具旋转 进给运动：工件或刀具直线运动 1切削运动 2工艺 镗孔 钻、扩、铰孔 车外圆、端面、螺纹 铣平面 3特点 位置精度较高 镗孔适应性强 加工范围广 生产率较低 可加工HRC30以内的金属材料 3 刨削和拉削 一刨削 1切削运动 主运动：刀具往复直线运动 进给运动：工件直线运动 2特点 加工精度较低：IT
35、8IT7，Ra6.31.6m 生产率低 成本低 3工艺 平面加工 斜面加工 沟槽加工 二. 拉削 1切削运动 主运动：拉刀的直线移动 进给运动：由齿升量af实现 2特点 加工质量较高，IT8IT7，Ra0.80.4 生产率高 刀具制作成本高 3工艺：可加工平面、各种截面形状的孔、键槽 4 铣削 一切削运动 主运动：刀具旋转 进给运动：工件直线运动 二特点 1半精加工：IT9IT8，Ra6.31.6 2生产率较高 3刀齿散热条件较好 一工艺 1平面加工 端铣加工质量高于周铣 端铣生产率高于周铣 周铣的适应性高于端铣 2铣斜面 旋转刀具或工件 3铣台阶面 4铣沟槽、成形面 5齿形的加工 6铣床镗孔
36、 5 磨削 一切削运动 主运动为砂轮的旋转 二特点 1精度高：IT8IT6，Ra1.60.1 2温度高 3砂轮的“自锐”性 4适于磨硬的材料，如淬火钢的精加工。 三工艺 可加工外圆、内圆、平面、螺纹、齿形。 6 典型表面的加工方法及加工顺序 一外圆的加工 二孔的加工 三平面的加工 四齿形加工 （一）成形法加工：用与齿槽形状相同的成形刀具加工 1铣齿 特点：成本低、生产率低、精度低 2磨齿 休整砂轮外圆成齿间状。精度低，应用少。 （二）展成法加工：利用齿间啮合运动，把其中 一个齿轮制成刀具 1插齿 运动合成 加工特点 精度高：IT6，Ra1.6 生产率比铣齿高 2滚齿 特点 精度高：IT8IT7
37、，Ra3.21.6 生产率比插齿高 应用广 3剃齿和磨齿：齿轮的精加工 （1）剃齿 （2）磨齿 用于淬硬齿轮的加工 7 典型零件的加工工艺过程 一.机械加工工艺规程的制定 1.毛坯的选择 2.选择定位基准 3.工艺路线的拟定 4.形成工艺卡片 二.典型零件的加工工艺过程实例 1.轴类零件加工： 选材：调质钢 工艺路线： 锻造完全退火粗车调质精车 表面淬火及低温回火磨削 2.箱体零件加工 选材：优质灰铁 工艺路线： 铸造去应力退火粗铣精铣 表面淬火及低温回火磨削 3.齿轮的制造 高速重载齿轮：汽车齿轮 选材：渗碳钢 工艺路线： 下料锻造正火插齿或滚齿渗碳淬火及 低温回火磨削 第三章 机械制造自动化概论 一刚性自动化 特点:适于生产大批量生产形状简单、精度 较低的小型零件。 1.自动机床 2.自动生产线 二. 柔性自动化 特点:适于生产小批量、多品种的零件 1.数控机床NC（及加工中心） 2.计算机数控CNC 3.柔性制造系统FMS 三计算机集成制造系统CIMS 特点:具有集成化、 自动化、模块化及 柔性化 1.管理信息系统MIS 2.技术信息系统TIS CAD/CAM/CAPP 3.制造自动化系统MAS 4.质量保证系统CAQ 5.支撑系统：通讯网 络系统和数据库系 统
