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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,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。,=（LL,0,）/L,0,100%,=（F,0,F）/F,0,100%,、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 10,7,有色金属10,8,)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,-10,m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Fe,3,C是铁碳合金中的重要强化相。,(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：1Cr18Ni9Ti，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，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：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：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）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、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R,min,=(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）,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,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：2600,o,K,阴极区：2400,o,K,弧柱区：6000,o,K8000,o,K,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)/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Al,2,O,3,，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a,p,(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,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,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：IT8IT7，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a,f,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,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，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,