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机械制造基础概论复习 机械制造概论是一门研究机械制造系统和机械制造方法的综合性技术基础课。机械制造是将设计输出的指令和信息输入制造系统，加工出合乎设计要求的产品的过程。机械制造科学是研究机械制造系统、机械制造过程和制造方法的科学。在制造过程中，通常是先用铸造、锻压或焊接等工艺方法将材料制成毛坯，再进行切削加工，然后得到所需零件。为了改善材料的工艺性能和提高零件的使用性能，还要经过热处理，最后将制成的各种零件加以装配，即成为机器。工艺类型材料状态基本过程典型工艺举例质量不变工艺液态、颗粒、固态流动、流动与速变、塑性变形铸造、粉末冶金、锻压质量减少工艺 固态塑性、脆性断裂、溶化与汽化、分解切削加工、电火花加工、激光加工、电解加工连接工艺、原子结合、粘接固态、液态（焊缝）塑性变形、流动、扩散摩擦焊、熔焊、粘接第一章 工程材料1、金属和合金的力学性能。P5 （1）强度：工程材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。有抗拉强度、抗压强度、抗弯强度。（2）塑性：金属在外力作用下，产生永久变形而不致引起破坏的性能。用伸长率和断面收缩率表示。（3）硬度：金属材料抵抗更硬物体压入的能力。指标有布氏硬度、洛氏硬度。（4）冲击韧度：材料抵抗冲击的性能。（5）疲劳强度：零件在交变应力作用下，当交变应力值远低于材料的屈服强度时，经较长时间运行后也会发生破坏，这种破坏叫疲劳破坏。材料能够承受无数次应力循环时的最大应力成为疲劳强度。（6）屈服强度：零件设计时对塑性材料采用屈服强度弹性极限。（7）强度极限：脆性材料采用强度极限。 2、 铁碳合金杂质对碳钢机械性能的影响。（S热脆现象 P冷脆现象）P13 碳的质量分数小于0.25%为低碳钢，在0.30%0.60%之间为中碳钢，大于0.60%则为高碳钢。碳的质量分数对钢的组织结构和力学性能有极大影响，碳的质量分数越高，渗碳体越多，硬度越高，塑性越差。磷和硫是有害杂质，磷可以提高钢的硬度，但在低温时脆性显著增加，称为冷脆现象，而硫容易使钢在高温轧制时破裂，称为热脆现象。3、钢的热处理 （正火、淬火、回火的实质、工艺特点和应用范围。）P18 在固态下将钢加热到一定程度，进行必要的保温，以适当的冷却速度冷却至室温，改变钢的组织结构和性能的工艺方法称为钢的热处理。热处理的目的在于不改变材料的形状和尺寸，只改变材料内部的组织结构，得到所需要的性能。 不同的热处理工艺可以分别提高材料的硬度和强度，或者增加材料的塑性、降低硬度以改善材料的使用性能和工艺性能等。热处理是提高零件寿命的重要途径。（1）退火：将钢加热到一定温度，保温一定时间，随后在炉中缓慢冷却，以获得近于平衡组织的一种热处理方法。退火可以降低钢的硬度，有利于切削加工；细化钢中的粗大晶粒，改善组织和性能；增加钢的塑性和韧性，消除内应力；为淬火做好组织准备。完全退火主要用于亚共析钢的铸件、锻件和焊件，消除钢铁中的内应力。（2）正火：将钢加热到3050,保温一定时间后，出炉在空气中冷却的工艺方法。正火的作用与退火有很多相似之处，但正火的冷却速度较快，所得到的组织较细，如共析钢正火后可获得索氏体组织，即细密的珠光体组织。正火后钢的硬度和强度较退火略高，这对低、中碳钢的切削加工性能有利，但消除内应力不如退火彻底。正火常用于普通构件，如螺钉、不重要的轴类等工件的最终热处理，较重要件大多利用正火作为预先热处理。（3）淬火：将钢加热到3050，保温后在水或油中迅速冷却的热处理方法。淬火处理可以提高材料的硬度、强度和使用寿命。各种工具、模具和许多重要要件都要通过淬火来改善力学性能。（4）回火：将淬火后的钢重新加热至Ac1线以下的某一温度，保温后在空气中冷却的一种热处理。淬火马氏体是一种不稳定的组织结构。淬火后工件的内应力和脆性也较大。为了稳定组织，减少内应力，降低脆性和调整淬火工件的硬度，淬火后必须进行回火。各种工具、刃具和冷冲模具等常在淬火后进行低温回火。中温回火适于各种弹性零件、锻模等。高温回火则适用于受力较复杂而要求综合力学性能都较高的零件，如轴类等。P19 回火温度是决定淬火钢件回火后硬度的主要因素，中碳钢调质处理，低碳钢渗碳后淬火低温回火4、 常用金属材料的分类和应用。P13 （1）钢的分类。l碳素钢：碳的质量分数小于0.25%为低碳钢，在0.30%0.60%之间为中碳钢，大于0.60%则为高碳钢，碳的质量分数对钢的组织结构和力学性能有极大影响。如：优质碳素结构钢：常用于制造轴类、齿轮、丝杠、连钢等零件。碳素工具钢：常用于制造木工刃具和某些形状简单尺寸较小的工模具。l合金钢：合金钢比碳素钢具有较高的强度、韧性和某些特殊性能。合金工具钢主要用于制造重要的工程构件。合金结构钢主要用于刀具、模具、量具的制造。特殊性能合金钢主要包括不锈钢、耐热钢、耐磨钢等具有特殊物理、化学性能的钢，用于制造特殊性能要求的金属构件。（2） 铸铁：能锻造或不能塑性变形的铁碳合金。（3） 有色金属材料：指除钢铁以外的金属及其合金材料。（3） 非金属材料：陶瓷性能、高硬度、韧性差5、 塑料受热后的表现塑料是以合成树脂为主要成分的高分子材料，它的重量轻、电绝缘性好、耐腐蚀。（1） 热塑性如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，在加热到一定温度后开始软化，冷却后依然能够固化，在这一过程中化学结构基本不变。（2） 热固性塑料有酚醛塑料、环氧树脂、聚酰胺树脂等，热固性塑料的制成品不能重新软化。第二章 铸造工艺1、设置冒口的目的：P31在铸件厚壁处和热节部位（即铸件上热量集中，内接圆直径较大的部位）设置冒口，是防止缩孔、缩松的有效措施。冒口的尺寸应保证冒口比它要补缩的部位凝固得晚，并有足够的金属液供给。2、 铸件产生缩松、缩孔的原因 金属的 收缩和凝固收缩，表现为合金体积的缩小，使型腔内金属液面下降，通常用提缩率来表示，它们是铸件产生缩孔和缩松缺陷的根本原因， 铸件在凝固过程中，由于金属液态收缩和凝固收缩造成的体积减少，得不到液态金属的补充，在铸件最后凝固的部位形成孔洞，容积较大而集中的称缩孔；细小而分散的称缩松。纯金属和共晶合金在恒温下结晶，铸件由表及里逐层凝固，容易形成缩孔。缩孔常集中在铸件的上部或厚大部位等最后凝固的区域。具有一定凝固温度的范围的合金，凝固在较大的区域内同时进行，容易形成缩松。缩松常分布在铸件壁的轴线区域及厚大部位等。缩孔和缩松会减少铸件的有效截面积，并在该处产生应力集中，降低其力学性能。缩松还严重影响铸件的气密性。防止铸件产生缩孔、缩松的基本方法是采用顺序凝固原则，即针对合金的凝固特点制定合理的铸造工艺，是铸件在凝固过程中建立良好的补缩条件，尽可能使缩松转化为缩孔，并使缩孔出现在最后凝固的部位，在此部位设置冒口不缩。使铸件的凝固按薄壁厚壁冒口的顺序先后进行，让缩孔移入冒口中，从而获得致密的铸件3、 离心铸造特点P39 离心铸造是将熔融金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下填充铸型和结晶，从而获得铸件的方法。离心铸造必须在离心铸造机上进行，按铸型旋转轴线的空间位置不同，离心铸造分为立式和卧式两种。离心铸造不用型芯，不需要浇冒口，工艺简单，生产率和金属利用率高，成本低。在离心力作用下，金属液中的气体和夹杂物因密度小而集中在铸件内表面，金属液自外表面向内表面顺序凝固，因此，铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，力学性能高，而且提高了金属液的充型能力。但是，利用自由表面形成的内孔，尺寸误差大，内表面质量差，且不适于比重偏析大的合金。第三章 锻造加工1、 金属的塑性变形原理（位错）P31塑性变形定义是物质-包括流体及固体在一定的条件下，在外力的作用下产生形变，当施加的外力撤除或消失后该物体不能恢复原状的一种物理现象。2、自由锻基本工序及应用：P52（1）镦粗：使坯料高度减小截面积增大的工序，主要用于制造高度小、截面大的工件如齿轮、圆盘等的毛坯或作为冲孔前的准备工序。（2）拔长：是缩小坯料截面积增加其长度的工序。平砧上拔长主要用于制造长度较大的轴类或杆类锻件，如主轴、转动轴等，带芯棒拔长及芯棒上孔用于制造空心件，如炮筒、圆环、套筒等。拔长时要不断送进和翻转坯料，以使变形均匀，每次送进的长度不能太大，避免坯料横向流动增大，影响拔长效率。（3）冲孔：是利用冲头在坯料上冲出通孔或不通孔的工序。主要用于制造空心工件，如齿轮坯、圆环和套筒等。3、 模锻基本工序及应用P55-56模型锻造简称模锻，是在高强度金属锻模上预先制造出与锻件形状一致的模膛，使坯料在模膛内受压变形，以获得与模膛形状相似的锻件的方法。与自由锻相比，模锻生产率高，可锻出形状复杂、尺寸精确和表面光洁的锻件，因而机械加工余量小，材料利用率高、成本低；但模锻设备投资较大，锻模成本高，生产准备周期长。（） 锤上模锻:指在蒸汽空气锤、高速锤等模锻作用下进行的模锻。主要用于（2）胎膜锻：是在自由锻设备上使用胎膜生产模锻件的工艺方法。主要用于批量不大的中小型锻件。4、 各种金属的可锻性P49 金属的可锻性是指金属适应锻压加工的能力。可锻性常用金属的塑性好坏和变形抗力大小由两个指标来衡量。塑性越好，变形抗力越小，可锻性越好，反之则差。金属可锻性取决于金属本质和加工条件。纯金属的可锻性比合金好，而且合金元素的种类含量越多，可锻性越差。适当提高金属的变形温度，是改善可锻性的有效途径。第四章 焊接1、电弧焊应用P662、电阻焊种类及应用P71电阻焊是利用电流通过焊件及接触处产生的电阻热作为热源将焊件局部加热到塑性或熔化状态，然后在压力作用下形成接头的焊接方法。具有生产率高、焊接变形小，不需另加焊接材料，操作简便，劳动条件好，易于实现机械化、自动化等特点。但电阻焊设备功率大，耗电量大，适用的接头形式与可焊工件厚度或断面受到限制。电阻焊的基本形式有点焊、对焊、缝焊。（1） 电焊：是利用柱状电极加压通电，在工件接触面之间焊成一个个焊点的焊接方法。主要用于汽车制造、车厢、飞机等薄壁结构以及日常生活用品的生产中。（2） 对焊：是利用电阻热使两个工件在整个断面上焊接起来的一种方法。常用于重要工件的焊接，既可焊接相同金属，也可焊接一些异种金属。对焊广泛用于焊接杆状零件，如刀具、钢筋、钢轨、锚链、导线、管道等。（3） 缝焊：缝焊又称滚焊，其焊接过程与电焊有点儿相似，只是用旋转的圆盘状滚动电极代替柱状电极。焊接时圆盘状电极压紧焊件并转动，配合断续通电，形成连续重叠的焊点，即形成焊缝。缝焊主要用于厚度小雨3mm要求密封或强度要求较高的薄板焊件结构，如汽车油箱、水箱、化学器皿、管道等。3、摩擦焊种类及应用P72摩擦焊是利用工件相互摩擦产生的热量同时加压而进行焊接的方法。有转动型摩擦焊、轨道式摩擦焊。摩擦焊不仅可以焊接同种金属，也可以讲不同金属焊接在一起。焊接质量好，操作简单，不需焊接材料，容易实现自动控制，生产率高。目前，摩擦焊广泛用于焊接轴类零件及管子，它可焊接的实心焊件的直径为2mm到100mm以上，管子的外径可达几百毫米。4、钎焊原理P72钎焊是利用熔点比焊件低的钎料做填充金属，适当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的一种方法。五、 切削加工5、切削用量三要素P85（1） 切削速度：切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。（2） 进给量：刀具在进给运动方向上相对工件的位移量，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述或度量。（3） 背吃刀量：在通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。切削用量是影响工件加工质量、加工成本和生产率的重要因素，亦称为切削三要素。6、刀具寿命P91 刀具寿命是指刀具由开始切削到磨损量达到磨钝标准为止的时间，以符号t表示。刀具寿命越大，表示刀具磨损得越慢。刀具寿命与刀具刃次数的乘积是总寿命。即刀具寿命是一把新刀从开始使用到报废为止的切削总时间。7、机械加工质量：P84加工精度、表面粗糙度。（1） 加工精度：是指零件加工后的尺寸、形状和位置等参数的实际数值和他的理想数值相符合的程度。相符合程度越高，亦即加工误差越小，则加工精度越高，加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度。（2） 表面粗糙度：工件已加工表面上微小峰谷的不平度。表面粗糙度对零件的耐磨性、抗腐蚀性和配合性质等有很大影响，直接影响机器的使用性能和寿命。8、 车削加工P94 车削加工就是在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等，所用刀具主要是车刀。9、钻孔加工.P95 钻孔是指用钻头在实体材料上加工出孔的操作，属于粗加工。钻孔属于半封闭加工，切削液难以引入切削部位，切削条件极差，限制了钻削速度。钻孔产生的切屑只能由容屑槽排出，切屑与孔壁剧烈摩擦并划伤孔壁，降低了孔的表面质量。第六章 特种加工1、 电火花加工原理P100（1）电器开关的触点开闭时，因为火花放电使接触面烧蚀和损坏的现象叫做电腐蚀。电火花是利用两极之间脉冲性火花放电时产生的电腐蚀现象对材料进行加工的方法。（2）电火花加工时，脉冲电源的一极接工具电极，另一极接工件电极，两极均浸入具有一定绝缘度的液体介质（常用煤油或矿物油或去离子水）中。工具电极由自动进给调节装置控制，以保证工具与工件在正常加工时维持一很小的放电间隙（0.010.05mm）。当脉冲电压加到两极之间，便将当时条件下极间最近点的液体介质击穿，形成放电通道。由于通道的截面积很小，放电时间极短，致使能量高度集中（10107W/mm），放电区域产生的瞬时高温足以使材料熔化甚至蒸发，以致形成一个小凹坑。第一次脉冲放电结束之后，经过很短的间隔时间，第二个脉冲又在另一极间最近点击穿放电。如此周而复始高频率地循环下去，工具电极不断地向工件进给，它的形状最终就复制在工件上，形成所需要的加工表面。与此同时，总能量的一小部分也释放到工具电极上，从而造成工具损耗。（3）从上看出，进行电火花加工必须具备三个条件：必须采用脉冲电源；必须采用自动进给调节装置，以保持工具电极与工件电极间微小的放电间隙；火花放电必须在具有一定绝缘强度（10107 m）的液体介质中进行。（4）电火花加工具有如下特点：可以加工任何高强度、高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料；加工时无明显机械力，适用于低刚度工件和微细结构的加工：脉冲参数可依据需要调节，可在同一台机床上进行粗加工、半精加工和精加工；电火花加工后的表面呈现的凹坑，有利于贮油和降低噪声；生产效率低于切削加工；放电过程有部分能量消耗在工具电极上，导致电极损耗，影响成形精度。第七章 机械制造系统1、 数控加工及应用P128-129（1） 数控机床是通过数字信息景控制装置来控制的机床。（2） 工作过程：根据零件图样制定工艺方案，通过程序设计编写工程序单，制作穿孔带，送到输入装置信息输入数控机床，处理成脉冲信号，自动实现零件加工，得到符合要求零件。（3） 特点：精度高、质量稳定；柔性好、适应性强；生产准备时间短；自动化程度高、劳动条件好；便于实现生产管理现代化；价格高、技术复杂（4） 应用：生产形状复杂、精度要求高的零件；生产多品种、小批量生产的零件；生产重复性投产的零件。2、 柔性制造系统的应用（多品种、小批量生产）P131 柔性制造系统是在数控机床、机器人、自动化仓库、自动导向小车等自动化设备和计算机技术的基础上发展起来的自动化生产单元或系统，是一种高效率、多品种、适用于中小批量的生产系统。主要应用于生产机床、民用重型机械、汽车、飞机和工业产品等。简答题1、铸铁种类的根本区别何在？P14-16 铸铁是指不能锻造或不能塑性变形的铁碳合金。铸铁种类的根本区别在于碳的存在形式，（1）白口铸铁中的碳主要以化合物形式存在，断口呈银白色，脆而硬，难于进行切削加工，故很少直接利用。（2） 灰口铸铁中的大部分以片状石墨形态存在，断面呈暗灰色，灰铸铁的抗拉极限较低，塑性和韧性很差，但抗压、耐磨和减振性能好，缺口敏感性小，并有优良的铸造工艺性能和切削加工性能。通过向灰铸铁铁水中冲入孕育剂，可使石墨细小、分散，减轻片状石墨对金属基体的割裂作用，提高力学性能。（3） 球黑铸铁中的碳大部分以球状石墨形态存在，由于球状石墨对基体的割裂作用较其他形式的石墨大为减小，因而显著提高了力学性能。其抗压强度 碳钢，塑性、韧性比其他铸铁好。还有良好的铸造性能，切削加工性能、减磨性和减振性等。（4） 可锻铸铁是预先浇铸成的白口铸铁，再经长时间石墨化退火完成的。可锻化退火后，白口铸铁中的渗碳体分解出团絮状石墨。由于团絮状石墨对基体的割裂作用比片状石墨较小，使铸铁的韧性和塑性得以提高。2、钢的热处理方法有几种？各有何作用？退火、正火、淬火和回火。P18-19（1）退火，降低材料硬度，改善组织和性能；（2）正火，功能与退火类似、但采用空气冷却得到组织较细；（3）淬火，提高材料硬度；（4）回火减少淬火后工件内应力。3、铸件的壁厚为什么不能太薄,也不宜太厚,而且尽可能厚薄均匀? P29太薄会降低充型能力；太厚，易产生缩松和缩孔。4、 为什么铸铁的铸造性能比铸钢好？P33铸钢流动性比铸铁差，易产生浇不足、冷隔等缺陷，铸钢的熔点较铸铁高，容易产生粘砂等缺陷。5、 什么是热变形？什么是冷变形？各有何特点？生产中如何应用?P49 （1）金属在再结晶温度以下的变形，叫冷变形， 变形后有硬化现象，如冷轧、冷冲压等。对于金属材料，冷变形是在室温条件下进行的，工序没有氧化现象，可获得较高的尺寸精度和表面质量；冷变形还能提高工件的强度和硬度，是强化金属的重要手段之一。但冷变形时变形抗压力大，为了消除加工硬化，以利于继续变形，在多次变形中常需要增加再结晶退火工序。目前冷变形主要用于低碳钢、有色金属及其合金的薄板料加工。（2） 金属在再结晶温度以上的变形，叫热变形，变形后无加工硬化现象，如热轧、热锻等。虽然热变形过程中也伴有加工硬化现象，但由于 再结晶温度，加工硬化很快以再结晶方式自行消除，变形后具有再结晶组织。热变形变形抗压力小，能以较小的功达到较大的变形，且能获得力学性能较好的再结晶组织，故锻造成形主要采用热变形方式。6、金属在规定的合理锻造温度范围以外进行锻造，可能会出现什么问题？P51 终锻温度过高将使金属在冷却中晶粒继续长大，得到粗大的晶粒组织，过共析钢出现网状渗碳体，降低锻件的力学性能。终锻温度过低会造成可锻性差、加工困难等问题。7、常用电弧焊方法有哪几种？各有何特点？P66-68 电弧焊是利用电弧引燃后放出的大量热能来熔化焊接材料和母料来连接金属的。（1） 焊条电弧焊：利用电弧产生的热量来熔化被焊金属母材和焊条的一种手工操作的焊接方法。焊条电弧焊设备简单，容易维护，焊钳小，操作灵活、方便，可在室内、室外、高空和各种位置施焊，配用相应的焊条，焊条电弧焊可以用于碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈钢、铸铁、铜、铝及其合金等的焊接。但焊条电弧焊效率较低，劳动条件较差。焊条电弧焊在（2）埋弧焊：是电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法，又称焊机下层下电弧焊。埋弧焊可以自动、半自动方式进行。埋弧自动焊电弧的引燃、维持、沿焊接方向移动、焊丝的送进以及焊剂的布撒，都是埋弧焊机自动进行的。因此，埋弧焊与手弧焊相比具有生产率高、焊缝质量好、节省材料、工人劳动条件好等优点。但埋弧焊设备较复杂，一般仅适于平焊位置。埋弧自动焊在造船、桥梁、锅炉与压力容器、重型机械等部门中应用广泛。（3）气体保护电弧焊：是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊方法。二氧化碳气体保护焊焊接成本低、生产效率高、操作方便，主要用于低碳钢和普通钢低合金钢的焊接，应用于造船、机车车辆、汽车、农机制造等部门；氩弧焊则便于观察、操作灵活，但设备复杂、焊接成本较高，主要用于焊接易氧化的有色金属以及不锈钢、耐热钢等。（4）等离子弧焊：利用一些装置使自由电弧的弧柱受到压缩，弧柱中的气体就完全电离，而产生温度比自由电弧高得多的等离子电弧，其温度很高。等离子弧焊就是利用高温的等离子弧作为热源进行焊接的。8、钎焊有什么特点？应用范围如何？P72（1）钎焊是利用熔点比焊件低的钎料做填充金属，适当加热后，钎料熔化而将处于固态的焊件连接起来的一种方法。根据钎料熔点的不同，分为软钎焊和硬钎焊。与其他焊接方法相比，钎焊具有焊接质量好、生产效率高、用途广泛等优点，但钎焊焊接接头强度较低，耐热能力较差，装配要求严格。（2）目前，钎焊广发应用与机械、电子、电机、仪表、航空、航天、原子能以及化工、食品等部门。9、试述车床上能完成的主要工作。P94 主要用于加工各种回转表面和回转体的端面。如车削内外圆柱面、圆锥面、环槽及成形回转表面，车削端面及各种常用的螺纹，配有工艺装备还可加工各种特形面。在车床上还能做钻孔、扩孔、铰孔、滚花等工作。10、在车床上钻孔与在钻床上钻孔有何不同？P94-95 （1）车床上加工孔是工件做旋转的主运动，刀具做轴向的进给运动。而钻床上加工孔这是刀具既作旋转的主运动，同时又作轴向的进给运动。 （2）车床上主要加工盘，套类零件上与外圆面有同轴度要求的钻床上主要加工箱体，支架等零件上的紧固孔，油孔，定位销孔等。