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第二章 工程材料
钢的热处理
热处理是将工件加热到一定的温度，经保温后以一定的冷却速度冷却。
钢的热处理基本工艺有四种。
1.退火——加热到一定温度，经保温后随炉冷却。
2.正火——加热到一定温度，经保温后在空气中冷却。
3.淬火——加热到临界温度以上的某一温度，经保温后以快速冷却（即大于临界冷却速度）。
4.回火——将淬火后的工件重新加热到临界点以下的某一温度，经长时期保温后缓慢冷却。可分为：①低温回火（150～250℃） 降低淬火钢的内应力及脆性，提高韧性，使有较高的硬度。主要用于各种工、量、模具及滚动轴承等，如用T12钢制造的锯条、锉刀等，一般都采用淬火后低温回火。②中温回火（350～500℃）硬度有所降低，但可使钢获得较高的弹性极限和强度（主要用于各种弹簧的热处理。③高温回火（500～650℃）通常将钢件淬火后加高温回火，称为调质处理。即综合力学性能较好（25～35HRC）。如各类轴、齿轮、连杆等采用中碳钢制造，经淬火+高温回火后，即可达到使用性能的要求。
一般随着回火温度的升高，钢的强度和硬度下降，而塑性韧性上升。
第三章 铸造
铸造是熔炼金属，制造铸型并将熔融金属浇入与零件形状相适应的铸型，凝固后获得一定形状和性能的铸件的成型方法。尺寸精度不高，表面粗糙的毛坯，必须经切削加工后才能成为零件。
一、铸造的特点及应用
1.特点 1)铸造可以制成形状和内腔十分复杂的铸件， 2)铸造的适应性强，可用于各种材料，可生产不同的尺寸及质量的铸件。3)铸件生产成本低，原材料价格低，来源广等。
因此铸造在机械制造中获得广泛的应用
2.应用 主要应用在各种箱体和非承受载荷的低速齿轮等。如机床床身、齿轮箱、变速箱、手轮、内燃机气缸体、气缸盖、火车轮、皮带轮、台虎钳钳座等。
铸造生产方法主要分为两大类：①砂型铸造；(灰铸铁使用最多)②特种铸造。
二、型（芯）砂——芯砂的性能要求比普通型砂的综合性能要高。
三、铸造工艺
1.铸造主要工艺参数的确定 ①收缩余量②加工余量③起模斜度 起模斜度的大小与壁的高度、造型方法、模样材料及其表面粗糙度等有关。④铸孔、槽及型芯头⑤铸造圆角
2.造型工艺 造型时必须考虑到的工艺问题主要是分型面和浇注系统,它们直接影响铸件的质量及生产率等。1)分型面的确定 分型面是指上、下砂型的接触表面。用符号：短线（‘——’）表示。分型面确定的原则：①分型面应选择在模样的最大截面处；②应使铸件上的重要加工面朝下或处于垂直位置；③应使铸件的全部或大部分在同一砂箱内，以减少错箱和提高铸件精度。
2）浇注系统的确定 浇注系统是指液体金属流入铸型的通道，并能平稳地将液体金属引入铸型，要有利于挡渣和排气，并能控制铸件的凝固顺序。
典型浇注系统一般包括：外浇口直浇道、横浇道和内浇道等。
还有冒口：主要起补缩作用。同时还兼有排气、浮渣及观察金属液体的流动情况等。一般安放在壁厚顶部。
四、熔炼设备 铸铁——冲天炉；铸钢——电弧炉；有色金属——坩埚炉。
五、特种铸造
1.金属型铸造2.熔模铸造3.压力铸造4.离心铸造 离心铸造是在离心力的作用下,所以组织致密,无缩孔、气孔、渣眼等缺陷，因此力学性能较好。离心铸造空心旋转体铸件不需要型芯和浇注系统，铸件不需要冒口补缩，省工省料、生产率高、质量好、成本低。
七、造型方法 造型方法有手工造型和机器造型。 手工造型方法：整模两箱造型、分模两箱造型、挖砂造型和假箱造型、活块造型、刮板造型、三箱造型等。
八、造芯 型芯的主要作用是形成铸件的内腔。
九、浇注温度 浇注温度偏低，流动性差，易产生气孔等；浇注温度过高，铸件收缩大，易产生缩孔、裂纹及粘砂等缺陷。合适的浇注温度应根据铸造合金种类、铸件的大小及形状等确定。
第四章 压力加工
一、压力加工的特点及应用
1.特点 锻压，组织和性能都得到了改善，特别是铸造组织。通过压加工或锻造后，其内部的缺陷，如微裂纹、气孔、缩松等缺陷得到压合，使其结构致密，细化晶粒，力学性能大大提高。 与铸件、焊件相比，锻压加工一般只能获得形状较简单的制件毛坯。
2.应用 凡是承受重载的机器零件，如主轴、曲轴、齿轮等。 金属压力加工的主要方法有轧制、拉拔、挤压、自由锻、模锻和板料冲压等。锻造是在加压设备及工（模）具的作用下，使坯料产生局部或全部的塑性变形，以获得一定的几何尺寸、形状和质量的锻件的加工方法。
按成形方法不同，锻造可分为自由锻和模型锻 两大类。
二、金属的加热 锻造时，金属坯料需加热。加热的目的是为了提高金属的塑性，降低变形抗力，以使金属产生大量的变形，以便锻造。 一般金属材料的可锻性常用塑性和变形抗力来衡量。随着含碳量的提高，金属材料的可锻性下降。 所以一般工业纯铁、低碳钢的可锻性最好。 加热温度高，超过一定温度后，金属易出现氧化、脱碳、过热和过烧 等缺陷，因此，加热最高温度以不出现过热为前提，即始锻温度。45 号钢的始锻温度为1150 ～1200℃ ，终锻温度为800℃。
金属材料加热后，随着温度的升高，其力学性能中的强度、硬度下降，而塑性、韧性提高。
三、锻造设备 锻造工艺分为：自由锻、胎模锻和模锻等。
四、自由锻的基本工序 镦粗、拔长、冲孔、弯曲、扭转、错移、切割等。前3种应用得最多。
五、板料冲压 板料冲压可分为分离工序和变形工序 两大类。 分离工序：剪切、冲裁等；变形工序：弯曲、拉深、成型等。
第三章 焊接
一、焊接的特点及应用
1.特点 焊接实现的连接是不可拆卸的永久性连接，可以节省材料，简化制造工艺，缩短生产周期，且连接处具有良好的使用性能；如焊接不当会产生缺陷、应力和变形等。
焊接方法很多，主要分为三大类： 1.熔化焊：电弧焊、气焊、电渣焊等。电弧焊有手工电弧焊、埋糊自动焊、气体保护焊等；2.压力焊：电阻焊、摩擦焊等。电阻焊有点焊、对焊、缝焊等；3.钎焊：硬钎焊和软钎焊。
焊接应用：制造各种金属结构件，如桥梁、船体、建筑、压力容器、锅炉、车辆、飞机等；也常用于机器零件毛坯，如机架、底座、箱体、吊车车架等；
原则上各种金属都能焊接，但焊接性能相差很大，要选用相应的焊接方法和工艺措施才能实现。焊接性能是随着含碳量的增加，可焊性下降。所以纯铁、低碳钢的焊接性能最好。
二、手工电弧焊
1.手弧焊的焊条 焊条由焊芯和药皮两部分组成。
焊芯的作用：①作为电极传导焊接电流，产生电弧；②熔化后又作为焊缝的充填金属。
药皮的作用：①改善焊接工艺；②机械保护作用；③冶金处理作用。
2.焊条直径的选择 焊条直径根据被焊工件的厚度和焊接质量来选择。
3.焊接电流的选择 焊接电流根据焊条直径来选择。
三、气焊与气割
1.气焊 气焊是利用可燃气体燃烧的高温火焰来熔化母材充填金属一种焊接方法。焊接时，一般焰芯顶端应距焊件2～3mm。 气焊通常使用的气体是乙炔和氧气。①中性焰 应用最广，常用于焊接低中碳钢、合金钢、铜和铝合金等；②碳化焰 有增碳作用。常用于焊接高碳钢、铸铁、硬质合金等；③氧化焰火焰呈氧化性 可用于焊接黄铜。
气焊操作：点火时，先微开氧气阀，再开乙炔阀；灭火时，先关乙炔阀，再关氧气阀；回火时，应先关乙炔阀，再关氧气阀。
与电弧焊相比，气焊火焰温度低，热量分散，生产率低，焊接变形大，接头质量差，但气焊火焰可控制，操作方便，灵活性强，不需要电源。气焊适用于焊接厚度为3mm以下的低碳钢薄板、高碳钢、铸件、硬质合金、铜、铝等有色金属及合金。
2.气割 气割是利用某些金属在纯氧中燃烧的原理来实现金属切割的方法。 被切割金属应满足以下条件：（1）金属的燃点应低于熔点；（2）燃烧生成的金属氧化物的燃点应低于金属本身的燃点；（3）金属燃烧时产生大量的热，且金属本身导热性要低。
满足上述条件的金属材料有低、中碳钢和低合金钢。
第六章 切削加工基础知识
金属切削加工分为钳工和机械加工两大类。 钳工——包括划线、锯削、锉削、攻丝和套扣、刮研、钻孔、铰孔及装配等。 机械加工—如车（数车）、铣（数铣）、磨、钻、刨及特种加工
一、切削运动和切削用量
1.切削运动 1）主运动 2）进给运动
2.切削用量 切削用量三要素：1）切削速度υ2）进给量f3）背吃刀量αp切削用量三要素中对刀具耐用度影响最大的是υ，其次是f，最小的是αp。 因此，在选定合理的刀具后， 粗车：αp→f→ υ； 精车： υ→f→ αp。
二、刀具的几何角度
1.车刀的组成 车刀由刀尖和刀体两部分组成。刀尖为切削部分，刀体用来将车刀夹持在刀架上，起支承与传力作用。 刀头一般由三个面、二个刃和一个尖组成。
1）前面2）主后面3）副后面4）主切削刃5）副切削刃6）刀尖
2.车刀几何角度 1）前角γ0： 在正交平面上测量的前面与基面的夹角。使刀刃锋利减少切屑变形 精加工时，前角可取大值。 2）后角α0： 在正交平面上测量的主后面与切削平面的夹角。即粗加工时取小值，精加工时取大值。 3）主偏角Κr： 在基面中测量，是主切削刃与进给运动方向在基面上投影的夹角。增大主偏角，则可使轴向分力加大，径向分力减小，有利于减小振动，改善切削条件。但刀具磨损加快，散热条件变差。 主偏角一般取45°～90°。工件刚度好，精加工时取大值。 4）副偏角Κr′：在基面中测量，是副切削刃与进给运动反方向在基面上投影的夹角。增大副偏角可减小副切削刃与已加工面的摩擦，降低表面粗糙度，防止切削时产生振动。粗加工时取大值，精加工时取小值。 5）刃倾角λs：在切削平面中测量的主切削刃与基面的夹角。其主要作用是控制切屑的流动方向。切削刃与基面平行时，λs=0；刀尖处于切削刃的最低点，λs为负值，刀尖强度增大；切屑流向已加工表面，用于粗加工；刀尖处于切削刃的最高点，λs为正值，刀尖强度较低，切削流向待加工表面，用于精加工。 在切削加工中，精加工时应选择大的γ0 、α0； 车细长轴时应选择较大的Κr。
3.刀具材料 (1) 刀具材料的性能 刀具切削部分的材料应具有：①高的硬度；②高的耐磨性；③高的热硬性；④足够的强度和韧性。
(2 )常用刀具材料 1）碳素工具钢 如T10 、T10A 、T12 、T12A 等，用于制造手工工具，如锉刀、锯条等； 2）合金工具钢 如9SiCr 、CrWMn 等，用于制造复杂的刀具，如板牙、丝锥、铰刀等； 3）高速钢 如W18Cr4V 等用于制造复杂的刀具，如钻头、拉刀、铣刀等； 4）硬质合金 可用于高速切削刀具。
常用的有： ①钨钴类：用于加工脆性材料，如铸铁等。常用牌号有YG3、YG6、YG8等。②钨钴钛类：用于加工塑性材料，如碳钢等。常用牌号有YT5、YT15、YT30等。
4.常用量具 ① 卡钳：内卡钳和外卡钳；② 游标卡尺； ③ 百分表； ④ 百分尺。
第七章 车削加工
车削在车床上可加工内外圆柱面、内外圆锥面、内外螺纹、成形面、端面、沟槽、滚花等。
一、普通车床 车床的组成：床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、拖板、刀架和尾座等。 其中：刀架是用来夹持刀具，并作纵向、横向或斜向的进给运动。
二、车削时工件的装夹方法 1.三爪卡盘装夹工件（能自动定心） 2.四爪卡盘装夹工件 3.顶尖装夹工件 4.用花盘装夹工件 5.用心轴装夹工件 6.中心架及跟刀架装夹工件
三、车刀的安装 1.车刀刀尖应与工件中心线等高 当刀尖高于工件中心线时, 则前角增大而后角减小, 车刀后面与工件之间的摩擦增大； 2.车刀刀杆轴线应与工件表面垂直 否则，会引起主偏角和副偏角发生变化。 3.刀杆伸出长度不宜太长 以免发生刀杆振动，一般伸出长度不超过刀杆厚度的1.1 ～1.5 倍。
四、车端面 车端面时应注意： 1. 车刀刀尖应对准工件中心，否则将在端面中心处车出凸台，并易蹦坏刀尖。2.车端面时，切削速度由外向中心逐渐减少，会影响端面的粗糙度，因此，工件速度应比车外圆略高。用45°右偏刀车端面时，由外向中心车削时，凸台是瞬间车掉，易产生振动，损坏刀具，因此，切削接近中心时，应放慢进给速度。3.车削直径较大的端面时，为避免因车刀受刀架移动产生凸出或凹进，可将拖板固定在床身上进行横向切削，背吃刀量用小刀架调节。
五、车圆锥 1.转动小拖板法 当内外圆锥面的圆锥角为α时，将小刀架扳转α/2，然后固定，摇动小拖板手柄，即可车出所需的圆锥面。这种方法操作简单，可加工任意锥角的内、外圆锥面，但加工长度受到限制，只能手动进给，粗糙度大。 2.偏移尾架法 把工件装在前、后顶尖上，然后，将尾座顶尖横向偏移一个S距离，使工件中心轴线与车床主轴中心线的交角等于工件锥角的1/2，利用车刀作纵向进给，即可车出圆锥。这种方法可加工较长的锥面，但不能车削内圆锥面。且只能用于车削锥度不大的锥面α＜8°。
3.靠尺法 4.宽刀法
六、车螺纹 1.保证正确的牙形角 1）车刀的刀尖角应等于牙形角α 使车刀切削部分形状与螺纹截面形状相吻合。为保证这一要求，应取前角γ0 =0。粗加工时，为了改善切削条件，可用带有正前角的车刀车削。 2）正确地安装车刀 车刀刀尖必须与工件中心等高，否则螺纹的截面将有改变。此外，车刀刀尖角的等分线必须与工件的轴线相垂直。2.保证工件的螺距 保证螺距的基本方法是：在工件旋转一周时，车刀准确移动一个螺距。
第八章 钻削与镗削加工
一、钻削 钻削加工是钻头作旋转的主运动，同时钻头本身又作轴向的进给运动。在实体材料上加工孔的方法。钻床是可以完成钻孔、扩孔、锪孔和铰孔等工作。钻孔所用的刀具有麻花钻、中心钻和深孔钻等。
1.麻化钻 有两条对称的主切削刃，如刃磨时两条主切削刃不相等，则所钻孔直径要大于钻头直径。 2.钻孔 钻孔过程最容易发生容易引偏使孔径容易增大，所以，钻孔前在孔中心要打样冲眼，孔中心要打得大一些，则可起到钻孔时不易偏离中心。二、扩孔与铰孔 1.扩孔 扩孔可以作为孔加工的最后工序或作为铰孔前的准备工序。 2.铰孔 当孔的精度和表面粗糙度要求较高时，则要采用铰孔。铰孔是对工件上已有孔进行精加工的方法之一。 钻、扩、铰只能保证孔本身的精度，而不能保证孔与孔之间的尺寸精度。此时，可利用夹具（如钻模）或镗孔来保证。
三、镗孔 镗孔是对工件上已有孔进行精加工方法之一。镗孔主要用于箱体、机架等结构复杂的中孔与孔之间的加工，容易保证孔与孔之间、孔与基准面之间的尺寸精度及位置精度。
第九章 铣削加工
一、铣削 最常用的铣床是万能立式铣床和万能卧式铣床。 在铣床尚可铣削平面、成形面、台阶、键槽、T形槽、齿轮、镗孔等。
1.铣刀的种类 端铣刀可铣削平面、斜面和垂直面等。
2.铣床主要附件 ①平口钳对于中小型工件，多用平口钳装夹；②回转工作台主要用于对较大工件进行分度，或加工具有圆弧表面和圆弧形腰槽的零件。③万能分度头 N=40/Z主要用于各种齿槽及多面体工件的铣削加工。
铣削用量的选择 粗加工：αp→f→ υ； 精加工：υ→f→ αp。
4.铣齿轮 铣齿采用普通铣床和简单刀具，即可加工齿形，但只适用于单件小批量生产、精度低的齿轮。
铣削与刨削相比，除狭长平面外，生产率高，其主要原因是由于铣刀是多齿多刃组成，同时由工作由几个刀齿和刀刃承担，切削用量大，刀齿与工件接触时间短，刀具冷却条件好，铣刀的耐用度高。
第十章 磨削加工
磨削加工通常用于零件的精加工，磨削不仅可加工钢、铸铁等一般材料，还可以加工一般刀具难以加工的材料（如淬火钢、硬质合金等）。
一、磨削特点 1.能加工硬度很高的材料 2.能获得高精度和低粗糙度的加工表面 3.磨削温度高 。因此，磨削时必须注入大量的冷却液，以降低磨削温度。冷却液还可起到排屑和润滑作用。 4.磨削时径向力很大 5.砂轮具有“自锐性” 磨粒磨钝后，其磨削力也随之增大，致使磨粒破碎或脱落，重新露出锋利的刃口。这种特性称为“ 自锐性” 。
二、磨削过程 磨削过程是切削、刻划和滑擦三种过程的综合。
三、磨削运动 1.主运动——指砂轮的旋转运动；
2.进给运动：①纵向进给①圆周进给③横向进给
四、砂轮的硬度 砂轮的硬度是指在外力作用下磨粒脱落的难易程度。磨削软材料时选用硬砂轮，磨削硬材料时则选用软砂轮。粗磨选用软砂轮，精磨选用硬砂轮。
第十一章 钳工
钳工是手持工具对工件进行加工的方法。有：划线、錾削、锯削、锉削、攻丝和套扣、刮削等。
一、划线 1.划线种类 ①平面划线—②立体划线
2.划线基准 零件上用来确定点、线、面位置的依据，作为划线依据的基准，称为划线基准。
二、锯削 1.锯条 锯条用碳素工具钢制成，并经淬火及回火处理，
锯条规格用其两端安装孔的距离来表示。常用锯条长300mm、宽12mm、厚0.8mm。锯条按齿距分为粗齿、中齿和细齿3 种。 2.锯条的安装 锯条装在锯弓上，锯齿向前，松紧适当，不能有歪斜和扭曲。 3.锯条的选用 锯削软材料（如铜、铝等有色金属）及厚工件时，选用粗齿距条；锯削普通钢、铸铁及中等厚度的工件时，选用中齿锯条；锯削较硬的材料（如中碳钢、合金钢等）或较薄的工件（如板料、钢管等）时，选用细齿锯条 4.锯削方法 锯削时应注意起锯、锯削压力和往返长度。 锯削时，锯条与工件表面的起锯角应小于15°，并用左手拇指靠住锯条，锯弓作往复运动，左手施力，右手推进，用力要均匀；
三、锉削 用锉刀从工件表面锉掉多余金属的加工方法称为锉削。锉削可提高工件的尺寸精度和降低表面粗糙度。1.锉刀的种类 锉刀用碳素工具钢制造，并经淬火及或低温回火处理。按齿纹分为粗齿、中齿、细齿和油光锉。
2.锉刀的选用 根据工件材料、加工余量、精度、表面粗糙度等来选用锉刀。粗齿锉刀用于粗加工及锉削较软的材料（如铜、铝等）；中齿锉刀用于粗锉后的加工；细齿锉刀用于锉光表面及锉削较硬的材料（如钢、铸铁等）；油光锉刀主要用于精锉后的表面修光。锉刀断面形状的选择，取决于工件加工表面的形状。
3.操作方法 工件装夹在台虎钳口中间，被锉削的表面距钳口的距离不要太高。
1）锉刀的用法 以保持锉刀水平为原则，根据锉刀的规格不同握法不同。在锉削时，两手在锉刀上施加的力的大小是变化的，其原则是保持水平，即以工件为支点形成力的杠杆平衡。
2）锉削方法 锉平面时，有顺向锉、交叉锉和推锉等。交叉锉用于粗加工，生长率高；顺向锉用于精加工锉平和锉光；推锉主要用于修光，适用于锉削细长工件及台阶面。
四、攻丝与套扣 攻丝是用丝锥在零件的通孔或盲孔上加工内螺纹；
套口是用板牙在圆杆或圆管上加工外螺纹。
1.攻丝 攻丝前需要钻孔，一般钻孔的孔径应略大于螺纹内径。
2.套扣 一般圆杆的直径要略小于螺纹外径。 一般材料韧性愈大，则圆杆直径愈小
第十二章 机械制造自动化 数控加工
一、数控机床
数控加工分为：数字控制（NC）、计算机数字控制（CNC）和直线数字控制3类。
3.编程举例 数控系统指令代码中，最基本的是G、S、M、T指令代码。 G指令代码 准备功能，它由代码“G”和两位数字组成。 S 指令代码 主轴转速功能， 由“S“ 和其后若干位数字组成。 M指令代码 辅助操作功能，主要有两类，一类是主轴的正、反转，开、停，冷却液的开、关等；另一类是程序控制指令，进行子程序调用、结束等。它由代码“M”和两位数字组成。辅助功能指令M代码。 T功能代码 刀具功能，用选择刀具和进行刀具补偿。它由代码“T”和若干位数字组成。
第十三章 特种加工
一、概述 特种加工与切削加工的不同点是：1）主要用其他能量形式，如电能、化学能、光能、声能、热能或与机械能组合等形式直接加工零件，以获得所需的几何形形状、尺寸精度和表面粗糙度的加工方法。2）加工用的工具材料可以低于被加工材料的硬度；3）加工过程中工具和工件之间不存在显著的机械切削力。 在生产中应用较多的可分为电火花加工、电解加工、激光加工、超声波加工和一些新兴的特种加工。应用最普遍的是电火花加工。
二、特种加工的能源形式
三、电火花线切割加工 1.电火花线切割加工机床 电火花线切割加工机床由机床主体、工作液系统、高频电源和控制装置等组成。加工程序输入方法常用的有键盘输入、纸带输入和自动编程 系统编程后自动转化成加工程序直接输入。
2.电火花线切割加工原理及特点 电火花线切割加工是用连续移动的钼丝、钨丝或铜丝作为线电极代替电火花成型加工中的成型电极而形成的加工方法。加工时金属丝为阴极，工件为阳极，两极通过直流高频脉冲电流，机床工作台带动工件在两个坐标方向作进给运动。电火花线切割加工不需要专门的工具电极，并且作为工具电极的金属丝在加工中不断移动，基本上无损耗；加工方便，生产周期短，成本低；加工精度高；生长率高，机床加工所需的功率小。