机械制造基础 第二版 1 6

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1、机械制造基础,第一章 机械工程材料与热处理,1.1 金属材料的力学性能,标准拉伸试样,1.1.1 强度和塑性,金属材料在载荷的作用下抵抗弹性变形、 塑性变形和断裂的能力称为强度,退火低碳钢的拉伸曲线,塑性是指金 属材料在外 力作用下产 生永久变形 而不被破坏 的性能 。,硬度分类 布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度,硬度是指金属材料抵抗比它更硬的物体压 入 其 表 面 的 能 力， 即抵 抗 局 部 塑 性 变 形 的 能力。 一般来说，硬度越高，耐磨性越好，强度也比较高。,1.1.2 硬度,布氏硬度试验原理示意图,1）布氏硬度,2）洛氏硬度,洛氏硬度试验原理示意图,1.1.3 冲击韧性,金属材料在

2、冲击载荷作用下抵抗破坏的能力称为冲击韧性。,冲击试样,摆锤一次冲击试验原理图,冲击韧性值 温度曲线,1.1.4 疲劳强度,一些机器零件，如齿轮、连杆、轴、 弹簧等，在交变载荷长期作用下，往往在工作应力低于屈服强度的情况下突然破坏， 这种现象称为疲劳破坏。,金属材料的疲劳曲线,1.2 铁碳合金,铁碳合金的基本组织,铁碳合金相图,含碳量对铁碳合金组织与性能的影响,1.3 钢的热处理,热处理工艺曲线,钢的正火,钢的淬火,第二章 热加工基 本知识,将熔化的金属浇注到铸型的空腔中，待其冷却后，得到毛坯或直接得到零件的加工方法称为铸造。由铸造得到的毛坯或零件称为铸件。,2.1 铸 造, 可铸造出形状十分复

3、杂的铸件，铸件的尺寸和重量几乎不受限制； 铸造所用的原材料价格低廉，铸件的成本较低； 铸件的形状和尺寸与零件很接近，因而节省了金属材料及加工的工时。,铸件特点,齿轮毛坯的砂型铸造过程简图,砂型铸造的工艺过程,铸造常分为两大类：砂型铸造和特种铸造,整模造型的主要过程,分模造型的主要过程,挖砂造型的主要过程,活块造型的主要过程,振压式紧砂方法,顶箱起模法,型芯的结构,用型芯盒造芯示意图 型芯；2 芯盒；3 定位销；4 夹钳,典型浇注系统的组成 铸件； 冒口；盆形外浇道（浇口盆） ；漏斗形外浇道（浇口杯） ； 直浇道；横浇道； 内浇道（两个）,合型 、熔炼与浇注, 合型 将铸型的各个组元（上型、下型

4、、砂芯、浇口盆等）组成一个完整铸型的过程称为合型。, 熔炼 通过加热使金属由固态变为液态，并通过冶金反应去除金属中的杂质，使其温度和成分达到规定要求的操作过程称为熔炼。, 浇注 将金属液从浇包注入铸型的操作过程称为浇注。铸铁的浇注温度在液相线以上 200 （一般为12501470 ）。,铸件的结构工艺性,1. 合金铸造性能对铸件结构的要求,（）铸件的壁厚应合理,（） 铸件各处壁厚力求均匀,壁厚设计举例,（） 壁间连接要合理, 要有结构圆角, 壁的厚薄交界处应合理过渡,圆角和尖角对铸件质量的影响, 壁间连接应避免交叉和锐角,几种壁间连接结构的对比,（ ）铸件的厚壁处考虑补缩,（ ）铸件应尽量避免

5、大的水平面,（ ）避免铸件收缩时受阻,（） 尽量避免壁上开孔而降低其承载能力,防止变形的铸件结构,铸造工艺对铸件结构的要求,（ ）简化铸件结构，减少分型面,（ ）尽量采用平面的分型面,（ ）尽量少用或不用型芯,（） 尽量不用或少用活块,（） 垂直壁应考虑结构斜度,（ ） 型芯的设置要稳固并有利于排气与清理,便于型芯固定、排气和清理的铸件结构,2.2 金属压力加工,金属压力加工是指借助外力的作用，使金属坯料产生塑性变形，达到所需要的形状、尺寸和机械性能要求的加工方法。,压力加工分为如下几类：,轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板料冲压,轧制示意图,挤压示意图,拉拔示意图,自由锻,模锻,板料冲压-拉

6、深,1.自由锻的基本工序,(1)拔长,拔长是使坯料横断面面积减小、长度增加的锻造工序, 在平砧上拔长, 在心轴上拔长,拔长的方法有两种,() 镦粗,镦粗是使毛坯高度减小、横断面面积增大的锻造工序。,镦粗主要有以下三种形式：, 完全镦粗, 端部镦粗, 中间镦粗,() 冲孔,冲孔是利用冲头在镦粗后的坯料上冲出 透 孔 或 不 透 孔 的 锻 造 工 序。,冲孔的方法主要有以下两种：, 双面冲孔法, 单面冲孔法,厚度小的坯料可采用单面冲孔法。,() 弯曲,弯曲是采用一定的工模 具 将 毛 坯 弯 成 所 规 定 的 外 形 的 锻 造 工 序， 常 用 于 锻 造 角 尺、弯板、吊钩等轴线弯曲的锻件

7、。 弯曲方法主要有以下两种：, 锻锤压紧弯曲法, 用垫模弯曲法,() 错移,错移是指将坯料的一部分相 对 另 一 部 分 平 行 错 开 一 段 距 离 的 锻 造 工 序。, 扭转 （）,（）扭转,扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。,自由锻的生产特点和应用,自由锻时，坯料只有部分与上、下砧接触而产生塑性变形， 其余部分则为自由表面，所以要求锻造设备的吨位比较小。自由锻的工艺灵活性较大，更改锻件品种时， 生产准备的时间较短。自由锻的生产率低，锻件精度不高，不能 锻 造 形 状 复 杂 的 锻 件。 自 由 锻 主 要 在 单 件、小批生产条件下采用。自由锻是大型

8、锻件的主要生产方法。,胎模锻是在自由锻设备上使用可移动模具（胎模）生产模锻件的一种锻造方法。,胎模锻,胎模的种类,根据胎模的结构特点，胎模可以分为摔子、扣模、套模和合模四种。,合模简图,胎模锻的特点和应用, 由于坯 料 在 模 膛 内 成 形，所 以 锻 件 尺 寸比较精确，表面 比 较 光 洁， 流线 组 织 的 分 布 比 较合理，所以质量较高。 由于锻件形状由模膛控制，所以坯料成形较快，生产率比自由锻高 倍。 能锻出形状比较复杂的锻件。 锻件余块少，因而加工余量较小，既可节省金属材料，又能减少机械加工工时。,锤上模锻,锤上模锻简称模锻，它是在模锻锤上利用 模具（锻模）使毛坯变形而获得锻件

9、的锻造方法。,锻模的种类：,锻模分单模膛锻模和多模膛锻模两类,单模膛锻模,多模膛锻模,锤上模锻的特点和应用,生产率高，表面质量高，加工余量小，余块少甚至没有，尺寸准确，可节省大量金属材 料和机械加工工时。操作简单，劳动强度比自由锻和胎模锻都低。,锤上模锻的主要缺点： 模锻件的重量受到一般模锻设备能力的限制，大多在 以下；锻模需要贵重的模具钢，加上模膛的加工比较困难，所以锻模的制造周期长、 成本高； 模锻设备的投资费用比自由锻大，模锻用于生产大批量锻件。,板料冲压,使板料经分离或成形而得到制件的工艺 统 称 为 冲 压。,1.冲压的基本工序,切断、落料、冲孔、切口、切边、弯曲、拉伸、翻边。,2.

10、冲压件的结构工艺性,冲压件的结构工艺性，是指冲压件在结构、形状、尺寸、材料 和 精 度 要 求 等 方 面，要尽可能做到制造容易、节省材料、模具寿命长、不易出现废品。,2.3 焊 接,2.3.1用焊接方法,手工电弧焊,气焊,埋弧焊,4.电阻焊,钎焊,. 焊接变形和焊件结构工艺性,焊接变形及防止方法,焊接构件因焊接而产生 的 内 应 力 称 为 焊 接 应 力，因焊 接 而 产 生 的 变 形 称 为 焊 接 变 形。, 反变形法, 焊前固定法, 焊接顺序变换法, 锤击焊缝法,2.焊件的结构工艺性, 尽可能选用焊接性好的原材料, 焊缝位置应便于焊接操作, 焊缝应尽量均匀、对称，避免密集、交叉,

11、焊缝位置应避免应力集中,焊缝应避免交叉、密集,焊缝应对称分布,焊缝位置应便于焊接操作,第三章 金属切削加工及机床的基本知识,3.1 金属切削的基本知识,3.1.1 零件表面加工成形方法,1.轨迹法,2. 成形法,3.相切法,4.展成法,轨迹法是刀具与工件为点接触， 刀具按一定轨迹运动对工件进行 加工的方法,利用成形刀具直接对工件进行加工的方法，刀具切削刃的长度与形状最终决定加工 零件形状。,利用刀具边旋转边作轨迹运动对工件进行加工的方法。,利用刀具和工件作展成切削运动进行加工的方法。,3.1.2切削运动,1. 主运动,由机床或人力提供运动，使工件与刀具之间产生的主要相对运动。,2.进给运动,进

12、给运动是为了使切削运动能够连续或间断地进行下去所必需的运动 。,3.合成切削运动,当主运动与进给运动同时进行时，刀具切削刃上某一点相对于工件的运动称为合成切切削运动。,3.1.3加工中的工件表面, 待加工表面：即将被切去金属层的表面。 过渡表面（也称为切削表面）：切削刃正在切削着的表面 已加工表面：工件上经刀具切削后产生的表面。,3.1.4切削用量,切削用量是用来表示切削加工中主运动和进给运动参数的数量 。,1.切削速度,切削速度是刀具切削刃上选定点相对于工件的主运动瞬时线速度 ，它表示在单位时间内工件和刀具沿主运动方向相对移动的距离。,2.进给量,进给量是刀具在进给运动方向上相对于工件的位移

13、量， 可用刀具或工件每转或每 行程的位移量来表述和度量。,3.背吃刀量,背吃刀量对于外圆车削和平面刨削是指工件上已加工表面和待加工表面间的垂直距离。,3.1.5切削层参数,刀具切削刃在一个进给量的进给中，从工件待加工表面上切下来的金属层称为切削层。, 切削层公称厚度（ h）:是切削刃两瞬时位置过渡表面间的距离。 切削层公称宽度（b） :是沿过渡表面测量的切削层尺寸。 切削层公称横截面面积（ a） :是切削层横截面的面积。,3.2常用刀具材料与刀具几何角度,3.2.1刀具材料应具备的性能,1. 应具备的性能,()高的硬度和耐磨性,()强度和韧性,()耐热性,()工艺性,2.常用刀具材料与选用,刀

14、具切削部分材料的种类很多，主要金属材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速 钢和硬质合金等，非金属材 料 有 陶 瓷、 人造金刚石、立方氮化硼。,3.2.2刀具的几何角度,1. 车刀的组成, 前刀面（ A）: 切屑流出时经过的刀面称为前刀面。 后刀面（ A） :与过渡表面相对的刀面称为后刀面。 副后刀面（Aa） :与已加工表面相对的刀面称为副后刀面。 切削刃（S） :前、后刀面的交线， 它担负主要切削工作，也叫主切削刃或主刀刃。 副切削刃（S ） :前刀面与副后刀面的交线， 它配合切削刃完成切削工作。 刀尖：主切削刃与副切削刃的交点， 它可以是一个点、微小的一段直线或圆弧。,2.刀具的静止参考系,刀

15、具的静止参考系是用于设计、制造、刃磨和测量刀具几何角度的参考系,()正交平面静止参考系,几种常用的静止参考系, 参考系的建立,基面,切削平面,正交平面, 正交平面静止参考系中刀具角度的定义与标注,主偏角 副偏角 刃倾角 前角 后角 楔角 刀尖角,()法平面静止参考系,法平面 法前角 法后角,()假定工作平面、背平面静止参考系,假定工作平面 背平面,3.2.3刀具的工作角度,1.进给运动对刀具工作角度的影响,()纵向进给运动对刀具工作角度的影响,()横向进给运动对刀具工作角度的影响,2.刀具安装位置对刀具工作角度的影响,()刀具安装高、低的影响,()刀杆轴线不垂直于进给运动方向的影响,3.3金属

16、切削过程,3.3.1切削变形与积屑瘤,1.切削变形区与变形系数,()切削塑性金属时有三个变形区,()变形系数,变形系数值的大小可用来判断切削变形的程度，变形系数值越大，说明 切削变形越严重。,2.切屑类型,()带状切屑,()节状切屑,()粒状切屑（单元切屑）,()崩碎切屑,3. 积屑瘤,()积屑瘤的产生与成长,()积屑瘤的脱落与消失,()积屑瘤对切削过程的影响, 增大刀具前角, 影响刀具的寿命, 增大切削厚度, 降低工件表面质量,4. 控制积屑瘤的措施, 降低工件 材 料 的 塑 性, 控制 切 削 速 度,3.3.2切削力,1.切削力的来源及分解,()主切削力 ,()进给力 ,() 背向力