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1、机械制造基础机械制造基础项目一项目一 阶梯轴加工基础阶梯轴加工基础v工作任务工作任务选择加工如图选择加工如图11所示阶梯轴工件的设备和加工方法。所示阶梯轴工件的设备和加工方法。v能力目标能力目标1金属材料的结构，铁碳合金，碳素结构钢；金属材料的结构，铁碳合金，碳素结构钢；2金属切削加工基本规律；金属切削加工基本规律；3车刀几何角度定义，车刀的材料、结构、类型及选车刀几何角度定义，车刀的材料、结构、类型及选用；用；4表面粗糙度；表面粗糙度；5车床，车削加工特点与选用；车床，车削加工特点与选用；6游标卡尺的使用。游标卡尺的使用。图图1-1阶梯轴阶梯轴 模块模块1 1 识读阶梯轴零件图识读阶梯轴零件
2、图v一、阶梯轴零件的结构一、阶梯轴零件的结构v图图1-11-1所示阶梯轴为典型的轴类零件，零件的各组成部所示阶梯轴为典型的轴类零件，零件的各组成部分是同轴回转体，且轴向尺寸大于径向尺寸，轴上有轴分是同轴回转体，且轴向尺寸大于径向尺寸，轴上有轴间、退刀槽、倒角。主要加工面为两圆柱面，两端间、退刀槽、倒角。主要加工面为两圆柱面，两端C2C2倒倒角。角。v二、阶梯轴零件材料二、阶梯轴零件材料 v由图由图1-11-1所示零件图可知，该阶梯轴的材料为所示零件图可知，该阶梯轴的材料为4545钢，钢，4545表示优质碳素结构钢的牌号，其平均含碳量为表示优质碳素结构钢的牌号，其平均含碳量为0.45% 0.45
3、% 。v三、阶梯轴零件加工技术要求三、阶梯轴零件加工技术要求v1 1表面粗糙度。表面粗糙度。 外圆柱面和两端面的表面粗糙度均为外圆柱面和两端面的表面粗糙度均为Ra12.5Ra12.5mm 。 v2 2（其他）倒角。（其他）倒角。 两处倒角两处倒角C2C2。模块模块2 2 相关基础知识相关基础知识一、金属及合金的晶体结构一、金属及合金的晶体结构晶格晶格晶格晶格晶体中的原子用点表示，原子的中心用假想的直线连接，晶体中的原子用点表示，原子的中心用假想的直线连接，晶体中的原子用点表示，原子的中心用假想的直线连接，晶体中的原子用点表示，原子的中心用假想的直线连接，形成的格子；形成的格子；形成的格子；形成
4、的格子；晶胞晶胞晶胞晶胞晶格中最基本的几何单元；晶格中最基本的几何单元；晶格中最基本的几何单元；晶格中最基本的几何单元；晶格常数晶格常数晶格常数晶格常数晶格中的边长；晶格中的边长；晶格中的边长；晶格中的边长； 用用用用 （埃）度量，（埃）度量，（埃）度量，（埃）度量，111010-8-8cmcm金属晶体金属晶体金属晶体金属晶体结构的主要差别结构的主要差别结构的主要差别结构的主要差别是晶格类型和晶格常数的不同。是晶格类型和晶格常数的不同。是晶格类型和晶格常数的不同。是晶格类型和晶格常数的不同。1.常见金属三种晶格类型常见金属三种晶格类型（a）体心立方晶格）体心立方晶格 （b）面心立方晶格）面心立
5、方晶格 （c）密排六方晶格）密排六方晶格2 2金属的实际晶体结构金属的实际晶体结构 （1 1）多晶体结）多晶体结构构（2 2）晶体缺陷）晶体缺陷3 3、金属的结晶、金属的结晶v金属在固态下一般都是晶体。金属在固态下一般都是晶体。v晶体晶体原子在空间呈规律性排列；原子在空间呈规律性排列； 注意：在固态时呈规律性排列，而在液态时金属原子的排列并不注意：在固态时呈规律性排列，而在液态时金属原子的排列并不规律。规律。v金属的结晶就是由液态金属转变为固态金属的过程。金属的结晶就是由液态金属转变为固态金属的过程。v纯金属的结晶是在一定温度下进行的，纯金属的结晶是在一定温度下进行的，在冷却曲线上出现一段水平
6、段在冷却曲线上出现一段水平段, ,如图所如图所示。示。v即：时间变化，固体增加，但金属的温即：时间变化，固体增加，但金属的温度并不下降，这是由于金属结晶时放出度并不下降，这是由于金属结晶时放出热量，致使温度不下降。热量，致使温度不下降。 纯金属冷却曲线纯金属冷却曲线v过冷度过冷度理论结晶温度和实际结晶温度不一样，实理论结晶温度和实际结晶温度不一样，实际结晶温度际结晶温度v低一些，这种现象叫过冷，温度差叫过冷度低一些，这种现象叫过冷，温度差叫过冷度v金属结晶过程的基本规律是：金属结晶过程的基本规律是：晶核不断的形成和长晶核不断的形成和长大大。v晶界晶界晶粒之间的接触面，晶粒的外形是不规则的，晶粒
7、之间的接触面，晶粒的外形是不规则的，晶粒的内部原子排列的位向也各不相同。晶粒的内部原子排列的位向也各不相同。v金属晶粒的粗细对金属力学性能影响很大金属晶粒的粗细对金属力学性能影响很大v结论：结论：同一成分的金属晶粒越细，其强度越高，硬同一成分的金属晶粒越细，其强度越高，硬度也越高，塑性、韧性也越好。度也越高，塑性、韧性也越好。v晶核越多，晶粒越细。晶核越多，晶粒越细。4.纯铁的同素异晶转变纯铁的同素异晶转变v同素异晶转变同素异晶转变随着随着温度的改变，固态金温度的改变，固态金属晶格也随之改变的属晶格也随之改变的现象。现象。v纯铁在纯铁在1394和和912发生同素异晶发生同素异晶转变，如图所示。
8、转变，如图所示。纯铁的同素异晶转变纯铁的同素异晶转变5.合金的晶体结构合金的晶体结构 v合金合金两种或两种以上的金属元素，或金属两种或两种以上的金属元素，或金属和非金属元素熔合在一起，构成具有金属特和非金属元素熔合在一起，构成具有金属特性的物质，称为合金。性的物质，称为合金。v机械中大量使用合金的原因：机械中大量使用合金的原因：v（1）合金比纯金属强度、硬度高，且成本低；）合金比纯金属强度、硬度高，且成本低；v （2）可以改变合金的成分和进行不同的热）可以改变合金的成分和进行不同的热处理在很大的范围内调节其性能。处理在很大的范围内调节其性能。v组元组元组成合金的元素，称为组元。合金总组成合金的
9、元素，称为组元。合金总的稳定化合物也可作组元，例如的稳定化合物也可作组元，例如Fe3C。v相相在合金中，凡化学成分和晶格构造相同、在合金中，凡化学成分和晶格构造相同、并与其他部分有界面分开的均匀组成部分，并与其他部分有界面分开的均匀组成部分，称为相。称为相。 例如：钢液是液相。例如：钢液是液相。v铁碳合金的组织铁碳合金的组织按显微镜下各相的形态特按显微镜下各相的形态特征，又可分成不同的组织：固溶体、金属化征，又可分成不同的组织：固溶体、金属化合物，和机械混合物。合物，和机械混合物。 （1 1）固溶体）固溶体v溶剂和溶质溶剂和溶质对铁碳合金，一部分碳原子溶入到铁对铁碳合金，一部分碳原子溶入到铁的
10、晶格内，保持铁的晶格，则铁是溶剂，碳是溶质。的晶格内，保持铁的晶格，则铁是溶剂，碳是溶质。v固溶体固溶体这种溶质的原子进入溶剂晶格，仍保持溶这种溶质的原子进入溶剂晶格，仍保持溶剂晶格类型的金属晶体，称为固溶体。剂晶格类型的金属晶体，称为固溶体。v固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。固溶体可分为置换固溶体和间隙固溶体。* *置换固溶体置换固溶体溶质原子代替了一部分溶剂原子，占据溶质原子代替了一部分溶剂原子，占据了溶济了溶济 的某些节点。的某些节点。* *间隙固溶体间隙固溶体溶质的原子进入溶剂晶格空隙部分，不溶质的原子进入溶剂晶格空隙部分，不占据节点的位置。铁碳合金都是间隙固溶体。占据节点的位置。
11、铁碳合金都是间隙固溶体。固溶体强化固溶体强化固溶体强化固溶体强化形成固溶体时，溶剂的晶格产生不同程度的形成固溶体时，溶剂的晶格产生不同程度的形成固溶体时，溶剂的晶格产生不同程度的形成固溶体时，溶剂的晶格产生不同程度的 畸变，这种畸变使塑性变形阻力增加，表现为畸变，这种畸变使塑性变形阻力增加，表现为畸变，这种畸变使塑性变形阻力增加，表现为畸变，这种畸变使塑性变形阻力增加，表现为 固溶体的强度、硬度增加，这种现象称为固溶固溶体的强度、硬度增加，这种现象称为固溶固溶体的强度、硬度增加，这种现象称为固溶固溶体的强度、硬度增加，这种现象称为固溶 体强化。体强化。体强化。体强化。 见图见图见图见图固溶体的晶格畸变固溶体的晶格畸变固溶体的晶格畸变固溶体的晶格畸变（2）金属化合物）金属化合物（3）机械混合物）机械混合物
