机械行业工程管理基础知识

机械工程基础第一篇 工程材料与热处理基础第一章 金属材料的种类与性能1 概述 金属材料包括：黑色金属有色金属 钢： 碳钢、合金钢、特殊性能钢。 铸铁：灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁。 铜及其合金 铝及其合金 其他：轴承合金、硬质合金2 金属材料的力学性能使用性能物理性能化学性能力学（机械）性能力学（机械）性能 静载特性： 强度 塑性 硬度 测试方法： 拉伸试验 硬度试验 动载特性：冲击韧性 疲劳强度 测试方法：冲击试验 疲劳试验强度：在外力作用下材料抵抗变形和破坏的能力。硬度：在外力作用下材料抵抗更硬物压入的能力。塑性：在外力作用下材料产生永久变形而不会破坏的能力。冲击韧性：材料抵抗冲击力的能力。疲劳强度：材料在多次交变载荷作用下而不致引起断裂的最大应力。3 金属的结晶和组织金属在固态下都是晶体，金属的机械性能与其组织结构有关。常见晶胞类型体心立方晶胞面心立方晶胞金属结晶过程晶核形成晶核长大纯铁的冷却曲线铁碳合金中铁和碳的结合方式碳溶入铁中形成固溶体碳和铁形成化合物固溶体和化合物形成机械混合物第二章 铁碳合金1 概述 2 铁碳合金（一）铁碳合金的基本组织铁素体（F）- 碳溶于体心立方晶格Fe中形成的固溶体碳最大溶解度0.0218%（727）20时碳最大溶解度为0.0008%性能：较好的塑性和韧性，强度和硬度较低。奥氏体（A）：碳溶于面心立方晶格Fe中形成的固溶体碳最大溶解度2.11%（1148）； 727时碳最大溶解度为0.77%性能：质软、塑性好，无磁性，变形抗力较低。渗碳体（Fe3C）：铁与碳的化合物含碳量6.69%；熔点1227性能：硬度高，强度很低，塑性、韧性几乎为零。 珠光体（P）：铁素体与渗碳体的机械混合物含碳量0.77%共析反应式 (F+Fe3C)性能：=600800Mpa(纯铁=180280Mpa)2025 (纯铁3050) HBS170230（纯铁HBS5080）莱氏体（, ）： 奥氏体（珠光体）与渗碳体的机械混合物 含碳量4.3%；共晶反应式 (A+Fe3C)性能：硬度高，塑性、韧性差。 （二） 铁碳合金状态图一、 简化的铁碳合金状态图及特性点AW1EW2CW3GW5SW6PW7DW4W1特性点 含碳量 含义 A1538 0 纯铁的熔点W2 E 1148 2.11碳在奥氏体中的最大溶解度 W3 C 1148 4.3 共晶点W4 D 1227 6.69渗碳体的熔点 W5 G 912 0 同素异构转变点W6 S 727 0.77 共析点 W7 P 727 0.0218 碳在铁素体中的最大溶解度 二、简化的铁碳合金状态图及特性线DW1W3W2W4W5W6AECGSPW1特性线 ACD 含义 液相线（液态合金开始结晶出奥氏体或渗碳体）W2特性线 AE 含义 固相线（奥氏体结晶终了线）W3特性线 ECF 含义 固相线（共晶线，Lc AFe3C）W4特性线 ES 含义 碳在奥氏体中溶解度线W5特性线 GS 含义 奥氏体转变为铁素体的开始线W6特性线 PSK 含义 共析线，A FFe3C三 、典型合金的结晶过程AECGSP JJ9 JJ10 JJ11 JJ12 JJ13 JJ14 JJ15四、 铁碳合金分类DAECGSP亚共析钢ZTT11过共析钢ZTT12共析钢ZTT2亚共晶白口铁ZTT13过共晶白口铁ZTT14共晶白口铁ZTT6工业纯铁ZTT33 碳钢一、 钢中常存杂质对钢性能的影响常见杂质：Si 强化铁素体 Mn 强化铁素体、脱硫（MnS） P 冷脆性（使铁素体脆性增加） S 热脆性（L FeFeS）、室温脆性增加（FeS）二、 钢的分类1、按冶炼方法分：平炉钢、转炉钢、电炉钢三类2、 按脱氧方法分：沸腾钢（F）、镇静钢（Z）、半镇静钢（B）等3、 按质量分（依P、S多少分）： 普通钢S 0.05% P0.045%优质钢S 0.035% P0.035% 高级优质钢 S 0.020% P0.03%特级优质钢S 0.015% P0.025%4、 按用途分 结构钢：工程结构钢（如桥梁、船舶、建筑件等） 机械零件用钢（如齿轮、轴、螺母、弹簧、滚动轴承等） 工具钢：主要用于制造工具，如刃具、模具、量具等 特殊性能钢：主要有不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等5 按化学成分分 碳素钢：低碳钢 C 0.6% 合金钢：低合金钢 合金元素总量 10%三、 碳钢的编号方法与用途1、碳素结构钢（工程结构、桥梁、船舶、建筑件等）举例： Q 235 A F 脱氧方式质量ABCD屈服强度235MPa 屈举例：Q1952、 优质碳素结构钢（机器零件：齿轮、轴、弹簧、螺母等）举例：45含碳的万分值0.45% C举例：08、60、 203、碳素工具钢(手用工具或低速刀具：锤、锯条、剪刀、锉刀等)举例：T 8 A含碳的千分值0.8% C碳素工具钢高级优质钢举例：T8 T124 铸钢 （铸造用钢 含碳0.06%）举例： ZG 200400 铸钢 屈服强度（200MPa） 抗拉强度（400MPa）4 铸铁工业用铸铁的成分范围： C 2.5% 4.0%Si 1.0% 3.5%Mn 0.5% 1.5% P 0.2% S 0.15% 余下为Fe工业用铸铁的组织：F FP 各种形态的石墨 P一、 灰铸铁石墨形态：片状特点：力学性能差，消震性好，耐磨性好，切削加工性好，铸造性能好，价格便宜。举例： HT 100 灰铸铁 最低抗拉强度（MPa）牌号用途HT100低压零件：如轴承盖、手轮、支架等。HT200机床床身、低压气缸、低速轴瓦等。HT350孕育铸铁气缸、飞轮、齿轮等重要零件。二、球墨铸铁石墨形态：球状特点：基体利用率高达7090，抗拉强度、塑性、韧性高。可代替钢在静载荷或冲击不大的条件下工作的凸轮、曲轴等。 牌号 QT 40018最小延伸率最低抗拉强度MPa球墨铸铁 牌号用途QT40018泵、阀体、受压容器、受冲击零件等。QT50017机器底座、齿轮、支架等。QT8002曲轴、凸轮、齿轮等高强度零件。三、可锻铸铁石墨形态：团絮状特点：力学性能比灰铸铁好。适宜作薄壁、形状复杂的小型铸件，工艺复杂，不能锻造。 牌号 KT H 40018最低抗拉强度MPa基体组织H：F体Z：P体B：F+P体最小延伸率可锻铸铁 牌号用途KTH3006管道的三通、弯头、接头等。KTH37012农机的犁刀、犁柱，汽车、拖拉机前后轮壳等。KTZ6502曲轴、凸轮轴、连杆等零件。第三章 钢的热处理 31 概述 将固态金属或合金采用适当的方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织结构与性能的工艺。碳钢热处理方法示意图 加热和冷却时铁碳合金状态图中各临界点的位置一般机器零件的加工工艺路线：毛坯加工(铸造、锻造、焊接)预先热处理机械加工最终热处理(机械加工)32钢的整体热处理方法一、 钢的退火和正火退火和正火工艺曲线示意图各种退火和正火的加热温度范围退火：将金属或合金加热到适当的温度，保持一定时间，然后缓慢 冷却的热处理工艺。常用的退火有：完全退火、球化退火、 去应力退火和再结晶退火。 退火目的：细化晶粒和组织，消除内应力，降低硬度便于机械加工（完全退火用于亚共析钢中的高碳钢，球化退火用于过共析钢），为下一道淬火工序作好准备。网状及球化金相 正火：将金属或合金加热到A体化临界温度3050，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。正火目的：细化晶粒，消除内应力，获得适当的硬度改善切削加工性能（低碳钢），为下一道淬火工序作好准备。二、钢的淬火 将钢件加热到Ac3或Ac1以上某一温度，保温一定时间，然后较快冷却，获得碳在Fe中过饱和的固溶体即马氏体的热处理工艺。三、 钢的回火 将淬硬钢再加热到Ac1线以下的某一温度，保温一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺。碳钢的淬火加热温度范围淬火目的：提高钢件的硬度和耐磨性。淬火介质：水、油。回火热处理工艺曲线回火目的：减少或消除内应力，防止工件变形或开裂。调整硬度，获得所需 的机械性能，稳定工件尺寸。回火种类： u低温回火 低于250回火 保持淬火钢高硬度、高耐磨性，降低淬火内应力，消除不稳定因素。用于高碳的刃具、量具和冷冲模（T7T13）。 u中温回火 350500回火 获得高的弹性极限和较好的韧性。用于弹簧等弹性零件（5565号钢）。 u高温回火 500650回火 获得综合力学性能。用于连杆、齿轮、轴类等重要结构零件。淬火高温回火的复合热处理工艺称为调质。33的表面热处理一、 表面淬火1、 感应加热淬火工艺特点：淬硬层深度宜于控制。生产率高，适用于大批量生产。 设备较贵，不宜于加工形状复杂、尺寸过大的零件。2、 火焰加热淬火工艺特点：淬硬层深度不宜控制。成本低廉，操作简单，适于单件 小批生产大型零件及修配工作。3、 激光表面淬火二、 化学热处理将工件置于特定的化学活性介质中加热、保温，使一种或几种元素渗入工件表面，使表面和心部具有不同的化学成分、组织和力学性能或特殊的物理、化学性能的热处理工艺。常用化学热处理有：渗碳、渗氮、碳氮共渗（氰化）、渗铬、渗铝等。 第四章 合金钢41概述42合金元素在钢中的作用1、提高钢的强度 l强化铁素体 l形成合金碳化物 l细化晶粒 2、提高钢的淬透性 l 提高钢的淬透性 l淬火临界速度减小 3、满足材料的特殊性能42 合金钢分类、编号方法及应用 合金钢 l 结构钢 含碳以0.01为单位（滚动轴承钢除外） l工具钢和特殊性能钢 含碳以0.1为单位（1%不标） u C0.25% 低合金结构钢，合金渗碳钢 u0.30.5%C 合金调质钢 u 0.50.7%C 合金弹簧钢 u 0.951.1%C 滚动轴承钢 u C0.8%C 工具钢，量具钢，冷模具钢低合金结构钢 合金元素1%不标） 含铬以0.1为单位 不锈钢 u 马氏体不锈钢 制作汽轮机叶片、阀体等。 典型牌号：1Cr13 2Cr13 u 铁素体不锈钢 制作化工设备容器、管道。典型牌号：1Cr17 u 奥氏体不锈钢 制作耐酸容器设备，抗磁仪表，耐腐蚀性好。 典型牌号：0Cr18Ni9 0Cr18Ni9Ti 耐热钢 高温耐氧化u 15CrMo 锅炉材料u 1Cr13Mo 汽轮机叶片马氏体不锈钢 制作耐蚀耐磨工具、医疗工具等。 典型牌号：3Cr13 4Cr13热模具钢 热锻模材料 典型牌号：5CrMoMn工具钢 、量具钢 、冷模具钢u CrWMn 冷冲模、拉丝模。u 9SiCr 复杂低速刀具，丝锥、铰刀等。u W18Cr4W 机械加工切削刀具，车刀、铣刀等。 第五章 有色金属5-1 概述52 铜及铜合金一、 纯铜纯铜u性能特点：良好的导电、导热性及抗大气腐蚀性。塑性好，强度低。u牌号：T1、T2、T3、T4（数字愈大，纯度愈低）u用途：电工导体及配制各种铜合金二、 黄铜黄铜（以铜锌为主要合金元素的铜合金）u性能特点：良好的抗腐蚀性和工艺性能u牌号：H68、HSn701、ZH62、HPb592 u用途：弹壳、机械、钟表及电气零件，散热器等。普通黄铜 牌号 H 70 含铜70余下为锌特殊黄铜 牌号 H Pb591 含铜59含铅1余下为锌 三、青铜 青铜（除铜锌、铜镍为主要合金元素的铜合金）u性能特点：良好的抗腐蚀性、耐磨性，良好的强度和弹性以及工艺性能。u牌号：QSn70.2、QBe2、ZQSn101、ZQPb30W3u用途：弹簧、轴承、齿轮等。 牌号 QSn70.2 含锡7其他元素0.2余下为铜锡青铜 牌号 QBe2 含铍2余下为铜铍青铜 四、白铜白铜（以铜镍为主要合金元素的铜合金）u性能特点：良好的抗腐蚀性、耐磨性和耐热性，良好的塑性及一定的强度，电阻率较高。u牌号：B19、BMn430.5u用途：船舶、化工零件，热电偶等。53 铝及铝合金一、 纯铝u性能特点：导电、导热性好（仅次于银和铜），抗大气腐蚀性良好。塑性好，强度低，加工工艺性好。u牌号：L1、L2、L3L6（数字愈大，纯度愈低）u用途：电线、电缆、器皿及配制各种铝合金二、 形变铝合金 类别 牌号代号 性 能 应用举例防锈铝合金LF（LF2）焊接性、抗腐蚀性好油箱、油管、壳体等硬铝LY（LY2）硬度和强度高铝型材、冲压件、铆钉等超硬铝LC（LC4）强度最高的铝合金飞机大梁等受力构件锻铝LD（LD2）锻造性能和机械性能良好复杂铝锻件三、 铸造铝合金u性能特点：良好铸造工艺性能u牌号：ZL102u用途：形状复杂、受力不大的电机、仪表外壳，发动机气缸等。第六章 现代材料及发展61 概述62高分子材料一、 塑料塑料（合成树脂添加剂）u通用塑料（聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、酚醛塑料） 特点：价格低、产量大、用途广。u工程塑料（聚甲醛、尼龙、聚碳酸脂、ABS、聚砜） 特点：强度、韧性较好，但工作温度低，老化现象不可避免。工程上常用作罩壳、齿轮、耐蚀件。u制作方法u 热塑性塑料 挤出成形适于丝材、带材、管材、板材、薄膜等加工。注射成形适于齿轮、杯状等不连续零件的成形。吹塑成形适于空心小口径制品。真空成形适于罩、盖、箱壳等敞口的薄壁制品。 u 热固性塑料 压制成形二、 合成橡胶 橡胶特点及应用：橡胶具有优良的伸缩性和积聚能力，良好的耐磨性、隔音性和阻尼性。在工程上作为密封材料、减震材料、绝缘材料和弹性材料。63功能材料一、 磁性材料二、 形状记忆合金三、粉末冶金材料硬质合金：TiC、WC、VC等粉末Co烧结而成第七章 材料选用71 概述72材料选用原则一、 材料的使用性能 u钢 含碳量与性能的关系示意图 u铸铁：机械性能与石墨形态有关，一般抗拉强度较低，塑性较差。但承压、耐磨、几乎不具有缺口敏感性。 u铜和铝合金：良好的抗腐蚀性，良好的塑性和一定的强度。铝合金具有较高的比强度。 u工程塑料：良好的抗腐蚀性，绝缘性，强度、韧性较好，但工作温度低，老化现象不可避免。二、 材料的工艺性能材料的工艺性能u钢：具有良好的锻压性能，特别是低碳钢还有良好的焊接性能。钢的铸造性能较差。合金钢有较好的热处理性能。u铸铁：具有优良的铸造性能和切削加工性能，不能锻造，可焊性很差。u铜和铝合金：具有良好的工艺性能。u工程塑料：具有良好的工艺性能。三、 材料的经济性能我国金属材料的相对价格73材料选用实例1、 螺丝刀2、 齿轮u耐磨性要求高，冲击韧性一般的机床变速齿轮。典型材料：45、40Cr、42SiMn ；典型热处理：调质表面淬火低温回火u齿面硬度要求不高的软齿面，机床中低速、低载荷下工作的齿轮。典型材料：45、40Cr、35SiMn ；典型热处理：调质或正火u高速重载齿轮（汽车变速箱齿轮）。典型材料：20CrMnTi、20CrMnMo ；典型热处理：渗碳淬火低温回火u受力不大的仪表齿轮。典型材料：工程塑料、尼龙、铜合金3、支架4、电风扇叶片5、弹簧第二篇 成型工艺基础第九章 金属液态成型91 概述铸造是指熔炼金属、制造铸型，并将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和性能铸件的成形方法。根据铸型材料的不同分为砂型铸造和特种铸造。铸造生产的特点：u铸件几何形状复杂u铸造生产适应性广u铸造生产成本低u铸件大小不限u铸件机械性能较差92 铸造工艺基础93 砂型铸造一、 砂型铸造过程铸件的砂型铸造过程 u制造模样和芯盒 u制造型砂和芯砂 u造型 u造芯 u合箱 u融化金属 浇注 u落砂基本造型方法： 整模造型 分模造型 挖砂造型和假箱造型 活块造型 三箱造型 刮板造型 二、 影响砂型铸造件质量的因素 u型砂和芯砂 u合金的铸造性能 u型砂和芯砂质量与铸件质量的关系 u合金铸造性能与铸件质量的关系 u合金铸造性能与铸件壁的关系 1、型砂和芯砂质量与铸件质量的关系： u强度 砂眼 u透气性 气孔 u耐火性 粘砂 u退让性 内应力、裂纹2、铸造性能合金在铸造生产中所表现出来的工艺性能。3、合金铸造性能与铸件质量的关系 u流动性 冷隔、浇不足；铁碳合金流动性与含碳量关系 u收缩 缩孔、缩松4、合金铸造性能与铸件壁的关系u壁厚大于最小壁厚u壁厚均匀u壁的连接94 特种铸造特种铸造方法： 金属型铸造 压力铸造 低压铸造 离心铸造 熔模铸造 95 各种铸造方法的经济性比较 比较项目砂型铸造 金属型铸造 压力铸造 熔模铸造 离心铸造小批量适应性 最好 良好 不好 良好 不好大批量适应性 良好 良好 最好 良好 良好模样铸型成本 最低 中等 最高 较高 中等机械加工余量 最大 较大 最小 较小 内孔大 金属利用率 较差 较好 较差 较差 较好切削加工费用 中等 较小 最小 较小 中等 设备费用 较高 较低 较高 较高 中等 应用举例各种铸件 铝活塞、水暖器材、一般有色金属铸件 喇叭、电器、仪表、照相机零件 刀具、叶片、自行车零件、机床零件 各种铁管、套筒、辊、滑动轴承等第十章 锻压成型锻压是利用金属的塑性，在外力作用下使金属改变形状、尺寸和性能，获得锻压件的方法。它包括锻造和冲压工艺。101 概述102 金属的塑性变形及可锻性u锻压性能u冷塑性变形对金属性能的影响加工硬化u变形金属在加热时的性能变化再结晶u热塑性变形对金属性能的影响u锻压生产特点1、锻压性能：金属锻压加工难易程度的工艺性能称为锻压性能。它的优劣以金属的塑性和变形抗力来综合评定。2、热塑性变形对金属性能的影响u提高材料的致密性和力学性能u形成纤维组织3、锻压生产特点u锻压件机械性能好。u锻压件要求原材料有较好的塑性。u锻件适于作受冲击、重载的重要零件，形状不能太复杂。u冲压件是以板料为原材料的零件。103 锻造一、 自由锻造自由锻是使金属坯料在上下砧之间受到冲击或压力而产生变形，以制造锻件的方法。u基本工序：镦粗、拔长、冲孔等。u设备：空气锤、蒸汽锤、水压机等。u工艺特点：锻件的形状和尺寸主要靠锻工的操作技能来保证，锻件精度差、形状简单，生产率低。但工具简单，适应性强。u应用：单件和小批量生产的锻件，也是大型锻件的唯一生产方法。二、模锻模锻是使金属坯料在锻模模镗内受压变形而获得锻件的方法。按所用设备不同，有锤上模锻、摩擦压力机模锻、曲柄压力机模锻和平锻机模锻等。u锤上模锻设备：蒸汽空气模锻锤u锻模结构u工艺特点：锻件尺寸精确，加工余量小，切削加工省时，生产率高。可以锻出外形较为复杂的锻件。u应用：适于在大批大量生产中制造重量在150Kg以下的锻件，特别对形状复杂的锻件具有较好的经济性。104 板料冲压板料冲压是利用冲模使板料产生分离或变形的加工方法，通常是在冷态下进行的，所以又叫冷冲压。u设备：剪床 冲床u基本工序：分离工序 变形工序u工艺特点：可以冲压出形状复杂、重量轻、互换性好、强度和刚度较高的零件。工艺过程简单、便于机械化和自动化，生产率很高。u应用：大批量生产汽车、飞机、农业机械、钟表、电器、仪表等零件以及家庭用具。一、分离工序u剪切u落料和冲孔二、变形工序u拉深u弯曲u翻边u压筋u收口u胀型1、拉深系数 m ，m0.50.8。m愈小，变形程度愈大。 d：拉深后直径 D：拉深前直径第十一章 焊接111概述通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使焊件达到原子结合的一种加工方法称为焊接。焊接方法分类 u熔化焊 u压力焊 u钎焊焊接特点及应用：与铆接、螺纹等连接方法比较，具有气密性好、生产率高、省材等优点。广泛用于船舶、桥梁、压力容器、导线连接加工。一、熔化焊 熔化焊是把两被焊金属的接头处加热至熔化状态，冷却凝固后实现焊接的方法。如：电弧焊、气焊、等离子弧焊、电子束焊、激光焊等。二、压力焊 压力焊是对两被焊金属的接头处加压并加热，或加压不加热，并最终在压力下，使彼此焊接起来的方法。如：电阻焊、超声波焊、摩擦焊、爆炸焊等。三、钎焊 钎焊采用比焊接材料（母材）熔点低的金属作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接。112焊接过程与金属的可焊性金属材料的焊接性是指在一定焊接工艺条件下，获得焊接接头的难易程度。113熔化焊一、手工电弧焊用手工操作焊条进行焊接的电弧焊方法称为手工电弧焊。 1、各种位置焊 2、焊条 3、工艺特点及应用：设备简单，操作方便、灵活。适用于厚度2mm以上金属材料的焊接。二、埋弧自动焊埋弧自动焊是电弧在焊剂层下燃烧，利用机械自动控制焊丝送进和电弧移动的焊接方法。工艺特点及应用：焊接质量好，生产率高，工人劳动条件得到改善。适于平焊位置长的直线焊缝和较大直径的环形焊缝。三、气焊气焊是利用气体火焰作为热源来熔化母材和填充金属的一种焊接方法。工艺特点及应用：与电弧焊相比，热源温度较低，热量分散，生产率低。但设备简单、廉价、操作方便。主要用于厚度为0.52mm的薄钢板、黄铜、铝合金等的焊接。四、氩弧焊氩弧焊是以氩气作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊。工艺特点及应用：氩气保护电极和熔池金属不被氧化，焊缝质量好，能进行各种空间位置的焊接。但氩气价格昂贵，焊接成本高。通常用于易氧化的不锈钢，铝、铜、镁、钛及其合金的焊接。114压力焊一、电阻焊电阻焊是利用强大的电流流过焊件及其接触部分时所产生的电阻热，来加热焊件并在压力下实现连接的一种焊接方法。电阻焊工艺特点及应用：生产率高，焊接变形小，不需另加焊接材料，操作简便，宜于实现机械化。点焊广泛用于汽车、车厢等薄壁结构，对焊主要用于刀具、管子、链条、钢轨等的焊接。分类：点焊、对焊和缝焊二、摩擦焊115钎焊u软钎焊：钎料熔点 450 的钎焊。u工艺特点及应用钎焊工艺特点及应用：工件加热温度低，变形小。能焊接性能差异很大的异种金属，对工件厚度也没有严格控制。生产率高，设备简单，投资少。但钎焊接头强度较低，焊前清整要求严格，而且钎料价格较贵。 主要用于制造精密仪表、电气零部件、异种金属构件以及某些复杂薄板结构。第十二章 毛坯成形方式的选择121概述毛坯选用原则：1、 毛坯的使用性能2、 毛坯的工艺性能3、 毛坯加工的经济性能 一、毛坯的使用性能 u铸件机械性能较差，铸铁件承压、减震、耐磨性好。 u锻压件机械性能好，受冲击、重载的重要零件均应采用锻件。 u焊接可进行同种或异种金属的连接，气密性好。二、 毛坯的工艺性能 u铸造生产可铸造几何形状复杂的空心铸件，要求铸造材料有良好的流动性。 u锻件形状不能太复杂，锻压件要求原材料有较好的塑性和较低的变形抗力。 u冲压件是以板料为原材料的零件。 u焊接件要求材料可焊性好。三、毛坯加工的经济性能 u铸件大小不限，适应性广。特别是砂型铸造，铸造生产成本低。 u自由锻生产率较低，加工精度较低。模锻生产有较高的生产率，模锻件精度较高，在大批量生产中有很好的经济性。 u焊接与铆接、螺纹等连接方法比较，具有生产率高、省材等优点。各种焊接特点各异，广泛用于船舶、桥梁、压力容器、导线连接加工。铸造生产成本比较： 比较项目砂型铸造 金属型铸造 压力铸造 熔模铸造 离心铸造小批量适应性 最好 良好 不好 良好 不好大批量适应性 良好 良好 最好 良好 良好模样铸型成本 最低 中等 最高 较高 中等机械加工余量 最大 较大 最小 较小 内孔大 金属利用率 较差 较好 较差 较差 较好切削加工费用 中等 较小 最小 较小 中等 设备费用 较高 较低 较高 较高 中等 应用举例各种铸件 铝活塞、水暖器材、一般有色金属铸件 喇叭、电器、仪表、照相机零件 刀具、叶片、自行车零件、机床零件 各种铁管、套筒、辊、滑动轴承等122毛坯的分类及成型特点123毛坯的选择齿轮 支架 葫芦吊钩 电风扇叶片 硬质合金车刀 防盗门第三篇 机械加工基础第十三章 切削加工基础131概述切削加工是利用刀具从毛坯或工件上切除多余材料，以获得合格零件的加工过程。各种切削加工方法加工质量的概念 u加工精度 u表面质量一、加工精度 指零件在加工之后，其尺寸、形状、位置等参数的实际数值与它的理想数值相符合的程度。 u尺寸精度 尺寸公差 公差带代号 配合 公差与配合的标注u形状和位置精度1、尺寸公差尺寸精度用标准公差等级来确定，分20级。用IT表示，从IT01、IT0、IT1IT18，数字愈大表示公差等级愈低。 尺寸公差术语： 基本尺寸 极限尺寸 极限偏差 尺寸公差 零线 基本偏差2.公差带代号:孔、轴公差带代号用基本偏差代号与标准公差等级代号组成。如：孔公差带代号H8、F8、K7等 轴公差带代号h7、f7、p6等3、配合配合是基本尺寸相同的，相互结合的孔和轴公差带之间的关系。有间隙配合、过盈配合和过渡配合三类。基本尺寸0基本尺寸 0基准孔基准轴4、形状和位置精度二、表面质量在机械加工中，由于切削刀痕、表面撕裂、振动和摩擦等原因在被加工表面上所产生的一种微观几何形状误差，以表面粗糙度表示。主要评定参数有：轮廓算术平均偏差Ra，微观不平度十点高度Rz等。Ra=n：取样长度内所测点的数目132切削加工基本知识一、 切削运动和切削用量1、切削运动：u主运动切下切屑所需的基本运动，只有一个。通常主运动的速度比进给运动的速度快，消耗功率也较多。u进给运动使切削层不断投入到切削运动中的运动，可以有一个或几个。2、切削用量：u切削速度u进给量u背吃刀量3、切削运动方式： u车削u刨削u铣削u钻削u磨削u切削速度切削速度V：主运动的线速度。主运动为旋转运动时 V=（m/s）D：工件待加工表面或刀具的最大直径（mm）n：每分钟主运动转速（r/min）主运动为往复直线运动时 V（m/s）L：往复运动的行程长度（mm）n：主运动每分钟往复运动的次数（str/min）u进给量进给量f：主运动一个循环或单位时间内刀具与工件之间沿进给方向的相对位移。单位：mm/r、mm/min、mm/s、mm/str等。u背吃刀量背吃刀量a：又称吃刀深度，为已加工表面与待加工表面的垂直距离。单位：mm。二、 切削刀具的基本知识u刀具材料必须具备的性能：高硬度、足够的强度和硬度、高耐磨性、高热硬性、良好的工艺性和经济性。u车刀几何形状。u常用刀具材料的主要性能和用途种 类 常用牌号硬 度 HRA抗弯强度 (GPa)热硬性 工艺性能用 途优质碳素 工具钢T8A T13A61 642.16200可冷热加工成形，刃磨性好用于手动工具，如锉刀、锯条合 金工具钢9SiGrCrWMn61 642.35250 300可冷热加工成形，刃磨性好，热处理变形小用于低速成形刀具，如丝锥、铰刀 高速钢W18Cr4VW6Mo5Cr4V283 861. 964.41550 600可冷热加工成形，刃磨性好，热处理变形小用于中速及形状复杂刀具，如钻头硬质合金YG8,YG3YT5,YT3089 931.08 2.16800 1000 粉末冶金成形，多镶片使用，性较脆用于高速切削刀具，如车刀、铣刀三、 金属切削过程切屑形成过程 塑性材料切屑类型 脆性材料切屑类型 四、 切削力五、 切削热六、 金属切削机床的传动机构第十四章 切削加工工艺14-1 车削加工车削加工u车床的组成u车床的传动系统u车床常用附件u车床的加工范围u其他车床u车削加工特点1、 车床常用附件u三爪装夹u四爪装夹u顶尖装夹u花盘装夹2、 车削加工特点u易保证轴、盘、套等类工件的各表面位置精度u适用于有色金属零件的精加工u经济精度IT11IT7，最高达IT6。表面粗糙度Ra值为12.50.8。14-2 铣、刨、拉、钻、镗、磨加工u铣削加工u刨削加工u拉削加工u钻削加工u镗削加工u磨削加工一、铣削加工u立铣加工u卧铣加工u铣削的加工范围u数控铣床加工u铣削加工特点铣削加工特点： 铣刀是多齿刀具，铣削时有几个刀齿同时进行切削，生产率较高。在大批量生产中，除狭长平面外，铣削是各种平面的主要加工方法。 铣削加工经济精度IT9IT8，最高达IT6。表面粗糙度Ra值为6.31.6，也可达Ra0.8。二、刨削加工u牛头刨加工u插床加工u刨削的加工范围u刨削加工特点刨削加工特点： 刨削是单刃刀具，刨削回程时不进行切削，刨刀切入时有较大的冲击力和换向时产生的惯性力，限制了切削速度的提高，但在狭长平面的加工中生产率高于铣削。刨削设备简单、通用，常适用于单件、小批生产及修配加工。在不通孔的键槽加工中，插削是唯一的加工方法。刨削加工经济精度IT9IT8，最高达IT6。表面粗糙度Ra值为6.31.6，也可达Ra0.8。三、拉削加工u拉削加工u拉刀u拉削加工的范围u拉削加工特点拉削加工特点：拉床只有一个主运动，结构简单，工作平稳，操作方便。可加工各种截面的通孔，也可以加工平面和沟槽，生产率极高。但刀具制作复杂，成本较高，适于大批量生产。四、 钻削加工u台钻加工u立式钻床加工u摇臂钻床加工u麻花钻结构u钻床主要工作：钻孔 扩孔 铰孔 攻丝u钻削加工特点：适于加工尺寸较小，精度较低的孔。五、镗削加工u镗床结构及运动u可调镗刀镗孔u镗床的加工范围u镗削加工特点镗削加工特点：适于加工箱体零件上的同轴孔，互相平行或互相垂直的孔系，以及尺寸较大的零件上的孔除镗孔外，在镗床上还可以进行钻孔、扩孔、铰孔、加工端面、外圆柱面和内、外螺纹等。镗削加工精度可达IT6，表面粗糙度Ra值最高为1.60.8。六、磨削加工u磨削加工u砂轮u平面磨床加工u外圆磨床加工u无心磨床加工u磨削加工特点磨削加工特点：磨削余量一般为0.10.3mm，加工精度高（一般可达IT56），表面粗糙度小（Ra0.80.2）。可加工特硬材料及淬火工件。磨削速度高，切削热很大，为避免工件烧伤、退火，切削时应进行充分的冷却。14-3 常见表面的加工方法一、 外圆面加工外圆面加工方案：车削 磨削二、 孔加工孔加工方案：钻床镗床车床镗孔车床钻、扩、铰孔磨床拉床三、 平面加工平面加工方案：铣削刨削拉削磨削车削和镗削四、 成形面加工 车削 铣削 插削 刨削 拉削 磨削14-4 典型零件的工艺过程一、 传动轴 1、零件分析：1、工艺结构2、表面质量3、 技术性能 方案一：下料锻造粗车（端面、中心孔、外圆）精车铣键槽检验磨外圆热处理（调质220250HBS）去毛刺检验 方案二：下料锻造铣键槽粗车（端面、中心孔、外圆）热处理（调质220250HBS）研顶尖孔精车检验磨外圆去毛刺检验 方案三：下料锻造粗车（端面、中心孔、外圆）铣键槽热处理（调质220250HBS）研顶尖孔精车铣键槽检验磨外圆去毛刺检验 方案四：下料锻造热处理（调质220250HBS）粗车（端面、中心孔、外圆）精车铣键槽检验磨外圆去毛刺检验 方案五：下料锻造粗车（端面、中心孔、外圆）热处理（调质220250HBS）研顶尖孔精车铣键槽检验磨外圆去毛刺