机械制造基础复习知识要点课件

1、 机械制造基础复习提纲（1） 金属材料铸造性能：合金易于液态成形获得优质铸件的能力 液态成形的特点： 可以铸造出内腔、外形复杂的毛坯，甚至接近零件的最终形状 工艺灵活性大，几乎各种合金，各种尺寸、形状和质量的铸件都能生产铸造成本较低缺点：铸件组织较疏松，力学性能比较差；铸造工序多，难以精确控制充型能力：液态合金充满型腔，获得形状完整、轮廓清晰的铸件的能力合金流动性：液态合金本身的流动能力。合金的流动性越好，填充性也越好。合金的熔点、热导率、粘度等物理性能影响流动性；熔点越高，热导率越大，粘度越大其流动性越差。缩孔：铸件上部形成倒锥形的空洞（比较大的孔）缩松：封闭小区中的液体凝固收缩得不到补充，

2、最终形成小而分散的空洞纯金属和共晶合金是逐层凝固方式，易产生缩孔（流动性较好） 因为纯金属和共晶合金在铸件壁的断面上固液相界面平滑，对液体阻力小结晶温度区间大的合金是糊状凝固方式，充型能力差，易产生缩松（流动性较差）应力： 热应力：由于铸件壁厚不均匀，各部位冷却速度和收缩不均而相互阻碍引起的应力 机械应力：铸件固态收缩受到铸型、型芯和浇冒口等外因的机械阻碍的应力减少铸件变形：a. 使铸件同时凝固，均匀冷却 b. 人工时效（去应力退火） c. 自然时效（室外露天摆一段时间） d. 改进铸件结构，用对称截面、空心截面等 e. 设法改善铸型、型芯的退让性防裂纹 热裂（在凝固末期高温下形成的裂纹）：降

3、低硫的含量，防止铸造应力，改进铸件结构 冷裂（在较低温度下形成的裂纹）：严格控制合金的熔炼工艺、尽量降低磷及夹杂物含量、改进铸件结构以及尽量减小铸件应力等型芯：形成内腔芯头：定位、出气分型面：铸型组元间的结合面选取原则1）尽量使铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准面放在一个砂型内，减少错箱，提高铸件精度。2）分型面应尽量为平直面；3）应尽量减少型芯和活块的数量；4）使型腔和主要型芯位于下箱，以便于下芯、合型和检查型腔尺寸。石墨化：石墨析出的过程称为石墨化，它是伴随着铸铁的凝固过程而发生。 影响石墨化的因素： 化学成分：碳、硅质量分数愈高，石墨数量就愈多、尺寸愈粗大，基体中珠光体数量愈少，铸铁

4、强度和硬度愈低 冷却速度：铸件愈薄，冷却速度愈大，石墨化倾向愈小铸铁力学性能与石墨形状有关灰铸铁A 铸造性能和机加工性能良好B 减摩性好C 减振性好D 缺口敏感性小E 力学性能较差球墨铸铁A 具有良好的力学性能B 保持灰铸铁的其他性能C 焊接性能和热处理性能都优于灰铸铁蠕墨铸铁A 屈强比很高，冲击韧性比较好，耐磨性好B 与灰铸铁比，抗拉强度好，壁厚敏感性小C 与球墨铸铁比，导热性、耐热疲劳性及减振性好，且铸造性能良好可锻铸铁A 与灰铸铁比，强度特别是韧性明显提高铸钢A 强度高，塑性好。锻造性能：是用来衡量金属材料利用锻压加工方法成形的难易程度，是金属的工艺性能指标之一。再结晶：指当温度升高到一

5、定程度时，金属原子获得更高的热能，通过金属原子的扩散，使冷变形强化的结晶构造进行改变，成长出许多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替原变形晶粒的过程即为再结晶。冷变形：金属在结晶温度以下时的变形冷变形强化（加工硬化）：指金属在低温下进行塑性变形时，金属的强度和硬度升高，塑性和韧性下降的现象。（用于纯金属、奥氏体不锈钢和变形铝合金）热变形：金属在结晶温度以上时的变形冷变形可使金属强度和硬度提高而塑性及韧性下降，而热变形不会 锻造比拔长锻造比 敦促锻造比A0、H0分别为变形前坏料的横截面积和高度；A、H。分别为变形后坏料的横截面积和高度。A0、L0分别为变形前坏料的横截面积和长度；A、L分别为变形后坏料的

6、横截面积和长度。增加锻造比，可使金属组织细密化，提高锻件的力学性能，但当锻造比过大，力学性能不再升高，而增加各向异性。锻造比越大，锻造流线越明显，其力学性能的方向性越明显锻造流线的稳定性很高，而且用热处理不能消除。故在设计和制造易受冲击载荷的零件时：必须考虑锻造流线的方向，使最大正应力与流线方向一致，切应力或冲击应力与流线方向垂直；使锻造流线的分布与零件的外形轮廓相符合，而不被切断。锻造性能常用金属的 塑性 和 变形抗力 两个因素来综合衡量，塑性越好，变形抗力越小，则锻造性能越好。影响金属锻造性能的因素有：金属的本质和金属的变形条件。 1、金属的本质：（1）金属的化学成分；（2）金属的组织状态

7、，单一固溶体组成的合金，塑性好，锻造性能好；2、金属的变形条件：（1）变形温度：温度升高，塑性上升，易于锻造；（2）变形速度：指金属在锻压加工过程中单位时间内的相对变形量。 （3）变形时的应力状态：不同压力加工方法，金属内部的应力状态是不同的；始锻温度：始锻温度过高产生过热甚至过烧的缺陷。过热会使坯料晶粒粗大，塑性降低，并影响锻件内部质量；过烧则使坯料报废。始锻温度过低，则要增加加热火次，浪费能源，降低生产率。终锻温度：终锻温度过高，停锻后晶粒会有所长大，影响锻件质量；终锻温度过低，坯料塑性大大下降，易产生锻造裂纹，并易损坏设备3）过热：加热温度过高或保温时间过长，使晶粒剧烈长大的现象。4）过

8、烧：当坯料加热温度接近熔化温度时，其晶间的低熔点物质开始熔化，同时在晶界上形成氧化层，破坏了晶粒间的联系，使金属失去锻造性能，这种现象称为过烧。P 76 焊接性能：是金属材料对焊接加工的适应性，主要指在一定的焊接工艺条件下，获得优质焊接接 头的难易程度。优点：1）连接性能好 2）省料、省工、成本低 3）重量轻 4）简化工艺缺点：1）焊接结构是不可拆卸的，不便更换、修理部分零部件 2）熔焊接头的力学性能不如轧制的母材金属 3）熔焊会产生一定的焊接残余应力和焊接应变 4）会产生焊接缺陷，如裂纹、未焊透、未熔合、夹渣、气孔和咬边等。按熔渣性质分为酸碱性焊条碱性焊条：1）力学性能好 2）工艺性能差 3

9、）焊缝金属抗裂性能好 4）对锈、油、水敏感性大，易出气孔 5）有毒烟尘多用于裂纹倾向大、塑性韧性要求高的重要的结构钢或合金结构钢酸性焊条机械性能较差，但工艺性能好；货源充足，价格低；用于一般结构钢。 焊条由焊芯和药皮组成焊芯：A 作为电极，起导电作用，产生电弧，提供焊接热源 B 作为填充金属，与熔化的母材共同组成焊缝金属药皮：A 改善焊接工艺性。易于引弧和再引弧，可稳定电弧燃烧，减少飞溅，并使焊缝成形美观。 B 机械保护作用。药皮熔化后产生气体和熔渣，可隔绝空气，保护熔滴和熔池金属。 C 冶金处理作用。能脱氧、去硫、渗合金、除氢。焊条型号E碳钢焊条 前两位数字 熔敷金属抗拉刚度等级 单位kgf

10、/mm²对于E 第三位数字表示焊条的焊接位置 0和1表示焊条适用于全位置焊接（平、立、仰、横） 2表示焊条适用于平焊和平角焊 4表示适用于向下立焊 第三和第四位数字共同表示焊接电流种类和药皮类型焊条牌号= 字母和三个数字A奥氏体不锈钢焊条 J结构钢焊条 Z铸铁焊条前两位数字 焊缝金属抗拉强度等级 单位 kgf/mm²第三位数字 药皮类型和电源种类碳当量：在粗略预测碳钢和低合金钢的焊接性能时，可以把钢中的合金元素（包括碳）的含量按其对焊接性影响程度换算成碳的相当含量的总和焊缝布置:1) 便于焊接操作，至少能够实施焊接2) 焊缝要避开应力大的部位，特别是要避开应力集中的部位3)

11、 焊缝应避免密集和十字相交（多次焊接过热严重，接头性能严重下降，同时焊接残余应力野大，会降 低承载能力，甚至引起裂纹)4) 焊缝一般应避开加工部位5) 尽量减少焊缝数量、焊缝长度和焊缝截面6) 焊缝设置应尽量对称7) 焊缝应尽量设置在能在平焊位置施焊的部位-焊条电弧焊：低碳钢薄板（12m）埋弧焊：（双面焊）焊接环缝，成批厚板结构的长直缝、直径大的环缝的平焊和平角焊氩弧焊：贵，铝合金，易氧化的有色金属和合金钢，like铝、钛、不锈钢，压力管道、薄板CO2气体保护焊：便宜，低碳强度级别不高的普通低合金钢等离子：铜合金、钛及钛合金、合金钢不锈钢，薄板0.011mm电阻焊：点焊（要清楚焊件表面氧化物和

12、油污）钢筋、金属网丝 凸焊：0.54mm 缝焊：油箱、烟道 对焊：杆件、线材（电阻对焊） 刀具、管子、钢筋、钢轨、车圈、链环（闪光对焊） 钎焊：软钎焊：电子线路 硬钎焊：机械零部件切削加工1、 切削用量（切削三要素）1.切削速度：工件自转速度2.进给速度：刀具相对工件的速度3.切削深度二、切削层几何参数1.切削厚度2.切削宽度3.切削面积切削刀具三面：前刀面 切屑被切下后，从刀具切削部分流出所经过的表面 主后刀面 刀具上与工件的加工表面相对的表面 副后刀面 刀具上与工件的已加工表面相对的表面两线：主切削刃 前、主面相交部分 副切削刃 前、副面相交部分一点：刀尖 两线交点基面Pr 切削平面Ps主

13、剖面Po前角 增大前角，主切削刃锋利，切削轻快，减小切削力和切削热。但过大刀刃很脆弱，容易崩刃后角 增大可以减少主后刀面与工件之间的摩擦和主后刀面的磨损。但过大刀刃强度降低主偏角Kr 减小可得到薄而宽的切屑，增大散热面积，使刀具寿命提高。同时Fy 增加副偏角 Kr 减小可减小切削残留面积，降低表面粗糙度刀具材料性能：1.高硬度2.足够的强度和韧性3.高耐磨性4.高的热硬性5.良好的工艺性刀具种类1. 碳素工具钢 低速、简单的手工工具T10A T12A2. 合金工具钢 制造形状复杂、要求淬火变形小的刀具9SiCrCrWMn3. 高速钢 制造形状复杂的成形刀具和精加工刀具W18Cr4VW6mo5C

14、r4V24. 硬质合金 大多数车刀、端铣刀和部分立铣刀,缺点是抗弯强度低，不能承受较大的冲击载荷YGYTYW5. 陶瓷用于加工钢、铸铁，对于冷硬铸铁、淬硬钢的车削和铣削AT6 AM AMF SG LT6. 金刚石 热稳定性较差,易产生粘接磨损，因此不宜加工钢铁材料。多用于在高速下对合金进行精细 车削或鏜削。积屑瘤： 切削钢、铝合金等塑型金属时。在切削速度不高且形成带状切屑的情况下，常有一些来自切屑 和工件的金属粘接层积在前刀面上，形成硬度很高的楔块。产生原因：由于切屑与刀具的发生强烈的摩擦，使切屑底面金属的流动速度变慢而形成滞流层，在切削过程中产生的适当温度和压力的作用下，当滞流层金属与前刀面

15、的外摩擦阻力大于切屑内部的分子结合力时，部分滞流层金属就会粘接在刀刃上形成积屑瘤。作用： 保护刀刃和增大前角，可减少切削力和切屑变形，对粗加工有一定好处。避免方法：改变切削速度加工硬化：切削塑性材料时，往往发现工件已加工表面的硬度，比工件材料原来的硬度有显著提高现象作用： 提高工件的耐磨性，但增大表面层的脆性，降低零件抗冲击的能力解决方案：增大刀具前角、使用锋利的刀具、提高切削速度、采用适宜的切削液等，都可减少变形和摩擦，都可以减轻加工硬化切削热来源于：切削塑性材料时，塑性变形所消耗的功切削脆性材料时，刀面摩擦所消耗的功去路：传入工件切屑带走传入钻头传散到周围介质外圆表面加工1 方法车削外圆1

16、、车削过程平稳，切削力变化小，可采用高速切削和强力切削。2、车刀制造简单，费用低。3、易保证外圆面和其它表面的位置精度（即一次装夹，可完成几道工序）。4、适合加工各种材料，如种钢铁、有色金属和非金属材料。但不能加工HRC30以上的淬硬件。磨削外圆：纵磨法：单件小批，细长轴横磨法：大批量，精度低，刚性好深磨法：生产率高，刚性大短轴无心外圆磨削：大批小型外圆光整加工研磨超精加工抛光外圆表面加工方案的选择淬火钢件：采用先车后磨，淬火放在车磨之间。不淬火钢件和铸铁件：一般应先车后磨。因为磨较容易达到高的精度和较低的Ra值。有色金属件：采用粗车半精车精车精细车研磨（若要求高）孔加工1、 钻孔1.精度低，

17、表面粗糙度大2.生产率低二、扩孔三、铰孔铰孔必须控制一下切削条件：1. 铰削余量宜小2. 铰削速度宜低3. 使用切削液铰削特点1. 高精度，低粗糙度2. 纠正位置能力差3. 适应小孔和深孔加工（80+不宜用）4. 适应性差（no阶梯孔、短孔）5. 可加工钢、铸铁和有色金属，不宜加工淬火工件和硬度高的材料4、 镗孔1.可矫正孔轴线2.适应性强3.刀具简单便宜4.生产率低（不能快）5.可加工钢、铸铁和有色金属，不宜加工淬火工件和硬度高的材料5、 磨孔1.可磨淬硬件，不适宜磨有色金属、小/深孔2.生产率低6、 拉削1.高精度，低粗糙度2.生产率高3.不能矫正位置公差4.钻孔/粗镗后进行，对前工序加工

18、要求不高5.刀具复杂成本高7、 研磨孔8、 珩磨孔对于小于10mm的孔， 钻 铰 钻 粗铰 精铰对于大于10mm的孔， 钻 扩 铰对于大于30mm的孔，长径比小的孔，钻 镗对于大于30mm的孔，长径比大的孔，钻 扩 铰 对于大于80mm的孔， 钻 镗加工路线选择1)在实体上加工孔，首选必须钻孔。2)中等精度和粗糙度：(1)未淬硬的钢件或铸铁件：(2) 淬火钢件：淬火之前，一般采用钻和镗，淬火之后只能磨削。其加工方案为 钻 镗 (淬火) 磨。3)精度为IT7以上，Ra值为0.4以下的孔，在精加工以后应进行光整加工，除短孔外，一般采用珩磨。4)对于有色金属，不能采用磨削加工，其精加工常采用精镗、精

19、细镗、精铰或手铰方案。>10mm>30mm,深孔>30mm,浅孔淬火件钻 镗 (淬火) 磨>80mm<10mm有色金属平面加工1、 刨削平面1.适应性好2.生产率低3.加工精度低2、 铣削平面分端铣和周铣端铣是用铣刀刀面上的切削刃来铣削工件，铣刀的回转轴线与被加工表面垂直周铣是用铣刀圆周上的切削刃来铣削工件，回旋轴与被加工面平行比较：1.端铣的加工质量比周铣高（端铣同时参加切削的刀刃比较多，相对每个费力较少）（端铣刀的主切削刃担任主要切削工作，副切削刃起修光作用，而周铣铣刀只有圆周刀刃切削，已加工表面实际上是由许多圆弧所组成） 2.端铣生产率高 （端铣可高速切削）

20、 3.周铣适应性好 （可铣台阶面、沟槽等）铣削与刨削比较1)铣削的适应性好：铣削方式多、铣刀类型多，加上与附件配合使用，可完成沟槽、鍵槽、内凹平面、有等分要求的外平面等。2)生产率：一般情况下铣削生产率高，但加工狭长面，刨削生产率高。3)加工质量：相近。4)设备和刀具费用：铣削高。3、 磨削平面1、平面磨削的方法： 1)周磨：用砂轮的圆周面来磨削平面。接触面少、发热少、排屑和冷却条件好，故Ra值低。适合各种批量生产中，对中小件的生产。2)端磨：接触面大、发热多、散热和冷却条件差；砂轮各点速度不一，磨损不均，故精度低。可采用大的磨削量和高速磨削，生产率高。2、平面磨削的特点：磨床运动少、结构简单

21、；刚性好，生产率高；磁动平台、多件磨削、等高性。4、 拉削平面 1.生产率很高，加工质量较高。 2.刀具复杂、成本高，故拉削平面适合大批量生产。 3.拉削面积较大的平面时，为了减少切削力，采用渐进式拉刀进行加工。5、 刮研平面 6、 研磨平面单件小批生产中常用手工研磨，大批用机器研磨加工路线选择1、要求不高平面，采用粗铣、粗刨或粗车即可。2、板形零件平面常采用铣(刨) 磨方案。无论淬火与否，精加工一般都采用磨削。3、盘套类零件和轴类零件端面的加工，采用粗车 半精车 磨的方案。应与外圆面和孔加工结合进 行。4、箱体、支架类零件的固定联结平面，常采用粗铣(刨) 精铣(刨)的方案。5、大批量生产内平

22、面，要尽量使用拉削的方法。6、有色金属不能采用刨和磨。宜采用粗铣 精铣 高速精铣方案。 盘套和轴单件小批内平面有色金属大批量生产内平面齿轮齿形加工1、 铣齿1.设备、刀具费用低2.生产率低3.加工精度低二、滚齿1.齿轮精度和分度精度高2.生产率高3.设备刀具复杂费用高三、插齿和滚齿比较1. 加工质量相近2. 插齿生产率低3. 插齿适合内齿轮和靠得太近的多联齿轮；滚齿适合斜齿轮4、 剃齿5、 珩齿6、 磨齿1、滚齿(插齿) 剃齿 淬火 珩齿：适应大批量生产，精度87级，淬硬齿轮，机床制造业多采 用这种加工路线。2、滚齿(插齿) 调质 剃齿： 适合批量生产，精度76级，不须淬硬的调质齿轮。3、滚齿

23、(插齿) 淬硬 磨齿： 适应单件小批量生产，精度63级的淬硬齿轮，内燃机机车 的传动齿轮多采用这种方案。一、铸造（2） 铸铁的牌号，及其代表的意思。不同种类的铸铁的根本区别是什么？影响灰铸铁性能的主要因素是什么？ HT灰铁 QT球铁 RuT蠕铁 KT可铁 BT白铁Eg：HT200：灰铸铁，最小抗拉强度为200MPa QT400-15：球墨铸铁，最小抗拉强度为400MPa，最小断后伸长率为15% ZG340-640：铸钢，最小屈服强度为340MPa，最小抗拉强度为640MPa 影响灰铸铁性能的主要因素是石墨形状。白口铸铁：碳主要以Fe3C（渗碳体）形式存在，断口呈银白色。麻口铸铁：一部分碳以Fe

24、3C形式存在，另一部分以石墨形式存在。灰铸铁：碳主要以片状石墨形态出现的铸铁，又称片墨铸铁，断口呈暗灰色。灰铸铁生产简便，成本较低，耐磨减振，易于铸造。球墨铸铁：是铁液经球化处理，使石墨大部分或全部成球状，有时少量为团絮状的铸铁。蠕墨铸铁：组织中大部分石墨呈蠕虫状，少部分石墨呈球状的铸铁。可锻铸铁：将白口铸铁经长时间高温退货，改变其金相组织或成分而得到的有较高韧性的铸铁。（3） 如果铸铁在结晶过程中石墨化充分，最后得到的组织是什么？ 石墨化：石墨析出的过程称为石墨化，它是伴随着铸铁的凝固过程而发生。（4） 再结晶、重结晶、回复的概念。 再结晶：指当温度升高到一定程度时，金属原子获得更高的热能，

25、通过金属原子的扩散，使冷变形强化的结晶构造进行改变，成长出许多正常晶格的新晶粒，新晶粒代替原变形晶粒的过程即为再结晶。 回复：指当温度升高时，金属原子获得热能，使冷变形时处于高位能的原子回复到正常排列，消除由于变形而产生的晶格扭曲的过程，可使内应力减少。（5） 合金的流动性。合金的化学成分对合金流动性的影响。 合金的流动性：液态合金本身的流动能力。合金的流动性越好，填充性也越好。 合金的熔点、热导率、粘度等物理性能影响流动性；熔点越高，热导率越大，粘度越大其流动性 越差。（6） P61铸造方法的应用举例。 比较项目 铸造方法砂型铸造熔模 铸造 金属型铸造压力 铸造离心 铸造消失模铸造应用举例机

26、床床身、箱体，轴承盖，曲轴，气缸体，气缸盖，水轮机转子等刀具、叶片、自动车零件、刀杆、风动工具等铝活塞、铝合金轿车缸盖及缸体、铝油泵壳体等汽车化油器、缸体、仪表和照相机的壳体和支架等各种铸铁管、套筒、环叶轮、滑动轴承等压缩机缸体、汽车件模具、轿车铝缸体、缸盖等（7） P62第21题。铸铁结晶时，石墨化是怎样进行的？影响石墨化的因素。 1）液固共晶转变（一次结晶）和共晶石墨化铸铁共晶转变开始时，析出片状石墨和奥氏体固溶体的共晶体，共晶体呈球状又称共晶团。凝固中期，共晶团不断长大并生成新核心，直至凝固结束，此时铸铁内奥氏体相互衔接成连续的金属基体，石墨片也相互连接成簇，共晶团的界限消失共晶灰铸铁的组织为奥氏体+石墨片 2）共析转变（二次结晶）和共析石墨化奥氏体中碳的溶解度随温度的下降而减小，不断析出二次石墨。奥氏体冷却到共析温度以下时发生共析转变，继续析出共析石墨。影响石墨化的因素：化学成分：碳、硅质量分数愈高，石墨数量就愈多、尺寸愈粗大，基体中珠光体数量愈少，铸铁强度和硬度愈低冷却速度：铸件愈薄，冷却速度愈大，石墨化倾向愈小 （8） 哪类合金铸造时容易产生缩孔，哪类合金铸造时容易缩松。（9） 铸造应力；铸造热应力的分布规律、铸件的变形规律。（10） 第一