《传媒与社会》题集

《机械制造技术》笔记第一章：绪论1.1机械制造技术的定义与重要性机械制造技术是制造业的核心组成部分，它涉及将原材料通过一系列工艺过程转化为具有特定形状、尺寸和性能的机械零件或产品的技术。这一领域不仅关乎产品的设计与制造，还涵盖了材料科学、力学、热处理、自动化技术等多个学科的知识。机械制造技术的发展水平直接影响到一个国家的工业竞争力和经济实力。随着科技的进步，机械制造技术正不断向高精度、高效率、智能化和绿色化方向发展。1.2机械制造技术的发展历程古代至工业革命前：机械制造主要依赖手工操作和简单的工具，生产效率低，精度有限。工业革命时期：蒸汽机的发明推动了机械化生产，机床开始出现，生产效率大幅提升。20世纪初至中期：电气化技术的应用使得机械制造进入了一个新的阶段，自动化和半自动化生产线逐渐普及。20世纪后半叶至今：随着计算机技术、电子技术、传感器技术和自动化技术的飞速发展，机械制造技术实现了质的飞跃，数控机床、柔性制造系统、计算机集成制造系统等先进技术应运而生。1.3现代机械制造技术的主要特点高精度与高效率：现代机械制造技术通过精密加工和高速切削等手段，实现了零件的高精度和高效率生产。智能化与自动化：数控机床、机器人等智能设备的广泛应用，使得机械制造过程更加自动化和智能化。绿色化与环保：随着环保意识的增强，机械制造技术越来越注重节能减排和资源的循环利用。综合化与集成化：现代机械制造技术不再是单一的加工技术，而是融合了多种技术和工艺的综合系统。1.4课程概述与学习目标本课程旨在使学生全面掌握机械制造技术的基本理论、工艺方法、先进技术和实践应用能力。通过学习，学生应能够：理解机械制造技术的基本原理和基本概念；掌握常用机械制造工艺的设计和实施方法；了解机械制造技术的最新发展趋势和前沿技术；具备解决实际机械制造问题的能力。第二章：机械制造基础2.1工程材料与热处理基础材料是机械制造的基础，不同的材料具有不同的物理、化学和力学性能。因此，在选择材料时，必须充分考虑零件的使用条件、性能要求和制造工艺等因素。金属材料：包括钢铁材料（如碳钢、合金钢等）和有色金属材料（如铝、铜、钛等）。金属材料具有良好的力学性能和加工性能，是机械制造中最常用的材料之一。非金属材料：包括塑料、橡胶、陶瓷、复合材料等。非金属材料具有独特的性能，如轻质、耐腐蚀、绝缘等，在特定场合下具有不可替代的优势。热处理是改善材料性能的重要手段。通过加热、保温和冷却等工艺过程，可以改变材料的内部组织和结构，从而提高其硬度、韧性、耐磨性等性能。常见的热处理方法有退火、正火、淬火、回火等。2.2机械零件的设计原则与标准化机械零件的设计是机械制造的重要环节之一。在设计过程中，应遵循以下原则：功能性原则：零件应满足使用要求，具备所需的功能和性能。经济性原则：在保证功能的前提下，应尽量降低成本，提高经济效益。可靠性原则：零件应具有良好的可靠性和耐久性，确保在使用过程中不出现故障。可制造性原则：零件的设计应考虑制造工艺的可行性和经济性，便于加工和装配。标准化是机械制造中的重要手段。通过制定统一的标准和规范，可以确保零件的尺寸、形状、材料和技术要求等方面的一致性。这不仅可以提高生产效率和质量水平，还可以降低制造成本和维修费用。在机械制造中，应广泛采用国家标准、行业标准和企业标准等。2.3制造工艺选择与经济性分析在机械制造过程中，制造工艺的选择对产品的质量和成本具有重要影响。因此，在选择制造工艺时，应进行全面的经济性分析。制造工艺的分类：机械制造工艺包括铸造、锻压、焊接、切削加工等多种类型。每种工艺都有其特点和适用范围，应根据零件的具体要求和制造条件进行选择。经济性分析的方法：在进行经济性分析时，应综合考虑制造成本、生产效率、质量水平等多个因素。可以采用成本-效益分析、价值工程等方法进行评估和比较。同时，还应考虑市场需求、技术进步等因素对制造工艺选择的影响。在机械制造过程中，还应注重工艺的优化和改进。通过采用先进的工艺技术和设备，可以提高生产效率和质量水平，降低成本和能耗。同时，还应加强工艺管理和质量控制，确保制造工艺的稳定性和可靠性。第三章：金属切削原理与刀具3.1金属切削的基本理论金属切削是机械制造中最常见的加工方法之一。在切削过程中，刀具与工件之间发生相互作用，产生切削力、切削热和切削变形。了解金属切削的基本理论，对于合理选择刀具、优化切削参数和提高加工质量具有重要意义。切削力的产生与分解：切削力是刀具与工件接触时产生的力。它可以分解为切向力、进给力和背向力等分量。切削力的大小和方向对切削过程的影响很大，必须合理控制。切削热的产生与传导：在切削过程中，由于刀具与工件的摩擦和变形，会产生大量的切削热。切削热会导致刀具磨损、工件变形和表面质量下降等问题。因此，必须采取有效的冷却和润滑措施，控制切削热的产生和传导。切削变形的分析与控制：在切削过程中，工件会发生弹性变形和塑性变形。切削变形会影响加工精度和表面质量。因此，必须合理选择刀具和切削参数，控制切削变形的产生和发展。3.2刀具材料及其选用刀具材料是影响切削性能的关键因素之一。不同的刀具材料具有不同的硬度、耐磨性、耐热性和韧性等性能。因此，在选择刀具材料时，必须充分考虑工件材料、切削条件和加工要求等因素。高速钢：高速钢是一种具有高硬度、高耐磨性和高韧性的刀具材料。它适用于加工各种钢材和铸铁等材料，但不适用于加工硬度较高的材料。硬质合金：硬质合金是一种由难熔金属碳化物和粘结剂组成的刀具材料。它具有高硬度、高耐磨性和高热硬性等特点，适用于加工各种硬质材料和难加工材料。陶瓷材料：陶瓷材料是一种具有高硬度、高耐磨性和高热稳定性的刀具材料。它适用于高速切削和干切削等场合，但脆性较大，易断裂。超硬材料：超硬材料包括立方氮化硼（CBN）和金刚石等。它们具有极高的硬度和耐磨性，适用于加工各种超硬材料和难加工材料。但价格昂贵，加工成本较高。在选择刀具材料时，还应考虑刀具的寿命和成本等因素。刀具的寿命是指刀具在正常使用条件下能够保持规定切削性能的时间。刀具的成本包括刀具的购置成本、使用成本和维修成本等。因此，在选择刀具材料时，应综合考虑刀具的性能、寿命和成本等因素，选择最合适的刀具材料。3.3刀具结构与几何参数设计刀具的结构和几何参数对切削性能和加工质量具有重要影响。因此，在设计刀具时，必须合理确定刀具的结构和几何参数。刀具结构的设计：刀具结构包括刀体、刀柄和刀片等部分。在设计刀具结构时，应考虑刀具的刚性、稳定性和耐用性等因素。同时，还应考虑刀具的装夹和更换的方便性。刀具几何参数的设计：刀具几何参数包括前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等。这些参数对切削力、切削热和切削变形等有很大的影响。在设计刀具几何参数时，应根据工件材料、切削条件和加工要求等因素进行合理选择。例如，在加工塑性材料时，应选择较大的前角以减小切削力；在加工脆性材料时，应选择较小的前角以减小刀具磨损。3.4刀具磨损与寿命管理在切削过程中，刀具会受到工件材料的摩擦和冲击等作用，导致刀具磨损。刀具磨损会影响切削性能和加工质量，因此必须进行有效的刀具寿命管理。刀具磨损的形式与原因：刀具磨损的形式包括前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损等。前刀面磨损主要是由于工件材料的摩擦和粘结等作用造成的；后刀面磨损主要是由于刀具与工件之间的挤压和摩擦等作用造成的；边界磨损主要是由于刀具与工件之间的冲击和振动等作用造成的。了解刀具磨损的形式和原因，对于制定合理的刀具寿命管理措施具有重要意义。刀具寿命的管理方法：刀具寿命的管理方法包括合理选择刀具材料、优化切削参数、加强刀具的维护和保养等。通过合理选择刀具材料和优化切削参数，可以降低刀具的磨损速率和延长刀具的寿命；通过加强刀具的维护和保养，可以及时发现和处理刀具的问题，避免刀具的过早失效。同时，还应建立完善的刀具管理制度和流程，确保刀具的合理使用和管理。第四章：金属切削加工技术与设备4.1车削加工技术4.1.1车削加工原理车削加工是利用车刀在车床上对旋转的工件进行切削，以获得所需形状和尺寸的加工方法。车削加工主要用于加工圆柱形、圆锥形、螺纹等回转体零件。车削过程中，工件随主轴旋转，车刀沿工件表面做直线或曲线运动，通过控制进给量和切削速度，实现对工件的精确加工。4.1.2车床结构与功能车床是车削加工的主要设备，其结构包括床身、主轴箱、进给箱、溜板箱、刀架和尾座等部分。床身是车床的基础，承受并传递切削力；主轴箱内置主轴和传动机构，驱动工件旋转；进给箱控制刀具的进给速度和方向；溜板箱带动刀架沿床身移动；刀架用于安装和调整车刀；尾座用于支撑长条形工件或安装辅助工具。4.1.3车削加工工艺车削加工工艺包括工件装夹、刀具选择、切削参数设定、加工顺序安排和检验等环节。工件装夹应确保稳定可靠，避免加工过程中产生振动；刀具选择应根据工件材料、形状和加工要求确定；切削参数包括切削速度、进给量和背吃刀量，它们的合理选择对加工质量和效率至关重要；加工顺序应遵循先粗后精、先主后次的原则；加工完成后，应进行严格的检验，确保零件符合设计要求。4.2铣削加工技术4.2.1铣削加工原理铣削加工是利用铣刀在铣床上对工件进行切削，以获得所需形状和尺寸的加工方法。铣削加工适用于加工平面、沟槽、齿轮等多种形状的零件。铣削过程中，铣刀随主轴旋转，同时沿工件表面做直线或曲线进给运动，通过控制进给速度和切削深度，实现对工件的精确加工。4.2.2铣床结构与功能铣床是铣削加工的主要设备，其结构包括床身、主轴箱、进给箱、工作台和升降台等部分。床身是铣床的基础，承受并传递切削力；主轴箱内置主轴和传动机构，驱动铣刀旋转；进给箱控制工作台的进给速度和方向；工作台用于安装和固定工件；升降台用于调整工作台的高度和角度。4.2.3铣削加工工艺铣削加工工艺包括工件装夹、刀具选择、切削参数设定、加工路径规划和检验等环节。工件装夹应确保稳定可靠，避免加工过程中产生振动；刀具选择应根据工件材料、形状和加工要求确定；切削参数包括切削速度、进给量和切削深度，它们的合理选择对加工质量和效率至关重要；加工路径规划应遵循先粗后精、先主后次的原则，确保加工过程顺畅高效；加工完成后，应进行严格的检验，确保零件符合设计要求。4.3磨削加工技术4.3.1磨削加工原理磨削加工是利用磨具（如砂轮）在磨床上对工件进行微量切削，以获得高精度和光滑表面的加工方法。磨削加工适用于加工硬质材料和高精度零件。磨削过程中，磨具随主轴旋转，同时沿工件表面做直线或曲线进给运动，通过控制进给速度和磨削压力，实现对工件的精确加工。4.3.2磨床结构与功能磨床是磨削加工的主要设备，其结构包括床身、主轴箱、进给机构、砂轮架和工作台等部分。床身是磨床的基础，承受并传递磨削力；主轴箱内置主轴和传动机构，驱动砂轮旋转；进给机构控制工作台的进给速度和方向；砂轮架用于安装和调整砂轮；工作台用于安装和固定工件。4.3.3磨削加工工艺磨削加工工艺包括工件装夹、磨具选择、磨削参数设定、加工顺序安排和检验等环节。工件装夹应确保稳定可靠，避免加工过程中产生振动；磨具选择应根据工件材料、形状和加工要求确定，常用的磨具有砂轮、油石和研磨膏等；磨削参数包括磨削速度、进给量和磨削深度，它们的合理选择对加工质量和效率至关重要；加工顺序应遵循先粗后精、先主后次的原则；加工完成后，应进行严格的检验，确保零件符合设计要求。第五章：特种加工技术5.1电火花加工技术5.1.1电火花加工原理电火花加工是利用脉冲放电时产生的电腐蚀现象对工件进行加工的方法。当工具电极和工件之间施加脉冲电压时，会在极间产生火花放电，瞬间产生高温高压，使工件材料熔化、气化甚至抛出，从而达到加工目的。电火花加工适用于加工硬质材料、复杂形状和微小零件。5.1.2电火花加工设备电火花加工设备主要包括脉冲电源、机床主体、工作液系统和控制系统等部分。脉冲电源提供加工所需的脉冲电压和电流；机床主体用于安装和固定工具电极和工件；工作液系统用于提供加工过程中所需的介质（如煤油、乳化液等），以冷却、排屑和消电离；控制系统用于控制加工过程中的各项参数，确保加工稳定进行。5.1.3电火花加工工艺电火花加工工艺包括工具电极制备、工件准备、加工参数设定、加工过程监控和检验等环节。工具电极的制备应确保形状和尺寸与加工要求相符；工件准备包括清洗、去毛刺和预加工等步骤；加工参数包括脉冲电压、脉冲电流、脉冲宽度和脉冲间隔等，它们的合理选择对加工质量和效率至关重要；加工过程中应密切监控各项参数的变化，及时调整以确保加工稳定进行；加工完成后，应进行严格的检验，确保零件符合设计要求。5.2激光加工技术5.2.1激光加工原理激光加工是利用激光束的高能量密度对工件进行加工的方法。激光束照射到工件表面时，会使工件材料迅速熔化、气化甚至抛出，从而达到加工目的。激光加工具有高精度、高效率和非接触式加工等特点，适用于加工各种材料和形状的零件。5.2.2激光加工设备激光加工设备主要包括激光器、光路系统、机床主体和控制系统等部分。激光器是激光加工的核心部件，用于产生激光束；光路系统用于传输和聚焦激光束，确保其准确照射到工件表面；机床主体用于安装和固定工件及辅助工具；控制系统用于控制激光器的输出功率、光路系统的调整和加工过程的监控等。5.2.3激光加工工艺激光加工工艺包括工件准备、加工参数设定、加工路径规划和检验等环节。工件准备包括清洗、去毛刺和预处理等步骤；加工参数包括激光功率、扫描速度、离焦量和重复频率等，它们的合理选择对加工质量和效率至关重要；加工路径规划应遵循先粗后精、先主后次的原则，确保加工过程顺畅高效；加工完成后，应进行严格的检验，确保零件符合设计要求。5.3超声加工技术5.3.1超声加工原理超声加工是利用超声波在液体中的空化作用、加速度作用及直进流作用对工件进行加工的方法。当超声波作用于液体时，会产生大量微小气泡，这些气泡在声压作用下迅速膨胀和破裂，产生强烈的冲击力和高温高压，使工件材料受到破坏，从而达到加工目的。超声加工适用于加工硬质材料、脆性材料和复杂形状零件。5.3.2超声加工设备超声加工设备主要包括超声波发生器、换能器、变幅杆、工具头和工作液系统等部分。超声波发生器用于产生超声波信号；换能器将超声波信号转换为机械振动；变幅杆用于放大机械振动的振幅；工具头用于传递振动能量到工件表面；工作液系统用于提供加工过程中所需的介质（如水、磨料悬浮液等），以冷却、排屑和传递振动能量。5.3.3超声加工工艺超声加工工艺包括工件准备、加工参数设定、加工过程监控和检验等环节。工件准备包括清洗、去毛刺和预处理等步骤；加工参数包括超声波频率、功率、振幅和加工时间等，它们的合理选择对加工质量和效率至关重要；加工过程中应密切监控各项参数的变化和工件表面的加工情况，及时调整以确保加工稳定进行；加工完成后，应进行严格的检验，确保零件符合设计要求。第六章：材料科学与工程基础6.1材料的分类与性质6.1.1材料的基本分类材料按其自然属性和用途可分为金属材料、非金属材料、复合材料和智能材料等。金属材料包括铁、铝、铜等及其合金，具有良好的导电性、导热性和机械性能；非金属材料如陶瓷、玻璃、塑料等，具有独特的物理化学性质；复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料通过物理或化学方法组成的新材料，具有优异的综合性能；智能材料则能根据外界条件的变化自动调整其性能，如形状记忆合金、压电材料等。6.1.2材料的力学性能材料的力学性能是指材料在受到外力作用时表现出的力学行为，包括强度、塑性、硬度、韧性等。强度是材料抵抗外力破坏的能力，用应力表示；塑性是材料在受力后发生永久变形而不破裂的能力；硬度是材料抵抗局部压力而产生变形的能力；韧性是材料在受到冲击载荷时吸收能量而不破裂的能力。这些力学性能是评价材料使用性能的重要指标。6.2金属材料的结构与性能6.2.1金属的晶体结构金属材料的晶体结构主要有面心立方、体心立方和密排六方等类型。面心立方结构的金属如铜、铝等，具有良好的塑性和导电性；体心立方结构的金属如铁、铬等，具有较高的强度和硬度；密排六方结构的金属如镁、锌等，具有较低的密度和良好的耐腐蚀性。金属的晶体结构对其力学性能、物理性能和化学性能有重要影响。6.2.2金属的相变与热处理金属的相变是指金属在加热或冷却过程中，由于原子排列方式的改变而发生的结构转变。热处理是通过加热、保温和冷却等工艺手段，改变金属的内部组织，从而改善其性能的方法。常见的热处理工艺有退火、正火、淬火和回火等。退火可以消除金属的内部应力，改善其加工性能；正火可以提高金属的强度和硬度，但会降低其塑性；淬火可以使金属获得高硬度和高耐磨性，但易产生裂纹和变形；回火可以消除淬火应力，稳定金属的组织和性能。6.3非金属材料的应用与发展6.3.1陶瓷材料的特性与应用陶瓷材料具有硬度高、耐磨性好、耐高温和耐腐蚀等优良性能。传统陶瓷如瓷器、砖瓦等，主要用于日常生活和建筑领域；先进陶瓷如氧化铝、氮化硅等，具有优异的力学性能和热稳定性，广泛应用于机械、电子、化工等领域。随着科技的发展，陶瓷材料在新能源、生物医学等领域也展现出巨大的应用潜力。6.3.2高分子材料的种类与特性高分子材料是由长链分子组成的材料，具有密度小、强度高、易加工和耐腐蚀等特点。常见的高分子材料有塑料、橡胶和纤维等。塑料如聚乙烯、聚丙烯等，具有良好的绝缘性和耐腐蚀性，广泛应用于包装、建筑、电子等领域；橡胶如天然橡胶、合成橡胶等，具有优异的弹性和密封性，主要用于轮胎、密封件等；纤维如涤纶、尼龙等，具有高强度和高耐磨性，主要用于纺织、服装等领域。6.4复合材料的制备与性能6.4.1复合材料的制备方法复合材料的制备方法主要有层压法、模压法、注射成型和挤出成型等。层压法是将不同材料的薄片叠加在一起，通过加热加压使其复合而成；模压法是将原料放入模具中，通过加热加压使其成型；注射成型和挤出成型则是将原料加热熔融后，通过注射或挤出设备使其成型。不同的制备方法对复合材料的性能和成本有重要影响。6.4.2复合材料的性能特点复合材料具有比强度和比模量高、耐疲劳性好、减振性能优和可设计性强等特点。比强度和比模量高意味着复合材料在承受相同载荷时，所需的材料更少，重量更轻；耐疲劳性好使得复合材料在受到交变载荷时，不易产生疲劳破坏；减振性能优使得复合材料在受到振动时，能够吸收和分散振动能量，减少振动对结构的影响；可设计性强则意味着可以根据使用需求，通过调整材料的组成和结构，设计出具有特定性能的复合材料。第七章：机械制造工艺与装备7.1机械制造工艺概述7.1.1机械制造工艺的定义与分类机械制造工艺是指将原材料通过切削、铸造、锻造、焊接等加工方法，制成符合设计要求的机械零件或产品的过程。根据加工方法和加工对象的不同，机械制造工艺可分为切削加工工艺、铸造工艺、锻造工艺和焊接工艺等。切削加工工艺是通过刀具对工件进行切削，获得所需形状和尺寸的加工方法；铸造工艺是将熔融的金属液倒入模具中，冷却后获得所需形状和尺寸的铸件的加工方法；锻造工艺是通过锤击、挤压等方法，使金属坯料发生塑性变形，获得所需形状和尺寸的锻件的加工方法；焊接工艺则是通过加热或加压等方法，使两个或多个金属件连接在一起的加工方法。7.1.2机械制造工艺的流程与特点机械制造工艺的流程一般包括原材料准备、毛坯制造、零件加工、装配和检验等环节。原材料准备是机械制造工艺的第一步，包括选材、下料和预处理等；毛坯制造是将原材料加工成具有一定形状和尺寸的坯料的过程；零件加工是机械制造工艺的核心环节，包括切削加工、铸造、锻造和焊接等；装配是将加工好的零件按照设计要求组合在一起，形成完整的产品的过程；检验则是对加工好的零件和产品进行质量检查和性能测试，确保其符合设计要求。机械制造工艺具有工艺复杂、加工精度高、生产周期长和成本高等特点。7.2机械制造装备与刀具7.2.1机械制造装备的种类与用途机械制造装备是机械制造工艺中用于加工零件和产品的设备，包括金属切削机床、铸造设备、锻造设备和焊接设备等。金属切削机床如车床、铣床、磨床等，用于对金属零件进行切削加工；铸造设备如熔炼炉、造型机等，用于制造铸件；锻造设备如锻压机、锤锻机等，用于制造锻件；焊接设备如电弧焊机、激光焊机等，用于金属件的焊接。这些机械制造装备在机械制造工艺中发挥着重要作用。7.2.2刀具的种类与选用原则刀具是机械制造工艺中用于切削加工的工具，包括车刀、铣刀、钻头、砂轮等。车刀主要用于车削加工，根据加工零件的形状和尺寸选择合适的车刀；铣刀主要用于铣削加工，根据加工零件的表面形状和加工余量选择合适的铣刀；钻头主要用于钻孔加工，根据孔径和