机械制造基础 课件全套 王昭勇 第1-8章 绪论、非金属材料-机械制造工艺编制

机械制造基础绪

论1.机械

2.机械制造与机械制造技术

3.机械制造业与先进制造业01认识机械制造图0-2数控车床图0-1“水排”炼铁图0-3空心球1.课程性质

2.课程内容

3.学习方法02认识本课程图0-4

Z4012台钻实物照片机械工程材料选用单元一第一章

金属材料Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Maecenasporttitorconguemassa.本章知识思维导图第一节

金属材料的物理性能和化学性能01金属材料的物理性能1.密度6.磁性5.热膨胀性2.熔点4.导电性3.导热性01金属材料的物理性能金属名称元素符号密度(20℃)ρ/[(kg/m3)×103]熔点/℃热导率λ/[W/(m·K)]线胀系数(0℃-100℃)α1/(10-6/℃)电阻率(0℃)/[(Ω·m)×10-8]银Ag10.49960.8418.619.71.5铝Al2.698660.1221.923.62.655铜Cu8.961083393.5171.67-1.68(20℃)铬Cr7.191903676.212.9铁Fe7.84153875.411.769.7镁Mg1.74650153.724.34.47锰Mn7.4312444.9837185(20℃)镍Ni8.90145392.113.46.84钛Ti4.508167715.18.242.1-47.8锡Sn7.298231.9162.82.311.5钨W19.33380166.24.6(20℃)5.1表1-1常用金属材料的物理性能1.耐蚀性

2.抗氧化性

3.化学稳定性02金属材料的化学性能第二节

金属材料的力学性能1.屈服强度(屈服点)

2.抗拉强度强度、塑性、刚度1.断后伸长率

2.断面收缩率强度塑性刚度04硬度(一)常用的硬度测试方法

1.布氏硬度图1-1布氏硬度试验原理图

04硬度(一)常用的硬度测试方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度图1-2洛氏硬度试验原理图

04硬度(一)常用的硬度测试方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度硬度符号压头材料总试验力硬度测试范围应用举例HRA120º金刚石圆锥体588.4/6020-88硬质合金、碳化物、浅层表面硬化钢HRBφ1.588mm的硬质合金球980.7/10010-100非铁金属、铸铁、经退火或正火的钢HRC120º金刚石圆锥体1471.0/15020-70淬火钢、调质钢、深层表面硬化钢表1-2常用洛氏硬度的试验条件、硬度测试范围和应用举例04硬度(一)常用的硬度测试方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度3.维氏硬度图1-3维氏硬度试验原理图

04硬度(一)常用的硬度测试方法

1.布氏硬度2.洛氏硬度3.维氏硬度(二)硬度试验的应用05冲击韧性1.摆锤式一次冲击试验2.多次冲击试验试验设备试验原理06疲劳1.疲劳现象在多次交变应力作用下，金属发生突然断裂时的应力值比静载荷的屈服强度极限还低,这种现象称为金属的疲劳。

2.疲劳强度影响疲劳强度的主要因素：(1)应力集中(2)表面粗糙度(3)残余应力及表面强化疲劳断裂断口示意图第三节

钢(一)非合金钢1.非合金钢的分类(1)按碳的质量分数分类01钢的分类与牌号非合金钢按碳的质量分数高低分类，可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三类。01钢的分类与牌号名称定义典型牌号低碳钢碳的质量分数w(C)<0.25%的钢铁材料08、10、15、20等中碳钢碳的质量分数w(C)=0.25%-0.60%的钢铁材料35、40、45、50、55等高碳钢碳的质量分数w(C)>0.6%的钢铁材料65、70、75、80、85等表1-4低碳钢、中碳钢和高碳钢的定义和典型牌号(一)非合金钢1.非合金钢的分类(1)按碳的质量分数分类

非合金钢按碳的质量分数高低分类，可分为低碳钢、中碳钢和高碳钢三类。(2)按主要质量等级和主要性能或使用特性分类根据GB/T13304.2—2008《钢分类第2部分按其主要质量等级和主要性能或使用特性的分类》，非合金钢可分为：普通质量非合金钢、优质非合金钢和特殊质量非合金钢三类。01钢的分类与牌号(一)非合金钢1.非合金钢的分类(3)按用途分类

非合金钢按用途分类，可分为碳素结构钢和碳素工具钢。(4)非合金钢的其他分类方法

非合金钢还可以从其他角度进行分类。01钢的分类与牌号(一)非合金钢2.常用非合金钢的牌号及用途(1)普通质量非合金钢的牌号及用途

普通质量非合金钢中应用最多的是碳素结构钢，其牌号由屈服强度的字首(Q)、屈服强度数值、质量等级符号、脱氧方法四部分按顺序组成。01钢的分类与牌号图1-5角钢图1-4线材01钢的分类与牌号牌号质量等级w(C)（%）ReH/MPaRm/MPaA(%)脱氧方法Q195-≤0.12≥(195)315-430≥33F、ZQ215AA≤0.15≥215335-450≥31F、ZQ215BB≤0.15≥215335-450≥31F、ZQ235AA≤0.22≥235370-500≥26F、ZQ235BB≤0.20≥235370-500≥26F、ZQ235CC≤0.17≥235370-500≥26ZQ235DD≤0.17≥235370-500≥26TZQ275AA≤0.24≥275410-540≥22F、Z表1-5碳素机构钢的牌号、化学成分和力学性能及脱氧方法（板材厚度小于16mm）注：数据摘自GB/T700-2006《碳素结构钢》(一)非合金钢2.常用非合金钢的牌号及用途(2)优质非合金钢的牌号及用途

优质非合金钢中应用最多的是优质碳素结构钢，其牌号用两位数字表示，两位数字表示该钢的平均碳的质量分数的万分之几(以0.01%为单位)。01钢的分类与牌号45平均碳的质量分数w(C)=0.45%的优质碳素结构钢08平均碳的质量分数w(C)=0.08%的优质碳素结构钢(一)非合金钢2.常用非合金钢的牌号及用途(3)其他专用优质非合金钢的牌号及用途

为了满足加工工艺和行业生产需要，在优质碳素结构钢基础上开发了一些专门用途的钢。专门用途钢的牌号表示方法是在钢号的首部或尾部用符号标明其用途。01钢的分类与牌号(二)低合金钢和合金钢1.低合金钢分类和牌号(1)低合金高强度结构钢低合金高强度结构钢的牌号由代表屈服强度的汉语拼音字首、屈服强度数值、质量等级符号(A、B、C、D、E)三部分按顺序组成。(2)低合金耐候钢

耐候钢是指耐大气腐蚀钢，它是在低碳非合金钢的基础上加入少量铜、铬、镍、钼等合金元素，使钢表面形成一层保护膜。01钢的分类与牌号(二)低合金钢和合金钢1.低合金钢分类和牌号(3)低合金专用钢

为了适应某些专业的特殊需要，对低合金高强度结构钢的化学成分、加工工艺及性能作相应的调整和补充，从而发展出了门类众多的低合金专用钢，如锅炉用钢、压力容器用钢、船舶用钢、桥梁用钢、汽车用钢、铁轨用钢、自行车用钢、矿山用钢、预应力混凝土用钢和建筑结构用钢等，其中部分低合金专用钢已纳入国家标准。

01钢的分类与牌号(二)低合金钢和合金钢2.合金钢的分类和牌号(1)合金结构牌号

以两位数字表示钢中平均含碳量(以万分之一为单位)，写在牌号的最前面；后面跟合金元素及其含量，用化学元素符号及阿拉伯数字表示，具体表示方法为：若质量分数<1.5％时不标数字，牌号中仅标明元素；若质量分数在1.5%～2.49％之间标2，在2.5%～3.49％之间标3，以此类推。

01钢的分类与牌号01钢的分类与牌号(2)合金工具钢牌号

牌号第一部分用数字标明平均含碳量，质量分数<1.00％，以一位数字表示含碳量(以千分之一为单位)；当碳的质量分数≥1.0％时，不标明含碳量数字。

01钢的分类与牌号(3)不锈钢和耐热钢牌号

牌号第一部分用2或3位数字标明含碳量(以万分之几或十万分之几)，第二部分用化学元素符号及阿拉伯数字表示合金元素含量，表示方法同合金结构钢。

01钢的分类与牌号(3)不锈钢和耐热钢牌号

牌号第一部分用2或3位数字标明含碳量(以万分之几或十万分之几)，第二部分用化学元素符号及阿拉伯数字表示合金元素含量，表示方法同合金结构钢。

01钢的分类与牌号(4)滚动轴承钢牌号

在牌号头部加符号“G”，渗碳轴承钢采用合金结构钢的牌号表示法，高碳铬不锈轴承钢和高温轴承钢采用不锈钢和耐热钢的牌号表示法。

01钢的分类与牌号(一)退火与正火1.退火2.正火

02钢的热处理(1)完全退火(5)均匀化退火

(4)去应力退火(2)球化退火

(3)等温退火完全退火是获得接近平衡组织的退火。等温退火的目的与完全退火相同，但等温退火可以缩短退火时间，获得比较均匀的组织与性能，其应用与完全退火和球化退火基本相同。

去应力退火是为去除工件塑性形变、切削加工或焊接造成的内应力及铸件内存在的残余应力而进行的退火。均匀化退火是以减少工件化学成分和组织的不均匀程度为主要目的，将工件加热到高温并长时间保温，然后缓慢冷却的退火。

球化退火是使工件中碳化物球状化而进行的退火。(二)淬火1.冷却介质

2.淬透性与淬硬性

3.淬火缺陷

02钢的热处理氧化是指工件加热时，介质中的氧、二氧化碳、水蒸气等与之反应生成氧化物的过程。氧化与脱碳钢件淬火后较大区域内硬度达不到技术要求的现象称为硬度不足。

硬度不足和软点工件加热温度偏高，而使晶粒过度长大，以致力学性能显著降低的现象称为过热。

过热与过烧变形是淬火时钢件产生形状或尺寸偏差的现象。变形和开裂01020304淬火缺陷(二)淬火3.淬火缺陷

02钢的热处理图1-6热应力和相变应力使工件产生变形的情况

a)工件原形b)热应力产生的变形c)相变应力产生的变形

(三)回火

02钢的热处理低温回火高温回火中温回火500℃以上

250℃以下

250-450℃

(四)表面热处理与化学热处理1.表面热处理

(1)表面淬火和回火

表面淬火是指仅对工件表层进行淬火的工艺，其目的是使工件表面获得高硬度和高耐磨性，而心部保持较好的塑性和韧性，以提高其在扭转、弯曲、循环应力，或在摩擦、冲击、接触应力等工作条件下的使用寿命，是最常用的表面热处理工艺之一。

(2)气相沉积

气相沉积是利用气相中发生的物理、化学过程，改变工件表面成分，在工件表面形成具有特殊性能的金属或其化合物涂层的表面处理技术。02钢的热处理(四)表面热处理与化学热处理2.化学热处理02钢的热处理在一定温度下处于一定渗氮介质中，使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺称为渗氮。

渗氮同时将碳、氮原子渗入工件表层，并以渗碳为主的化学热处理工艺称为碳氮共渗，其目的主要是提高工件表层的硬度和耐磨性。碳氮共渗为提高工件表层碳的质量分数并在其中形成一定的碳含量梯度，将工件在渗碳介质中加热、保温，使碳原子渗入的化学热处理工艺称为渗碳。

渗碳010203第四节

铸铁(二)低合金钢和合金钢1.灰铸铁01常用铸铁牌号力学性能用途举例Rm/MPa硬度/HBWHT100≥100143～229制作低载荷和不重要的零件，如盖、外罩、手轮、支架等HT150≥150163～229制作承受中等应力的零件，如底座、床身、齿轮箱、工作台、阀体、管路附件及一般工作条件要求的零件HT200≥200170～241制作承受较大应力和重要的零件，如气缸体、齿轮、机座、床身、活塞、制动轮、液压缸等HT250≥250170～241HT300≥300187～255制作床身导轨、车床、压力机等受力较大的床身、机座、主轴箱、卡盘、齿轮等，高压液压缸、泵体、阀体、衬套、凸轮大型发动机的曲轴、气缸体等HT350≥350197～269表1-7常用灰铸铁的牌号、力学性能及用途举例(二)低合金钢和合金钢2.球墨铸铁01常用铸铁表1-8部分球墨铸铁的牌号、力学性能及用途牌号Rm/MPaRr0.2/MPaA11.3(%)硬度HBW应用举例QT400-15≥400≥250≥15130～180制作阀体，汽车或内燃机车上的零件，机床零件，减速器壳，齿轮壳，汽轮机壳，低压气缸等QT450-10≥450≥310≥10160～210QT500-7≥500≥320≥7170～230制作机油泵齿轮，水轮机阀门体，铁路机车轴瓦，飞轮，电动机壳，齿轮箱，千斤顶座等QT600-3≥600≥370≥3190～270QT700-2≥700≥420≥2225～305作柴油机曲轴，凸轮轴，气缸体、气缸套，活塞环，球磨机齿轴等QT800-2≥800≥480≥2245～335QT900-2≥900≥600≥2280～360制作汽车的弧齿锥齿轮、

万向节、

传动轴，

拖拉机减速齿轮，

内燃机的凸轮轴或曲轴等(二)低合金钢和合金钢3.蠕墨铸铁01常用铸铁表1-9常用蠕墨铸铁的牌号、力学性能及用途牌号Rm/MPaRr0.2/MPaA11.3(%)硬度HBW应用举例RuT500≥500≥350≥2.0220～260用于制造要求高强度或高耐磨性的零件，如活塞环、气缸套、制动盘等RuT450≥450≥315≥1.0200～250RuT400≥400≥280≥1.0180～240用于制造齿轮箱、飞轮、制动鼓等RuT350≥350≥245≥1.5160～220用于制造排气管、气缸盖、钢锭模RuT300≥300≥210≥2.0140～210用于制造废气涡轮增压器壳体等(二)低合金钢和合金钢4.可锻铸铁01常用铸铁表1-10可锻铸铁的牌号、力学性能及主要用途类型牌号Rm/MPaA11.3(%)硬度HBW应用举例黑心可锻铸铁KTH300-06≥300≥6150用于制作管道配件，如弯头、三通、管体、阀门等KTH330-08≥330≥8用于制作钩形扳手、铁道扣板、车轮壳和农具等KTH350-10≥350≥10汽车、拖拉机的后桥外壳、转向机构、弹簧钢板支座，差速器壳，电动机壳，农具等KTH370-12≥370≥12珠光体可锻铸铁KTZ550-04≥550≥4180～230用于制作曲轴，连杆，齿轮，凸轮轴，摇臂，活塞环，轴套，万向节头，农具等KTZ700-02≥700≥2240～290白心可锻铸铁KTB360-12≥360≥12≤200具有良好的焊接性和切削加工性能，用于制作壁厚小于15mm的铸件和焊接后不需进行热处理的铸件等KTB400-05≥400≥5≤22002铸铁的热处理1.消除应力退火6.表面淬火5.球墨铸铁的等温淬火2.消除铸件白口的高温石墨化退火4.球墨铸铁的淬火及回火3.球墨铸铁的正火第五节

非铁金属(一)纯铝1.纯铝的性能及用途

2.纯铝的牌号

01铝及铝合金(一)铝合金1.变形铝合金01铝及铝合金图1-7铝合金的一般类型(二)铝合金1.变形铝合金01铝及铝合金类别牌号主要特征用途举例防锈铝5A02热处理不能强化，强度不高，塑性与耐蚀性好，焊接性好制作在液体介质中工作的零件，如油箱、油管、液体容器、防锈蒙皮等，中载荷零件和焊接件3A21硬铝2A11可热处理强化，力学性能良好，但耐蚀性不高制作中高强度的零件和构件，如飞机上的骨架、螺旋桨叶片、蒙皮、螺栓和铆钉局部镦粗等零件2A12超硬铝7A04室温强度高，塑性较低，耐蚀性不高制作高载荷零件，如飞机上的大梁、桁条、加强框、起落架等7A09锻铝2A50高强度锻铝，可锻性好，耐蚀性不高，切削加工性好制作形状复杂和中等强度的锻件、冲压件等2A70耐热锻铝，热强性较高，耐蚀性不高，压力加工性好制作内燃机活塞、叶轮、胀圈、叶片，在高温下工作的复杂锻件等表1-11部分变形铝合金的牌号、主要特性及用途举例(二)铝合金2.铸造铝合金(三)铝合金的热处理01铝及铝合金表1-12部分铸造铝合金的牌号、性能特点和用途类别合金牌号性能特点用途铝硅合金ZAISi12铸造性能好，耐磨性好，线胀系数小，强度中等用于制作结构件，如壳体、缸体、箱体和框架等ZAlSi7MgZAlSi7Cu4良好的铸造性能、力学性能和耐热性用于制作活塞及高温条件下工作的部件铝铜合金ZAlCu5Mn耐热性好，热强性高，但铸造性能和耐蚀性较差用于制作在高强度或高温条件下工作的零件，如内燃机气缸、活塞、支臂等铝镁合金ZAlMg10密度最小，强度最高(355MPa左右),耐蚀性能好，良好的综合力学性能和可加工性用于制作在腐蚀介质条件下工作的铸件，如氨用泵体、泵盖及螺旋桨等铝锌合金ZAlZn11Si7铸造性能好，力学性能较高，价格低用于制作医疗器械、仪表零件、飞机零件和日用品等(一)纯铜(工业纯铜)

1.纯铜的性能及用途

2.纯铜的分类、牌号

(二)铜合金

1.黄铜

(1)普通黄铜

仅由铜和锌组成的二元合金称为普通黄铜。

(2)特殊黄铜

为了进一步提高黄铜的力学性能以及耐蚀性和工艺性，在铜锌合金中加入其他元素，形成特殊黄铜。

02铜及铜合金(二)铜合金

2.白铜

(1)普通白铜

仅由铜和镍组成的二元合金称为普通白铜。

(2)特殊白铜

特殊白铜是在普通白铜中加入锌、铝、铁、锰等元素而形成的白铜。3.青铜02铜及铜合金(一)纯钛

1.纯钛的性能

2.纯钛的牌号和用途

(二)钛合金

1.钛合金的分类及牌号

2.钛合金的用途03钛及钛合金指的是NbTi合金，当温度下降到接近绝对零度时，NbTi合金制成的导线会失去电阻，任意大的电流通过，导线都不会发热，没有能耗，NbTi称为超导材料。

超导功能指的是Ti-0.5Fe(原子)合金，具有大量吸收氢气的本领。储氢功能指的是Ti-0.5Ni(原子)合金，在一定的温度条件下，有能够恢复它原来形状的本领,称这种材料为形状记忆合金。

形状记忆功能010203(一)对轴承合金的性能要求

1)足够的抗压强度，以承受轴颈给予的强大压力。

2)高的耐磨性，摩擦系数要小，能储存润滑油，以便减少磨损。

3)高的韧性和疲劳强度，能承受冲击、振动和周期性载荷。

4)有良好的耐蚀性和导热性，能尽快散发摩擦热和抵抗润滑油的腐蚀。

(二)轴承合金牌号04轴承合金机械制造基础机械工程材料选用单元一第二章

非金属材料Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Maecenasporttitorconguemassa.本章知识思维导图第一节

高分子聚合物1.按实际应用分类

2.按大分子链的几何形状分类

01高分子聚合物的分类图2-1高聚物的分子链的几何形状示意图

a)线型分子链b)支化型分子链c)体型分子链02高分子聚合物的性能特点有些高聚物由于链段可以运动，表现出很高的弹性。

高弹性黏弹性是一种弹性和黏性结合在一起的力学行为。

黏弹性高聚物的理论强度是比较高的，但由于实际的高聚物中总是存在缺陷(如杂质、气孔、分子链排列不紧密等)，因此高聚物的实际强度往往大大低于金属的强度。

强度0102031.物理性能

2.化学性能

3.力学性能

4.老化力学性能03常见高分子聚合物介绍表2-1常见塑料的主要性能特点及其用途1.塑料

品种主要性能特点应用举例低压聚乙烯

密度高、性质刚硬，耐磨、耐蚀性好，绝缘性好塑料管、塑料板及承载不高的零件，如齿轮、轴承等高压聚乙烯性质较柔软塑料薄膜、软管等聚丙烯重量轻，强度、刚度、硬度及耐热性好，并有优良的耐蚀性和高频绝缘性一般机械零件，耐蚀件，绝缘件，如法兰、齿轮、电动机罩、电视机外壳等聚氯乙烯有软硬之分，硬聚氯乙烯强度高、耐蚀性好化工耐蚀构件，如输气管道、排污塔等聚苯乙烯具有优良的耐蚀性和绝缘性，无色透明，较脆绝缘件、耐蚀件及装饰用品，如仪器、仪表外壳、化工储槽、车辆上的灯罩等聚甲醛具有优良的综合性能，强度、刚度、尺寸稳定性及电性能均好，摩擦系数小，耐疲劳性好；缺点是耐热性差，收缩率大机械、仪表及化工领城主要受摩擦的零件，如轴承、垫圈、齿轮、配电盘及化工容器03常见高分子聚合物介绍1.塑料

品种主要性能特点应用举例聚砜耐热、耐寒、抗蠕变、尺寸稳定性好，耐腐蚀，电绝缘性及机械强度较高，冲击强度好可做高强度、耐热、抗蠕变的结构件、耐蚀件和电绝缘件，如精密齿轮等聚碳酸酯具有优良的综合性能，冲击强度和尺寸稳定性很好，电绝缘性好，透明度高可做高精度结构零件和绝缘件等，如轻载齿轮、蜗轮、蜗杆、电容器及灯罩等聚酰胺耐磨、耐蚀性好，强度、韧性较高，吸水性大，尺寸稳定性差可做要求耐磨、耐蚀的零件，如轴承、轮毂、螺钉等ABS塑料良好的综合力学性能，强度高、冲击强度、尺寸稳定性及成型性好在机械及汽车工业中大量应用，如齿轮、轴承、把手、电动机外壳、挡泥板及车身等聚四氟乙烯具有突出的耐化学腐蚀性能，耐高、低温性能好，摩擦系数很低，电性能优异，但强度低，受热黏度大可做减摩密封零件、化工耐蚀零件，如化工管泵及电子设备等表2-1常见塑料的主要性能特点及其用途03常见高分子聚合物介绍1.塑料

品种主要性能特点应用举例聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)质轻而韧、在自然条件下抗老化性好，无色透明，透光率高于普通玻璃；缺点是硬度低，导热性、耐热性差，线胀系数大在航空、汽车、光学、仪表等领域中做座舱盖护罩、电视机屏幕及光学元件酚醛塑料强度、硬度高，耐热性、耐磨性、耐蚀性、电绝缘性及尺寸稳定性好；缺点是冲击强度差，质脆广泛用于制作各种电信器材和电木制品，如插头、开关、电话机壳及一般机械零件(如齿轮)等环氧塑料强度高，耐热性、绝缘性、耐蚀性、成型工艺性良好可做模具、精密量具等表2-1常见塑料的主要性能特点及其用途03常见高分子聚合物介绍2.橡胶

表2-2常见橡胶的主要性能特点及其应用品种主要性能特点应用举例天然橡胶具有良好的弹性、断裂强度及耐磨性，加工性能好，但耐油性、耐氧性、耐热性较差通用制品，如密封件、减振件、轮胎等丁苯橡胶耐热、耐磨、耐老化性优于天然橡胶，但加工性能则不及天然橡胶通用制品，如胶带、胶管、轮胎等氯丁橡胶耐油性、耐热性、耐老化性及不透气性较好，强度、弹性略低于天然橡胶。主要缺点是性能不稳定，耐寒性差，密度较大可做管道、胶带、胶管、电线包皮及汽车门窗密封嵌条等丁腈橡胶耐油性、耐磨性、耐热性及耐蚀性较好，但耐寒性、耐酸性和电绝缘性差用作耐油制品，如密封垫圈，输油管、储油箱等顺丁橡胶弹性、耐磨性、耐寒性好，耐热性、电绝缘性较好用作轮胎、传送带、耐热胶管及电绝缘制品等硅橡胶耐热性、耐寒性、电绝缘性都比较好，机械强度低、耐油性差用作耐高、低温零件和绝缘件，如高温使用的垫圈等氟橡胶耐蚀性、耐高温性、耐油性很好，但耐寒性差，加工性能不好，价格昂贵用作化工衬里，高级密封件，高真空橡胶制品等03常见高分子聚合物介绍3.合成纤维

4.合成粘结剂第二节

陶瓷材料01陶瓷的分类(1)普通陶瓷

它主要指黏土制品，通常用于日用、建筑、化工等领域。

(2)特种陶瓷

它是采用纯度较高的人工合成原料(氧化物等)制成的，它一般具有各种特殊的力学、物理和化学性能，按其性能特点和应用，可进一步分为压电陶瓷、磁性陶瓷、电容器陶瓷和高温陶瓷等。02陶瓷材料的性能特点2.热性能3.电性能

4.化学性能1.力学性能

03常用陶瓷材料1.普通陶瓷

2.特种陶瓷氮化硅(Si3N4)是键能高而稳定的共价键晶体。氮化硅陶瓷常用的氮化硼晶体(BN)属六方晶系，其结构与石墨相似，故有“白石墨”之称。

氮化硼陶瓷这是一种以Al2O3为主要成分的陶瓷，Al2O3含量的变化会引起陶瓷中主要晶相的变化，性能也会有所改变。

氧化铝陶瓷碳化硅(SiC)与氮化硅一样是键能高而稳定的共价键晶体。碳化硅陶瓷01020304特种陶瓷第三节复合材料02复合材料的性能特点比强度和比刚度高减振性好疲劳强度高、断裂安全性高耐高温性好03常用复合材料2.碳纤维复合材料

3.硼纤维复合材料

4.金属纤维复合材料1.玻璃纤维复合材料

机械制造基础机械工程材料选用单元一第三章

工程材料选择及分析Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Maecenasporttitorconguemassa.本章知识思维导图第一节

机械零件失效分析01失效概述机械零件完全破坏，不能工作机械零件虽然能工作，但达不到设计的规定功能。机械零件损坏严重，但继续工作时，不能保证安全性和可靠性。010203机械零件失效的具体表现机械零件失效的具体表现02失效的形式失效的形式断裂失效过量变形失效表面损伤失效03失效因素分析1.失效因素形式

2.失效分析方法

以机械零件的性能指标为主线，进行详细分析。以断口特征为主线，进行详细分析。第二节

金属材料的选用原则与选用程序01金属材料选用的一般原则金属材料的使用性能金属材料的工艺性能金属材料的经济性010203力学性能02金属材料选用的一般程序1)对机械零件的工作特性和使用条件进行周密分析，找出零件失效(或损坏)的方式，从而合理地确定金属材料的主要力学性能指标。

2)根据机械零件的工作条件和使用环境，对机械零件的设计和制造提出相应的技术要求，对加工工艺性和加工成本等也提出相应的基本要求。

3)根据所提出的技术条件、加工工艺性和加工成本等方面的指标，借助于各种材料手册，对金属材料进行预选。

4)对预选金属材料进行核算，以确定其是否满足使用性能、加工工艺性和加工成本等方面的要求。

5)对金属材料进行第二次选择，确定最佳选材方案。

6)通过试验、试生产和检验，最终确定合理的选材结果。02金属材料选用的一般程序物理性能使用环境无特殊要求情况经济性生产量制造工艺力学性能要求的性能、使用环境价格、交货日期在必要情况下特殊环境导热、导电质量轻铜、铝及其合金铝合金，锌、镁、钛合金耐高温低温强度耐腐蚀耐热钢、钛合金奥氏体不锈钢、铜合金、铝合金不锈钢、铜合金、钛合金强度、韧性高硬度、耐磨性弹性冷变形塑性低硬度、易切削调质钢、渗碳钢、低合金钢工具钢、轴承钢、耐磨钢弹簧钢低碳钢、低合金钢易切削钢批量大单件生产特大曲面形状复杂兼有强度要求铸铁、低碳钢、低合金钢铸铁、钢板(或棒料)铸铁、铸钢铸钢材料比价材料供应利用现有生产设备利用库存材料铸铁、热轧钢材立足国内资源采用代用材料合理进行工艺组合尽量减少相同性能的牌号一般结构件用热处理可获得高强度、耐磨性、疲劳强度轧材非合金钢特殊需要适用材料第三节

机械工程材料的合理使用小截面机械零件，无须用低合金钢或合金钢进行制造。承受纯弯曲或纯扭转的机械零件，其表面应力最大，心部最小,选用非合金钢进行制造也可满足使用要求。非合金钢、低合金钢和合金钢的合理使用非铁金属材料的合理使用铸铁与钢的合理使用非金属材料的合理使用金属材料在特殊环境和特殊性能要求下的选择0201030405第四节

典型零件选材实例01台钻部分零件选材分析序号名称材料选材分析1底座HT200用于支撑台钻其他部分，需要底座具有一定的强度；工作时夹具及工件装夹在底座上做进给运动，需要底座具有一定的硬度；工作时承受工作载荷，需要一定的吸振性能；同时底座具有凹槽和内腔结构，形状较复杂，采用铸造方法易成型，综上所述，底座材料宜选用铸铁2箱体HT200台钻的主要零件之一，切削组件、传动组件、升降组件等均安装在其中，具有多孔、内腔等结构，形状复杂，并且工作时承受多种载荷，需要具有一定的强度、耐磨性、减摩性、减振性等，综上所述，箱体材料宜选用铸铁3主轴45台钻的关键零件之一，通过它实现台钻钻削等切削运动，工作中径向须传递转矩，轴向承受切削阻力，因此主轴必须满足回转精度、刚度、热变形、抗振性、使用寿命等多方面工作要求。基于前述分析，主轴的力学性能要求较高，零件材料可选45钢，为进一步提高其力学性能，毛坯可采用锻件4圆盘总成芯与圆片需焊接为圆盘总成，故选用低碳钢，易于焊接5芯Q2356圆片Q2357弹簧盒Q235弹簧盒需进行冲压拉伸，故选用低碳钢，因其塑性较好8螺母尼龙采用尼龙材料主要基于其密封防尘效果较好表3-1台钻现用材料选用分析01台钻部分零件选材分析序号名称现用材料更换材料更换分析1手柄HT150Q235现用材料为铸铁，零件毛坯成型须采用铸造工艺，而铸造生产对环境有害，影响较大。通过更改该零件结构设计，选用Q235材料，用焊接工艺制作，可满足同样使用要求2防护罩HT150Q235现用材料为铸铁，零件毛坯成型须采用铸造工艺，而铸造生产对环境有害，影响较大。通过更改该零件结构设计，选用Q235材料，采用冲压成型，同样满足使用要求3主轴带轮HT200PE现用材料为铸铁，零件毛坯成型须采用铸造工艺，而铸造生产对环境有害，影响较大。可选用酚醛塑料(PE)等非金属材料，经济性较好，也易于成型，同样满足使用要求4电动机带轮HT200PE表3-2台钻更换材料选用分析02典型零件选材(一)轴类零件的选材1.轴类零件的工作特点1)轴类零件都要传递一定的转矩，并承受一定程度的冲击载荷，还承受一定的弯曲应力或拉压应力。

2)轴类零件都需要用轴承支承，在轴的轴颈处应具有较高的耐磨性。

3)用于制造轴类零件的材料一般要求具有多项性能指标：应具有优良的综合力学性能，以防轴发生变形和断裂；应具有高的疲劳强度，以防轴过早发生疲劳断裂；应具有良好的耐磨性，提高其使用寿命。

02典型零件选材(一)轴类零件的选材2.轴类零件的制造材料1)承受循环应力和动载荷的轴类零件，如船用推进器轴、锻锤锤杆等，应选用如30CrMnSi、40MnVB、40CrMn、40CrNiMo钢等，并进行调质处理。

2)主要承受弯曲应力和扭转应力的轴类零件，如变速器传动轴、发动机曲轴、机床主轴等，这类轴在整个横截面上所受的应力分布不均匀，表面应力较大，心部应力较小，这类轴可选用合金调质钢，如汽车、车床、铣床、磨床的主轴等常采用40Cr、45Mn2、40MnB钢等制造。

02典型零件选材(一)轴类零件的选材2.轴类零件的制造材料3)高精度、高速传动的轴类零件，如高精度磨床的主轴、镗床的主轴与镗杆、多轴自动车床的中心轴等常选用渗氮钢38CrMoAlA等，并进行调质及渗氮处理。4)对于中、低速内燃机曲轴，以及连杆、凸轮轴，选用球墨铸铁制造，不仅满足了力学性能要求，而且制造工艺简单，成本低。

02典型零件选材(二)齿轮类零件的选材

1.齿轮类零件的工作特点

2.齿轮类零件的制造材料(1)采用调质钢制造齿轮调质钢主要用于制造两种齿轮，一种是对耐磨性要求较高，而冲击韧性要求一般的硬齿面(＞40HRC)齿轮，如车床、钻床、铣床等机床的变速箱齿轮，通常采用45、40Cr、42SiMn钢等制造，齿轮经调质处理后进行表面高频感应淬火和低温回火；另一种是对齿面硬度要求不高的软齿面(≤350HBW)齿轮，这类齿轮一般在低速、低载荷下工作，如车床滑板上的齿轮、车床交换齿轮等，通常采用45、40Cr、42SiMn、35SiMn钢等制造，齿轮经调质或正火处理后使用。

02典型零件选材(2)采用渗碳钢制造齿轮渗碳钢主要用于制造高速、重载、冲击比较大的硬齿面(>55HRC)齿轮，如汽车变速器齿轮、汽车驱动桥齿轮等，常用20CrMnTi、20CrMnMo、20CrMo钢等制造，齿轮经渗碳、淬火和低温回火后获得表面硬且耐磨，心部强韧、耐冲击的性能。

(三)箱体类零件的选材

机械制造基础毛坯制造技术确定单元二第四章

常见毛坯制造技术本章知识思维导图第一节

铸造成型1.铸造生产的分类2.铸造的特点

1)铸造可生产形状复杂的铸件，特别是内腔复杂的铸件。

2)铸造的适应性强，不受零件的材料种类，零件的重量、尺寸、形状和结构复杂程度的限制。

3)铸造的生产成本相对低廉,设备比较简单。

3.铸造的应用

01认识铸造生产01认识铸造生产图4-1后母戊方鼎(重875kg，外形尺寸1.33m×0.78m×1.10m，是迄今世界上最古老的大型青铜器)图4-2编钟是战国时期楚国的乐器，音质很好，音阶准确，至今仍可演奏乐曲图4-3奥运金镛3.铸造的应用(一)砂型铸造方法与特点

(二)砂型铸造工艺准备

1.型砂与芯砂

2.铸造工艺装备

02砂型铸造由木材、铝合金或塑料制成，用来形成铸型型腔的工艺装备称为模样，模样可获得铸件外部结构。

模样模板一般由模底板、模样、浇冒口系统和定位销等装配而成。

模板铸件生产中必备的工艺装备之一，在设计零件的铸造工艺时就要考虑到砂箱的选用和设计。

砂箱01020302砂型铸造(二)砂型铸造工艺准备

3.铸造原材料

4.铸造涂料1)涂料的主要作用有:提高铸件表面质量；防止或减少铸件夹砂或砂眼等缺陷；改善铸件表面性能。

2)涂料的制备方法有：搅拌法、研磨法。

3)涂料的涂敷方法有：刷涂法、浸涂法、喷涂法。

02砂型铸造(三)砂型铸造基本工序

02砂型铸造(三)砂型铸造基本工序1.造型

(1)手工造型

图4-4整模造型过程

a)造下型：填砂、舂砂b)刮平、翻箱c)翻转下型，造上型，扎气孔

d)起模，开浇口e)合箱f)带浇口的铸件

02砂型铸造(三)砂型铸造基本工序1.造型

(1)手工造型

图4-5分模造型过程

a)铸件b)模样c)造下型d)造上型e)起模、放型芯、合箱f)带浇口的铸件02砂型铸造(三)砂型铸造基本工序(2)机械造型

使用机械全部完成或至少完成紧砂操作的造型工序称为机械造型。

2.造芯

3.烘干、合箱、浇注

1)砂型(芯)烘干：分为表面烘干和体烘干。

2)合箱的主要步骤如下：

检查、清扫、修理砂型依次将砂芯装入砂型清除型内散砂紧固铸型放好浇口杯3)浇注。4.落砂、除芯及清理03特种铸造1.造芯金属型铸造

特点

1)金属型可以多次使用，与砂型铸造相比，省去了型砂制备、造型、落砂、清理等过程，节省了大量型砂和配砂设备与场地，显著地提高了生产率，并降低了生产成本。

2)金属型铸造的铸件切削加工余量小。

3)金属型铸造的铸件晶粒细，力学性能较好。

4)金属型的设计、制造、使用及维护要求高，制造成本高，加工周期长。

图4-7活塞组合式金属型03特种铸造2.压力铸造

特点

1)可以铸造形状复杂的薄壁铸件。

2)铸件组织致密，强度和硬度较高。

3)压铸件的尺寸精度高，表面粗糙度值低。

4)生产率高，易于实现半自动化和自动化生产。

5)生产费用高，设备投资大。

图4-8常见压铸件03特种铸造3.离心铸造

特点

1)铸件力学性能较高。

2)铸造具有圆形内腔的铸件时，不必使用芯子。

3)铸型中不需浇注系统，减少了熔融金属消耗量。

4)易产生比重偏析、内孔尺寸不精确、内表面较粗糙，需要增大内孔的切削加工余量。

图4-9离心铸件03特种铸造4.熔模铸造

特点

1)铸件的尺寸精度和表面质量高，且可制造形状复杂件；可减少机械加工工作量，提高金属材料的利用率。

2)适应性广。

3)生产工艺复杂，生产周期长，成本较高，铸件尺寸不能太大和太长。

第二节

锻压成形01认识锻压生产1.锻压生产的分类2.锻压的特点

1)改善金属的内部组织，提高金属的力学性能。

2)节省金属材料。

3)具有较高的生产率。

4)结构简单。

5)应用范围广。3.锻压的应用1)不能获得形状很复杂的制件，制件的尺寸精度、形状精度和表面质量还不够高。

2)与铸造相比，其加工设备较昂贵，加工成本也较高。

3)锻压加工过程中会对金属的内部组织和性能产生不利影响，需进行退火或正火等热处理。锻压生产的不足02锻造(一)加热

加热锻造成形冷却检验热处理图4-10常见锻压件02锻造(一)加热

锻前加热的具体要求1)在金属材料允许的条件下，快速加热到预定的温度，以提高效率，节约能源。

2)尽可能减少加热金属吸收有害气体的可能，如氧、氢、氮气等气体，减少氧化、脱碳或氢脆等缺陷，提高加热质量。

3)在低温加热阶段，要防止因加热不当而使金属截面的外层与心部产生过大的温差，引起材料破裂。

4)准确实施给定的加热规范，如加热温度、速度、时间和保温等加热条件，以防产生过热、过烧等缺陷。图4-11锻造加热炉02锻造(二)锻造成形

1自由锻造(1)自由锻造特点与应用(2)自由锻造设备

图4-12自由锻造设备

a)空气锤b)水压机02锻造(二)锻造成形

1自由锻造(3)自由锻造基本工序1)基本工序：指能够较大幅度地改变坯料形状和尺寸的工序，也是自由锻造过程中主要变形工序，包含镦粗、拔长、冲孔、扩孔、切割、弯曲、锻接、错移、扭转等工序。

2)辅助工序：指在坯料进入基本工序前预先变形的工序。

3)修整工序：指用来精整锻件尺寸和形状使其完全达到锻件图样要求的工序。

02锻造(二)锻造成形

2模型锻造(1)模型锻造特点与应用

与自由锻造相比，模型锻造具有如下优点:生产率高；能锻造形状复杂的锻件；模锻件的尺寸较精确，表面质量好，加工余量较小，并可使金属流线分布更为合理；模锻操作简单，劳动强度低。

02锻造(二)锻造成形

2模型锻造(2)模型锻造设备

模锻设备有蒸汽-空气模锻锤、压力机、平锻机、模锻水压机等。

图4-13蒸汽-空气模锻锤02锻造(二)锻造成形

2模型锻造(3)锻模模膛结构、分类及用途

锻模一般由上模和下模两部分组成。图4-14单模膛锻模结构

1—锤头2—上模3—飞边槽4—下模5—模垫

6、7、10—紧固楔铁8—分模面9—模膛02锻造(二)锻造成形

2模型锻造(3)锻模模膛结构、分类及用途(三)冷却

(四)检验

(五)热处理

图4-15弯曲连杆在多模膛内的模锻过程03板料冲压(一)板料冲压特点与应用

(二)板料冲压设备(三)板料冲压基本工序

图4-16常见的板料冲压件图4-17板料冲压设备

a)剪切机b)压力机04其他锻压成形技术1.挤压1)按照挤压时金属流动方向与凸模运动方向的关系，挤压可分为正挤压、反挤压和复合挤压三种2)按照挤压时金属的变形温度不同可分为热挤压、冷挤压和温挤压三种。

图4-18挤压

a)正挤压b)反挤压c)复合挤压04其他锻压成形技术2.轧制

(1)辊锻轧制辊锻轧制是指使坯料通过装有圆弧模块的一对旋转的轧辊时，受压而变形的生产方法。

(2)辗环轧制辗环轧制是指用来扩大环形坯料的外径和内径，从而获得各种环状零件的轧制方法。

(3)齿轮轧制齿轮轧制是一种少或无切削加工的齿轮加工工艺。

(4)螺旋斜轧螺旋斜轧采用两个带有螺旋形槽的轧辊相互交叉成一定角度，做同方向旋转，使坯料既绕自身轴线转动又向前进给，与此同时坯料受压变形，获得所需轧制件。05锻压件结构工艺性(一)自由锻件的结构工艺性(二)模锻件的结构工艺性

1)应具备一个合理的分模面：分模面应该在锻件最大尺寸横截面处，以便易于从锻模中取出锻件，分模面要保证模膛浅而宽，以利于金属充填；分模面沿径向分布，减少余块和敷料，锻模容易制造。2)在锻件上与分模面垂直的非加工表面，应设模锻斜度和结构圆角。图4-19模锻斜度和结构圆角05锻压件结构工艺性(二)模锻件的结构工艺性

3)应尽量使锻件外形简单、平直、对称，避免薄壁、高肋、窄槽、深槽、多孔、深孔等结构。图4-20不合理结构的锻件05锻压件结构工艺性(二)模锻件的结构工艺性

4)应采用锻焊组合工艺，以减少余块，简化模锻工艺。图4-21锻焊结构模锻件

a)锻件b)锻焊组合件05锻压件结构工艺性(三)冲压件的结构工艺性

1.对冲裁件的要求

1)冲裁件外形应力求简单、对称，尽可能采用圆形和矩形，避免细长悬臂和窄槽结构，以有利于优化排样。2)交接处均应以圆弧连接，尽量避免尖角。

3)孔径、孔间距和孔边距不得过小。

2.对弯曲件的要求3.对拉深件的要求05锻压件结构工艺性图4-22避免细长悬臂和窄槽结构

a)不合理b)合理图4-23落料件形状应有利于排样

a)不合理b)合理第三节

焊接成型1.焊接生产的分类1)熔焊是指将两焊件连接部分局部加热至熔化状态，加入填充金属，随后冷却凝固成为整体的焊接方法。

2)压焊是指对焊件施加压力，使两焊件接合面紧密地接触并产生一定的塑性变形而完成焊接的方法。

3)钎焊是指在焊接的同时加热被焊件与钎料，使低熔点的钎料熔化填充到焊件之间，冷却凝固后使两焊件连接成为一整体的焊接方法。01认识焊接生产1.焊接生产的分类01认识焊接生产2.焊接的特点

1)可以节省材料和制造工时，接头密封性好、力学性能高。

2)能以大化小、以小拼大。

3)可以制造双金属结构，如切削刀具的切削部分(刀片)与夹固部分(刀架)可用不同材料制造后焊接成整体。

4)生产率高，易实现机械化和自动化。

3.焊接的应用

01认识焊接生产(一)焊条电弧焊1.焊条电弧焊的特点及应用

2.焊条电弧焊的工具及设备

02常用焊接方法介绍图4-25焊条电弧焊的工具

a)夹持焊条的焊钳b)电弧手套和面罩c)清除焊缝表面的清渣锤等图4-26弧焊机(一)焊条电弧焊3.焊条电弧焊焊接过程

02常用焊接方法介绍图4-27焊接过程(一)焊条电弧焊3.焊条电弧焊焊接过程(1)焊接电弧两极间或电极与焊件间，在气体介质中产生强烈而持久的放电现象。

(2)焊条焊条是焊条电弧焊的重要焊接材料，它直接影响到焊接电弧的稳定性以及焊缝金属的化学成分和力学性能。

(3)焊接接头的组织与性能用焊接方法连接的接头称为焊接接头(简称接头)。(4)焊接应力与变形焊接应力是指焊接过程中焊件内部产生的应力。

02常用焊接方法介绍(二)埋弧焊

02常用焊接方法介绍图4-28埋弧焊(三)气体保护焊(四)电渣焊

(五)电阻焊(六)摩擦焊

02常用焊接方法介绍图4-29摩擦焊(七)钎焊

(1)硬钎焊钎料熔点高于450℃时的钎焊。(2)软钎焊钎料熔点在450℃以下的钎焊。

02常用焊接方法介绍图4-30硬钎焊图4-31软钎焊1.焊接结构材料的选择1)在满足使用性能要求的前提下，首先要选择焊接性能较好、价格低廉的材料。

2)要注重材料的冶金质量。

3)异种材料焊接，必须注意它们的焊接性及其差异。

4)焊接结构应尽量选用型材，以减少焊缝的数量和简化焊接工艺，增加结构件的强度和刚性。

5)最好采用相等厚度的金属材料，以便获得优质的焊接接头。

03焊件结构工艺性2.焊接接头形式的选择

(1)接头形式焊条电弧焊、埋弧焊：对接接头受力均匀，优先选用；角接接头、T形接头受力复杂，根据实际情况选用；搭接接头尽量避免选用，根据实际情况而定。03焊件结构工艺性图4-32焊条电弧焊接头的基本形式

a)对接b)角接c)T形接d)搭接

2.焊接接头形式的选择

(2)坡口形式将被焊工件上的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，称为坡口。03焊件结构工艺性图4-33对接接头坡口形式

a)I形坡口b)V形坡口c)X形坡口d)U形坡口e)双U形坡口2.焊接接头形式的选择

(2)坡口形式将被焊工件上的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，称为坡口。03焊件结构工艺性图4-34角接接头坡口形式

a)I形坡口b)单边V形坡口c)V形坡口d)K形坡口

2.焊接接头形式的选择

(2)坡口形式将被焊工件上的待焊部位加工并装配成一定几何形状的沟槽，称为坡口。3.焊缝布置的原则03焊件结构工艺性图4-35T形接头坡口形式

a)I形坡口b)单边V形坡口c)K形坡口d)单边双U形坡口第四节

粉末冶金成型1.粉末冶金成型的特点

1)能够制备部分其他方法难以制备的材料，如难熔金属、金属发汗材料、多孔材料、特殊功能材料(如硬质合金等)。

2)粉末冶金成型过程中采用与最终产品形状非常接近的模具，不需要或很少需要随后的机械加工手段，故能大大节约金属，降低产品成本。

3)晶粒细小、显微组织均匀，最大限度地减少合金成分偏聚，消除粗大、不均匀的铸造组织。

4)容易实现多种类型材料的复合，充分发挥组元材料各自的特性，是一种低成本生产陶瓷复合材料的工艺技术。

5)粉末冶金成型技术也存在一些缺点，如粉末原料价格较贵，模具费用也要比铸造模具费用高，烧结制品残余孔隙影响性能。2.粉末冶金成型应用

01认识粉末冶金成型02粉末冶金成型的生产过程粉末的制备粉末压制后处理粉末的预处理(1)分级分级是将粉末按粒度分成若干等级。

(2)混合混合是将两种或两种以上不同成分的粉末均匀混合烧结图4-45制粒设备——振动筛、滚筒制粒机图4-44混合设备——V形混合器图4-43细碎设备——球磨机第五节

典型毛坯选用分析01毛坯种类及制造方法铸件

锻件型材

其他毛坯焊接件02010304051.零件的材料及力学性能要求

2.零件的结构形状与尺寸

1)形状复杂和大型零件的毛坯多用铸造，薄壁零件不宜用砂型铸造。

2)板状钢质零件多用锻造。

3)轴类零件毛坯，如各台阶直径相差不大，可选用棒料，反之，宜用锻件。3.生产规模的大小

4.现有生产条件5.充分考虑利用新技术、新工艺、新材料的可能性02毛坯选用分析机械制造基础机械加工技术选用单元三第五章

金属切削加工基础Loremipsumdolorsitamet,consectetueradipiscingelit.Maecenasporttitorconguemassa.本章知识思维导图第一节

金属切削机床的基本知识01金属切削机床的分类机床类别用途机床类别用途车床用于加工回转体零件铣床用于加工平面和成形面钻床用于粗加工孔刨、插床用于加工平面和沟槽镗床用于加工尺寸较大的孔和非标准孔拉床用于高效率加工零件的平面和孔等磨床用于零件表面的精加工电加工机床用于某些特种零件的成形加工齿轮加工机床专门用于加工齿轮切割机床用于下料和切割加工螺纹加工机床专门用于加工螺纹其他机床表5-1各类机床的用途02金属切削机床型号的识读

5-1车床及铭牌02金属切削机床型号的识读注：1)有“()”的代号或数字，当无内容时，则不表示；若有内容则不带括号。

2)有“○”符号者为大写的汉语拼音字母。

3)有“△”符号者为阿拉伯数字。

4)有“”符号者为大写的汉语拼音字母，或阿拉伯数字，或两者兼有之。图5-2机床型号的表示方法02金属切削机床型号的识读1.机床的类代号类别车床钻床镗床磨床齿轮加工机床螺纹加工机床铣床刨插床拉床锯床其他机床代号CZTM2M3MYSXBLGQ读音车钻镗磨二磨三磨牙丝铣刨拉割其表5-2机床的类代号02金属切削机床型号的识读2.机床的特性代号

(1)通用特性代号通用特性代号有固定的含义，用大写汉语拼音字母表示。通用特性高精度自动半自动数控加工中心轻型加重型仿形柔性加工单元数显高速代号GZBKHQCFRXS读音高自半控换轻重仿柔显速表5-3机床的通用特性代号(2)结构特性代号对于主参数相同而结构与性能不同的机床，用结构特性加以区分。3.机床的组别和系列代号

4.机床主参数、主轴数和第二主参数02金属切削机床型号的识读5.机床的重大改进序号表5-4机床型号的含义机床型号表示含义CM6140AC—车床(类代号)M—精密(机床特性代号)6—组代号(落地及卧式车床)1—系代号(普通落地及卧式车床)40—主参数(最大工件回转直径为400mum）A—第一次重大改进(重大改进顺序号)XKA5032AX—铣床(类代号)K—数控(通用特性代号)A—(结构特性代号)50—立式升降台铣床(组、系代号)32—工作台面宽度320mm(主参数)A—第一次重大改进(重大改进顺序号)MGB1432M—磨床(类代号)G—高精度(通用特性代号)B—半自动(通用特性代号)14—万能外圆磨床(组、系代号)32—最大磨削直径为320mm(主参数)03机床的基本组成(一)机床的基本组成

1.动力源

2.传动系统

3.支撑件

4.工作部件

1)与主运动和进给运动有关的执行部件，例如主轴及主轴箱，工作台及其溜板和滑座，刀架及其溜板，以及滑枕等安装工件或刀具的部件。

2)与工件和刀具相关部件或装置，如自动上下料装置、自动换刀装置、砂轮修整器等。

3)与上述部件或装置有关的分度、转位、定位机构和操纵机构等。5.控制系统

6.冷却系统

7.润滑系统

8.其他装置03机床的基本组成(二)机床常用的传动方式

1.机床上常用的传动副1)用于传递旋转运动并实现变速功能的传动副有：带传动、齿轮传动、蜗杆传动。

2)用于将旋转运动变为直线运动的传动副有：齿轮齿条传动、丝杠螺母传动等。图5-3机床上常用的传动副

a)带传动b)齿轮传动c)蜗杆传动d)齿轮齿条传动e)丝杠螺母传动03机床的基本组成(二)机床常用的传动方式

2.机床的变速机构图5-4常用变速机构

a)塔轮变速机构b)滑移齿轮变速机构c)牙嵌离合器变速机构第二节

机床夹具01夹具的作用、分类及组成1.机床夹具的作用采用夹具装夹工件，可保证工件与机床、刀具之间的相对位置，位置精度由夹具保证，不受工人技术水平的影响，因而能使工件可靠和稳定地获得加工精度，也可使一批零件稳定地获得同一加工精度。

保证加工精度的稳定采用夹具可使工件迅速地定位和夹紧，免去了工件逐个找正、对刀所花费的时间，缩短了辅助时间，有利于提高生产率和降低成本。

提高生产率机床配备专用夹具，可以使机床使用范围扩大。

扩大机床的使用范围010203夹具的作用01夹具的作用、分类及组成2.机床夹具的分类专用夹具是针对某一工件的某一工序而专门设计和制造的夹具。

专用夹具可调夹具通用夹具随行夹具组合夹具0201030405随行夹具是一种在自动线或柔性制造系统中使用的夹具。组合夹具是一种模块化的夹具，由预先制造好的通用标准部件经组装而成。通用夹具是指结构、尺寸已规格化并具有很大通用性的夹具，使用时在一定范围内无须调整或稍加调整就可以装夹不同的零件，例如自定心卡盘、单动卡盘、万能分度头、机用虎钳等，这类夹具主要用于单件小批量生产中。图5-5机用虎钳01夹具的作用、分类及组成3.机床夹具的组成定位件夹紧装置夹具体对刀件对刀件用于确定夹具与刀具的相对位置。夹具体是夹具的基础件，用于连接夹具上各个零件或装置，使之成为一个整体。夹紧装置的作用是保证工件在夹具中已定位好的位置不受加工过程中外力的作用而被破坏，使加工得以顺利进行。定位件与零件的定位基准相接触，用以确定工件在夹具中的正确位置。图5-8钻床夹具

1—快速钻套2—导向套3—钻模板4—开口垫圈5—螺母6—定位销7—夹具体02常用机床夹具(一)自定心卡盘

1.自定心卡盘的结构2.自定心卡盘的应用图5-9自定心卡盘的结构

1—卡盘体2—小锥齿轮3—大锥齿轮02常用机床夹具(二)单动卡盘

1.单动卡盘的结构2.单动卡盘的应用图5-10单动卡盘02常用机床夹具(三)机用虎钳

1.机用虎钳的结构2.机用虎钳的应用图5-11回转式机用平口钳02常用机床夹具(四)万能分度头

1.万能分度头的结构图5-12FW250型万能分度头结构图02常用机床夹具(四)万能分度头

1.万能分度头的结构(1)底座分度头的本体，大部分零件都装在底座上。(2)主轴可绕轴线旋转，它是一根空心轴，前后两端均有莫氏4号的锥孔。

(3)分度盘作为主要分度部件，安装在分度手柄的轴上。

(4)插销安装在分度手柄的长槽中，沿分度盘半径方向调整位置，以便插入不同孔数的分度盘内，与分度叉配合准确分度。

(5)分度盘固定销当需要分度盘转动或固定时，可以松开或插上分度盘固定销来实现。

(6)本体安装分度头主轴等的壳体零件，主轴随回转体可沿着基座的环形导轨转动，使主轴轴线在-6°～95°的范围内做不同仰角的调整。

(7)主轴锁紧手柄其主要作用是分度后固定主轴位置，减少蜗杆和蜗轮承受的切削力，减小振动，以保证分度头的分度精度。02常用机床夹具(四)万能分度头

1.万能分度头的结构(8)蜗杆脱落手柄主要用来控制蜗杆和蜗轮之间的啮合和脱开。

(9)蜗杆副间隙调整螺母主要用于调整蜗杆副的轴向间隙，以保证分度的准确性。

(10)分度拨叉方便分度和防止分度出错。

(11)刻度盘直接分度时，刻度盘用来确定主轴转过的角度。

(12)游标游标所指示的是分度头上的卡盘轴线与铣床工作台的夹角。

(13)分度手柄主要用于分度，通过摆动分度手柄，根据分度头传动系统的传动比，手柄转一整圈，主轴转过相应的圈数。02常用机床夹具(四)万能分度头

2.万能分度头的分度过程3.万能分度头的应用图5-13万能分度头传动系统02常用机床夹具(五)顶尖

1.顶尖的种类图5-13万能分度头传动系统02常用机床夹具(五)顶尖

2.顶尖的应用

(1)固定顶尖固定顶尖刚性好，定心准确，但与工件中心孔之间会产生滑动摩擦而发热过多，容易将中心孔或顶尖烧坏。

(2)回转顶尖回转顶尖将工件与中心孔的滑动摩擦改为顶尖内部轴承的滚动摩擦，能在很高的转速下正常工作，克服了固定顶尖的缺点，因此应用日益广泛。第三节

刀具01常用刀具材料硬度和耐磨性强度和韧性工艺性能和经济性耐热性(一)刀具材料性能要求01常用刀具材料碳素工具钢合金工具钢超硬刀具材料(二)常用刀具材料高速钢硬质合金(1)金刚石金刚石是自然界中最硬的材料，其硬度可达10000HV。

(2)立方氮化硼立方氮化硼是用高温高压的方法制成的。(3)陶瓷材料陶瓷的主要成分是氧化铝(Al2O3)，其硬度、耐热性和耐磨性均比硬质合金高，允许的切削速度比硬质合金高20％～25％。01常用刀具材料(三)切削刀具材料的选用1.切削刀具材料与加工对象的力学性能匹配

(1)刀具材料硬度顺序为：金刚石>立方氮化硼>陶瓷>硬质合金>高速钢。

(2)刀具材料的抗弯强度顺序为：高速钢>硬质合金>陶瓷>金刚石和立方氮化硼。

(3)刀具材料的韧性大小顺序为：高速钢>硬质合金>立方氮化硼、金刚石和陶瓷。01常用刀具材料(三)切削刀具材料的选用2.切削刀具材料与加工对象的物理性能匹配3.切削刀具材料与加工对象的化学性能匹配

(1)各种刀具材料抗粘结温度高低为：聚晶立方氮化硼(PCBN)>陶瓷>硬质合金>高速钢(HSS)。

(2)各种刀具材料抗氧化温度高低为：陶瓷>聚晶立方氮化硼(PCBN)>硬质合金>金刚石>高速钢(HSS)。

4.切削刀具材料的合理选择02切削刀具(一)车刀的几何形状1.车刀的组成2.车刀切削部分的组成

(1)三面

(2)两刃

(3)一尖图5-15车刀

a)车刀的组成b)车刀切削部分的组成02切削刀具(二)刀具的几何参数1.刀具角度的参考平面图5-16切削平面、基面和正交平面02切削刀具(二)刀具的几何参数2.车刀的主要角度图5-17车刀的主要角度02切削刀具(二)刀具的几何参数2.车刀的主要角度(1)前角γo在正交平面中测量，是前刀面与基面之间的夹角。(2)后角αo在正交平面中测量，是主后刀面与切削平面之间的夹角。

(3)主偏角κr在基面中测量，它是主切削刃在基面的投影与进给方向的夹角。

(4)副偏角κ′r在基面中测量，是副切削刃在基面上的投影与进给反方向的夹角。

(5)刃倾角λs在切削平面中测量，是主切削刃与基面的夹角。02切削刀具图5-19刃倾角与排屑方向

a)λs=0°b)+λsc)-λs

图5-18刃倾角的正负

a)λs=0°b)+λsc)-λs

02切削刀具(三)车刀角度的初步选择1.前角(γo)1)工件材料较软、车削塑性材料时，前角取较大值；工件材料较硬、车削脆性材料时，前角取较小值。

2)粗加工时，前角取较小值；精加工时，前角取较大值。

3)车刀材料的强度、韧性较差时，前角取较小值；反之，前角取较大值。02切削刀具(三)车刀角度的初步选择2.后角(αo)3.主偏角(κr)

4.副偏角(κ′r)

5.刃倾角(λs)图5-20立铣刀第四节金属切削原理01零件表面切削加工的成形方法轨迹法成形法展成法相切法图5-21零件表面的成形方法

1—母线2—导线图5-22形成发生线的方法02切削运动图5-23常见切削加工方法的切削运动

a)车削b)刨削c)钻削d)铣削02切削运动1.基本运动(1)主运动主运动是指形成机床切削速度或消耗主要动力的工作运动，也就是切下切屑的基本运动。(2)进给运动进给运动是指使工件多余的材料不断被去除的工作运动。图5-24切削运动及加工表面

a)车削b)钻削c)镗削d)刨削e)铣削f)磨削

1—待加工表面2—过渡表面3—已加工表面

vc——主运动vf、vfa、vw—进给运动02切削运动2.切削过程中形成的三种表面

(1)已加工表面已加工表面是指工件上经刀具切削后形成的表面。

(2)过渡表面工件上切削刃正在切削着的表面，它总是处在待加工表面与已加工表面之间，也称切削表面或加工表面。

(3)待加工表面待加工表面是指工件上有待切除的表面。03切削用量1.切削速度(vc)

例1：车削工件Z4012台钻的套筒工件，下料毛坯为ϕ55mm，选定车床主轴转速为560r/min，求切削速度vc?

解：vc=πdn/1000≈3.14×55×560/1000≈97(m/min)

例2：在CA6140型车床上粗加工Z4012台钻的轴承座，下料毛坯为ϕ80mm×57mm，毛坯材料为45钢，刀具材料选用P10，选用切削速度为100m/min，求车床主轴转速n?

解：n=1000/πd≈1000×100/3.14×80≈398(r/min)03切削用量2.进给量(f)

3.背吃刀量(ap)4.切削用量的选择原则

例3：在CA6140车床粗加工Z4012台钻的立柱，下料圆钢为ϕ75mm×625mm，在车床上用一夹一顶方式装夹，一次车削外圆至ϕ71mm,长度至600mm。进给量f采用0.3mm/r，主轴转速为450r/min，求:

(1)背吃刀量ap是多少？

(2)车削长度600mm所需的时间t？(时间单位:1h=60min，1min=60s)

解：(1)ap=-/2=75mm-71mm/2=2mm

(2)车削一次所需时间t=600mm/450r/min×0．3mm/r≈4.44min04切削力(一)切削力的产生

1.变形抗力

2.摩擦阻力

(二)切削力的分解图5-25切削力的分解04切削力(三)影响切削力的因素

1.工件材料的影响

1)工件材料的物理和力学性能、加工硬化程度、热处理状态以及切削前的加工状态都对切削力的大小产生影响。

2)工件材料的强度、硬度、冲击韧性、塑性和加工硬化程度越大，则切削力越大。

3)工件材料的化学成分、热处理状态等因素都直接影响其物理和力学性能，因而也影响切削力的大小。04切削力(三)影响切削力的因素

2.刀具几何参数的影响

(1)前角对切屑力的影响1)加工塑性材料时，前角增大，变形系数减小，因此切削力降低。2)加工脆性材料(如加工铸铁、青铜)时，由于切屑变形很小，所以前角对切削力的影响不显著。(2)主偏角对切屑力的影响

1)主偏角κr对切削力Fc的影响较小，影响程度不超过10%。

2)主偏角κr对背向力Fp和进给力Ff的影响较大。

3)刀尖圆弧半径对切削力的影响：刀尖圆弧半径增大，使切削刃曲线部分的长度和切削宽度增大，但切削厚度减小，各点的κr减小。

04切削力(三)影响切削力的因素

2.刀具几何参数的影响

(3)刃倾角对