《机械制造概论》课件

机械制造概论本课程将从基本概念入手,全面介绍机械制造的基本知识和工艺流程,帮助学生深入了解机械制造的本质及其在现代工业中的重要地位。课程背景与目标课程背景随着工业技术的不断发展,机械制造已成为现代工业生产的基础。本课程旨在为学生提供机械制造领域的基础知识,为后续学习和实践打下坚实基础。课程目标通过学习本课程,学生能了解机械制造的基本概念、发展历程及主要工艺,掌握机械制图、材料选用、公差配合等方面的基本知识,为成为合格的机械工程师奠定基础。机械制造的基本概念机械制造是指利用各种机床、工装、设备等手段对原材料进行加工、装配和检验测试的过程。其目的是制造出符合设计要求的机械零件和成品。这涉及材料加工、零件制造、装配、检验等多个环节。机械制造依托于丰富的材料、工艺和设备知识，并结合工程图纸、质量标准等要求，通过优化各个生产环节来提高产品质量、降低成本、提高生产效率。机械制造的发展历程1手工制造时代基于人工劳动的传统机械生产2机械化生产利用机器设备实现大规模生产3自动化生产采用数控技术和机器人自动化4智能化生产结合信息技术的智能制造系统机械制造业的发展历经了手工制造、机械化生产、自动化生产以及智能化生产等阶段。从最初依靠人工劳动的传统手工制造，到利用机器设备实现大规模生产的机械化时代，再到采用数控技术和机器人自动化的自动化生产阶段，最终发展到融合信息技术的智能制造系统。每个阶段都代表了生产效率和产品质量的不断提升。机械制造的基本工艺铸造工艺通过将熔融金属浇注入模具中冷却凝固而成的制造方法。锻造工艺利用锤击或压缩的方式对金属进行塑性变形的加工方法。焊接工艺通过热量或压力将两个金属部件永久地连接在一起的加工过程。切削加工利用刀具对工件表面进行切割、铣削、钻孔等加工的方法。机械加工工艺概述机械加工工艺是将原料通过各种加工手段转化为所需机械零件或产品的过程。它包括多种基本工艺,如铸造、锻造、焊接、切削等,并随着技术的发展不断推陈出新。20种类主要包括20多种不同类型的加工工艺95%覆盖近95%的机械零件可通过这些工艺制造$100B产值全球机械加工行业年产值超过1000亿美元铸造工艺的基本原理熔融金属浇注铸造工艺的基本原理是将熔融金属浇注到合适的模具中,使其凝固成型。这种方法能制造出复杂形状的零件。临时模具模具通常是临时的,仅用于一次性生产。它可以是砂模、金属模或其他材质制成,能够承受熔融金属的压力和温度。成型与取出铸件在模具中冷却凝固后,再从模具中取出,进行后续的加工和处理。这个过程要求精密的温度控制和模具结构设计。铸造工艺的分类与特点1砂型铸造利用砂型进行铸造,可以制造各种复杂形状的铸件。广泛应用于汽车、机械、航空等行业。2金属模铸造利用金属模具进行铸造,可以实现高精度、高表面质量的铸件生产。常用于制造小型精密零件。3压铸工艺利用高压力注入熔融金属至模具中,可以快速制造复杂的薄壁铸件。广泛用于制造汽车和电子产品零件。4投资铸造利用可熔模型制作铸件,适用于制造精密复杂的铸件。常用于航空航天和医疗设备制造。锻造工艺的基本原理材料变形锻造工艺通过对金属材料施加外力,使其发生塑性变形,从而获得所需的零件形状和尺寸。高效成型锻造采用各种专用设备,如锻锤、锻压机等,能快速高效地将毛坯加工成所需的零件。优异性能锻造工艺能够优化零件的内部组织结构,提高其强度、韧性等性能指标,广泛应用于航空、机械等领域。锻造工艺的分类与特点热锻造在高温下对金属进行成形,可以获得复杂的形状和高强度。应用广泛,成本较低。冷锻造在常温下对金属进行成形,可以获得精密零件和更好的表面质量。适用于生产大批量产品。自由锻造通过锤击或挤压等方式对金属进行手工成形,可以制造出独特的复杂形状。但效率相对较低。冲压锻造利用模具和压力对金属进行成形,可以实现批量生产。工艺简单,适用于普通零件制造。焊接工艺的基本原理能量转换焊接过程中,利用电弧、气体火焰或其他热源产生高温,将母材局部加热熔融并凝固连接。这种能量转换是焊接工艺的基础。材料熔融在高温作用下,母材和填充材料(如焊丝)发生熔融。熔池中的金属液体凝固后形成焊缝,将工件牢固地连接在一起。金属冶金反应在焊接过程中,高温会引发母材和填充材料之间的冶金反应,形成组织和性能与原材料不同的焊缝金属。这是焊接工艺的关键。应力变形控制焊接过程中的局部加热和冷却会产生残余应力和变形,需要采取相应的工艺措施进行控制。焊接工艺的分类与特点手工电弧焊利用熔化的金属电极与工件之间产生的电弧高温来熔化和连接工件的基本焊接方法。操作简单、设备费用低、适用于多样的焊接位置。气体保护焊利用熔化的金属电极与工件之间产生的电弧高温来熔化和连接工件,并利用惰性气体保护焊缝的基本焊接方法。焊接质量好,效率高。激光焊接利用高能激光束聚焦产生的高温来连接工件的一种高能密度焊接方法。焊缝细小,热影响区小,适用于薄板材料的精密焊接。切削加工工艺的基本原理切削原理切削加工通过利用切削刀具对工件表面施加压力和切割,从而实现去除多余材料的目的。切屑形成切削过程中,工件材料在刀具作用下被剪切、压缩和拉伸,形成连续或间断的切屑。热量产生切削过程中会产生大量的热量,主要源于工件和刀具之间的摩擦以及切屑的变形。刀具寿命合理的切削参数可延长刀具使用寿命,提高加工效率和零件质量。切削加工工艺的分类与特点1常见切削加工工艺包括车削、钻削、铣削、刨削等,每种工艺都有其独特的应用场景和加工特点。2切削加工的动力学特点切削加工过程中存在复杂的动力学效应,需要精确控制切削参数以获得理想的加工效果。3表面质量要求切削加工通常要求较高的表面粗糙度和精度,需要选择合适的刀具并调整工艺参数。4材料适应性不同材料的机械性能差异较大,需要针对性地选择合适的切削工艺和加工参数。特种加工工艺概述除了传统的铸造、锻造和切削等加工工艺外，还有一些特殊的加工方法,被称为特种加工工艺。这些工艺包括电化学加工、电火花加工、激光加工、水射流加工等。这些工艺在一些特殊应用中发挥了独特的作用,如加工硬质材料、复杂结构件以及某些微小零件等。公差与配合的基本概念公差的概念公差是指在制造或测量中允许的尺寸范围。它可以确保部件能正常装配和使用。公差的大小取决于制造精度和部件的用途。配合的概念配合是指两个相配合的零件之间的间隙或干涉量。合理的配合有利于零件的装配和使用寿命。配合可分为过渡配合、干涉配合和间隙配合等类型。公差的分类与表示方法公差尺寸分类公差分为上公差和下公差。上公差指允许尺寸大于标称尺寸的最大值，下公差指允许尺寸小于标称尺寸的最大值。这些数值通常以数字和符号的形式表示。公差尺寸表示方法公差通常用两种方法表示:一是在制图时在尺寸后标注公差值,如20±0.1;二是使用公差等级,如IT7等。这两种方法各有优缺点,需根据具体情况选择。公差等级选择不同的零件和应用场景对应着不同的公差等级要求。例如,对精密零件来说需要选用较小的公差等级,而大尺寸构件可选用较大公差等级。配合的分类与选择原则配合分类按尺寸公差、配合对象、接触面积、使用环境等不同标准将配合划分为多种类型。选择原则根据工艺要求、使用条件、成本等因素来选择合适的配合方式。保证产品质量和使用性能。配合精度选择合适的配合精度可提高产品性能和使用寿命,但需权衡制造成本。表面质量及其测量技术表面质量是机械零件性能和使用寿命的重要因素。通过各种测量技术,如粗糙度测量、光泽度测量和轮廓测量等,可以准确评估零件表面的质量状况,为生产、检验和维修提供重要依据。表面质量的测量不仅能反映零件表面的几何特征,也能揭示表面材料的物理化学性能,对于提高产品质量、优化加工工艺和分析故障原因具有重要意义。材料成分与性能指标1材料成分材料的化学组成决定了其基本性能,例如金属材料的强度、耐腐蚀性和热传导性等。合理控制材料成分是确保产品质量的关键。2机械性能材料的拉伸强度、屈服强度、硬度和韧性等是衡量机械性能的主要指标,需要根据产品要求进行优化。3物理性能材料的密度、熔点、导电性和耐热性等物理特性也会影响产品的使用性能,需要将这些因素纳入考虑范围。4化学性能材料的耐腐蚀性、耐化学性和耐老化性等都是重要的化学性能指标,确保产品在特定环境下的使用寿命。材料的分类和选择原则金属材料包括钢铁、有色金属等，具有良好的机械性能和加工性能。选择时需考虑成本、强度、耐腐蚀等因素。陶瓷材料以氧化物、碳化物等为主，具有优异的耐高温和耐磨性。用于制造工艺装备和特种零件。复合材料由两种或两种以上不同材料组成，具有优于单一材料的性能。应用于航空航天、交通等领域。选材原则根据使用环境、工艺要求、成本因素等选择最佳材料，确保制造过程和使用性能。机械制图的基本内容图纸类型机械制图包括基本视图图、断面图、剖视图、局部放大图等多种类型的图纸,用以准确表达零件的形状、尺寸、公差和材料等信息。尺寸标注尺寸标注是制图的核心内容,包括直线尺寸、角度尺寸和坐标尺寸,遵循统一的标注规则和方法。公差标注公差标注指明零件的允许误差范围,确保可靠的产品质量,是制图的重要内容之一。技术说明制图还包括材料、工艺、热处理等技术说明,为零件的制造和装配提供必要的信息。机械制图的基本原则1视图合理呈现选择恰当的视图角度,使零件结构能够清晰准确地表达。2尺寸标注完整在图纸上标注必要的尺寸,确保零件制造和装配的精度。3公差要求合理根据产品用途和工艺条件,合理设置公差,满足产品质量要求。4制图图形规范遵循机械制图的标准符号和线型,确保图纸表达清晰有效。机械零件的典型结构机械零件是组成机械设备的基本单元。常见的机械零件包括轴、轴承、齿轮、楔键、销等。每种零件都有其独特的结构特点,以满足不同的功能需求,如传递力矩、实现运动、支撑承载等。零件结构设计需要考虑强度、刚度、效率、成本等因素,确保机械设备能够可靠、高效地运行。机械装配图的基本要素零件识别机械装配图应包含所有需要装配的零件信息,并以爆炸图的形式清晰地展示每个零件及其位置关系。尺寸标注装配图中应该标注每个零件的关键尺寸,以确保零件能够正确地装配到整机上。装配顺序装配图应该清楚地表示出正确的装配顺序,以便于生产人员正确地完成整个装配过程。典型机械零件装配过程1准备工作检查零件是否完好无损，准备必要的工具和辅助设备。2定位装配根据装配图进行定位和对准，确保零件能正确组装。3紧固连接使用螺栓、焊接等方式进行稳固连接，确保装配质量。4检查调试检查装配是否合格，必要时进行调试以确保机械性能。机械生产的基本设备切削机床如车床、铣床、钻床等,用于切削加工各种机械零件。能够高效地加工出所需的零件形状。焊接设备如电弧焊机、氧乙炔焊机等,用于将金属零件通过熔融连接的方式组装成完整的机械产品。铸造设备如铸造模具、浇铸系统、熔炼炉等,用于将金属熔融并浇注成所需形状的零件。锻造设备如锻造锤、压力机等,通过塑性变形的方式制造出所需的机械零件。可以加工出复杂形状的零件。机械生产的基本方式批量生产针对一定数量的产品,采用标准化生产线,提高生产效率和产品质量。定制生产根据客户的特殊需求,采用柔性生产方式,灵活制造个性化产品。样机研制在小批量生产阶段,通过不断改进原型,优化产品设计和性能。自动化生产采用机器人、数控设备等,提高生产效率,降低人工成本和错误率。机械制造的质量管理质量检查和测试采用严格的质量检查和测试标准,确保生产过程中各个环节的产品质量符合要求。全面质量管理建立健全的质量管理体系,从原材料采购、生产制造到成品交付,全程监控和管理产品质量。智能制造利用先进的工厂自动化技术和信息化系统,提高生产效率和产品质量的一致性。机械制造的经济效益生产成本降低高效的机械制造流程可以大幅降低材料消耗、能源使用和人工成本，提高企业盈利能力。产品质量提高先进的机械设备和精密测量技术可以确保产品质量稳定,减少返工和维修费用。