机械制造工程原理(第九章)

9-1答退火：将钢加热到一定温度，并保温到一定时间后，随炉缓慢冷却的热处理方法。

主要用来消除内应力、降低硬度，便于切削。

正火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，空冷或风冷的热处理方法。

可消除内应力，降低硬度，便于切削加工；对一般零件，也可作为最终热处理，提高材料的机械性能。

淬火：将钢加热到一定温度，保温一定时间后，浸入到淬火介质中快速冷却的热处理方法。

可提高材料的硬度和耐磨性，但存在很大的内应力，脆性也相应增加。

淬火后一般需回火。

淬火还可提高其抗腐蚀性。

调质：淬火后加高温回火的热处理方法。

可获得强度、硬度、塑性、韧性等均较好的综合力学性能，广泛应用于较为重要的零件设计中。

表面淬火：迅速将零件表面加热到淬火温度后立即喷水冷却，使工件表层淬火的热处理方法。

主要用于中碳钢或中碳合金钢，以提高表层硬度和耐磨性，同时疲劳强度和冲击韧性都有所提高。

渗碳淬火：将工件放入渗碳介质中加热，并保温一定时间，使介质中的碳渗入到钢件中的热处理方法。

适合于低碳钢或低碳合金钢，可提高表层硬度和耐磨性，而仍保留芯部的韧性和高塑性。

9-2解见下表9-3解查教材表 9-1，Q235的屈服极限查手册 GB706-88标准，14号热轧工字钢的截面面积则拉断时所所的最小拉力为9-4解查教材表9-1，45钢的屈服极限许用应力把夹紧力向截面中心转化，则有拉力和弯距截面面积抗弯截面模量则最大夹紧力应力分布图如图所示图 9.3 题9-4解图9-5解查手册，查手册退刀槽宽度，沟槽直径，过渡圆角半径，尾部倒角设所用螺栓为标准六角头螺栓，对于的螺栓，最小中心距，螺栓轴线与箱壁的最小距离。

9-6解查手册，当圆轴时，平键的断面尺寸为且轴上键槽尺寸、轮毂键槽尺寸。

图 9.5 题9-6解图9-7解（1）取横梁作为示力体，当位于支承右侧处时由得由得由得由得（ 2）横梁弯矩图图 9.7 题9-7解图（ 3）横梁上铆钉组的载荷力矩水平分力垂直分力9-8解水平分力在每个铆钉上产生的载荷垂直分力在每个铆钉上产生的载荷力矩在每个铆钉上产生的载荷各力在铆钉上的方向见图所示图 9.9 题9-8解图根据力的合成可知，铆钉 1的载荷最大9-9解铆钉所受最大载荷校核剪切强度校核挤压强度均合适。

习题集简答题部分答案第一部分工程材料1．什么是工程材料？按其组成主要分为哪些类型?答：工程材料主要指用于机械工程和建筑工程等领域的材料。

按其组成主要分为：金属材料、高分子材料、无机非金属材料、复合材料。

2．金属的实际晶体中存在哪些晶体缺陷？它们对性能有什么影响？答：在实际金属中存在的缺陷有点缺陷（空位和间隙原子）、线缺陷（位错）和面缺陷（晶界）3种类型。

一般情况下，晶体缺陷的存在可以提高金属的强度，但是晶体缺陷的存在常常降低金属的抗腐蚀性能。

3．什么是细晶强化？生产中主要采取哪些措施细化晶粒？答：一般情况下金属的强度、塑性和韧性都随晶粒的细化而提高，称细晶强化。

因此，在生产中常采取增加冷却速度和变质处理来细化晶粒以改善力学性能。

生产中主要采取以下3种措施细化晶粒：（1）增加冷却速度可增大过冷度，使晶核生成速率大于晶粒长大速率，因而使晶粒细化。

但增加冷却速度受铸件的大小、形状的限制。

（2）变质处理是在液态金属中加少量变质剂(又称孕育剂)作为人工晶核，以增加晶核数，从而使晶粒细化。

（3）在结晶过程中采用机械振动、超声波振动和电磁振动，也有细化晶粒的作用。

4．什么是金属的热处理？有哪些常用的热处理工艺？答：金属热处理就是通过加热、保温和冷却来改变金属整体或表层的组织，从而改善和提高其性能的工艺方法。

金属热处理工艺可分为普通热处理（主要是指退火、正火、淬火和回火等工艺）、表面热处理（包括表面淬火和化学热处理）和特殊热处理（包括形变热处理和真空热处理等）。

5．钢退火的主要目的是什么？常用的退火方法有哪些？答：钢退火的主要目的是：①细化晶粒，均匀组织，提高机械性能；②降低硬度，改善切削加工性；③消除残余内应力，避免钢件在淬火时产生变形或开裂；④提高塑性、韧性，便于塑性加工⑤为最终热处理做好组织准备。

常用的退火方法有完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、扩散退火、再结晶退火。

6．钢正火的主要目的是什么？正火与退火的主要区别是什么？如何选用正火与退火？答：钢正火的主要目的是①细化晶粒，改善组织，提高力学性能；②调整硬度，便于进行切削加工（↑HB)；③消除残余内应力，避免钢件在淬火时产生变形或开裂；④为球化退火做好组织准备。

机械制造基础第六至九章(答案)第六章～第九章一、名词解释：1．切削速度：切削速度是切削刃选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。

（P158）2．进给量：刀具在进给运动方向上相对于工件的位移量，用工件每转的位移量来表达和度量。

（P158）3．背吃刀量：在通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量，即工件待加工表面与已加工表面间的垂直距离。

（P159）4．前角0：在正交平面中测量的刀具前面与基面间的夹角。

（P165）5．后角0：在正交平面内测量的刀具后面与切削平面间的夹角。

（P165）6．主偏角r：在基面内测量的主切削平面与假定工作平面之间的夹角。

（P165）7．副偏角r：在基面内测量的副切削平面与假定工作平面之间的夹角。

（P165）8．积屑瘤：切削塑性材料时，在刀尖部位黏结着一小块很硬的金属楔块，称为积屑瘤。

(P170)9．刀具耐用度：刀具耐用度是指刀具由开始切削一直到达到磨钝标准为止的切削时间，即刀具两次刃磨间的切削时间。

(P172)10．（铣削）背吃刀量：指平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸。

周铣时是已加工表面宽度，端铣时是切削层深度。

（P196）11．（铣削）侧吃刀量：指垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。

周铣时是指切削层深度，端铣时是指已加工表面宽度。

（P196）12．顺铣：在铣刀与工件已加工表面的切点处，铣刀切削刃的旋转运动方向与工件进给方向相同的铣削称为顺铣。

（P203）13．逆铣：在铣刀与工件已加工表面的切点处，铣刀切削刃的旋转运动方向与工件进给方向相反的铣削称为逆铣。

（P204）14．展成法：展成法是指利用齿轮刀具与被切齿轮在专用齿轮加工机床上按展成原理切出齿形的加工方法。

（P247）'二、填空题：1．车削的主运动是工件的旋转运动，车削的进给运动是车刀纵向或横向移动。

（P158）2．切削用量包括切削速度、进给量和背吃刀量。

（P158）3．卧式车床的组成部分主要有：主轴箱、进给箱、溜板箱、光杠、丝杠、刀架和滑板、尾座、床身及床腿等。

第九章制造技术的新发展制造哲理学习要点：了解批量法则、成组技术、计算机集成制造、并行工程、敏捷制造等重要制造哲理和先进生产模式。

本节从“大制造”的概念出发，阐述对整个制造过程具有全局性指导意义的一些重要制造哲理。

9.1 批量法则（Batch Rule）大批量生产方式的产生及其特点工业革命以后，至20世纪初，以机器代替人力成为生产的主要方式，大大促进了生产力的发展，并形成了现代意义上的机械制造业。

但生产方式仍以作坊式的单件生产为主，由于机器精度不高，产品质量主要靠从业人员的技艺来保证，故称为"技艺"型生产时代。

此时的工厂组织结构仍较分散，管理层次仍较简单，通常由业主或代办直接与顾客、雇员和协作商联系。

这种生产方式的生产率仍然较低，且生产周期较长，产品价格居高不下。

20世纪初，美国福特汽车公司首先在底特律建立了世界上第一条自动生产线，标志着大批量生产方式（Mass Production）的开始。

由于机器精度的提高，工件加工质量容易得到保证，工人的技艺变得不再那么重要了。

加上互换性原理的推行，汽车装配不再使用锉刀或刮刀，工人只需进行一些诸如按按钮、拧螺丝、焊接、涂漆等基本操作。

装配流水线按一定的节拍运转，每个工人日复一日地重复一种简单的机械动作，完成一种固定的操作。

与"技艺"型生产方式相比，在大批量生产方式下，多数从业人员不再需要很高的技术水平，而只需进行简单的培训，即可上线工作。

这种生产方式大大缩短了生产周期，提高了生产效率，降低了生产成本，并使产品质量容易得到保证。

大批量生产方式的推行，促进了生产力的巨大发展，使美国一跃成为世界一流经济强国。

大批量生产（Mass Production）方式也一度成为先进生产力的代表和当代工业化的象征。

大批量生产与多品种、中小批量生产相比具有以下特点：1）生产的产品产量大而品种少，重复生产一种或少数几种相类似的产品，工艺过程和生产条件稳定，大多数工作地固定完成一、二道工序，专业化程度高。

首第九章机械设计方法简介§9-1常规设计方法§9-2现代设计方法§9-3创新设计方法§9-4反求设计方法首§9-1常规设计方法机械设计方法对机械产品的性能有决定作用机械设计方法分为：常规设计方法（传统设计方法），现代设计方法，创新设计方法。

他们之间有区别，也有共同性。

传统的常规机械设计方法，是以实践经验为基础，依据力学和数学建立的理论公式和经验公式，运用图表和手册等技术资料，进行设计计算、绘图和编写设计说明。

一个完整的常规机械设计主要由下面的各个阶段所组成首完整的常规机械设计由下面几个阶段所组成：1. 市场需求分析2.明确机械产品的功能目标3.方案设计4. 技术设计阶段1) 机构设计2) 机构系统设计(协调设计)3) 结构设计4) 总装设计5) 制造样机在常规机械设计过程中，也包含了设计人员的大量创造性成首§9-2 现代设计方法1.计算机辅助设计2.可靠性设计3.优化设计4.动态设计5.并行设计6.虚拟设计7.绿色设计首1 .计算机辅助设计•（1)概述•计算机辅助设计：(Computer Aided Design－CAD)：•是指在设计活动中，利用计算机及工程设计软件作为工具，帮助工程技术人员进行设计的一切有关技术的总称。

•（2）计算机辅助设计系统的构成•硬件系统：计算机主机、输入设备、输出设备、图形显示器、外存储器及其它通信接口。

•软件系统：系统软件平台、支撑软件和应用软件三个层次所构成。

2 .可靠性设计首（1）可靠性设计的概念可靠性设计是指把概率论、数理统计理论和可靠度指标引入到机械设计过程的新的设计方法。

（2）与传统设计的区别a传统设计是以许用应力或安全系数来判断机械零件是否满足工作要求或是否失效。

可靠性设计的指标是产品的可靠性与可靠度。

（3）可靠性设计的理论以应力—强度干涉理论为基础（4）机械强度可靠性设计过程（5）机械强度可靠性设计（6）机械系统可靠性设计首`强度分布强度变化不安全应力分布常规设计最初的安全度实际安全裕量t0t1tS Sab应力－强度分布曲线的相互关系首载荷统计和概率分布应力计算几何尺寸分布和其它随机因素分布干涉模型应力统计和概率分布机械强度可靠性设计材料机械性能统计和概率分布强度计算强度统计和概率分布机械强度可靠性设计过程框图(5) 机械强度可靠性设计首1）首先应明确机械产品的工作时间，不同的工作时间具有不同的可靠度。

思考题与习题9-1外圆表面常用加工方法有哪些？如何选用？答：外圆表面常用的机械加工方法有车削、磨削和各种光整加工等。

车削加工是外圆表面最经济有效的加工方法，但就其经济精度来说，一般作为外圆表面粗加工和半精加工；磨削加工是外圆表面的主要精加工方法，特别适合各种高硬度和淬火后零件的精加工；光整加工是精加工之后进行的超精加工方法（如滚压、抛光、研磨等），适合某些精度和表面质量要求很高的零件。

由于各种加工方法所能达到的经济加工精度、表面粗糙度、生产率和生产成本各不相同，因此必须根据具体情况，选用合理的加工方法，从而加工出满足零件图纸要求的合格零件。

9-2砂轮的特征主要取决于哪些因素？如何进行选择？答：砂轮的特性主要是由磨料、粒度、结合剂、硬度、组织、形状和尺寸等因素决定的。

磨料是砂轮的主要组成成分，它应具有很高的硬度、耐磨性、耐热性和一定的韧性，以承受磨削时的切削热和切削力，同时还应具备锋利的尖角，以利磨削金属。

砂轮的粒度对磨削表面的粗糙度和磨削效率影响很大。

磨粒粗，磨削深度大，生产率高，但表面粗糙度值大。

反之，则磨削深度均匀，表面粗糙度值小。

所以粗磨时，一般选粗粒度，精磨时选细粒度。

磨软金属时，多选用粗磨粒，磨削硬而脆的材料时，则选用较细的磨粒。

结合剂是把磨粒粘结在一起组成磨具的材料。

砂轮的强度、抗冲击性、耐热性及耐腐蚀性，主要取决于结合剂的种类和性质。

砂轮硬度是指砂轮工作时，磨粒在外力作用下脱落的难易程度。

砂轮硬，表示磨粒难以脱落；砂轮软，表示磨粒容易脱落。

砂轮硬度的选用原则是：工件材料硬，砂轮硬度应选用软一些，以便砂轮磨钝磨粒及时脱落，露出锋利的新磨粒继续正常磨削；工件材料软，因易于磨削，磨粒不易磨钝，砂轮应选硬一些。

但对于有色金属、橡胶、树脂等软材料磨削时，由于切屑容易堵塞砂轮，应选用较软砂轮。

粗磨时，应选用较软砂轮；而精磨、成形磨削时，应选用硬一些的砂轮，以保持砂轮必要的形状精度。

砂轮的组织是指组成砂轮的磨粒、结合剂、气孔三部分体积的比例关系。