机械制造基础课件第一章

温度
时间
§1钢的热处理原理 一．钢在加热时的组织转变 1.实际转变温度、过热度与过冷度：
2．钢在加热时的组织转变
钢在加热到AC1以上温度时的组织转变
P (F+Fe3C ) A
孕育期：从保温到奥氏体形成，这段时间叫孕育 期 晶粒度分8级，晶粒度级别越小，晶粒越粗。 加热温度越高、保温时间越长、加热速度越慢， 则奥氏体晶粒越粗。
(三) 含碳量与组织、性能的关系
(四) 相图的应用： 铁碳合金相图主要用于铸造、锻造、焊接、 热处理等热加工工艺的制定
第四章 钢的热处理
§1钢的热处理原理
§2钢的热处理工艺
钢的热处理的定义
将钢在固态下加热到一定温度，并保持一 段时间，以适当的冷却速度进行冷却，以改变 钢的组织，从而获得预期性能的工艺方法。
2．冷却曲线及过冷度
实际结晶温度低于熔点，称为过冷，其差值为 过冷度。
冷却速度越大，过冷度也越大。
3.结晶过程 结晶过程=晶核形成+晶核成长
晶核来源：自发形核、外来形核
树枝晶的成长
尖端处散热快，温度低，过冷度大，成长动力大， 长得快，形成一次晶轴、二次晶轴等，直到晶间 填满。形成大小不一、方向不同的多晶体。
2．奥氏体A：
由C固溶于γ铁中形成的间隙固溶体，对碳的溶解度 1148℃时为 2.11% ， 727℃ 时为0.77% 。A是高温组 织，在727℃以上存在，其强度、硬度较低，塑性好。
3．渗碳体Fe3C：
由铁和碳形成的化合物，含碳量6.69％。硬度高，强 度低，塑性、韧性极差。是钢的主要强化相，其形状、 数量、大小及分布对性能有很大影响。
3．淬火方法
4.钢的淬透性 由表面至50％马氏体的距离为淬硬性深度 影响因素： 化学成分 加热温度和保温时间

例如：1.导电零件和电线首先考虑其材料的 导电性;
(金属材料中：银、铜、金、铝、铍、镁、 钼、钴、锌、镍、镉、铁、锡导电性依次减 弱)。 2.设计散热器、热交换器时考虑其材料的散热 性； 3.设计化工、医疗器械时考虑材料的耐蚀性； 4.设计机械零件时考虑材料的受力情况， 因此，选择材料时要考虑材料的力学性能。
根据载荷的作用 于零件上（子弹、火箭、大炮的发射， 性质载荷分为：汽车、飞机的碰撞）
C.交变载荷：大小和方向至少有一个随时间 周期性的变化。 （匀速运转的轴承、齿轮的啮合）
第一章 金属材料的性能及热处理
第一章 金属材料的性能及热处理
鸟巢设计者:the designer “鸟巢”是国内在建筑结构上首次使用
机械制造基础
甘肃省水利水电学校
教学重难点 2.了解常用的硬 度指标
教学目的 3.了解常用的硬 度指标
1.了解金属材 料的力学性能 及工艺性能的 概念
2.理解力-伸长曲 线示意图
1.了解常用的硬度 指标
授课方法： 讲授法 授课时数： 2课时 教学内容及 过程：
第一章 金属材料的性能及热处理
第一章 金属材料的性能及热处理
A:断后伸长率（%） L0：试样的原始标距（mm） LU:试样拉断后的标距（mm） 断后伸长量的示意图：
第一章 金属材料的性能及热处理
2.断面收缩率（Z）: 指试样拉断处横截面积的收缩量与原始横截面积 的百分比，用符号Z表示，其计算公式为：
Z S 0 SU X100%
Z:断面收缩率（S%0） S0：试样的原始横截面积（mm2） SU:试样拉断后的断口处的最小横截面积（mm） 注意：断面收缩率不受试样尺寸的影响，能比较 确切地反应金属材料的塑形。A、Z值越大，表示 金属材料的塑性越好。塑性好的金属易通过塑性 变形加工成形状复杂的零件。

试样拉 断后标
l1 l0 100%
A0 A1 100%
断后断 口截面
距长度
l0Байду номын сангаас
A0
积
试样原 始标距 长度
, 塑性
试样原始 截面积
l0 10d0时 ， 用 10或 表 示 ； l0 5d0时 ， 用 5表 示 。
.
硬度
定义：金属材料抵抗局部变形、压痕的能 力，称为硬度。 它是金属材料在静载时所 表现出的机械性能。
强度
判据
抗拉强度 金属材料在拉断前所能承 受的最大应力，以 b 表示。
b
Fb A0
(MPa)
拉断前最大载荷 试样原始截面积
机械零件或构件，通常不允许发生塑性变形，以屈 服点作为判据。脆性材料，断裂前基本不发生塑性 变形，以抗拉强度作为判据。
.
塑性
定义：金属材料产生塑性变形而不被破坏
的能力，以伸长率 或收缩率 表示： 试样拉
晶核的成长速度 速度越快，晶粒越粗。
过冷度增加，形核率与成长率增加， 但形核率远大于成长率，晶粒细。
.
关注“过冷度”的原因是由于其与晶粒 的大小相关，而晶粒大小又与材料的强 度、硬度等机械性能相关。
晶粒越小，晶粒之间晶界的强度越高， 材料的力学越高，所以晶粒越小越好。
哪些因素会影响晶粒的大小？
.
纯铁的晶体结构及其同素异晶 转变
晶格、晶胞和晶格常数 晶格：假设将原子抽象为一个结点，用 假想的直线连接结点，形成空间格架。 晶胞：把晶格中具有空间排列特征的最 小几何单元
.
纯铁的晶体结构及其同素异晶 转变
晶格常数：晶胞三 个棱边的长度称为
晶格常数，用a、b、 c表示，棱边之间的

但是离心铸件的内表面粗糙、尺寸误差大；铸件易产生成分 偏析和密度偏析。
离心铸造主要用于大批生产铸铁管、气缸套、铜套、双金属 轴承、无缝钢来自毛坯、造纸机滚筒、细薄成形铸件等。
§1-3 特种铸造 五、熔模铸造
1.熔模铸造的工艺过程 将液态金属浇入由蜡模熔失后形成的中空型壳中，从而获得精密 铸件的方法，称为熔模铸造或失蜡铸造。
§1-3 特种铸造 二、压力铸造
将液态金属高速压人铸型，使其在压力下结晶而获得铸件的方法 1. 压力铸造工艺过程
压型必须用合金工具钢来制造，并要进行严格的热处理。压型工 作时应保持120～280度的工作温度，并定期喷刷涂料。
§1-3 特种铸造 2.压力铸造的特点及应用范围
(1)生产率高，生产过程易于机械化和自动化。
低熔点合金铸件。
三、挤压铸造
挤压铸造也称“液态模锻”，是对进入 挤压模内的液态金属施加较高的机械压 力，使其凝固成为铸件的铸造方法。
1. 挤压铸造的工艺过程
挤压铸造
挤压铸造与压力铸造的主要区别是:
挤压铸造 压力铸造
充型速度(m/s ) 凝固过程
0.1～0.4 15～100
压力下结晶并产生 塑性变形
② 原材料价贵，铸件成本高。
主要用来生产形状复杂、精度要求较高或难以切削加工的小型 合金铸件。在航空、船舶、汽车、机床、仪表、刀具和兵器等行 业得到了广泛应用。
§1-3 特种铸造 六、消失模铸造
用泡沫塑料模样造 型后，不取出模样、 直接浇注，使模样气 化消失而形成铸件的 方法，称为消失模铸 造。
1. 负压消失模铸 造工艺过程
机械制造技术基础
第1章 铸造工艺
华中科技大学机械学院
机械制造技术基础
第1章 铸造工艺

IT7~IT8 IT6~IT7
IT5
0.4~0.8 0.1~0.4
以亚泰老总黄来兴的一句话开始
现在的大学生都愿意在办公室画图，我们的主 要图纸都是购买或测绘的。
懂工艺的太少，我们是有图做不出来。
.
1
一 机械制造基础知识
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 第八节 第九节 第十节
机械的生产过程和工艺过程
零件的工艺分析
ห้องสมุดไป่ตู้
(重点)
毛坯的选择
元件装夹和定位基准的选择（难点）
加工
（续） 结构工艺性好
同一宽度尺寸的退刀槽， 使用一把刀具即可加工
加工面减小，节省工时， 减少刀损耗且易保证平面 度要求
内壁孔出口处平整，钻孔 方便，易保证孔中心位置
将阶梯轴的两个键槽设计 在同一方向上，一次装夹 即可对两个键槽加工
.
23
第三节 毛坯的选择
选择毛坯的基本任务是选定毛坯的制造方法及其 制造精度。
产品品种基本固定，但数 量少，品种较多，需要周期性 地轮换生产，大多数工作地点 的加工对象是周期性的变换。
产品品种固定，每种产品数
量很大，大多数工作地点的加工
的对象固定不变。例如，汽车、
轴承制造等一般属于大量生产。
.
10
表1-4 各种生产类型工艺过程的主要特点
生产类型 工艺特征
工件的互换性
单件生产
.
3
二 工艺过程及其组成
1．工艺过程
把生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相 对位置和物理、力学性能等，使其成为成品或半成品 的过程称为工艺过程。
工艺过程可根据其具体工作内容分为铸造、 锻造、冲压、焊接、机械加工、热处理、 表面处理、装配等不同的工艺过程。

ABS
优点：它具有良好的光泽，且质硬、坚韧， 它具有良好的综合机械性能， 它具有良好的耐化学腐蚀 是良好的壳体材料。它易于印刷以及电镀 特别适用于作家用电器外壳及 性和表面硬度、耐冲击性、 等表面处理 缺点：ABS耐气候性差，易 各种制品的外壳，还可做一些 良好的刚性和流动性 受阳光的作用，变色，变脆 非承重载荷结构件 优点：AAS主要是为了解决ABS的不耐气 由于其具有良好的耐气候和耐 它是不透明的微黄色颗粒， 候性而研究的。其耐气候性比ABS高10倍 老化性能，故可以代替ABS用 略重于水，具有坚韧、硬 以上，同时，加工性能也好于ABS 缺点： 于生产在室外和光照的场合下 质和刚性的特征 它耐气候性差，易受阳光的作用而变色、 使用的外壳和结构件 变脆 优点：ACS的机械性能略高于ABS，其耐 它是不透明的微黄色颗粒， 室外环境、耐气候性高于ABS 10倍，也 具有坚韧、硬质和刚性的 优于AAS。ACS的热稳定性优于ABS，加 特征 工不易变色 缺点：不耐有机溶剂 它是一种透明的颗粒，略 重于水。其表面有较高的 光泽，制品有坚韧、硬质 和刚性的特征 优点：AS具有较高的透明性和良好的机 械性能，耐化学腐蚀，耐油脂，印刷性能 良好，是优秀的透明制品的原料 缺点： 它对缺口非常敏感，有缺口就会有裂纹， 不耐疲劳，不耐冲击 它也常用于代替ABS生产在室 外和光照的场合使用的外壳和 结构件

4．材料的疲劳强度
（1）认识交变载荷。有许多机械零件（如轴、齿轮、连 杆及弹簧等）在工作过程中受到大小、方向随时间呈周 期性变化的载荷作用，这种载荷称为交变载荷。 （2）认识疲劳强度。疲劳强度是指金属材料在无数次重 复交变载荷作用下，能承受不被破坏的最大应力。 （3）疲劳破坏的原因。疲劳断裂的原因一般认为是由于 材料表面与内部的缺陷造成局部应力集中，形成微裂纹。 这种微裂纹随应力循环次数的增加而逐渐扩展，使零件 的有效承载面积逐渐减小，以至于最后承受不起所加载 荷而突然断裂。

（2）进给运动
进给运动是指使新的金屑层不断投入切削过程，使其在所需方向上使切 削得以继续下去的运动。进给运动可由一个或多个运动组成。一般情况下，进 给运动的速度较低、消耗功率较小，是形成已加工表面的辅助运动。进给运动 可以是连续的，也可以是间歇的。
机械制造基础
第一章 金属切削过程
刨、钻、铣削时的切削运动如下图所示：
mm
式中 dm — 已加工表面直径（mm）。
dw — 待加工表面直径（mm）。
机械制造基础
第一章 金属切削过程
二、刀具切削部分的基本定义 1. 刀具切削部分的构造要素
虽然用于切削加工的刀具种类繁多，但刀具切削部分的组成却有共同点。 车刀的切削部分可看作是各种刀具切削部分最基本的形态。刀具切削部分的 构造要素如下图所示。
为了在设计、制造、刃磨和测量刀具的过程中，能够正确、统一地确定刀 具角度，ISO制订了一套刀具标注角度参考系。
（1）确定刀具标注角度参考系的假定工作条件 假定运动条件：假定的进给速度很小，即可用主运动向量Vc近似代替合成 运动向量Ve。 假定安装条件：假定标注角度参考系的诸平面平行或垂直与刀具的安装定 位平面或轴线。 刀具的标注角度参考平面就是在以上假定条件下确定的。
vc
π dn 1000
m/s或m/min
式中 d — 工件或刀具上某一点的回转直径（mm) n — 工件或刀具的转速（r/s 或r/min）
机械制造基础
第一章 金属切削过程
（2）进给速度、进给量、每齿进给量
进给速度是单位时间内，刀具相对于工件在进给方向上的位移量，记作vf， 单位为mm/s或mm／min。
机械制造基础
其它切削加工的切削运动及工件表面
第一章 金属切削过程

第一章 金属材料的基本知识
工程材料可分为：
➢ 金属材料 ➢ 高分子材料 ➢ 陶瓷材料 ➢ 复合材料
金属材料在现代生产及人们的日常生活中占 有极其重要的地位。金属材料的品种繁多、 性能各异，并能通过适当的工艺改变其性能。 金属材料的性能由材料的成分、组织及加工 工艺来确定。掌握各种材料的性能对材料的 选择、加工、应用，以及新材料的开发都有 着非常重要的作用。
• 碳/碳复合材料构件制造技术
碳/碳复合材料（C/C）的最显著的优点是 耐高温（1800～2000℃）和低密度（约 1.9g/cm3）。美、法、俄等研制的C/C复 合材料部件有：燃烧室喷嘴、加力燃烧室 喷管、涡轮和导向叶片、整体涡轮盘、涡 轮外环等。美国将整体涡轮盘在1760℃进 行了地面超转试验。C/C构件的关键制造技 术包括碳纤维预制体的设计与制备、C/C的 致密化技术和C/C防氧化涂层的设计与制造
材料在弹性范围内，应力与应变成正比， 其比值E=σ/ε称为弹性模量，单位为MPa。 弹性模量E标志着材料抵抗弹性变形的能力， 用以表示材料的刚度。E值的大小主要取决
于各种材料的本性，一些处理方法（如热
处理、冷热加工、合金化等）对它影响很 小。
需要注意的是，材料的刚度不等于机件的刚 度，机件的刚度除与材料的刚度有关外，还 与机件的结构有关
三、目前在新材料和新材料构 件制造技术出现了以下一些 新的突破点
• 轻合金材料
发展轻量化合金材料技术，建立铝、 镁合金半固态与挤压铸造、镁合金超 塑性成型与钛合金成型技术、高温铝 合金粉末与铝基复材，开发高热传导 率铝基碳铁复合材料、发泡铝板成型 与轨道车辆轻量化技术
• 金属基复合材料构件制造技术
• 陶瓷基复合材料构件制造技术
连续纤维增韧陶瓷基复合材料（CMC）耐 温高，密度低，具有类似金属的断裂行为， 对裂纹不敏感，不发生灾难性的损毁。其 中，连续纤维增韧碳化硅复合材料包括 C/SiC和SiC/SiC两种。C/SiC和SiC/SiC的 密度分别为1.8～2.1g/cm3和2.4～ 2.6g/cm3，SiC基CMC的最高工作温度为 1650℃，C/SiC和SiC/SiC可分别在有限寿 命和长寿命条件下使用。主要应用于高性 能航空发动机的涡轮