機(jī)械制造基礎(chǔ)緒論金屬材料的力學(xué)性能

1、第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 1.1 機(jī)械的一般概念物體物體組合組合實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)能量能量轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換機(jī)械機(jī)械機(jī)械是物體的組合，假定力加到其各個(gè)部分也難以變形這些物體必須實(shí)現(xiàn)相互的、單一的、規(guī)定的運(yùn)動(dòng)把施加的能量轉(zhuǎn)變?yōu)樽钣杏玫男问?，或轉(zhuǎn)變?yōu)橛行У臋C(jī)械功123一、機(jī)械的概念機(jī)械的概念第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 1.1 機(jī)械的一般概念二、機(jī)械與機(jī)械產(chǎn)品一般認(rèn)為機(jī)械是一切具有確定的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)器和機(jī)構(gòu)的總稱，如機(jī)床、拖拉機(jī)等。機(jī)械產(chǎn)品指的是以金屬材料作為主要原材料，通過鑄造、鍛造、車、銑、刨、磨和鉗等各種機(jī)械加工方式加工而成的產(chǎn)品。概念循環(huán)機(jī)械機(jī)械產(chǎn)品機(jī)械機(jī)械產(chǎn)品機(jī)械本身就是一種機(jī)械

2、產(chǎn)品機(jī)械產(chǎn)品也可能就是機(jī)械第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 1.1 機(jī)械的一般概念三、機(jī)械與人的關(guān)系生老病死吃喝玩樂機(jī)械產(chǎn)品人的一生第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 四、機(jī)械產(chǎn)品的分類四、機(jī)械產(chǎn)品的分類1.1 機(jī)械的一般概念第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 四、機(jī)械產(chǎn)品的分類四、機(jī)械產(chǎn)品的分類1.1 機(jī)械的一般概念機(jī)械的一般概念第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 四、機(jī)械產(chǎn)品的分類四、機(jī)械產(chǎn)品的分類1.1 機(jī)械的一般概念機(jī)械的一般概念第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 一、相關(guān)概念一、相關(guān)概念1.2 機(jī)械制造的一般過程機(jī)械制造的一般過程生產(chǎn)過程：指產(chǎn)品由生產(chǎn)過程：指產(chǎn)品由原材料

3、到成品原材料到成品之間各個(gè)相互之間各個(gè)相互聯(lián)系的勞動(dòng)過程的總和。聯(lián)系的勞動(dòng)過程的總和。工藝過程：在機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，通過工藝過程：在機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，通過改變改變生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)生產(chǎn)對(duì)象的形狀、尺寸、相對(duì)位置和性質(zhì)等，使其等，使其成為成為半成品半成品或者或者成品成品的過程。的過程。機(jī)械工藝過程：指采用機(jī)械加工的方法，機(jī)械工藝過程：指采用機(jī)械加工的方法，直接改直接改變毛坯的形狀變毛坯的形狀 尺寸和表面質(zhì)量尺寸和表面質(zhì)量等，使其成為等，使其成為零件零件的過程。的過程。第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 1.2 機(jī)械制造的一般過程機(jī)械制造的一般過程第第1章章 機(jī)械制造概

4、述機(jī)械制造概述 二、自動(dòng)化制造系統(tǒng)二、自動(dòng)化制造系統(tǒng)1.2 機(jī)械制造的一般過程機(jī)械制造的一般過程（一）、剛性自動(dòng)化生產(chǎn)（一）、剛性自動(dòng)化生產(chǎn)（1 1）、剛性半自動(dòng)化單機(jī)）、剛性半自動(dòng)化單機(jī)（2 2）、剛性自動(dòng)化單機(jī)）、剛性自動(dòng)化單機(jī) （3 3）、剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線）、剛性自動(dòng)化生產(chǎn)線（二）、柔性制造單元（二）、柔性制造單元fmcfmc（三）、柔性制造系統(tǒng)（三）、柔性制造系統(tǒng)fmsfms（四）、柔性制造線（四）、柔性制造線fmlfml（五）、柔性裝配線（五）、柔性裝配線falfal（六）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（六）、計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（cimscims）第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 三、零件

5、的生產(chǎn)過程三、零件的生產(chǎn)過程1.2 機(jī)械制造的一般過程機(jī)械制造的一般過程材料選擇材料選擇毛坯制造毛坯制造預(yù)先熱處理預(yù)先熱處理機(jī)械加工機(jī)械加工最終熱處理最終熱處理檢驗(yàn)檢驗(yàn)合格產(chǎn)品合格產(chǎn)品第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 四、零件的裝配過程四、零件的裝配過程1.2 機(jī)械制造的一般過程機(jī)械制造的一般過程裝配是指將零件按規(guī)定的技術(shù)要求組裝起來，并經(jīng)過裝配是指將零件按規(guī)定的技術(shù)要求組裝起來，并經(jīng)過調(diào)試、檢驗(yàn)使之成為合格產(chǎn)品的過程調(diào)試、檢驗(yàn)使之成為合格產(chǎn)品的過程。第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 一、毛坯的制造一、毛坯的制造1.3 機(jī)械制造的基本環(huán)節(jié)機(jī)械制造的基本環(huán)節(jié)1 1、什么是毛坯？、什么是毛

6、坯？2 2、毛坯的種類、毛坯的種類常見的毛坯種類有以下幾種：常見的毛坯種類有以下幾種： （1 1）鑄件）鑄件 （2 2）鍛件）鍛件 （3 3）型材）型材 （4 4）焊接件）焊接件 （5 5）其它毛坯）其它毛坯3 3、毛坯的選擇、毛坯的選擇（1 1）零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)）零件的生產(chǎn)綱領(lǐng)（2 2）零件材料的工藝性）零件材料的工藝性（3 3）零件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸）零件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸（4 4）現(xiàn)有的生產(chǎn)條件）現(xiàn)有的生產(chǎn)條件 第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 二、機(jī)械加工方法二、機(jī)械加工方法1.3 機(jī)械制造的基本環(huán)節(jié)機(jī)械制造的基本環(huán)節(jié)a、傳統(tǒng)機(jī)械加工的特征傳統(tǒng)機(jī)械加工的特征刀具材料比被加工材料硬。刀具材

7、料比被加工材料硬。 靠機(jī)械能（力的作用）去除多余的材料?？繖C(jī)械能（力的作用）去除多余的材料。 加工過程主要靠操作者的經(jīng)驗(yàn)來控制。加工過程主要靠操作者的經(jīng)驗(yàn)來控制。 自動(dòng)化程度相對(duì)較低，生產(chǎn)效率不高，精度較低。自動(dòng)化程度相對(duì)較低，生產(chǎn)效率不高，精度較低。車銑刨磨鉆鏜拉擴(kuò)第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 1.4現(xiàn)代制造技術(shù)現(xiàn)代制造技術(shù)a)a)現(xiàn)代加工技術(shù)現(xiàn)代加工技術(shù)線切割、激光切削加工、電火花加工線切割、激光切削加工、電火花加工b)b)新材料新材料c) c) 新的切削方式新的切削方式高壓水切割高壓水切割激光切割激光切割電火花電火花線切割線切割一、現(xiàn)代加工中的新事物一、現(xiàn)代加工中的新事物第第1章

8、章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 1.4現(xiàn)代制造技術(shù)現(xiàn)代制造技術(shù)二、數(shù)控技術(shù)二、數(shù)控技術(shù)目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。要研究熱點(diǎn)有以下幾個(gè)方面。（1 1）高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢）高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢（2 2）5 5軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展（3 3）智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)）智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā) 展的主要趨勢展的主要趨勢（4 4）重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立）重視新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的建立第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概

9、述 1.4現(xiàn)代制造技術(shù)現(xiàn)代制造技術(shù)三、三、cad/cam/capp（1 1）cadcad即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)即計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(cad-computer aided (cad-computer aided design) design)（2 2）cam (computer aided manufacturingcam (computer aided manufacturing，計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī) 輔助制造輔助制造) )（3 3）cappcapp（computer aided process planningcomputer aided process planning）（4 4）cae(computer

10、 aided engineering)cae(computer aided engineering)（5 5）pdmpdm（product data managementproduct data management）。）。 第第1章章 機(jī)械制造概述機(jī)械制造概述 1.5 思考與練習(xí)觀察你身邊的機(jī)械產(chǎn)品，他們都屬于那些類型的機(jī)械產(chǎn)品，都有什么特點(diǎn)，對(duì)工作環(huán)境有什么要求。觀察和思考新技術(shù)和新材料對(duì)機(jī)械制造和環(huán)節(jié)保護(hù)的相互依存關(guān)系。通過現(xiàn)場觀察對(duì)照課程中相應(yīng)的機(jī)械產(chǎn)品圖例，比較產(chǎn)品的異同點(diǎn)。思考當(dāng)今時(shí)代怎樣才能成為一名優(yōu)秀的機(jī)械制造工程師。認(rèn)識(shí)學(xué)習(xí)的思路和方法，思考怎樣才能抓緊時(shí)代脈搏，學(xué)好先進(jìn)的制

11、造技術(shù)。效率和質(zhì)量是企業(yè)的生命，思考提升效率和提高產(chǎn)品質(zhì)量的措施主要有哪些。第第2章章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能2.1減速器零部件材料性能的確定說明一、減速器的零部件構(gòu)成一、減速器的零部件構(gòu)成圖2-1齒輪軸實(shí)體圖傳動(dòng)零件（齒輪或蝸桿）、傳動(dòng)零件（齒輪或蝸桿）、軸、軸承、箱體及其附件軸、軸承、箱體及其附件所組成。所組成?；窘Y(jié)構(gòu)：基本結(jié)構(gòu)：1）齒輪、軸及軸承組合；）齒輪、軸及軸承組合；2）箱體；）箱體；3）減速器附件）減速器附件第第2章章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能2.1減速器零部件材料性能的確定說明減速器零部件材料性能的確定說明二、材料性能分析的關(guān)鍵要素二、材料性能分析的

12、關(guān)鍵要素a)a) 材料的力學(xué)性能材料的力學(xué)性能b)b) 壓力加工性能壓力加工性能c)c) 焊接性能焊接性能 d)d) 熱處理性能熱處理性能 e)e) 切削加工性能切削加工性能 第第2章章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料力學(xué)性能基礎(chǔ)知識(shí)金屬材料力學(xué)性能基礎(chǔ)知識(shí)一、強(qiáng)度一、強(qiáng)度圖圖2-3低碳鋼力低碳鋼力-伸長曲線伸長曲線1）彈性變形階段彈性變形階段2）屈服變形階段屈服變形階段3）均勻塑性變形階段均勻塑性變形階段4）局部集中變形階段局部集中變形階段（縮頸）（縮頸）強(qiáng)度指標(biāo)：屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度。強(qiáng)度指標(biāo)：屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度。第第2章章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料

13、力學(xué)性能基礎(chǔ)知識(shí)二、塑性二、塑性斷裂前材料發(fā)生不可逆永久變形的能力稱為塑性。其計(jì)算公式為 =(l1- l0)/l0100% （2-4） 式中 試樣斷后伸長率，%; l0試樣原始標(biāo)距長度，mm; l1試樣拉斷后的標(biāo)距長度，mm。 試樣拉斷后，縮頸處橫截面面積的最大縮減量與原始橫截面面積的百分比稱為斷面收 縮率，其計(jì)算公式為 =(s0-s1)/s0100% （2-5） 式中 斷面收縮率，%; s0試樣原始橫截面面積，mm2; s1試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面面積，mm2。第第2章章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料力學(xué)性能基礎(chǔ)知識(shí)金屬材料力學(xué)性能基礎(chǔ)知識(shí)三、硬度三、硬度 劃痕硬度

14、劃痕硬度：如莫氏硬度如莫氏硬度 壓入硬度。壓入硬度。a)a) 布氏硬度布氏硬度b)b) 洛氏硬度洛氏硬度c)c) 維氏硬度維氏硬度 回跳硬度回跳硬度：如：如肖氏硬度肖氏硬度 顯微硬度顯微硬度 高溫硬度高溫硬度第第2章章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料力學(xué)性能基礎(chǔ)知識(shí)金屬材料力學(xué)性能基礎(chǔ)知識(shí)四、韌性四、韌性 韌性指的是材料的斷裂前吸收能量和進(jìn)行塑性韌性指的是材料的斷裂前吸收能量和進(jìn)行塑性變形的能力。與脆性相反，材料在斷裂前有較大變、變形的能力。與脆性相反，材料在斷裂前有較大變、斷裂時(shí)斷面常呈現(xiàn)外延形變，此形變不能立即恢復(fù)，斷裂時(shí)斷面常呈現(xiàn)外延形變，此形變不能立即恢復(fù)，其應(yīng)力其

15、應(yīng)力- -形變關(guān)系成非線性、消耗的斷裂能很大材形變關(guān)系成非線性、消耗的斷裂能很大材料。通常以沖擊強(qiáng)度的大小來衡量。韌性越好，則料。通常以沖擊強(qiáng)度的大小來衡量。韌性越好，則發(fā)生脆性斷裂的可能性越小。發(fā)生脆性斷裂的可能性越小。第第2章章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能2.2金屬材料力學(xué)性能基礎(chǔ)知識(shí)金屬材料力學(xué)性能基礎(chǔ)知識(shí)五、疲勞強(qiáng)度五、疲勞強(qiáng)度 許多機(jī)械零件，如軸、齒輪、軸承、葉片、彈許多機(jī)械零件，如軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等，在工作過程中各點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間作周期的簧等，在工作過程中各點(diǎn)的應(yīng)力隨時(shí)間作周期的變化，這種隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力稱為交變變化，這種隨時(shí)間作周期性變化的應(yīng)力稱為交變應(yīng)

16、力（也稱循環(huán)應(yīng)力）。在交變應(yīng)力的作用下，應(yīng)力（也稱循環(huán)應(yīng)力）。在交變應(yīng)力的作用下，雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)雖然零件所承受的應(yīng)力低于材料的屈服點(diǎn)，但經(jīng)過較長時(shí)間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷過較長時(shí)間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞強(qiáng)度裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞強(qiáng)度第第2章章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能2.3減速器零件的材料性能確定過程減速器零件的材料性能確定過程一、軸類零件一、軸類零件工作條件工作條件主要用于支承傳動(dòng)零件（如齒輪、凸輪等）、傳遞運(yùn)主要用于支承傳動(dòng)零件（如齒輪、凸輪等）、傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。工作時(shí)主要受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的復(fù)合動(dòng)和動(dòng)力。

17、工作時(shí)主要受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的復(fù)合作用，有時(shí)也承受拉壓應(yīng)力；軸與軸上零件有相對(duì)運(yùn)作用，有時(shí)也承受拉壓應(yīng)力；軸與軸上零件有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，相互間存在摩擦和磨損動(dòng)，相互間存在摩擦和磨損性能要求性能要求良好的綜合力學(xué)性能；高疲勞強(qiáng)度，降低應(yīng)力集中敏良好的綜合力學(xué)性能；高疲勞強(qiáng)度，降低應(yīng)力集中敏感性；表面要有高硬度、高耐磨性；特殊性能要求感性；表面要有高硬度、高耐磨性；特殊性能要求如高溫中工作的軸，抗蠕變性能要好；在腐蝕性介如高溫中工作的軸，抗蠕變性能要好；在腐蝕性介質(zhì)中工作的軸，要求耐蝕性好等質(zhì)中工作的軸，要求耐蝕性好等第第2章章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能2.3減速器零件的材料性能確定過程減

18、速器零件的材料性能確定過程二、齒輪類零件二、齒輪類零件工作條件工作條件齒輪是各類機(jī)械、儀表中應(yīng)用最多的零件之一，其作用齒輪是各類機(jī)械、儀表中應(yīng)用最多的零件之一，其作用是傳遞動(dòng)力、調(diào)節(jié)速度和運(yùn)動(dòng)方向。只有少數(shù)齒輪受力不是傳遞動(dòng)力、調(diào)節(jié)速度和運(yùn)動(dòng)方向。只有少數(shù)齒輪受力不大，僅起分度作用。大，僅起分度作用。性能要求性能要求(a)(a)高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的表面硬度和耐磨性，防止高的接觸疲勞強(qiáng)度、高的表面硬度和耐磨性，防止齒面損傷。齒面損傷。(b)(b)高的抗彎強(qiáng)度、足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度、適當(dāng)?shù)男牟扛叩目箯潖?qiáng)度、足夠的彎曲疲勞強(qiáng)度、適當(dāng)?shù)男牟繌?qiáng)度和韌性，防止疲勞、過載及沖擊斷裂。強(qiáng)度和韌性，防止疲勞、過載及沖擊斷裂。(c)(c)良好的切削加工性和熱處理工藝性，以獲得高的加良好的切削加工性和熱處理工藝性，以獲得高的加工精度和低的表面粗糙度，提高齒輪抗磨損能力。工精度和低的表面粗糙度，提高齒輪抗磨損能力。第第2章章 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能2.3減速器零件的材料性能確定過程減速器零件的材料性能確定過程三、箱體類零件三、箱體類零件工作條件工作條件箱體是機(jī)器或部件的基礎(chǔ)零件，由它將機(jī)器或部箱體是機(jī)器或部件的基礎(chǔ)零件，由它將機(jī)器或部件中的有關(guān)零件連接成一個(gè)整體，以保持正確的件中的有關(guān)零件連接成一個(gè)整體，以保持正確的相互位置，彼此能協(xié)調(diào)地運(yùn)動(dòng)。相互位置，彼此能協(xié)調(diào)地運(yùn)動(dòng)。性能