上海交大機(jī)械設(shè)計(jì)——第三章

1、多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章第第3章章 機(jī)械常用材料和制造工藝性機(jī)械常用材料和制造工藝性 基本要求及重點(diǎn)、難點(diǎn)基本要求及重點(diǎn)、難點(diǎn)3.1 機(jī)械常用材料機(jī)械常用材料3.2 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能3.3 影響鋼材力學(xué)性能的主要因素影響鋼材力學(xué)性能的主要因素3.4 材料的選用材料的選用3.5 機(jī)械零件制造工藝性機(jī)械零件制造工藝性 計(jì)劃學(xué)時(shí)：計(jì)劃學(xué)時(shí)：2h 多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章基本要求基本要求: 1) 了解機(jī)械中常用材料及其力學(xué)性能。了解機(jī)械中常用材料及其力學(xué)性能。 2) 了解熱處理中與本課相關(guān)的基本概念。了解熱處理中與本課相關(guān)的基本概念。 3) 了解毛坯的制取方法和常用

2、的切削加工方法。了解毛坯的制取方法和常用的切削加工方法。重點(diǎn)、難點(diǎn)：重點(diǎn)、難點(diǎn)： 1) 金屬材料的力學(xué)性能。金屬材料的力學(xué)性能。 2) 熱處理工藝對(duì)鋼材綜合機(jī)械性能的影響。熱處理工藝對(duì)鋼材綜合機(jī)械性能的影響。 3) 機(jī)械零件的制造工藝性。機(jī)械零件的制造工藝性。作業(yè)作業(yè): 3.1；3.3；3.4；3.5；3.6 多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章3.1 機(jī)械常用材料機(jī)械常用材料 多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章機(jī)械常用材料的分類和應(yīng)用舉例機(jī)械常用材料的分類和應(yīng)用舉例 續(xù)表續(xù)表多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章3.2 金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能3.2.1 材料

3、的應(yīng)力極限材料的應(yīng)力極限 低碳鋼拉伸應(yīng)力低碳鋼拉伸應(yīng)力-應(yīng)變圖應(yīng)變圖力學(xué)性能：力學(xué)性能：彈性、剛度、強(qiáng)度、塑性、硬彈性、剛度、強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌性及疲勞強(qiáng)度等。度、沖擊韌性及疲勞強(qiáng)度等。比例極限比例極限 pOA階段稱為階段稱為彈性階段，其變形稱為彈性彈性階段，其變形稱為彈性變形，對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力稱為變形，對(duì)應(yīng)的最大應(yīng)力稱為比例極限。比例極限。屈服極限屈服極限 s BC階段稱為階段稱為屈服階段，屈服階段的最低屈服階段，屈服階段的最低應(yīng)力稱為屈服極限。應(yīng)力稱為屈服極限。多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章 殘余變形殘余變形卸載時(shí)，卸載時(shí)，沿沿DO 線回至點(diǎn)線回至點(diǎn)O ，OO 即為殘余變形或稱為即為

4、殘余變形或稱為永久性變形。永久性變形。 “縮頸縮頸”現(xiàn)象現(xiàn)象材料材料屈服后，隨著載荷的增加，屈服后，隨著載荷的增加，金屬開始產(chǎn)生明顯的塑性金屬開始產(chǎn)生明顯的塑性變形，當(dāng)載荷增加到變形，當(dāng)載荷增加到c點(diǎn)的點(diǎn)的對(duì)應(yīng)值時(shí)，變形集中發(fā)生對(duì)應(yīng)值時(shí)，變形集中發(fā)生在試件的某一部位上，該在試件的某一部位上，該部位的截面積急劇縮小，部位的截面積急劇縮小，出現(xiàn)了出現(xiàn)了“縮頸縮頸”現(xiàn)象。現(xiàn)象。 多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章 強(qiáng)度極限強(qiáng)度極限 B 由于截面減小，由于截面減小，載荷也隨之下降，直至載荷也隨之下降，直至F點(diǎn)時(shí)，試點(diǎn)時(shí)，試件在件在“縮頸縮頸”處斷裂。材料在斷裂處斷裂。材料在斷裂前的最大應(yīng)力稱為強(qiáng)度極限。

5、前的最大應(yīng)力稱為強(qiáng)度極限。 冷作硬化冷作硬化在常溫下經(jīng)過塑性變形使材料的在常溫下經(jīng)過塑性變形使材料的強(qiáng)度提高、塑性降低的現(xiàn)象稱為冷作硬化。在強(qiáng)度提高、塑性降低的現(xiàn)象稱為冷作硬化。在機(jī)械零件中常利用冷作硬化提高強(qiáng)度。機(jī)械零件中常利用冷作硬化提高強(qiáng)度。 幾種不同材料拉伸時(shí)的應(yīng)力幾種不同材料拉伸時(shí)的應(yīng)力-應(yīng)變曲線見圖。應(yīng)變曲線見圖。多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章3.2.2 材料的性能材料的性能 （1）彈性）彈性 材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后材料材料受外力作用時(shí)產(chǎn)生變形，當(dāng)外力去掉后材料恢復(fù)其原來形狀的性能?；謴?fù)其原來形狀的性能。（2）剛度）剛度 材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。在比例極限

6、材料在受力時(shí)抵抗彈性變形的能力。在比例極限范圍內(nèi)，應(yīng)力范圍內(nèi)，應(yīng)力 與應(yīng)變與應(yīng)變成正比，成正比，比例常數(shù)比例常數(shù)E（= /）即為）即為彈彈性模量性模量（剪切時(shí)為切變模量（剪切時(shí)為切變模量G）。彈性模量的大小反映了材）。彈性模量的大小反映了材料抵抗變形的能力，是衡量材料剛度的性能指標(biāo)。料抵抗變形的能力，是衡量材料剛度的性能指標(biāo)。（3）強(qiáng)度）強(qiáng)度 材料在受力時(shí)抵抗塑性變形和斷裂的能力。依載材料在受力時(shí)抵抗塑性變形和斷裂的能力。依載荷性質(zhì)不同，強(qiáng)度分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗荷性質(zhì)不同，強(qiáng)度分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度。常見的強(qiáng)度指標(biāo)是屈服強(qiáng)度剪強(qiáng)度。常見的強(qiáng)度指標(biāo)是屈服強(qiáng)度

7、s和拉伸強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度 B 。（4）延伸性）延伸性 延伸性是衡量材料塑性性能的指標(biāo)。延伸性是衡量材料塑性性能的指標(biāo)。 延伸率延伸率：試件拉斷后，標(biāo)距內(nèi)的伸長量與標(biāo)距原長之比的百試件拉斷后，標(biāo)距內(nèi)的伸長量與標(biāo)距原長之比的百分率。分率。5%者為塑性材料，者為塑性材料，5%者為脆性材料者為脆性材料。多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章 斷面收縮率斷面收縮率：試件拉斷后，斷裂處面積的縮小量與原面積試件拉斷后，斷裂處面積的縮小量與原面積之比的百分率。之比的百分率。 （5）沖擊韌性）沖擊韌性 材料在沖擊載荷作用下抵抗斷裂的能力。沖材料在沖擊載荷作用下抵抗斷裂的能力。沖擊韌度是衡量材料承受沖擊載荷能力的性能指標(biāo)

8、。在有缺口擊韌度是衡量材料承受沖擊載荷能力的性能指標(biāo)。在有缺口試件上，缺口底部單位截面積所能承受的沖擊功稱沖擊韌度試件上，缺口底部單位截面積所能承受的沖擊功稱沖擊韌度。（6）硬度）硬度 硬度表示材料表面在一個(gè)小面積范圍內(nèi)抵抗彈性變硬度表示材料表面在一個(gè)小面積范圍內(nèi)抵抗彈性變形、塑性變形或破裂的能力。常用的有形、塑性變形或破裂的能力。常用的有布氏硬度布氏硬度（HBS）、）、洛氏硬度洛氏硬度（HRC）。一般地說材料硬度愈高，強(qiáng)度（包括接）。一般地說材料硬度愈高，強(qiáng)度（包括接觸強(qiáng)度）和耐磨性亦愈高，但塑性愈低。觸強(qiáng)度）和耐磨性亦愈高，但塑性愈低。（7）疲勞強(qiáng)度）疲勞強(qiáng)度 在長時(shí)間交變載荷的作用下，有

9、些零件會(huì)在在長時(shí)間交變載荷的作用下，有些零件會(huì)在應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于屈服強(qiáng)度時(shí)發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象稱為疲勞。多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章3.3 影響鋼材力學(xué)性能的主要因素影響鋼材力學(xué)性能的主要因素（1）含碳量的影響）含碳量的影響 （2）合金元素的影響）合金元素的影響（3）溫度的影響）溫度的影響（4）熱處理工藝的影響）熱處理工藝的影響熱處理熱處理將工件加熱到一定溫度，進(jìn)行必要的保溫，然后將工件加熱到一定溫度，進(jìn)行必要的保溫，然后以一定的方法冷卻，以改善其組織結(jié)構(gòu)，從而得到所需的以一定的方法冷卻，以改善其組織結(jié)構(gòu)，從而得到所需的綜合機(jī)械性能的工藝

10、方法；綜合機(jī)械性能的工藝方法；熱處理熱處理多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章退火退火將工件加熱到臨界溫度以上，進(jìn)行必要的保溫，然后隨爐冷卻，將工件加熱到臨界溫度以上，進(jìn)行必要的保溫，然后隨爐冷卻，這種工藝方法稱為退火；這種工藝方法稱為退火；正火正火將工件加熱到臨界溫度以上，進(jìn)行必要的保溫，如果在空氣中將工件加熱到臨界溫度以上，進(jìn)行必要的保溫，如果在空氣中冷卻稱之為正火；冷卻稱之為正火；淬火淬火將工件加熱到臨界溫度以上，進(jìn)行必要的保溫，如果在水或油將工件加熱到臨界溫度以上，進(jìn)行必要的保溫，如果在水或油中冷卻稱之為淬火。中冷卻稱之為淬火?；鼗鸹鼗鹑绻訜岬脚R界溫度以下，保溫后空冷或油冷，稱之為回火。

11、如果加熱到臨界溫度以下，保溫后空冷或油冷，稱之為回火。調(diào)質(zhì)調(diào)質(zhì)淬火后高溫回火稱為調(diào)質(zhì)。淬火后高溫回火稱為調(diào)質(zhì)。表面淬火表面淬火如果將工件表面迅速加熱到臨界溫度以上，不等熱量傳至如果將工件表面迅速加熱到臨界溫度以上，不等熱量傳至工件中心就快速冷卻的工藝方法稱之為表面淬火。工件中心就快速冷卻的工藝方法稱之為表面淬火?；瘜W(xué)熱處理化學(xué)熱處理即將不同元素的活性原子滲入到工件表面的熱處理方即將不同元素的活性原子滲入到工件表面的熱處理方法，如滲碳、氮化和氰化等。法，如滲碳、氮化和氰化等。多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章表表3.2 主要熱處理工藝的目的和應(yīng)用主要熱處理工藝的目的和應(yīng)用熱處理工藝主 要 目 的

12、應(yīng) 用退 火降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力，均化組織、細(xì)化晶粒和預(yù)備熱處理鑄件、焊接件、中碳鋼和中碳合金鋼鍛件和軋制件等正 火調(diào)整硬度，細(xì)化晶粒，淬火前的預(yù)備熱處理，以減少淬火缺陷改善低碳鋼低碳合金鋼切削性；中碳鋼和合金結(jié)構(gòu)鋼淬火前預(yù)備熱處理；對(duì)要求不高的零件作最終熱處理，如大齒輪、軸等淬火及回火提高硬度、強(qiáng)度和耐磨性?；鼗鹉康氖翘岣咚苄院晚g性，降低或消除殘余應(yīng)力低溫回火（150300C）用于碳鋼或合金工具鋼消除內(nèi)應(yīng)力和化學(xué)熱處理或表面淬火零件的后續(xù)處理。高溫回火（350650C）即調(diào)質(zhì)，用于重要零件如齒輪、曲軸等調(diào) 質(zhì) 得到較高的綜合力學(xué)性能 表面淬火使表面具有較高硬度和耐磨性及有利的殘余應(yīng)力分布，內(nèi)

13、部有足夠的強(qiáng)度和韌性用于要求表面硬度高、內(nèi)部韌性大的零件，如齒輪、蝸桿、絲杠、軸頸、鏈輪等 滲碳淬火提高表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度，并保持原來材料的塑性和韌性齒輪、軸、活塞銷、鏈、萬向聯(lián)軸器等要求表面硬度大而內(nèi)部韌性大的重載零件滲 氮能獲得比滲碳淬火更高的表面硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和耐蝕性能，滲氮后不再淬火，變形小 要求硬度和耐磨性高和不易磨削的零件和精密零件，如齒輪（尤其是內(nèi)齒輪）、主軸、鏜桿、精密絲杠、量具、模具等表表3.2 主要熱處理工藝的目的和應(yīng)用主要熱處理工藝的目的和應(yīng)用 多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章 3.4 材料的選用材料的選用 原則：原則：使用要求、工藝要求和經(jīng)濟(jì)要求。使用要

14、求、工藝要求和經(jīng)濟(jì)要求。 多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章3.5 機(jī)械零件的制造工藝性機(jī)械零件的制造工藝性良好的工藝性良好的工藝性：在一定的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)條件下，花費(fèi)勞在一定的生產(chǎn)規(guī)模和生產(chǎn)條件下，花費(fèi)勞動(dòng)量最小、加工費(fèi)用最少的零件。動(dòng)量最小、加工費(fèi)用最少的零件。 1毛坯的制取毛坯的制?。?）型材）型材 圓鋼、方鋼、鋼管、鋼板等，均可直接作毛坯。圓鋼、方鋼、鋼管、鋼板等，均可直接作毛坯。軋制多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章（2）鑄造）鑄造 將液態(tài)合金澆鑄到具有與將液態(tài)合金澆鑄到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型的孔腔中，待零件形狀相適應(yīng)的鑄型的孔腔中，待其冷卻凝固后，獲得零件或毛坯的加其冷卻凝固后，獲

15、得零件或毛坯的加工方法。工方法。多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章（3）壓力加工）壓力加工 在外力的作用下，通過使金屬在固態(tài)下發(fā)生在外力的作用下，通過使金屬在固態(tài)下發(fā)生塑性變形，而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、塑性變形，而獲得具有一定形狀、尺寸和力學(xué)性能的原材料、毛坯或零件的加工方法。毛坯或零件的加工方法。擠壓多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章拉拔多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章鍛造軋制多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章鍛造多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章沖壓多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章（4）焊接）焊接 實(shí)質(zhì)是通過加熱或加壓，或兩者并用，并且用填充實(shí)質(zhì)是通過加熱或加壓，或兩者并用，并

16、且用填充材料，使焊件達(dá)到原子結(jié)合的一種加工方法。材料，使焊件達(dá)到原子結(jié)合的一種加工方法。毛坯選擇毛坯選擇：綜合考慮功能、制造、使用、成本等。綜合考慮功能、制造、使用、成本等。多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章 2常見的切削加工方法常見的切削加工方法 切削加工是通過機(jī)床用刀具從工件上切除多余材料，從而獲切削加工是通過機(jī)床用刀具從工件上切除多余材料，從而獲得形狀、尺寸精度及表面質(zhì)量等合乎要求的零件加工過程。得形狀、尺寸精度及表面質(zhì)量等合乎要求的零件加工過程。（1）車削加工）車削加工 指在車床上用車刀加工工件的工藝過程。加工指在車床上用車刀加工工件的工藝過程。加工時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，刀具作直線或曲線

17、的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。時(shí)，工件旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，刀具作直線或曲線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章車削車削多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章（2）銑削加工）銑削加工 指在銑床上用銑刀加工工件的工藝過程。銑指在銑床上用銑刀加工工件的工藝過程。銑削加工時(shí)，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，工件作直線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。削加工時(shí)，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，工件作直線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章銑削銑削多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章（3）刨削加工）刨削加工 指在刨床上用刨刀加工工件的工藝過程。刨指在刨床上用刨刀加工工件的工藝過程。刨削加工時(shí)，刀具作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，工件作直線的進(jìn)削加工時(shí)，刀具作往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)為主運(yùn)動(dòng)，

18、工件作直線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。給運(yùn)動(dòng)。多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章刨削刨削多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章（4）磨削加工）磨削加工 磨削加工是用砂輪或其他磨具切除工件多余材磨削加工是用砂輪或其他磨具切除工件多余材料的工藝過程。磨削加工時(shí)，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，工件作直線料的工藝過程。磨削加工時(shí)，刀具旋轉(zhuǎn)為主運(yùn)動(dòng)，工件作直線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章磨削磨削多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章（5）鉆削加工）鉆削加工 鉆削加工是指在鉆床上用鉆頭加工工件的工鉆削加工是指在鉆床上用鉆頭加工工件的工藝過程。鉆孔時(shí)，鉆頭一方面作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，另一方面作直藝過程。鉆孔時(shí)，鉆頭一方面作旋轉(zhuǎn)主運(yùn)動(dòng)，另一方面作直線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而工件固定不動(dòng)。線的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，而工件固定不動(dòng)。鉆鉆削削多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工數(shù)控機(jī)床自動(dòng)加工多媒體CAI課件設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 第一章3零件的熱處理及裝配零件的熱