機械制造基礎緒論金屬材料的力學性能

1、第第1章章 機械制造概述機械制造概述 1.1 機械的一般概念123一、機械的概念機械的概念第第1章章 機械制造概述機械制造概述 1.1 機械的一般概念二、機械與機械產(chǎn)品一般認為機械是一切具有確定的運動系統(tǒng)的機器和機構的總稱，如機床、拖拉機等。機械產(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、磨和鉗等各種機械加工方式加工而成的產(chǎn)品。第第1章章 機械制造概述機械制造概述 1.1 機械的一般概念三、機械與人的關系第第1章章 機械制造概述機械制造概述 四、機械產(chǎn)品的分類四、機械產(chǎn)品的分類1.1 機械的一般概念第第1章章 機械制造概述機械制造概述 四、機械產(chǎn)品的分類四、機械產(chǎn)品的分類1

2、.1 機械的一般概念機械的一般概念第第1章章 機械制造概述機械制造概述 四、機械產(chǎn)品的分類四、機械產(chǎn)品的分類1.1 機械的一般概念機械的一般概念第第1章章 機械制造概述機械制造概述 一、相關概念一、相關概念1.2 機械制造的一般過程機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)品由原材料到成品原材料到成品之間各個相互之間各個相互聯(lián)系的勞動過程的總和。聯(lián)系的勞動過程的總和。工藝過程：在機械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，通過工藝過程：在機械產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，通過改變改變生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(zhì)生產(chǎn)對象的形狀、尺寸、相對位置和性質(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

3、。機械工藝過程：指采用機械加工的方法，機械工藝過程：指采用機械加工的方法，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 機械制造概述機械制造概述 1.2 機械制造的一般過程機械制造的一般過程第第1章章 機械制造概述機械制造概述 二、自動化制造系統(tǒng)二、自動化制造系統(tǒng)1.2 機械制造的一般過程機械制造的一般過程（一）、剛性自動化生產(chǎn)（一）、剛性自動化生產(chǎn)（1 1）、剛性半自動化單機）、剛性半自動化單機（2 2）、剛性自動化單機）、剛性自動化單機 （3 3）、剛性自動化生產(chǎn)線）、剛性自動化生產(chǎn)線（二）、柔性制造單元（二）

4、、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）、計算機集成制造系統(tǒng)（六）、計算機集成制造系統(tǒng)（cimscims）第第1章章 機械制造概述機械制造概述 三、零件的生產(chǎn)過程三、零件的生產(chǎn)過程1.2 機械制造的一般過程機械制造的一般過程第第1章章 機械制造概述機械制造概述 四、零件的裝配過程四、零件的裝配過程1.2 機械制造的一般過程機械制造的一般過程裝配是指將零件按規(guī)定的技術要求組裝起來，并經(jīng)過裝配是指將零件按規(guī)定的技術要求組裝起來，并經(jīng)過調(diào)試、檢驗使之成為合格產(chǎn)品

5、的過程調(diào)試、檢驗使之成為合格產(chǎn)品的過程。第第1章章 機械制造概述機械制造概述 一、毛坯的制造一、毛坯的制造1.3 機械制造的基本環(huán)節(jié)機械制造的基本環(huán)節(jié)1 1、什么是毛坯？、什么是毛坯？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）零件的生產(chǎn)綱領（2 2）零件材料的工藝性）零件材料的工藝性（3 3）零件的結構形狀和尺寸）零件的結構形狀和尺寸（4 4）現(xiàn)有的生產(chǎn)條件）現(xiàn)有的生產(chǎn)條件 第第

6、1章章 機械制造概述機械制造概述 二、機械加工方法二、機械加工方法1.3 機械制造的基本環(huán)節(jié)機械制造的基本環(huán)節(jié)a、傳統(tǒng)機械加工的特征傳統(tǒng)機械加工的特征 刀具材料比被加工材料硬。刀具材料比被加工材料硬。 靠機械能（力的作用）去除多余的材料?？繖C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)驗來控制。加工過程主要靠操作者的經(jīng)驗來控制。 自動化程度相對較低，生產(chǎn)效率不高，精度較低。自動化程度相對較低，生產(chǎn)效率不高，精度較低。第第1章章 機械制造概述機械制造概述 1.4現(xiàn)代制造技術現(xiàn)代制造技術 現(xiàn)代加工技術現(xiàn)代加工技術線切割、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 新材料

7、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章章 機械制造概述機械制造概述 1.4現(xiàn)代制造技術現(xiàn)代制造技術二、數(shù)控技術二、數(shù)控技術目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主目前世界上數(shù)控技術及其裝備發(fā)展的趨勢來看，其主要研究熱點有以下幾個方面。要研究熱點有以下幾個方面。（1 1）高速、高精加工技術及裝備的新趨勢）高速、高精加工技術及裝備的新趨勢（2 2）5 5軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展軸聯(lián)動加工和復合加工機床快速發(fā)展（3 3）智能化、開放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)）智能化、開

8、放式、網(wǎng)絡化成為當代數(shù)控系統(tǒng)發(fā) 展的主要趨勢展的主要趨勢（4 4）重視新技術標準、規(guī)范的建立）重視新技術標準、規(guī)范的建立第第1章章 機械制造概述機械制造概述 1.4現(xiàn)代制造技術現(xiàn)代制造技術三、三、cad/cam/capp（1 1）cadcad即計算機輔助設計即計算機輔助設計(cad-computer aided (cad-computer aided design) design)（2 2）cam (computer aided manufacturingcam (computer aided manufacturing，計算機，計算機 輔助制造輔助制造) )（3 3）cappcapp（com

9、puter aided process planningcomputer aided process planning）（4 4）cae(computer aided engineering)cae(computer aided engineering)（5 5）pdmpdm（product data managementproduct data management）。）。 第第1章章 機械制造概述機械制造概述 1.5 思考與練習 觀察你身邊的機械產(chǎn)品，他們都屬于那些類型的機械產(chǎn)品，都有什么特點，對工作環(huán)境有什么要求。 觀察和思考新技術和新材料對機械制造和環(huán)節(jié)保護的相互依存關系。 通過現(xiàn)場觀

10、察對照課程中相應的機械產(chǎn)品圖例，比較產(chǎn)品的異同點。 思考當今時代怎樣才能成為一名優(yōu)秀的機械制造工程師。 認識學習的思路和方法，思考怎樣才能抓緊時代脈搏，學好先進的制造技術。 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 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能2.1減速器零部件材料性能的確定說明一、減速器的零部件構成一、減速器的零部件構成圖2-1齒輪軸實體圖傳動零件（齒輪或蝸桿）、傳動零件（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構：基本結構：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

11、速器附件第第2章章 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能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、材料性能分析的關鍵要素二、材料性能分析的關鍵要素材料的力學性能材料的力學性能壓力加工性能壓力加工性能焊接性能焊接性能 熱處理性能熱處理性能 切削加工性能切削加工性能 第第2章章 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能2.2金屬材料力學性能基礎知識金屬材料力學性能基礎知識一、強度一、強度圖圖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

12、度指標：屈服點和抗拉強度。強度指標：屈服點和抗拉強度。第第2章章 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能2.2金屬材料力學性能基礎知識二、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。其計算公式為 =(l1- l0)/l0100% （2-4） 式中 試樣斷后伸長率，%; l0試樣原始標距長度，mm; l1試樣拉斷后的標距長度，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

13、金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能2.2金屬材料力學性能基礎知識金屬材料力學性能基礎知識三、硬度三、硬度 劃痕硬度：劃痕硬度：如莫氏硬度如莫氏硬度 壓入硬度。壓入硬度。布氏硬度布氏硬度洛氏硬度洛氏硬度維氏硬度維氏硬度 回跳硬度：如回跳硬度：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 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能2.2金屬材料力學性能基礎知識金屬材料力學性能基礎知識四、韌性四、韌性 韌性指的是材料的斷裂前吸收能量和進行塑性韌性指的是材料的斷裂前吸收能量和進行塑性變形的能力。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、斷裂時斷面常

14、呈現(xiàn)外延形變，此形變不能立即恢復，斷裂時斷面常呈現(xiàn)外延形變，此形變不能立即恢復，其應力其應力- -形變關系成非線性、消耗的斷裂能很大材形變關系成非線性、消耗的斷裂能很大材料。通常以沖擊強度的大小來衡量。韌性越好，則料。通常以沖擊強度的大小來衡量。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 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能2.2金屬材料力學性能基礎知識金屬材料力學性能基礎知識五、疲勞強度五、疲勞強度 許多機械零件，如軸、齒輪、軸承、葉片、彈許多機械零件，如軸、齒輪、軸承、葉片、彈簧等，在工作過程中各點的應力隨時間作周期的簧等，在工作過程中各點的應力隨時間作周期

15、的變化，這種隨時間作周期性變化的應力稱為交變變化，這種隨時間作周期性變化的應力稱為交變應力（也稱循環(huán)應力）。在交變應力的作用下，應力（也稱循環(huán)應力）。在交變應力的作用下，雖然零件所承受的應力低于材料的屈服點，但經(jīng)雖然零件所承受的應力低于材料的屈服點，但經(jīng)過較長時間的工作后產(chǎn)生裂紋或突然發(fā)生完全斷過較長時間的工作后產(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度裂的現(xiàn)象稱為金屬的疲勞強度第第2章章 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能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零件（如齒輪、凸輪等）、傳遞運主要用于支承傳

16、動零件（如齒輪、凸輪等）、傳遞運動和動力。工作時主要受交變彎曲和扭轉應力的復合動和動力。工作時主要受交變彎曲和扭轉應力的復合作用，有時也承受拉壓應力；軸與軸上零件有相對運作用，有時也承受拉壓應力；軸與軸上零件有相對運動，相互間存在摩擦和磨損動，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性能；高疲勞強度，降低應力集中敏良好的綜合力學性能；高疲勞強度，降低應力集中敏感性；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

17、好等第第2章章 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能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械、儀表中應用最多的零件之一，其作用是齒輪是各類機械、儀表中應用最多的零件之一，其作用是傳遞動力、調(diào)節(jié)速度和運動方向。只有少數(shù)齒輪受力傳遞動力、調(diào)節(jié)速度和運動方向。只有少數(shù)齒輪受力不大，僅起分度作用。不大，僅起分度作用。性能要求性能要求(a)(a)高的接觸疲勞強度、高的表面硬度和耐磨性，防止高的接觸疲勞強度、高的表面硬度和耐磨性，防止齒面損傷。齒面損傷。(b)(b)高的抗彎強度、足夠的彎曲疲勞強度、適當?shù)男牟扛叩目箯潖姸取⒆銐?/p>

18、的彎曲疲勞強度、適當?shù)男牟繌姸群晚g性，防止疲勞、過載及沖擊斷裂。強度和韌性，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 金屬材料的力學性能金屬材料的力學性能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器或部件的基礎零件，由它將機器或部箱體是機器或部件的基礎零件，由它將機器或部件中的有關零件連接成一個整體，以保持正確的件中的有關零件連接成一個整體，以保持正確的相互位置，彼此能協(xié)調(diào)地運動。相互位置，彼此能協(xié)調(diào)地運動。 性能要求性能要求具有較好的剛度和減振性。良好的抗