機械製造基礎複習

機械製造概論是一門研究機械製造系統和機械製造方法的綜合性技術基礎課。機械製造是將設計輸出的指令和資訊輸入製造系統，加工出合乎設計要求的產品的過程。機械製造科學是研究機械製造系統、機械製造過程和製造方法的科學。

在製造過程中，通常是先用鑄造、鍛壓或焊接等工藝方法將材料製成毛坯，再進行切削加工，然後得到所需零件。為了改善材料的工藝效能和提高零件的使用效能，還要經過熱處理，最後將製成的各種零件加以裝配，即成為機器。

第一章工程材料

1、金屬和合金的力學效能。p5

（1）強度：工程材料在外力作用下抵抗變形和斷裂的能力。有抗拉強度、抗壓強度、抗彎強度。

（2）塑性：金屬在外力作用下，產生永久變形而不致引起破壞的效能。用伸長率和斷面收縮率表示。

（3）硬度：金屬材料抵抗更硬物體壓入的能力。指標有布氏硬度、洛氏硬度。

（4）衝擊韌度：材料抵抗衝擊的效能。

（5）疲勞強度：零件在交變應力作用下，當交變應力值遠低於材料的屈服強度時，經較長時間執行後也會發生破壞，這種破壞叫疲勞破壞。材料能夠承受無數次應力迴圈時的最大應力成為疲勞強度。

（6）屈服強度：零件設計時對塑性材料採用屈服強度彈性極限。

（7）強度極限：脆性材料採用強度極限。

2、鐵碳合金雜質對碳鋼機械效能的影響。（s熱脆現象 p冷脆現象）p13

碳的質量分數小於0.25%為低碳鋼，在0.30%~0.

60%之間為中碳鋼，大於0.60%則為高碳鋼。碳的質量分數對鋼的組織結構和力學效能有極大影響，碳的質量分數越高，滲碳體越多，硬度越高，塑性越差。

磷和硫是有害雜質，磷可以提高鋼的硬度，但在低溫時脆性顯著增加，稱為冷脆現象，而硫容易使鋼在高溫軋制時破裂，稱為熱脆現象。

3、鋼的熱處理（正火、淬火、回火的實質、工藝特點和應用範圍。）p18

在固態下將鋼加熱到一定程度，進行必要的保溫，以適當的冷卻速度冷卻至室溫，改變鋼的組織結構和效能的工藝方法稱為鋼的熱處理。熱處理的目的在於不改變材料的形狀和尺寸，只改變材料內部的組織結構，得到所需要的效能。不同的熱處理工藝可以分別提高材料的硬度和強度，或者增加材料的塑性、降低硬度以改善材料的使用效能和工藝效能等。

熱處理是提高零件壽命的重要途徑。

（1）退火：將鋼加熱到一定溫度，保溫一定時間，隨後在爐中緩慢冷卻，以獲得近於平衡組織的一種熱處理方法。退火可以降低鋼的硬度，有利於切削加工；細化鋼中的粗大晶粒，改善組織和效能；增加鋼的塑性和韌性，消除內應力；為淬火做好組織準備。

完全退火主要用於亞共析鋼的鑄件、鍛件和焊件，消除鋼鐵中的內應力。

（2）正火：將鋼加熱到30~50℃,保溫一定時間後，出爐在空氣中冷卻的工藝方法。正火的作用與退火有很多相似之處，但正火的冷卻速度較快，所得到的組織較細，如共析鋼正火後可獲得索氏體組織，即細密的珠光體組織。

正火後鋼的硬度和強度較退火略高，這對低、中碳鋼的切削加工效能有利，但消除內應力不如退火徹底。正火常用於普通構件，如螺釘、不重要的軸類等工件的最終熱處理，較重要件大多利用正火作為預先熱處理。

（3）淬火：將鋼加熱到30~50℃，保溫後在水或油中迅速冷卻的熱處理方法。淬火處理可以提高材料的硬度、強度和使用壽命。各種工具、模具和許多重要要件都要通過淬火來改善力學效能。

（4）回火：將淬火後的鋼重新加熱至ac1線以下的某一溫度，保溫後在空氣中冷卻的一種熱處理。淬火馬氏體是一種不穩定的組織結構。

淬火後工件的內應力和脆性也較大。為了穩定組織，減少內應力，降低脆性和調整淬火工件的硬度，淬火後必須進行回火。各種工具、刃具和冷沖模具等常在淬火後進行低溫回火。

中溫回火適於各種彈性零件、鍛模等。高溫回火則適用於受力較複雜而要求綜合力學效能都較高的零件，如軸類等。

p19 回火溫度是決定淬火鋼件回火後硬度的主要因素，中碳鋼調質處理，低碳鋼滲碳後淬火＋低溫回火

4、常用金屬材料的分類和應用。p13

（1）鋼的分類。

碳素鋼：碳的質量分數小於0.25%為低碳鋼，在0.

30%~0.60%之間為中碳鋼，大於0.60%則為高碳鋼，碳的質量分數對鋼的組織結構和力學效能有極大影響。

如：優質碳素結構鋼：常用於製造軸類、齒輪、絲槓、連鋼等零件。

碳素工具鋼：常用於製造木工刃具和某些形狀簡單尺寸較小的工模具。

合金鋼：合金鋼比碳素鋼具有較高的強度、韌性和某些特殊效能。

合金工具鋼主要用於製造重要的工程構件。

合金結構鋼主要用於刀具、模具、量具的製造。

特殊效能合金鋼主要包括不鏽鋼、耐熱鋼、耐磨鋼等具有特殊物理、化學效能的鋼，用於製造特殊效能要求的金屬構件。

（2）鑄鐵：能鍛造或不能塑性變形的鐵碳合金。

（3）有色金屬材料：指除鋼鐵以外的金屬及其合金材料。

（3）非金屬材料：陶瓷效能、高硬度、韌性差

5、塑料受熱後的表現

塑料是以合成樹脂為主要成分的高分子材料，它的重量輕、電絕緣性好、耐腐蝕。

（1）熱塑性如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等，在加熱到一定溫度後開始軟化，冷卻後依然能夠固化，在這一過程中化學結構基本不變。

（2）熱固性塑料有酚醛塑料、環氧樹脂、聚醯胺樹脂等，熱固性塑料的製成品不能重新軟化。

第2章鑄造工藝

1、設定冒口的目的：p31

在鑄件厚壁處和熱節部位（即鑄件上熱量集中，內接圓直徑較大的部位）設定冒口，是防止縮孔、縮松的有效措施。冒口的尺寸應保證冒口比它要補縮的部位凝固得晚，並有足夠的金屬液供給。

2、鑄件產生縮松、縮孔的原因

金屬的收縮和凝固收縮，表現為合金體積的縮小，使型腔內金屬液面下降，通常用提縮率來表示，它們是鑄件產生縮孔和縮松缺陷的根本原因，

鑄件在凝固過程中，由於金屬液態收縮和凝固收縮造成的體積減少，得不到液態金屬的補充，在鑄件最後凝固的部位形成孔洞，容積較大而集中的稱縮孔；細小而分散的稱縮松。純金屬和共晶合金在恆溫下結晶，鑄件由表及裡逐層凝固，容易形成縮孔。縮孔常集中在鑄件的上部或厚大部位等最後凝固的區域。

具有一定凝固溫度的範圍的合金，凝固在較大的區域內同時進行，容易形成縮松。縮松常分布在鑄件壁的軸線區域及厚大部位等。縮孔和縮松會減少鑄件的有效截面積，並在該處產生應力集中，降低其力學效能。

縮松還嚴重影響鑄件的氣密性。防止鑄件產生縮孔、縮松的基本方法是採用順序凝固原則，即針對合金的凝固特點制定合理的鑄造工藝，是鑄件在凝固過程中建立良好的補縮條件，盡可能使縮松轉化為縮孔，並使縮孔出現在最後凝固的部位，在此部位設定冒口不縮。使鑄件的凝固按薄壁——厚壁——冒口的順序先後進行，讓縮孔移入冒口中，從而獲得緻密的鑄件

3、離心鑄造特點p39

離心鑄造是將熔融金屬澆入高速旋轉的鑄型中，使其在離心力作用下填充鑄型和結晶，從而獲得鑄件的方法。離心鑄造必須在離心鑄造機上進行，按鑄型旋轉軸線的空間位置不同，離心鑄造分為立式和臥式兩種。離心鑄造不用型芯，不需要澆冒口，工藝簡單，生產率和金屬利用率高，成本低。

在離心力作用下，金屬液中的氣體和夾雜物因密度小而集中在鑄件內表面，金屬液自外表面向內表面順序凝固，因此，鑄件組織緻密，無縮孔、氣孔、夾渣等缺陷，力學效能高，而且提高了金屬液的充型能力。但是，利用自由表面形成的內孔，尺寸誤差大，內表面質量差，且不適於比重偏析大的合金。

第三章鍛造加工

1、金屬的塑性變形原理（位錯）p31

塑性變形定義是物質-包括流體及固體在一定的條件下，在外力的作用下產生形變，當施加的外力撤除或消失後該物體不能恢復原狀的一種物理現象。

2、自由鍛基本工序及應用：p52

（1）鐓粗：使坯料高度減小截面積增大的工序，主要用於製造高度小、截面大的工件如齒輪、圓盤等的毛坯或作為沖孔前的準備工序。

（2）拔長：是縮小坯料截面積增加其長度的工序。平砧上拔長主要用於製造長度較大的軸類或杆類鍛件，如主軸、轉動軸等，帶芯棒拔長及芯棒上孔用於製造空心件，如炮筒、圓環、套筒等。

拔長時要不斷送進和翻轉坯料，以使變形均勻，每次送進的長度不能太大，避免坯料橫向流動增大，影響拔長效率。

（3）沖孔：是利用衝頭在坯料上衝出通孔或不通孔的工序。主要用於製造空心工件，如齒輪坯、圓環和套筒等。

3、模鍛基本工序及應用p55-56

模型鍛造簡稱模鍛，是在高強度金屬鍛模上預先製造出與鍛件形狀一致的模膛，使坯料在

模膛內受壓變形，以獲得與模膛形狀相似的鍛件的方法。與自由鍛相比，模鍛生產率高，可鍛出形狀複雜、尺寸精確和表面光潔的鍛件，因而機械加工餘量小，材料利用率高、成本低；但模鍛裝置投資較大，鍛模成本高，生產準備周期長。

（1）錘上模鍛:指在蒸汽——空氣錘、高速錘等模鍛作用下進行的模鍛。主要用於

（2）胎膜鍛：是在自由鍛裝置上使用胎膜生產模鍛件的工藝方法。主要用於批量不大的中小型鍛件。

4、各種金屬的可鍛性p49

金屬的可鍛性是指金屬適應鍛壓加工的能力。可鍛性常用金屬的塑性好壞和變形抗力大小由兩個指標來衡量。塑性越好，變形抗力越小，可鍛性越好，反之則差。

金屬可鍛性取決於金屬本質和加工條件。純金屬的可鍛性比合金好，而且合金元素的種類含量越多，可鍛性越差。適當提高金屬的變形溫度，是改善可鍛性的有效途徑。

第4章焊接

1、電弧焊應用p66

2、電阻焊種類及應用p71

電阻焊是利用電流通過焊件及接觸處產生的電阻熱作為熱源將焊件區域性加熱到塑性或熔化狀態，然後在壓力作用下形成接頭的焊接方法。具有生產率高、焊接變形小，不需另加焊接材料，操作簡便，勞動條件好，易於實現機械化、自動化等特點。但電阻焊裝置功率大，耗電量大，適用的接頭形式與可焊工件厚度或斷面受到限制。

電阻焊的基本形式有點焊、對焊、縫焊。

（1）電焊：是利用柱狀電極加壓通電，在工件接觸面之間焊成乙個個焊點的焊接方法。主要用於汽車製造、車廂、飛機等薄壁結構以及日常生活用品的生產中。

（2）對焊：是利用電阻熱使兩個工件在整個斷面上焊接起來的一種方法。常用於重要工件的焊接，既可焊接相同金屬，也可焊接一些異種金屬。

對焊廣泛用於焊接桿狀零件，如刀具、鋼筋、鋼軌、錨鏈、導線、管道等。

（3）縫焊：縫焊又稱滾焊，其焊接過程與電焊有點兒相似，只是用旋轉的圓盤狀滾動電極代替柱狀電極。焊接時圓盤狀電極壓緊焊件並轉動，配合斷續通電，形成連續重疊的焊點，即形成焊縫。

縫焊主要用於厚度小雨3mm要求密封或強度要求較高的薄板焊件結構，如汽車油箱、水箱、化學器皿、管道等。

3、摩擦焊種類及應用p72

摩擦焊是利用工件相互摩擦產生的熱量同時加壓而進行焊接的方法。有轉動型摩擦焊、軌道式摩擦焊。摩擦焊不僅可以焊接同種金屬，也可以講不同金屬焊接在一起。

焊接***，操作簡單，不需焊接材料，容易實現自動控制，生產率高。目前，摩擦焊廣泛用於焊接軸類零件及管子，它可焊接的實心焊件的直徑為2mm到100mm以上，管子的外徑可達幾百公釐。

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