机械制造基础知识点总结.doc

年 代
项 目
说 明
1797年
车床
英国茅兹雷
1913年
传送机装配线
美国福特
1924年
自动线
英国莫里斯汽车公司
1952年
三坐标数字控制立式铣床
美国麻省工学院帕森斯
1954年
工业机器人
美国德沃尔
1955年
自动编程语言APT
美国
1958年
加工中心（自动换刀装置的数控机床）
美国卡尼和特雷克公司
1963年
计算机辅助设计（CAD）
美国萨瑟兰
1968年
计算机直接数控系统（群控系统）（DNC）
英国莫林斯公司
现代机械制造基础以控制论和系统工程为先导，综合考虑物质流、信息流和能量流。
机械制造系统是离散的动态系统。
零件加工的方法：铸造、锻造、粉末冶金、钣金加工、焊接、切削与磨削、特种加工、热处理。
生产类型是指企业生产专业化程度的分类。单件生产、成批生产、大量生产。
影响产品质量的主要因素：
1.各个时期技术进步的程度。
2.生产管理的组织形式和方式。
3.产品设计质量的优劣。
4.员工的综合工作能力和敬业精神。
5.拥有的加工设备精度、检验手段的可靠程度和检验观念。
产品的经济性涉及的主要因素：
1.产品的销售量与销售方式以及产品投入生产批次的大小。
2.产品设计的创新程度和设计方式、成本等。
3.组织产品生产使用车床、工具、员工的优化程度。
4.生产系统和经营思想与产品最佳效益的认知和贴合程度。
材料按物质结构分：金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料、陶瓷材料等。
金属材料的力学性能：强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等。
强度：金属材料抵抗永久变形和断裂破坏的能力。
刚度：金属材料在受力时抵抗弹性变形的能力。
抗拉强度：金属在拉断前承受的最大拉应力。
伸长率是指试样拉断后其标距长度的相对伸长值。
δ=l-l0l0×100%
断面收缩率是指试样拉断后断口处横截面积的相对收缩值。
ψ=S0-SS0×100%
布氏硬度——不适于测量薄件和对表面要求严格的成品件，通常用于测定铸铁、有色金属、低合金结构钢。
HB=F（实验力N)A（压痕表面积mm2）×0.102 A=π2DD-D2-d2（D钢球直径mm；d压痕直径mm）
F：施加的实验力（N）
洛氏硬度（HR）——操作简便、迅速，可直接读出。适用于检验成品、小件、薄件，在钢件热处理质量检验中应用最多。
维氏硬度——精确，不适合成批生产的常规检查。
HV=FA=1.8544×0.102Fd2
冲击韧度：金属材料抵抗冲击载荷作用下断裂的能力。
aK(J/cm2)=AK(折断试样所消耗的冲击功J)A0（试样缺口出的原始截面积cm2）
材料承受多次重复冲击的能力，主要取决于强度、塑性。而不是冲击韧度。
疲劳强度：技术材料在经受无数次重复或交变载荷作用而不发生疲劳破坏的最大应力。
断裂韧度：材料抵抗裂纹失稳扩展的能力。
体心立方晶格：a=b=c，α=β=γ=90°，包含2个原子。
高强度、硬度、熔点，一定的冷脆性，具有一般的韧性和塑性。铬、钼、钨等。
面心立方晶格：包含4个原子。
具有良好的塑性和韧性，没有低温脆性，良好的低温合金材料的基础。金、银、铜、铝等。
密排六方晶格：a=b≠c，α=β= 90°，γ=120°，包含6个原子。
强度低，塑性、韧性较差，很少做重要结构材料。铍、镁、锌、镉等。
过冷现象：金属的实际结晶温度低于其理论结晶温度的现象。二者之差（∆T），称为过冷度。
金属结晶的冷却速度越大，则过冷度越大，金属在结晶时产生的晶核就越多，每个晶核生长的时间越小，获得的晶粒也就越细。
同素异构转变：固态金属由一种晶格转变为另一种晶格的变化过程。
固溶体：置换固溶体、间隙固溶体
固溶强化：固溶体中由于溶质原子与溶剂原子的尺寸不同，固溶体会因为溶质原子的融入而造成晶格畸变。溶质的含量越大，溶剂金属的晶格的畸变越大，使晶面间的相对滑移阻力增加，因而固溶体的强度、硬度比溶剂有所提高，塑性和韧性稍有下降。
金属化合物：在合金中，当溶质含量超过固溶体的溶解能力，由于各组元之间的相互作用将形成金属化合物。
铁碳合金的几种相结构：
1）液相：高温下铁和碳的溶液。
2）δ相：碳在δ-Fe中的固溶体。体心立方晶格。1394～1538℃。
3）铁素体相：碳在α-Fe中溶解所形成的固溶体。体心立方晶格。
3）奥氏体相：碳在γ-Fe中溶解所形成的股容易。面心立方晶格。是热变形加工所需要的相。
4）渗碳体相：铁与碳形成的稳定化合物Fe3C。含碳量6.69%。熔点1227℃。晶格复杂，无同素异构转变。数量、形态、大小、分布对钢的性能起很大作用。含量适当、分布合理时，可提高合金的强度。高温长期保存可以分解成铁和石墨。
钢中杂质元素的影响：硅：提高强度、硬度、弹性。降低塑性、韧性，0.4%。锰：提高强度、硬度，0.8%。硫：有害，1000～1200℃进行加工时导致钢沿晶界开裂（钢的热脆性）。磷：有害，室温下，塑性和韧性急剧降低，使钢的脆性转化温度升高，低温更严重（冷脆性）。氧、氢、氮：有害，氧——力学性能降低，特别是疲劳强度，氢——脆性增加，氮——“蓝脆”现象。
碳素钢：在Fe-Fe3C状态图中碳的含量在0.02%～2.11%范围内的铁碳合金。
·低碳钢＜0.25% 塑性和可焊性较好，强度较低。
·中碳钢0.25%～0.6% 塑性和可焊性较差，热处理后强度和硬度显著提高。
·高碳钢＞0.6% 塑性和可焊性很差，热处理后有很高的强度和硬度。
铸铁：含碳量大于2.11%的铁碳合金
铜+锌=黄铜；铜+镍=白铜；其他铜合金称为青铜
热处理只改变组织和性能，不改变形状和尺寸
奥氏体化：把钢加热到临界温度之上，使钢在室温下的组织全部或部分转变为奥氏体。
退火：将钢的加热到临界点A1以上或以下某温度，保温一段时间，然后随炉缓慢冷却，使其组织结构达到平衡状态的热处理工艺。
·完全退火：用于亚共析钢。改善组织、细化晶粒、降低硬度、消除内应力。
·等温退火：对于亚共析钢，可替代完全退火；对于共析钢、过共析钢，可替代球化退火。
·球化退火：用于共析钢、过共析钢及合金工具钢。降低硬度，提高塑韧性，改善切削加工性能，使钢中碳·化物球化，为淬火做组织准备。
·均匀化退火：消除某些具有化学成分偏析的铸钢及锻轧件。因加热温度高，晶粒粗大，需要完全退火细化。
·去应力退火：无相变退火，消除工件在铸、锻、焊、热轧、冷拉及切削加工中的残余内应力，稳定尺寸，防止后续工序中工件变形和开裂
正火：将刚加热到AC3或Acm以上30～50℃，保温一段时间，然后在空气中冷却到室温并使组织结构达到或接近平衡状态的热处理操作。
与退火作用相似，冷却速度不。
淬火：将钢加热到临界点AC1 或AC3以上的某一个温度，保持一段时间，然后快速冷却到室温而获得马氏体组织或贝氏体组织的热处理操作。
提高钢的硬度。关键是淬火温度的确定与淬火冷却介质的选择。
·单液淬火：放入一种淬火介质中连续冷却到室温。操作简单、应用广泛。水淬容易变形和开裂，油淬容易硬度不足。
·双液淬火：水淬（MS）油）冷。冷却条件理想、操作复杂。水淬空冷、油淬空冷等。
·分级淬火：将工件奥氏体化后，放入温度稍高于MS温度的冷却介质中2～5min，取出空冷。工件内外温差小，产生内应力小，变形轻微，有效防止开裂。适于尺寸小工件。
·等温淬火：将工件奥氏体化后，快冷到贝氏体转变区，保持足够长的时间，使过冷奥氏体转变为下贝氏体，取出空冷。强度高，塑性韧性好，淬火应力小，变形小。适于形状复杂尺寸较小的工件。
回火：将淬火后的钢加热到AC1以下温度，保持一段时间，再冷至室温的热处理工艺。
为了消除因淬火是冷却过快二产生的内应力，降低淬火钢的脆性，稳定工件的组织和尺寸。
·低温回火（150～250℃）得到回火马氏体组织。降低钢中残余应力和脆性，保持钢在淬火后得到的高硬度和高耐磨性。刀具、量具、冷冲磨具、滚动轴承及精密偶件。
·中温回火（350～500℃）得到回火托氏体组织。较高的弹性极限、屈服极限和一定的塑性、韧性。各种弹簧钢及热锻模的处理。
·高温回火（500～650℃）得到索氏体组织。强度、塑性、韧性都较好。传动轴、齿轮、连杆等。
调制处理=淬火+高温回火
表面淬火：快速加热和立即激冷是表面产生强化。适合中碳钢。球墨铸铁工艺性最好。
·感应加热表面淬火 电磁感应迅速加热，喷水冷却。加热快，脆性小，不易脱氧脱碳，变形小，生产率高。
·火焰加热表面淬火 氧炔焰加热，水或乳化液冷却。设备简单、成本低。适用于单件、小批生产，或大型零件和需要局部淬火的零件。
·电接触加热表面淬火 提高工件表面的耐磨性、抗擦伤能力，设备及工艺费用低，工件变形小，不需回火。机床导轨、气缸套等形状简单的工件。
化学热处理：将工件置于一定温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入到他的表层，以改变表层化学成分、组织和性能的热处理工艺。
·渗碳 介质：气体、液体、固体、真空。主要工艺参数：加热温度和保温参数。低碳钢渗碳后淬火低温回火，使工件“表硬心韧”。
·渗氮 更高的表面硬度、耐磨性、疲劳强度、红硬性及抗咬合性，耐蚀性。工件变形小。高速转动的精密齿轮和高精度机床主轴。
热处理工艺与零件结构：避免厚薄悬殊，避免尖角和棱角，增加工艺肋，采用组合结构（各部分工作条件要求不同，热处理时容易变形和开裂，分别加工、热处理再镶拼起来，制造简单，合格率高）。
表面工程：热喷涂技术、气相沉淀技术、高能束表面改性等。
铸造的优点：可以生产形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯或零件；几乎不受毛坯重量、尺寸、材料种类以及生产批量的限制；铸造所用原材料来源广泛，并可直接利用废件、废料，成本较低。
影响合金充型能力主要因素：
·合金的流动性：合金的种类（熔点、热导率、合金液的粘度等物理性质），合金成分。（以“螺旋形流动性试样”的长度来衡量）
·浇注条件：浇注温度（温度越高，粘度越低，流动时间增长，充型能力增强），充型压力（压力越大，充型能力越好）。
·铸型填充条件：蓄热能力、温度、铸型中的气体、铸件结构。
铸件的凝固方式：逐层凝固方式（纯铜、纯铝、灰铸铁、低碳钢），糊状凝固（球墨铸铁、高碳钢、锡青铜），中间凝固（中碳钢、白口铸铁）。
影响合金凝固的因素：合金凝固温度范围，逐渐温度梯度。
铸件的收缩三个阶段：液态收缩—（液相线温度）—凝固收缩—（固相线温度）—固态收缩。
液态收缩和凝固收缩是铸件产生缩孔、缩松的基本原因；固态收缩是铸件产生应力、裂纹和变形等缺陷的主要原因
影响收缩的因素：化学成分（不同合金收缩率不同，铸铁最大，灰口铸铁最小）；浇注温度（温度越高，过热度越大，液态收缩量越大）；铸件结构与铸型条件。
收缩对铸件质量的影响：1.缩孔与缩松；2.铸造应力变形；3.铸件的裂纹。
缩孔与缩松：液态合金在冷凝的过程中，若其液态收缩和凝固收缩所减少的体积得不到及时的补充，则在逐渐最后的凝固部位形成一些不规则的孔洞，大而集中的称为缩孔，细小而分散的称为缩松。
·对质量的影响：使铸件力学性能、气密性和物理化学性能大大降低，以至成为废品。
·防止措施：合理选择铸造合金（共晶或接近共晶成分的合金，易形成缩孔而不易形成缩松，合理设置冒口将缩孔转移至冒口）；采用顺序凝固原则，用冒口补缩；满足充型能力的前提下，尽量降低浇注温度和速度，是防止产生缩孔的有效措施之一。
铸造应力、变形：随着温度的降低、铸件产生固体收缩，由于固态收缩受阻，冷却、收缩不均匀，所引起的应力叫铸造应力。分为机械应力、热应力、相变应力
热应力：冷却过程中不同位置由于不均衡的收缩引起。铸件的壁厚差别越大、合金线收缩率越高、弹性模量越大，热应力越大。
机械应力：由于铸件收缩受阻而产生的影响。改善型砂和型芯的退让性，或提早落砂等措施，可减少机械应力。
铸件的裂纹：内应力超过金属强度极限。
热裂，高温下形成。缝隙宽、形状曲折、缝内呈氧化色。原因：合金属性，铸型阻力。控制含硫量。
冷裂，低温下形成。裂纹细小、呈连续直线状，有时缝内呈轻微氧化色。出现在复杂工件受拉升部位、应力集中处。脆性大的合金容易产生冷裂。控制含磷量。
手工造型：整模造型、分模造型、挖沙造型、活块造型、刮板造型、假箱造型等。
铸件工艺参数包括收缩余量、加工余量、起模斜度、铸造圆角等。
特种铸造：金属型铸造、熔模铸造、压力铸造、离心铸造等。
金属塑性变形的实质：单晶体的主要变形形式是晶体滑移变形，即晶体的一部分在外力作用下与另一部分沿着一定的晶面产生相对滑移和孪生变形。
加工硬化现象：金属随着变形程度的加大，产生了硬度增高，塑性降低现象。
金属的可锻性表示金属材料经受压力加工的能力，通常由金属的塑性和变形抗力来综合衡量。
变形条件：金属进行变形时的变形温度、变形速度及应力状态。
锻造加工的特点：1.具有较好的力学性能；2.节约材料；3.生产率高；4.适应范围广；5.锻件的结构工艺性要求高，难以锻造复杂的毛坯和零件；6.锻件的尺寸精度低，对于高精度要求的零件，还需要经过切削加工来满足要求。
锻造方法：自由锻和模锻
简单冲模的构成：凸模、凹模、上模板、下模板、模柄、压板、卸料板、导板、定位销、套筒、导柱。
板料冲压件的结构工艺性：冲压件：合理冲件外形便于排样、节约材料，同时外形和孔型力求简单对称；凹凸部分宽度不能太小；孔间距与零件边缘距离不宜太小；冲孔尺寸不宜太小；冲件转角处圆弧过渡。弯曲件：弯曲件外形尽量对称，带孔弯曲件的孔边缘与弯曲线的距离不能太小，弯曲直边高度H＞2t。拉深件：拉深件的外形应简单、对称，且不易过高，拉深件的圆角半径在不增加工艺程序的情况下不宜过小。
连接的方法：机械连接、物理化学连接和冶金连接。
焊接的方法：熔焊、压焊和钎焊。
焊接接头的区域：焊缝区（焊缝金属区的温度在液相线上，母材金属和填充金属溶化后共同形成液态熔池）；熔合区（焊缝和基体金属的交界区，温度处于固相线和液相线之间）；热影响区（材料受热而发生金相组织和力学性能变化的区域，包括过热区、正火区、部分变相区、再结晶区等）。
焊条由焊芯和药皮两部分组成。焊芯起导电作用，并作为焊缝的填充金属；药皮是压涂在焊芯表面上的涂料层。
Z3040：Z为类别号，表示钻床；3为组别号，表示摇臂钻床组；0为系别代号，表示机床名称为摇臂钻床系；40为主参数代号，表示最大钻孔直径为40mm。
机床的基本结构：主传动部件、进给传动部件、工件安装装置、刀具安装装置、支撑件、动力源。
数控机床的主要性能指标：1.精度指标（定位精度、分度精度、分辨率和脉冲当量）；2.可控轴数和联动轴数；3.运动性能指标。
机床夹具的组成：定位装置、夹紧装置、对刀元件、导向元件、夹具体、其他元件和装置。
切削用量三要素：切削速度、吃刀量、进给量
刀具的基本性能：高硬度，高耐磨性，高耐热性，足够的强度和韧度，良好的工艺性和经济性。
刀具材料：碳素工具钢；合金工具钢；高速钢；硬质合金（钨钴类硬质合金YG类，钨钛钴类硬质合金YT类，通用类硬质合金YW类）；涂层刀具材料。
刀具的组成：前刀面Aγ、主后面Aα、副后面Aα’、主切削刃S、副切削刃S’、刀尖。
切屑分类：带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑。
积屑瘤的影响：有利——积屑瘤包覆在切削刃附近的前刀面上，对切削刃起到一定保护作用；积屑瘤的存在增大了刀具的实际工作前角，使切削力减小。
不利——当积屑瘤突出与切削刃外端时，引起了一定的过切量，使切削力增大，同时影响零件的尺寸精度；由于积屑瘤局部不稳定，容易使切削力产生波动而引起震动；积屑瘤形状并不规则，使切削刃形状发生畸变，直接影响加工精度；若积屑瘤被撕裂，一部分被切屑带走，加快刀具的磨损，另一部分留在已加工表面，会形成毛刺，使零件表面质量降低。
总切削力分解：切削力Fc，进给力Ff，背向力Fp。
影响切削力的主要因素：工件材料性能（强度、硬度越高，塑性、韧性越好，切削力越大）、刀具几何角度（前角、后角越大，切削力越小）、切削用量（吃刀量、进给量、切削面积、切除的金属量越大，切削力越大）。
常用的磨料：棕刚玉（硬度较低的塑性材料）、白刚玉（硬度较高的塑性材料）、黑碳化硅（硬度较低的脆性材料）、绿碳化硅（高硬度的脆性材料）。
磨削过程的特点：1.背向磨削力Fp大（因为砂轮的宽度较大，磨粒又是以很大的负前角切削的缘故）；2.磨削温度高；3.表面变形强化和残余应力严重。
组成零件的表面：外圆、内圆、锥面、平面、螺纹、齿形、成形面以及各种沟槽等。
常用的切削加工方法：车削、钻削、镗削、铣削、刨削、插削、拉削、磨削等。
配合种类：间隙配合、过盈配合、过渡配合。
基孔制配合：基本偏差为一定的孔的公差带，与不同基本偏差的轴的公差带形成各种配合的一种制度。基孔制的孔为基准孔，代号为H，基孔制的基本偏差（下偏差）为零。
基轴制配合：基本偏差为一定的轴的公差带，与不同基本偏差的孔的公差带形成各种配合的一种制度。基轴制的轴为基准轴，代号为h，基轴制的基本偏差（下偏差）为零。
加工精度包括尺寸精度、形状精度、位置精度。
形位公差：为了保证机器零件的正确装配和性能，单靠尺寸精度来控制零件的几何形状已不能满足要求，还必须对零件的形状和位置误差加以控制。
表面粗糙度的主要评定参数：1.轮廓算术平均偏差Ra；2.微观不平度十点高度Rz；3.轮廓最大高度Ry。
影响加工精度的主要因素：1.加工原理误差；2..机床、刀具及夹具误差；3.工件装夹误差；4.工艺系统变形误差；5.工件内应力。
影响表面粗糙度的主要因素：1.切削残留面积；2.积屑瘤；3.工艺系统振动。
常用特种加工的方法：1.电火花加工（通过工具电极和工件之间不断产生脉冲性的火花放电的点蚀作用进行加工）；2.激光加工（利用能量密度非常高的单色光，通过光学系统聚焦成微细光束，得到极大的能量密度和10000℃以上高温）；3.电子束加工（在真空条件下，利用聚焦后能量密度极高的电子束以极高的速度冲击工件表面极小的面积，在极短的时间内能量转变为热能，产生几千摄氏度以上的高温，引起材料局部熔化和气化）；4.离子束加工（类似于电子束加工，更精密）；5.超声波加工（利用工具端面做超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型方法）。
齿轮的技术要求：1.传递运动的准确性；2.传动的平稳性；3.载荷分布的均匀性；4.传动侧隙。
常用的齿轮齿形加工设备有铣床、滚齿机、插齿机、剃齿机、珩齿机、磨齿机。
工序：指同一个或一组工人在同一台机床或同一场所，对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。“三同一连续”
工步：指在加工表面不变、加工工具不变、主切削用量不变的条件下所连续完成的那一部分工序内容。“三不变一连续”
工序—安装(1,2,3…)—工步(1,2,3…)—走刀(1,2,3…)
工序—工位(1,2,3…)—工步(1,2,3…)—走刀(1,2,3…)
零件加工的工艺性：1.便于加工和测量（刀具的引进和退出要方便，尽可能避开不敞开的内表面加工，尽可能避免深孔、弯曲孔、特殊位置孔的加工、零件的结构要适应刀具的要求）；2.便于安装（增加工艺凸台、增设装夹凸缘或装夹孔、改变结构或增加辅助安装面）；3.提高切削效率，保证产品质量（尽量减少加工量、尽量减少走刀次数、要有足够的刚性、零件铸件的刚性必须与机械加工时所采用的加工方法适应）；4.提高标准化程度（设计时尽量采用标准件、合理地规定表面精度等级和粗糙度的数值、合理采用零件的组合）；5.保证装配的方便性与可拆性。
粗基准的选择：1.若零件上有某个表面不需要加工，则应选择这个不需要加工的表面作为粗基准；2.零件上的表面若全部需要加工，而且毛坯比较精确，则应选择加工余量最小的表面作为粗基准；3.应尽量选择平整、没有浇口、冒口、飞边和其他表面缺陷的毛坯表面作为粗基准；4.所选的粗基准应能用来加工出以后所需的精基准。
精基准的选择：1.基准重合原则，即选择被加工表面的设计基准作为定位基准。2.基准统一原则，即各工序所用的基准尽可能相同。3.互为基准原则。4.自为基准原则。5.辅助基准。
检验：无损检（磁粉检验、渗透检验、射线检验、超声波检验）；2.组织检验（宏观检验：酸浸试验、断口试验、发纹试验、硫印试验；显微检验）；3.其他特种检验（致密性检验、声发射检验、全息检验、中子检验、液晶检验）
装配：将若干零件装成一个组件或部件的装配称为部装。将若干零件与部件装成一台机械的装配过程称为总装。部装和总装统称为装配。
装配工作的基本内容：1.清洗；2.连接；3.校正、调整和配作；4.平衡检验。
AMT：先进制造系统，advanced manufacturing technology。
AMT的分类：1.面向制造系统的新型制造模式和先进管理方法：计算机集成制造系统（CIMS）、精益生产（LP）、敏捷制造（AM）等。2.面向工程设计领域的先进制造技术：计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）、计算机辅助工艺设计（CAPP）、计算机辅助制造（CAM）等。3.面向物流处理的先进制造技术：数控加工技术（NC/CNC/DNC）、柔性制造技术（FM）、工业机器人（robet）等。
柔性制造系统：（flexible manufacturing system，简称FMS）是在计算机统一控制下，由自动装卸与输送系统将若干台数控机床或加工中心连接起来而构成的一种适合于多品种、中小批量生产的先进制造系统。
FMS的组成：自动加工系统、自动物流系统、自动仓库系统、自动监控系统、计算机控制系统。