机械制造基础

周正元

目录

  • 1 模块一、机械工程材料与热处理
    • 1.1 金属材料的力学性能
      • 1.1.1 强度和塑性
      • 1.1.2 硬度
      • 1.1.3 韧性
      • 1.1.4 疲劳强度
      • 1.1.5 单元测试
    • 1.2 铁碳合金的基本成分、组织、性能之间的关系
      • 1.2.1 铁碳合金的基本组织
      • 1.2.2 铁碳合金平衡图
      • 1.2.3 钢的成分、组织、性能之间的关系
      • 1.2.4 单元测试
    • 1.3 钢的热处理
      • 1.3.1 钢在加热及冷却时的组织转变
      • 1.3.2 钢的退火、正火、淬火、回火
      • 1.3.3 钢的表面处理方法
      • 1.3.4 单元测试
    • 1.4 碳素钢
      • 1.4.1 碳素钢的分类
      • 1.4.2 碳素钢的牌号、性能和用途
      • 1.4.3 单元测试
    • 1.5 合金钢
      • 1.5.1 合金元素在钢中的作用
      • 1.5.2 合金钢的分类、牌号、表示方法
      • 1.5.3 合金钢的性能和用途
      • 1.5.4 单元测试
    • 1.6 铸铁
      • 1.6.1 铸铁的石墨化
      • 1.6.2 灰铸铁
      • 1.6.3 可锻铸铁
      • 1.6.4 球墨铸铁
      • 1.6.5 单元测试
    • 1.7 有色金属
      • 1.7.1 铝及铝合金
      • 1.7.2 铜及铜合金
      • 1.7.3 单元测试
    • 1.8 硬质合金和超硬刀具材料
      • 1.8.1 硬质合金材料及性能
      • 1.8.2 超硬刀具材料及性能
      • 1.8.3 陶瓷材料及性能
      • 1.8.4 单元测试
    • 1.9 金属表面处理技术及应用
      • 1.9.1 金属表面预处理
      • 1.9.2 金属表面涂镀层技术
      • 1.9.3 金属表面转化膜技术
      • 1.9.4 单元测试
  • 2 模块二、零件毛坯的成形方法
    • 2.1 铸造
      • 2.1.1 砂型铸造
      • 2.1.2 常用铸造金属及其铸造性能
      • 2.1.3 铸造工艺设计基础
      • 2.1.4 铸件结构工艺性
      • 2.1.5 特种铸造
      • 2.1.6 单元测试
    • 2.2 锻压加工
      • 2.2.1 金属的塑性变形
      • 2.2.2 锻造
      • 2.2.3 冲压
      • 2.2.4 单元测试
    • 2.3 焊接
      • 2.3.1 常用焊接方法
      • 2.3.2 常用金属的焊接性能
      • 2.3.3 焊件变形和焊件结构工艺性
      • 2.3.4 单元测试
  • 3 模块三、金属切削条件的合理选择
    • 3.1 金属切削的基本定义
      • 3.1.1 切削运动
      • 3.1.2 切削过程中的工件表面
      • 3.1.3 切削用量
      • 3.1.4 刀具的几何参数
      • 3.1.5 切削层参数
      • 3.1.6 单元测验
    • 3.2 金属切削过程的物理现象
      • 3.2.1 切削层的变形
      • 3.2.2 切削力
      • 3.2.3 切削热与切削温度
      • 3.2.4 单元测验
    • 3.3 刀具的磨损与刀具的耐用度
      • 3.3.1 刀具磨损的形式
      • 3.3.2 刀具磨损的原因
      • 3.3.3 刀具磨损过程及磨钝标准
      • 3.3.4 刀具耐用度、寿命及影响因素
      • 3.3.5 单元测验
    • 3.4 工件材料的切削加工性
      • 3.4.1 材料切削加工性的评定
      • 3.4.2 影响材料切削加工性的主要因素
      • 3.4.3 常用金属材料的切削加工性
      • 3.4.4 改善金属材料切削加工性的途径
      • 3.4.5 单元测验
    • 3.5 金属切削条件的合理选择
      • 3.5.1 刀具材料的选择
      • 3.5.2 刀具几何参数的选择
      • 3.5.3 刀具耐用度的选择
      • 3.5.4 切削用量的选择
      • 3.5.5 切削液的选择
      • 3.5.6 单元测验
  • 4 模块四、金属切削机床与加工
    • 4.1 金属切削机床的分类与编号
      • 4.1.1 金属切削机床的分类
      • 4.1.2 机床型号的编制方法
      • 4.1.3 单元测验
    • 4.2 车削加工
      • 4.2.1 车削加工概述
      • 4.2.2 车床
      • 4.2.3 工件在车床上的安装
      • 4.2.4 车刀种类
      • 4.2.5 车削加工
      • 4.2.6 单元测验
    • 4.3 铣削加工
      • 4.3.1 铣削加工概述
      • 4.3.2 铣床
      • 4.3.3 工件在铣床上的安装
      • 4.3.4 铣刀与铣削方式
      • 4.3.5 铣削加工
      • 4.3.6 铣削用量的选择
      • 4.3.7 单元测验
    • 4.4 磨削加工
      • 4.4.1 磨削加工概述
      • 4.4.2 砂轮
      • 4.4.3 外圆磨削
      • 4.4.4 内圆磨削
      • 4.4.5 平面磨削
      • 4.4.6 无心磨削
      • 4.4.7 单元测验
    • 4.5 齿轮加工
      • 4.5.1 成形法
      • 4.5.2 展成法
      • 4.5.3 单元测验
    • 4.6 钻削与镗削
      • 4.6.1 钻削加工
      • 4.6.2 镗削加工
      • 4.6.3 单元测验
    • 4.7 刨削与拉削
      • 4.7.1 刨削加工
      • 4.7.2 拉削加工
      • 4.7.3 单元测验
  • 5 模块五、机械加工工艺规程的制定
    • 5.1 概述
      • 5.1.1 生产过程与机械加工工艺过程
      • 5.1.2 机械加工工艺规程及其制定原则和步骤
      • 5.1.3 机械加工工艺过程的组成
      • 5.1.4 生产类型及其工艺特征
      • 5.1.5 单元测验
    • 5.2 零件工艺性分析与毛坯的选择
      • 5.2.1 原始资料准备及产品工艺性分析
      • 5.2.2 零件工艺性分析
      • 5.2.3 毛坯的选择
      • 5.2.4 单元测验
    • 5.3 基准的选择与机械加工工艺路线的拟定
      • 5.3.1 定位基准的选择
      • 5.3.2 表面加工方法的确定
      • 5.3.3 加工阶段的划分
      • 5.3.4 加工顺序的安排
      • 5.3.5 单元测验
    • 5.4 工序设计
      • 5.4.1 加工余量的确定
      • 5.4.2 工序尺寸及其公差的确定
      • 5.4.3 机床与工艺装备的选择
      • 5.4.4 时间定额的确定
      • 5.4.5 单元测验
  • 6 模块六、典型零件加工与工艺编制
    • 6.1 轴类零件加工
      • 6.1.1 概述
      • 6.1.2 轴类零件加工的工艺问题分析
      • 6.1.3 阶梯轴的加工工艺
      • 6.1.4 轴类零件的检验
      • 6.1.5 单元测验
    • 6.2 套筒类零件加工
      • 6.2.1 概述
      • 6.2.2 套筒类零件加工工艺问题分析及典型工艺
      • 6.2.3 深孔加工
      • 6.2.4 套筒类零件的检验
      • 6.2.5 单元测验
    • 6.3 箱体类零件加工
      • 6.3.1 概述
      • 6.3.2 箱体类零件加工的主要工艺问题
      • 6.3.3 圆柱齿轮减速器箱体加工工艺
      • 6.3.4 箱体类零件的检验
      • 6.3.5 单元测验
    • 6.4 圆柱齿轮加工
      • 6.4.1 概述
      • 6.4.2 圆柱齿轮加工的主要工艺问题
      • 6.4.3 典型圆柱齿轮的加工工艺
      • 6.4.4 圆柱齿轮的检验
      • 6.4.5 单元测验
金属表面处理技术及应用

   金属表面处理技术是指通过一些物理、化学、机械或复合方法使金属表面具有与基体不同的组织结构、化学成分和物理状态,从而使经过处理后的表面具有与基体不同的性能。经过表面处理后的金属材料,其基体的化学成分和力学性能并未发生变化,但其表面却拥有了一些特殊性能,如高的耐磨性、耐蚀性、耐热性及好的导电性、电磁特性、光学性能等。

   所有的金属材料都不可避免与环境相接触,而与环境真正接触的是金属的表面,如各种机械零件和工程构件。它们在使用过程中会发生腐蚀、磨损、氧化等,所有这些都会使金属表面首先发生破坏或失效,进而引起整个设备或零(构)件的破坏或失效。随着现代工业的迅猛发展,对机械工业产品提出了更高的要求,要求产品能在高参数(如高温、高压、高速)和恶劣工况条件下长期稳定运转或服役,这就必然对材料表面的耐磨、耐蚀等性能以及表面装饰提出了更高的要求,使其成为防止产品失效的第一道防线。

   为了满足上述要求,在某些情况下可以选用特种金属或合金来制造整个零件或设备,有时虽然也可满足表面性能要求,但这往往会造成产品的成本成倍或成百倍的增加,降低了产品的竟争力,更何况在许多情况下也很难找到一种能够同时满足整体和表面要求的材料。而表面处理技术则可以用极少量的材料就起到大量、昂贵的整体材料难以起到的作用,在不增加或不增加太多成本的情况下使产品表面受到保护和强化,从而提高产品的使用寿命和可靠性,改善机械设备的性能、质量,增强产品的竞争能力。所以,研究和发展金属材料的表面处理技术,对于推动高新技术的发展,对于节约材料、节约能源等都具有重要意义。

   表面处理技术主要通过三种途径改善金属材料表面性能:一种是通过表面改性技术改变基体表面的组织和性能,如表面淬火、化学热处理(渗碳、渗氮、碳氮共渗等)、喷丸、滚压、高能束表面改性等。第二种是通过表面涂(镀)层技术在基体表面制备各种镀、涂覆层,包括电镀、化学镀、热浸镀、热喷涂、油漆、气相沉积等;第三种是通过化学转化膜技术形成表面转换层,如发蓝处理、氧化处理、磷化处理和着色与封闭处理等。

表面改性技术和表面涂层技术的最大区别是,其所形成的表面在材料和组织上均是基体直接参与形成的,而不像表面涂层技术那样,涂层的材料和组织与基体是完全不同的。

   就表面涂层技术而言,是在材料表面形成一层与基体材料不同的涂层,只有这一涂层与基体之间有足够的结合强度,才能使涂层发挥应有的作用,只有表面本身足够平整、光洁,涂层或转化后的表面粗糙度数值才会小。因此,人们通过各种表面预处理(表面整平、脱脂、除锈)如来获得清洁、平整且有一定活性的表面,以期取得满意的涂层与基体的结合强度。