機械設(shè)計基礎(chǔ)知識概述(全)

1、機械設(shè)計基礎(chǔ)知識概述(全)機械設(shè)計基礎(chǔ)知識概述第一章 金屬材料的有關(guān)問題（一） 金屬材料的機械性能金屬零件受一定外力作用時，對金屬材料有一定的破壞作用。因此要求金屬材料具有抵抗外力的作用而不被破壞的性能，這種性能稱為機械性能。金屬材料的機械性能主要包括：強度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。它們的具體數(shù)值是在專門的試驗機上測定出來的。1、金屬材料的變形和應(yīng)力金屬材料受外力作用時引起的形狀改變稱為變形。變形分為彈性變形（當(dāng)外力取消后，變形消失并恢復(fù)到原來形狀）和塑性變形（當(dāng)外力除去后，不能恢復(fù)到原來形狀，保留一部分殘余形變）。當(dāng)金屬材料受外力作用時，其內(nèi)部還將產(chǎn)生一個與外力相對抗的內(nèi)力，它的大

2、小與外力相等，方向相反。單位截面上的內(nèi)力稱為應(yīng)力。在拉伸和壓縮時應(yīng)力用符號表示。=P/F式中： 應(yīng)力，MPa;P 拉伸外力，N；F 試樣的橫截面積，mm2。2、強度強度是金屬材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。強度可通過拉力試驗來測定。將圖（a）所示標(biāo)準(zhǔn)樣安裝在拉力試驗機上，對其施加一個平穩(wěn)而無沖擊逐漸遞增的軸向拉力，隨著拉力的增加試樣產(chǎn)生形變?nèi)鐖D（B）直到斷裂如圖（C）。以試樣的受拉力P為縱坐標(biāo)，伸長值L為橫坐標(biāo)，給制出拉伸曲線。OE段：負(fù)荷與伸長成線性關(guān)系，是材料的彈性變形階段。金屬材料由彈性變形過渡到塑性變形時的應(yīng)力稱為彈性極限，用e表示。e=Pe/Fo式中： e 彈性極限，MPa；Pe 材料

3、開始塑性變形時的負(fù)荷，N；Fo 試樣原橫截面積，2 。當(dāng)負(fù)荷超過E點，試樣開始產(chǎn)生塑性變形，這一段曲線幾乎呈水平，表明試樣在拉伸過程中，負(fù)荷不增加甚至有降低，試樣繼續(xù)塑性形變，材料喪失了抵抗變形的能力。這種現(xiàn)象稱為屈服。產(chǎn)生現(xiàn)象時的應(yīng)力稱為屈服點，用s表示。s=Ps/Fo式中： s 屈服點，Mpa ；Ps 材料產(chǎn)生明顯形變時的負(fù)荷，N；Fo 試樣原橫截面積，2 。負(fù)荷超過S點后，形變量隨負(fù)荷增加而急劇增加，當(dāng)過B點，形變部位出現(xiàn)縮頸現(xiàn)象，試樣已不能抵抗外力作用，在K點發(fā)生斷裂。試樣拉斷前能承受的最大負(fù)荷 Pb所對應(yīng)的應(yīng)力稱為抗拉強度，用b表示。b= Pb/Fo式中： b 抗拉強度，Mpa ；

4、Pb 試樣拉斷前的最大拉力，N；Fo 原橫截面積，2 。屈服強度（s），抗拉強度（b）和屈強比（屈服強度與抗拉強度的比s/b）是評定金屬材料質(zhì)量的重要機械性能指標(biāo)，是設(shè)計和選材的主要依據(jù)之一。3、塑性 塑性是金屬材料受外力作用時斷裂前產(chǎn)生塑性變形的能力。通常用兩種方法來表示。（1） 伸長率：試樣拉斷后標(biāo)距部分所增加的長度與原標(biāo)距長度的百分比，用表示。=（L1L0）/L0×100%式中： 試樣的伸長率，%；L1 試樣拉斷后標(biāo)距長度，；L0 試樣原標(biāo)距長度，.(2) 斷面收縮率：試樣拉斷后縮頸處橫截面積的最大縮減量與原截面積的百分比，用表示。式中 試樣的斷面收縮率，%；F0 試樣原橫截面

5、積，2 。F1 試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面積，2 。、的數(shù)值越大，說明金屬材料的塑性越好，反之亦然。良好的塑性是金屬材料進(jìn)行塑性加工的必要條件。4、硬度硬度是金屬材料抵抗外物壓入其表面的能力，一般說，硬度高的材料耐磨性較好，強度也比較高。硬度是評價金屬材料質(zhì)量的機械性能指標(biāo)，也是機械零件設(shè)計要求的技術(shù)條件之一。生產(chǎn)中有不同的測定方法，常用的有布氏硬度和洛氏硬度。(1) 布氏硬度：用一定直徑的鋼球或硬質(zhì)合金球，以相應(yīng)的試驗力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保荷時間后卸除試驗力，測量試樣表面壓痕直徑。以壓痕球狀表面積所承受的平均負(fù)荷作為布氏硬度值，用符號HBS（HBW）表示。HBS（HBW）=式中：HBS（

6、HBW） 布氏硬度值，kgf2 ; P 加在淬火鋼球上的負(fù)荷，kgf； D 淬火鋼球直徑，。壓頭為鋼球時用HBS，適用于布氏硬度值在450以下的材料，如鑄鐵和有色金屬。壓頭為硬質(zhì)合金球時用HBW，適用于布氏硬度值在650以下的材料。（2）洛氏硬度：用壓頭壓入的壓痕深度表示材料的硬度值。壓痕越深表示材料越軟，硬度值越低。兩種硬度可以利用特制的表格進(jìn)行換算。 硬度表示金屬材料在局部范圍內(nèi)對塑性變形的抗力，所以硬度與強度間有一定的換算關(guān)系。5、沖擊韌性沖擊韌性是金屬材料抗擊沖擊負(fù)荷的能力?，F(xiàn)在普通采用一次擺錘沖擊試驗來測定材料的沖擊韌性。實驗表明，材料受小能量多次重復(fù)沖擊的能力，主要取決于材料強度。

7、強度越高，壽命越長，設(shè)計中可不必過分追求高沖擊值。6、疲勞強度實際中許多工件所承受負(fù)荷的方向和大小是周期變化的。這種周期變化的負(fù)荷稱為交變負(fù)荷。金屬工件在交變負(fù)荷作用下，經(jīng)長時間工作而發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為金屬疲勞。在交變負(fù)荷作用下金屬工件所受應(yīng)力大小和斷裂前應(yīng)力交變循環(huán)的次數(shù)有關(guān)。應(yīng)力越大，則斷裂前能隨承受的循環(huán)次數(shù)越低。當(dāng)鋼鐵材料的循環(huán)次數(shù)達(dá)到107，有色金屬的循環(huán)次數(shù)達(dá)到108 時，若試樣仍不發(fā)生疲勞破壞，其最大應(yīng)力稱為該材料的疲勞極限。當(dāng)應(yīng)力交變循環(huán)對稱時，疲勞極限用-1表示。生產(chǎn)中多數(shù)金屬工件是在交變負(fù)荷下工作的，疲勞破壞是破裂的主要形式。因此疲勞強度設(shè)計是材料的重要強度計算之一。另外，

8、改善零件結(jié)構(gòu)形狀避免應(yīng)力集中；降低表面粗糙度；采取表面強化處理等都能有效提高金屬工件的抗疲勞能力。（二）金屬材料的其他性能1、金屬材料的物理性能包括比重、溶點、導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和膨脹性等。工件用途不同，對金屬材料的物理性能要求不一樣2、金屬材料的化學(xué)性能主要指金屬材料在定溫或高溫條件下抵抗活潑介質(zhì)對其浸蝕的能力。3、金屬材料的工藝性能是金屬材料物理和化學(xué)性能的綜合，是否易于加工成型的能力。按工藝方法不同，工藝性能主要有鑄造性能、鍛造性能、焊接性和切削加工性能。在設(shè)計零件及選擇加工方法時要考慮材料的工藝性能。（三）鐵碳合金的基本組織及性能普通碳鋼和鑄鐵均屬鋼碳合金范疇，合金鋼和合金鑄鐵是有意加入合

9、金元素的鐵碳合金。鐵和碳是鋼鐵材料的兩個最基本的組元。目前應(yīng)用的鐵碳合金，其含碳量均在%以下，當(dāng)含碳量大于%的鐵碳合金脆性極大，沒有實用意義。含碳量小于%的鐵碳合金稱為鋼，含碳量大于%的鐵碳合金稱為生鐵。一切固態(tài)物質(zhì)，根據(jù)其內(nèi)部原子的聚集狀態(tài)可分為晶體與非晶體兩大類。晶體內(nèi)部的原子在空間作規(guī)則的排列，如食鹽、金剛石、石墨和所有的金屬都是晶體。非晶體內(nèi)部的原子則雜亂無章地?zé)o規(guī)則的規(guī)程，如玻璃、瀝青、石臘和松香等都是非晶體。大多數(shù)金屬在固態(tài)下的晶格保持不變，但是有些金屬，如鐵、鋅、銻、錳、鉬等在固態(tài)下，隨著溫度的變化，其晶體結(jié)構(gòu)還會發(fā)生轉(zhuǎn)變，這種晶體形式的轉(zhuǎn)變稱為同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變過程也是

10、重結(jié)晶過程。如純鐵的溶點為1534和912時先后發(fā)生兩次晶格形式的轉(zhuǎn)變；在15381394時為體心立方晶格，稱為鐵，1394912為面心立方晶格，稱鐵，在912以下為體心立方晶格，稱為鐵。鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鋼鐵能夠進(jìn)行熱處理的重要依據(jù)。各種金屬材料具有不同的性能，這是由于其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)決定的。在液態(tài)時，鐵和碳可以溶解為一個均勻的液相。在固態(tài)時，它可以形成固溶體、化合物或混合物。固溶體是合金中一種組元（溶劑）溶解其他組元（溶質(zhì)），或組元之間互相溶解而形成的一種均勻固相，形成單一的均勻物質(zhì)，其中所溶解的組元在顯微鏡下也區(qū)別不出來。金屬化合物，是兩組元相互作用而形成的一種新的具有金屬特性的物質(zhì)。其晶

11、體結(jié)構(gòu)與性能和兩組元都不同，如鐵碳合金中鐵和碳組成的碳化物稱為滲碳體，化學(xué)式為Fe3C?；旌衔锸羌兘饘?，固溶體或化合物按一定重量比例組成的均勻物質(zhì)?；旌衔镏卸嗖糠秩园醋约涸瓉淼木Ц裥问浇Y(jié)合而成晶體，顯微鏡下可區(qū)別出多組元的晶體。絕大多數(shù)工業(yè)用合金都是混合物，其性能取決于這些混合物多部分的性能及它們的形態(tài)、大小和分布。鐵碳合金的基本組織：（1） 鐵素體：碳溶于-Fe中的固溶體稱為鐵素體，符號為Fe。鐵素體含碳量非常低，在727時為%，其機械性能與純鐵相似，強度和硬度不高，塑性和韌性好。（2） 奧氏體：碳溶于-Fe中的固溶體稱為奧氏體，符號為A。穩(wěn)定的奧氏體存在溫度為727，此時碳的溶解度為%，奧

12、氏體的強度，硬度和塑性都很好，是大多數(shù)鋼進(jìn)行高溫鍛造或軋制時所要求的組織。（3） 滲碳體：含碳量為%的鐵與碳的金屬化合物，分子式Fe3C用符號Cm表示。硬度高，塑性差，硬而脆，鋼中滲碳體數(shù)量增多，強度和硬度提高而塑性下降。（4） 珠光體：是鐵素體與滲碳體的混合物，用P表示。顯微鏡下滲碳體和鐵素體片層相間，交替排列。在平衡條件下珠光體的含碳量為%，它的強度高,塑性、韌性和硬度介于滲碳體與鐵素體之間.（5） 萊氏體：高溫狀態(tài)下奧氏體和滲碳體的混合物，用Le表示.其機械性能與滲碳體相似，硬度很高，塑性很差。上述五種組織中，鐵素體、奧氏體和滲碳體是鐵碳合金的基本相。 碳素鋼中還含有少量的硅、錳、硫、磷

13、，它們對鋼的組織和性能也有很大影響。硅和錳是有益元素，可溶于-Fe內(nèi)，使鋼的強度和硬度提高。硫和磷是有害元素。硫以FeS的形式存在，削弱了晶粒間連接，在軋制或鍛造時會造成鋼材開裂，此現(xiàn)象稱為熱脆性。磷可與-Fe相溶，形成脆性很大的Fe3P，使鋼在高溫下塑性和韌性急劇下降，此現(xiàn)象稱為冷脆性。（四）鋼的分類和編號1、鋼的分類（1） 按化學(xué)成分分類有：碳素鋼：根據(jù)含碳量多少又分為：低碳鋼：含C量%,強度低,但塑性、焊接性好。中碳鋼: %之間,強度高 塑性、焊接性差。高碳鋼:含C量%，塑性及焊接性都差，熱處理后有較高強度和硬度。合金鋼：加入一種或數(shù)種合金元素的鋼稱合金鋼，比碳素鋼有較高強度和韌性，或有

14、特殊性能。（2） 按質(zhì)量分類：碳素鋼質(zhì)量的高低是根據(jù)鋼中雜質(zhì)磷、硫的含量來區(qū)分的普通鋼：鋼中磷、硫的含量較高；優(yōu)質(zhì)鋼：鋼中磷、硫的含量較低；高級優(yōu)質(zhì)鋼：鋼中磷、硫的含量很低。（3） 按用途分類：結(jié)構(gòu)鋼制造多種機械零件和工程結(jié)構(gòu)。工具鋼制造多種刃具、量具和模具。特殊性能鋼特殊的物理化學(xué)性能、如不銹鋼，耐熱、耐磨鋼等。鋼碳素鋼合金鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素工具鋼普通碳素結(jié)構(gòu)鋼優(yōu)質(zhì)“普通碳素結(jié)構(gòu)鋼”碳素工具鋼高級優(yōu)質(zhì)碳素工具鋼甲類鋼乙類鋼合金結(jié)構(gòu)鋼合金工具鋼特殊性能鋼低合金結(jié)構(gòu)鋼機械制造結(jié)構(gòu)鋼低合金工具鋼高“低合金工具鋼”不銹鋼耐熱鋼耐磨鋼滲碳鋼調(diào)質(zhì)鋼彈簧鋼2、鋼的編號（1） 碳素結(jié)構(gòu)鋼鋼的牌號有表示屈服點的

15、字母、屈服點的數(shù)值、質(zhì)量等級符號、脫氧方法等四個部分按順序組成。Q鋼材屈服點“屈”字漢語拼音首位字母；A、B、C、D質(zhì)量等級；F沸騰鋼“沸”字漢語拼音首位字母；b半鎮(zhèn)靜鋼“半”字漢語拼音首位字母；Z鎮(zhèn)靜鋼“鎮(zhèn)”字漢語拼音首位字母；TZ特殊鎮(zhèn)靜鋼“特鎮(zhèn)”兩字漢語拼音首位字母；（2） 合金結(jié)構(gòu)鋼：鋼的牌號有表示屈服點的字母、屈服點的數(shù)值、質(zhì)量等級符號三個部分按順序組成。Q鋼材屈服點“屈”字漢語拼音首位字母；A、B、C、D質(zhì)量等級；(五) 鋼的熱處理鋼的熱處理是將固態(tài)金屬或合金在一定介質(zhì)中加熱，保溫和冷卻，以改變其整體或表面組織，獲得所需性能的工藝方法。重要的零件要進(jìn)行熱處理，以提高金屬材料的強度和

16、硬度，改善材料的逆性和韌性等，充分發(fā)揮材料的潛力。大多數(shù)的熱處理都要將鋼加熱到相變溫度以上，使其組織由鐵素體和滲碳體的混 合物轉(zhuǎn)變?yōu)榫鶆虻膴W氏體。只有奧氏體狀態(tài)才能通過不同的冷卻方式轉(zhuǎn)變成不同的組織，從而使鋼獲得所需要的性能。鋼的熱處理工藝主要有退火、正火、淬火、回火和表面熱處理等。1、退火將組織偏離平衡狀態(tài)的金屬或合金加熱到適當(dāng)溫度保持一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻），以達(dá)到接近平衡狀態(tài)組織。根據(jù)退火目的將退火分為以下兩種：（1） 完全退火：使用最廣泛，主要用于亞共析鋼（C%）鍛件，軋件和鑄件退火，其目的是通過重結(jié)晶使晶粒細(xì)化，均勻組織，消除殘余應(yīng)力。（2） 球化退火：使鋼中碳化物呈球

17、化，用于過共析鋼（含碳%C%）和工具鋼，使?jié)B碳體球化，降低硬度提高韌性，改善工件切削加工性能，減少工件淬火時產(chǎn)生變形和開裂。2、正火將工件加熱后，保溫適當(dāng)時間后在自由流通的空氣中冷卻得到球光體組織。對低碳鋼或低碳合金鋼，正火目的是提高硬度改善切削加工性能。對過共析鋼或合金工具鋼，正火目的是減少滲碳體數(shù)量，便于球化退火。對不太重要的工件，目的是細(xì)化晶粒，使組織均勻化，提高機械性能，可作為工件的最終熱處理。3、淬火將合金加熱到相變溫度以上，保溫，快速冷卻，獲得不穩(wěn)定組織。淬火后的工件再配合適當(dāng)?shù)幕鼗?，使金屬材料達(dá)到使用要求。如刃具和模具要求高的硬度和耐磨性，多種軸類和齒輪要求較好的韌性都是通過淬火

18、和回火來達(dá)到的。 鋼件淬火通常用水、油和鹽、堿的水溶液作為淬火介質(zhì)，使用什么介質(zhì)取決于鋼的化學(xué)成分及對工件的技術(shù)要求，形狀簡單，截面較大的碳素鋼件多在水中淬火，合金鋼和復(fù)雜的碳素鋼件多在油中淬火 。4、回火為消除殘余應(yīng)力及獲得所要求的組織和性能，將淬火后的工件加熱到一定溫度保溫，然后冷卻到室溫。淬火后的工件應(yīng)及時回火，這是由于淬火馬氏體是不穩(wěn)定的組織，回火促使其組織結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，保持工件使用過程中不再發(fā)生形狀和尺寸的改變，其次回火可降低淬火工件的脆性，減少和消除內(nèi)應(yīng)力，最后回火可獲得要求的強度，硬度和韌性，以滿足工件使用要求。根據(jù)加熱溫度范圍，回火可分為低溫、中溫和高溫回火，其中低溫回火應(yīng)用于高碳

19、工具模具、量具、滲碳后表面淬火的工件；中溫回火用于多種彈簧、彈性夾頭及鍛模；高溫回火用于重要工件如軸、齒輪、連桿和螺栓等。5、表面熱處理僅對工件表面加熱、冷卻而不改變成分的熱處理稱為表面熱處理。最常用的是表面淬火，使工件表層變硬，而心部仍保持原來的組織。表面淬火使工件表面具有較好的硬度和耐磨性。表面淬火有火焰加熱表面淬火和高頻感應(yīng)加熱表面淬火等?；鹧婕訜崾怯醚鯕庖胰玻ɑ蜓鯕饷簹猓┗旌蠚怏w燃燒的火焰，噴射加熱工件表面，然后再噴水冷卻，這種方法設(shè)備簡單，淬硬速度快，成本低，但火焰加熱表面容易過熱，淬火效果不穩(wěn)定。利用中、高頻（頻率一般為50030萬HZ）高變電磁場在工件表面產(chǎn)生感應(yīng)電流進(jìn)行加熱的熱

20、處理工藝稱為感應(yīng)加熱表面淬火。感應(yīng)電流在工件截面上的分布是不均勻的，心部電流幾乎等于零，表面電流密度極大，這個現(xiàn)象稱為集膚效應(yīng)。頻率越高，電流密度極大的表層越薄。工件表層可迅速被加熱，幾秒鐘即可使溫度升高8001000，而心部仍接近室溫。一但表層溫度上升到淬火加熱溫度時，立即噴水冷卻（合金鋼浸油淬火），表面形成馬氏體，工件表面變硬。這種方法較為先進(jìn)，生產(chǎn)率高，加熱溫度和淬硬層容易控制，淬火質(zhì)量好，但是設(shè)備昂貴，主要適用于大批生產(chǎn)。6、化學(xué)熱處理將工件置于一定溫度的活性介質(zhì)中保溫，使一種或幾種元素滲入它的表面，改變表面的化學(xué)成份，組織和性能，提高工件表面的耐磨性、耐腐蝕性及抗氧化性等。常見的化學(xué)

21、熱處理有滲碳、滲氮和碳氮共滲等。滲碳多用氣體滲碳，在專用井式電阻爐中進(jìn)行。滲碳后，工件表層范圍內(nèi)含碳量可提高%，滲碳后，工件還要進(jìn)行淬火和低溫回火。適用低碳鋼和低碳合金鋼，提高工件表面硬度，耐磨性和使用壽命。滲氮也稱氮化。氮化可使工件表面得到一定的氮化層，有更高的硬度和耐磨性，高的耐疲勞強度。滲氮沒有相變，不需淬火，變形也很小。但生產(chǎn)周期長，工藝復(fù)雜，成本高。碳氮共滲也叫氰化。碳氮共滲時通入碳氮氣體和一定數(shù)量的干燥無水的氨氣，使其發(fā)生分解，形成活性碳原子和氮原子，同時被工件表面吸附并擴散形成氰化層。氰化過程加熱溫度較低（820840），氰化后可直接淬火或冷卻后再加熱淬火。碳氮共滲工件變形小，滲

22、層有較高的耐磨性，疲勞強度和抗壓強度。但其工藝復(fù)雜，用于形狀復(fù)雜、要求變形小的小型耐磨零件，如儀表和縫紉機零件等。第二章 機械零件的聯(lián)接與緊固機械零件的連接與緊固方法很多，主要有焊接、螺紋連接、鉚釘連接、銷釘連接、鍵連接等等，這里主要介紹焊接與螺紋連接（一）焊接1、焊接特點通過焊接，被連接的焊件不僅在宏觀上建立了永久性的聯(lián)系，而且在微觀上建立了金屬內(nèi)部組織之間的內(nèi)在聯(lián)系，其連接表面接近到原子間的結(jié)合力的程度，因此，焊接時往往采用加熱或加壓或兩者并用的措施，以實現(xiàn)連接表面間的原子結(jié)合。2、焊接方法（1） 熔焊：焊件連接處局部加熱到熔化狀態(tài)，再冷卻凝固成一體，不加壓完成焊接。按加熱熱源形式分為氣焊

23、、電弧焊、電渣焊、等離子弧焊、電子束焊、激光焊等。（2） 壓焊：焊接過程中對焊件施加壓力（加熱或不加熱），如電阻焊、摩擦焊等。（3） 釬焊：采用低熔點的填充金屬（稱為釬料），熔化后與固態(tài)母材相互擴散形成金屬結(jié)合。10第 10 頁 共 54 頁3、焊接分類熔 焊壓 焊釬 焊氣 焊電弧焊電渣焊弧 焊等 離 子電子束焊激光焊電阻焊摩擦焊爆炸焊擴散焊超聲波焊冷壓焊軟釬焊硬釬焊手弧焊埋弧焊保護(hù)焊氣 體點 焊縫 焊對 焊錫 焊銅 焊銀 焊自 動半自動氬弧焊CO2 焊 第 11 頁 共 54 頁4、焊接應(yīng)用（1） 制造各種金屬構(gòu)件：房屋房架、橋梁、船體、車輛、飛機、火箭、壓力、容器、管道、起重機、鍋爐。（2

24、） 生產(chǎn)機器零件（或毛壞）、大型機件可達(dá)幾十噸、百噸。（3） 修補鑄、鍛件的缺陷和局部受損零件。5、焊接結(jié)構(gòu)的缺點（1） 焊接接頭的組織和性能有較大的不均勻性；（2） 焊接結(jié)構(gòu)有較大的焊接應(yīng)力和變形，不僅影響形狀和尺寸，且降低結(jié)構(gòu)和承載能力；（3） 焊接接頭容易產(chǎn)生缺陷，且應(yīng)力集中現(xiàn)象嚴(yán)重，在一定條件下，焊接結(jié)構(gòu)比鉚接結(jié)構(gòu)更易出現(xiàn)脆斷事故。6、電弧焊和電渣焊簡介焊件局部被加熱到熔化狀態(tài)，形成金屬熔池，填充金屬以熔滴形式向熔池過渡。手弧焊最常用。焊條藥皮在熔化過程中，產(chǎn)生一定量的保護(hù)氣體和液態(tài)熔渣，起隔絕空氣的作用。液態(tài)熔渣在熔池中浮起，起保護(hù)液態(tài)金屬的作用。和一般冶煉過程相比較，焊接電弧和熔池

25、溫度比一般冶煉溫度高，金屬元素強烈蒸發(fā)和燒損，又由于熔池體積小，從熔化到凝固的時間又短，溫度變化快，冶金反應(yīng)的速度和方向變化迅速，如氣體和熔渣不及時浮出就會在焊縫中產(chǎn)生氣孔和夾渣的缺陷。如果低碳鋼，采用光焊絲，由于熔化金屬缺乏保護(hù)，空氣中的氮、氧大量侵入，焊縫質(zhì)量顯著變壞。此外空氣中的水份、焊件、焊絲表面的油、銹、水，使焊縫含氫量增加，引起氫脆性，導(dǎo)致冷裂紋和形成氣孔。為了保證焊縫質(zhì)量，必須采取措施，去除有害物質(zhì)，增加合金元素。7、焊條及其編號焊條由焊芯和藥皮組成。焊芯在焊接中作為電極，傳導(dǎo)電流，產(chǎn)生電弧。焊芯的質(zhì)量至為重要，一般采用經(jīng)過特殊冶煉的焊接專用鋼絲（稱焊絲），其化學(xué)成份不同，用途也

26、不同。焊絲牌號前面第一個字符“H”，表示焊條用鋼，如H08，H08A，H08MnA，H08Mn2SiA，H10Mn2等，國標(biāo)有規(guī)定。藥皮是涂在焊絲外面的涂料層。焊條藥皮按其作用分為穩(wěn)弧劑，造氣劑、造渣劑、脫氧劑、合金劑和粘結(jié)劑等。藥皮的原材料由礦物、鐵合金、有機物和化工產(chǎn)品等四類。多種原材料粉末按一定比例配成涂料，壓涂在焊芯上。焊皮按熔渣化學(xué)性質(zhì)分為兩大類：以酸性氧化物（如：SiO2、TiO2等）為主的焊條稱為酸性焊條；以堿性氧化物（如CaO等）和熒石（CaF2）為主的焊條稱為堿性焊條。焊條牌號分為十大類：結(jié)構(gòu)鋼焊條、鉬和鉻鉬耐熱焊條、不銹鋼焊條、堆焊焊條、低溫鋼焊條、鑄鐵焊條、鎳及鎳合金焊條

27、、銅及銅合金焊條、鋁及鋁合金焊條、特殊用途焊條。焊條牌號及意義舉例：表示焊條各大類詳見有關(guān)表格內(nèi)容表示各大類中的若干小類表示藥皮類型和焊接電源種類 ×× ×酸性焊條和堿性焊條的性能差別很大，使用時不可隨意代替。酸性焊條操作工藝性好（如穩(wěn)弧性好，容易脫渣，飛濺少、成形美觀），對油、銹和水的敏感性不大，抗氣孔能力強，焊接電源可采用交流或直流。因此酸性焊條廣泛用于一般結(jié)構(gòu)的焊接。結(jié)構(gòu)鋼焊條中，除低氫鉀型和低氫鈉型藥皮外均為酸性焊條。堿性焊條脫氧能力強，藥皮中有能起去氫作用的熒石，所堿性焊條焊縫金屬含氫量低，抗裂性好，常用于焊接重要的焊接結(jié)構(gòu)，其缺點是對油、銹和水的敏感性

28、大，使用不當(dāng)易產(chǎn)生氣孔，藥皮中CaF2產(chǎn)生的氟阻礙氣體電離，電弧穩(wěn)定性差，一般要求采用直流電，焊接時有毒煙塵多，應(yīng)注意通風(fēng)和防護(hù)。8、焊接變形和應(yīng)力焊接變形和應(yīng)力的形成原因，是由于焊接接頭區(qū)域受不均勻加熱和冷卻的作用，其膨脹和收縮受四周冷金屬的拘束不能自由進(jìn)行，會產(chǎn)生焊接變形和殘余應(yīng)力。焊接變形和應(yīng)力總是同時存在，相互聯(lián)系的，一般情況下，若母材塑性較好和結(jié)構(gòu)剛性較小，則變形較大而應(yīng)力較小，反之應(yīng)力大而變形小。常見焊接變形有：縮短變形、角變形、彎曲變形、扭曲變形、波浪形變形。（1）預(yù)防焊接變形的工藝措施 反變形法 剛性固定法用壓板固定可減少變形，但會產(chǎn)生較大應(yīng)力。 采用合理的焊接順序?qū)?米以上焊

29、縫可采用逐步退焊法、跳焊法、分中逐步退焊法；對中長焊縫（1米長）可采用分中對稱焊法。（2）焊接變形的矯正 機械矯正法：適于塑性好的材料，如低碳鋼和普通低合金鋼。 火焰矯正法：局部加熱工件，利用加熱時發(fā)生的壓縮塑性變形和冷卻時的收縮變形、矯正原來的變形，僅適用于低碳鋼和沒有淬硬傾向的普通低合金鋼。（3）焊接應(yīng)力：由圖看出，焊縫及其附近的壓縮塑性變形區(qū)內(nèi)的縱為拉應(yīng)力，其數(shù)值可達(dá)到材料的屈服強度5（焊縫尺寸過小時除外）。（4）減少焊接應(yīng)力的工藝措施 選擇合理的焊接順序：拼板時先焊錯開的短焊縫，后焊直通的長焊縫。 焊前預(yù)熱：減少焊件各部分溫差，降低焊后冷卻速度，減少殘余應(yīng)力。 錘擊焊縫，焊完一道焊縫后

30、，用一定形狀的錘均勻迅速錘擊焊縫金屬，使之得到延伸，可降低殘余應(yīng)力，又可減少焊接變形。 加熱適當(dāng)部位，使之伸長。焊后冷卻時，加熱區(qū)和焊縫一起收縮，以減少殘余應(yīng)力。（5）消除焊接殘余應(yīng)力的方法：重要焊接結(jié)構(gòu)焊后均應(yīng)進(jìn)行消除應(yīng)力處理。常用消除應(yīng)力退火（也稱高溫回火）來消除殘余應(yīng)力。一般在爐中加熱到600650，保溫一定時間后隨爐冷卻（或空冷），可消除80%以上殘余應(yīng)力。9、焊接結(jié)構(gòu)的工藝性焊接結(jié)構(gòu)工藝性包括材料選擇、焊縫布置和焊接接頭設(shè)計。 焊接結(jié)構(gòu)材料的選擇材料不同，焊接的難易程度差別很大，應(yīng)選擇焊接性能良好的金屬材料制造焊接結(jié)構(gòu)。低碳鋼和強度級別不高的普通低合金鋼（如16Mn等）具良好的焊接性

31、，易于保證焊接質(zhì)量。不同種類的兩種金屬焊接難度很大，一般應(yīng)盡量避免使用。 焊縫布置原則² 焊縫位置應(yīng)便于焊接操作，焊條要能伸到焊接部位。² 焊縫應(yīng)避開應(yīng)力較大部位，尤其應(yīng)力集中部位（應(yīng)力集中的轉(zhuǎn)角位置）焊縫要避開受力點，如焊縫不宜在轉(zhuǎn)角位置。² 焊縫應(yīng)避免過分集中和交叉。² 焊縫設(shè)置應(yīng)盡可能對稱，以減少彎曲變形。² 盡量減少焊縫長度和數(shù)量。² 焊縫一般應(yīng)避開加工部位（或加工表面）。 接頭設(shè)計² 接頭形式選擇多種形式接頭，要從變形及應(yīng)力狀態(tài)方面進(jìn)行比較和選擇。常見桁架結(jié)構(gòu)多采用搭接接頭。薄板氣焊多采用卷邊接頭。² 坡

32、口型式選擇手弧焊常用坡口有I形、V形、X形及U型四種坡口，可用氣割、切削加工（刨、車削等）等方法加坡口，不同型式適用于不同厚度金屬板焊接。通常，要求焊透的受力焊縫盡量采用雙面焊，利于保證質(zhì)量，不能雙面焊的工件可采用單面焊雙面成形技術(shù)，設(shè)計相應(yīng)的坡口形式。² 接頭斷面設(shè)計原則焊接接頭兩側(cè)板厚或斷面應(yīng)相同或接近，使接頭兩側(cè)加熱均勻。對接不同厚度鋼板的重要受力接頭時，若兩板厚度差不超過下表規(guī)定，坡口形式和尺寸按厚板選取，若板的厚度差超過表中規(guī)定，在厚板上做單面或雙面削薄弱，其削薄長度L3-4（-1）。不同厚度鋼板對接的允許厚度差（mm）較薄的厚度255991212允許厚度差（-1）1234

33、（二）螺紋聯(lián)接螺紋聯(lián)接因其構(gòu)造簡單，拆裝方便，都已標(biāo)準(zhǔn)化，批量生產(chǎn)，成本低廉，聯(lián)接可靠，有足夠的強度、剛度和自鎖性，廣泛用于各種金屬結(jié)構(gòu)和機構(gòu)中。1、螺紋及螺紋聯(lián)接的主要參數(shù)螺紋的外表面是圓柱螺旋線。圓柱螺旋線是沿著圓柱表面運動的點的軌跡，該點的軸向位移a與相應(yīng)的角位移a成正比，在圓柱表面上，沿著螺旋線所形成的連續(xù)凸起和溝槽稱為螺紋。螺紋由外螺紋和內(nèi)螺紋組成，按照母體形狀，螺紋分為圓柱螺紋和圓錐螺紋。根據(jù)牙型可分為三角螺紋、矩形螺紋、梯形螺紋和鋸齒形螺紋。三角形螺紋用于聯(lián)接，后三種螺紋用于傳動。螺紋的主要參數(shù)有： 線數(shù)：如果有兩個以上的動點，同時在同一個圓柱面上作同樣的螺旋運動，且軸向為等距分

34、布時，則形成多線螺旋線。螺旋線的條數(shù)稱為螺紋的線數(shù)，用n表示。 旋向：點沿圓柱表面運動的角位移方向和軸向位移方向不同，螺旋線有右旋和左旋之分，螺釘順時針旋入的稱為右旋螺紋，逆時針旋入的稱左旋螺紋，常用大多數(shù)螺紋都是右旋的。 牙型角，牙型半角/2：在螺紋牙型上，連接牙頂和牙底的側(cè)表面稱為牙側(cè)，相鄰牙側(cè)間的夾角叫牙型角。牙側(cè)與螺紋軸線的垂線的夾角/2叫牙型半角。 外徑（大徑）d：與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相重合的假想圓柱面的直徑叫螺紋外徑（或大徑），亦稱公稱直徑。 內(nèi)徑（小徑）d1：與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相重合的假想圓柱面的直徑叫螺紋內(nèi)徑（或小徑）。 中徑d2：指一個假想的中徑圓柱的直徑，該圓的母

35、線通過牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方。 螺距P：相鄰兩牙在中線上對應(yīng)相點間的軸向距離。 導(dǎo)程S：同一條螺旋線上相鄰兩牙在中線上對應(yīng)兩點間的軸向距離，S=nP， 對單線螺紋而言，因n=1，所以S=P。 螺旋升角：在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角，。用于聯(lián)接的螺紋主要有：普通螺紋與管螺紋。普通螺紋牙型角60°，以外徑d為公稱直徑。同一公稱直徑可有多種螺距的螺紋。其中最大螺距的螺紋叫粗牙螺紋，其余的都叫細(xì)牙螺紋。一般聯(lián)接常用粗牙螺紋，據(jù)公稱直徑查標(biāo)準(zhǔn)選用。細(xì)牙螺紋升角小，自鎖性好。細(xì)牙螺紋比粗牙螺紋釘桿強度高，但不耐磨，易滑扣，多用于薄壁零件。管螺紋有牙型角55

36、76;的英制細(xì)牙螺紋，公稱直徑為管子內(nèi)徑，還有圓錐管螺紋，牙型角有55°和60°兩種，不同填料即可保證聯(lián)接緊密性。2、螺紋聯(lián)接的主要型式，標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接零件螺紋聯(lián)接的主要型式有： 螺栓聯(lián)接：當(dāng)被聯(lián)接件不太厚時，用普通螺栓貫穿兩個（或多個）被聯(lián)接的孔，再擰緊螺母，此種應(yīng)用最廣。 螺釘聯(lián)接，如被聯(lián)接之一較厚，即可采用螺釘聯(lián)接。螺釘擰入深度與螺釘及被聯(lián)接件的材料有關(guān)，按等強度條件決定的最小擰入深度可查有關(guān)手冊。此種聯(lián)接不適于經(jīng)常拆卸的聯(lián)接，經(jīng)常拆卸可使螺孔磨損導(dǎo)致修理困難及被聯(lián)接件的報廢。 雙頭螺柱聯(lián)接：用于被聯(lián)接件之一較厚而又經(jīng)常拆裝的場合。拆裝時只需卸下螺母，不必擰出螺柱。設(shè)計時注

37、意雙頭螺柱必須緊固。在擰松螺母時，保證螺柱在螺孔中不得轉(zhuǎn)動。雙頭螺柱聯(lián)接常用的緊固方式如下頁圖所示：其中：（a） 利用過盈配合螺紋，擰入螺紋孔，構(gòu)成旋合全長橫向收緊；（b） 利用螺紋收尾部分（不完全螺紋）擠入螺紋孔構(gòu)成局部橫向收緊；（c） 利用擋環(huán)端面抵緊螺紋孔，并使螺柱軸向定位；（d） 利用螺柱頂部結(jié)構(gòu)，抵緊螺紋孔底面，構(gòu)成軸向固緊。 緊定螺釘聯(lián)接：將釘擰入一個零件的螺紋孔，使釘?shù)哪┒隧斪×硪涣慵砻婊蝽斎胂鄳?yīng)的坑穴。它主要用于固定兩零件的相互位置，不宜傳遞很大的力或力矩。螺紋聯(lián)接用標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)接件主要有以下六種： 螺栓：按加工精度不同分為粗制螺柱和精制螺栓兩種。螺栓頭部常用的有標(biāo)準(zhǔn)六角頭，小六角

38、頭、方頭。 雙頭螺柱：兩端均制有螺紋，共擰入機體端的螺紋長度為L1，L1的大小與被聯(lián)接件的材料有關(guān)，當(dāng)鋼對鋼連接時，L1=d，當(dāng)鋼對鑄鐵聯(lián)接時L1=和L1=，當(dāng)鋼對鋁合金時L1=2d。 螺釘：結(jié)構(gòu)形狀與螺栓類似，但螺釘頭部形式較多，其中內(nèi)、外六角頭可施加較大的擰緊力矩。圓頭和十字頭都不便施加較大力矩，所以選用的直徑不要過大，一般不超過10mm。 緊定螺釘：其頭部和尾部的形式很多，常用尾部形狀有錐端，平端和圓柱端，一般要求尾端要有足夠的硬度。 螺母：常用六角螺母，亦有粗制和精制之分。按其高度不同分為標(biāo)準(zhǔn)螺母，扁螺母及厚螺母。如要求減輕重量且不常拆卸可用扁螺母，常拆卸時用厚螺母。 墊圈：常用的附件

39、，放在螺母與被聯(lián)接件之間，可以保護(hù)支撐面或防止螺母松脫（彈簧墊圈等）。3、螺紋緊固件的強度級別國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：螺紋緊固件按其材料機械性能分級，強度級別由數(shù)字表示：螺栓用兩個數(shù)字表示，小數(shù)點前的數(shù)字為材料的抗拉強度Bmin/100，小數(shù)點后的數(shù)字為10×，兩個數(shù)字相乘的10倍即為材料的最低屈服極限Smin（MPa）。螺母用一個數(shù)字表示，為。為防止螺紋副咬死和減少磨損，應(yīng)使螺母的材料級別比螺栓材料的級別低。4、螺紋聯(lián)接的預(yù)緊與防松按螺紋聯(lián)接裝配時是否擰緊，分為松聯(lián)接和緊聯(lián)接。固定滑輪的聯(lián)接螺栓就是松聯(lián)接的典型例子，這種螺栓只有在承受外載荷時才受到力的作用。實際應(yīng)用中，絕大多數(shù)聯(lián)接在裝配時就

40、需要擰緊，此時螺栓所受的力叫預(yù)緊力。預(yù)緊可增加聯(lián)接剛度，緊密性和提高防松能力。聯(lián)接螺紋標(biāo)準(zhǔn)件都能滿足自鎖條件。螺母或釘頭與被聯(lián)接件支撐面間的磨擦力也有助于防止螺母松脫。但是，如果溫度變化大或承受沖擊荷載，或振動都會使螺母逐漸松脫，設(shè)計時必須按工作條件及可靠性要求，結(jié)構(gòu)特點考慮設(shè)置防松裝置。這種防松裝置一般可分為三類： 利用磨擦力防松，彈簧墊圈是結(jié)構(gòu)簡單、使用方便的防松零件，但因彈力不均而不十分可靠。還可用雙螺母防松。還可用鎖緊螺母防松。鎖緊螺母上端開口后徑向收口，擰緊后張開，靠螺母彈性鎖緊，簡單可靠，可多次拆裝，用于較重要場合。 利用聯(lián)接件的形狀防松利用附加聯(lián)接件的形狀，或改變螺紋副的形狀使螺

41、紋副不能相對轉(zhuǎn)動。其作法有：² 六角槽螺母設(shè)置開口銷，安裝時在螺桿末端鉆孔（指開口銷）可用于承受沖擊線載荷變化較大的聯(lián)接。² 單耳止動圈：將其一邊彎起貼在螺母側(cè)面上，另一邊彎下貼在被聯(lián)接件的側(cè)壁上，防松可靠。² 三聯(lián)止動墊圈：將三個螺母擰緊后把墊圈的兩邊分別扳起貼在三個螺母的側(cè)面上，使三個螺母彼此制約。² 串聯(lián)鋼絲：用于螺釘數(shù)目不多且排列較密的聯(lián)接，注意鋼絲穿聯(lián)方向，圖中右圖方向合理，防松效果，但安裝費時。² 端面沖點：屬于永久止動，用于不擬拆卸的螺紋聯(lián)接。 利用附加材料防松，如將螺母焊在釘桿上，側(cè)面焊死，或用粘合劑涂在螺紋表面，不僅防松還可密

42、封。5、螺栓組結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)考慮的因素 從加工看，聯(lián)接接合面的幾何形狀應(yīng)盡量簡單，常使螺栓組的形心與聯(lián)接面的形心相重合。最好有兩個對稱軸，加工計算都方便。通常采用條狀或環(huán)狀接合面，減少加工量和接合面不平的影響，同時增加聯(lián)接剛度。 受力矩作用的螺栓組，螺栓布置盡量遠(yuǎn)離對稱軸，同一圓周上螺栓數(shù)目應(yīng)采用4，6，8，12便于劃線和分度。 螺栓受力要合理，對受橫向載荷的普通螺栓可采用減荷裝置?；蚋挠勉q制孔螺栓，盡量避免螺栓受附加彎曲載荷（如支承面不平，螺母孔不正，被聯(lián)接件剛度小，聯(lián)接機體孔偏斜等）。 裝配時使每個螺栓的預(yù)緊力一樣，使接合面產(chǎn)生均布壓力。因此相鄰螺栓的中心距t一般應(yīng)小于10d。對有緊密性要求的

43、聯(lián)接，要按有關(guān)規(guī)定設(shè)計t值。t值大小還要考慮扳手的活動空間，因此t值也不能太小。6、螺栓組受力情況 受橫向載荷的螺栓組聯(lián)接：包括螺栓組連接、普通螺栓聯(lián)接和鉸制孔用螺栓聯(lián)接。對普通螺栓聯(lián)接，螺栓預(yù)緊后在結(jié)合面間產(chǎn)生壓緊力，靠磨擦力抵抗橫向外載荷。對鉸制孔用螺栓聯(lián)接，在橫向外載荷作用下，螺栓桿承受剪切和擠壓。 對受旋轉(zhuǎn)力矩的螺栓組聯(lián)接，其受力情況與橫向載荷基本相同。 受軸向載荷的螺栓組聯(lián)接：多螺栓受力均勻，其軸線相同，設(shè)想螺栓均布，每個螺栓受外載荷相同。 受翻轉(zhuǎn)力矩的螺栓組：翻轉(zhuǎn)趨勢與M轉(zhuǎn)向相同。當(dāng)M作用后00左側(cè)的螺栓被拉緊，軸向拉力增大，右側(cè)的螺栓被放松，螺栓的預(yù)緊力QP減小。圖（b）為在預(yù)緊

44、力作用下，接合面間的擠壓應(yīng)力分布圖。圖（c）為翻轉(zhuǎn)力矩作用下，接合面間的擠壓應(yīng)力分布圖。圖（d）為不考慮受載螺栓預(yù)緊力變化時，翻轉(zhuǎn)力矩產(chǎn)生應(yīng)力與預(yù)緊力合成后，擠壓應(yīng)力的分布圖。由圖看出，接合面左邊緣擠壓應(yīng)力最小，右邊緣擠壓應(yīng)力最大。螺栓聯(lián)接設(shè)計時，不論其受什么樣外載荷，均先求出螺栓組受的總合力，然后再進(jìn)行單個螺栓的強度計算。7、提高螺栓聯(lián)接強度的措施 改善螺紋牙間載荷分配不均現(xiàn)象從剛度變形來分析，在力的傳遞過程中，螺栓受拉，螺距增大，而螺母受壓螺距減小，兩者螺距的變化差要靠旋合螺紋的彎剪變形來協(xié)調(diào)補償。研究情況表明，從螺母支承面算起第一圈紋牙變形最大，第二圈次之，以后遞減，因此采用圈數(shù)過多的螺

45、母并不能提高聯(lián)接強度。為改善螺紋牙上載荷分布的不利情況，常采用的方法有：² 設(shè)懸置螺母，使母體和螺栓都受拉，減少螺距變化差，使螺紋牙上載荷分布均勻。² 用內(nèi)斜螺母，螺母旋入端制成10°15°的內(nèi)斜角，原受力大的下面幾圈螺紋牙受力點外移，剛性隨之減小，載荷上移，使載荷分布趨于均勻。² 環(huán)槽螺母，螺母開割凹槽，造成螺母部分受拉，作用同設(shè)懸置螺母。這些措施加工復(fù)雜，只適用于重要場合。 減少螺栓應(yīng)力幅受交變載荷的螺栓聯(lián)接來說，增加螺栓長度、減小螺桿橫截面積或減小螺桿材料的彈性橫量E都可降低螺桿剛度，如采用柔性螺栓。 減少應(yīng)力集中，在螺栓的螺紋牙上、螺紋

46、收尾處、過渡圓角處、桿截面變化處都有應(yīng)力集中。其中螺紋牙根的應(yīng)力集中影響很大，可增大牙根的圓角半徑，如將r=增為r=，螺栓聯(lián)接強度可提高2440%。此外加大釘頭釘桿過渡圓角，切制卸載槽及采用卸載過渡，螺紋收尾退力槽等均可減少集中應(yīng)力。這些措施的缺點是增加了成本，只在重要聯(lián)接時使用。 避免附加應(yīng)力如支撐面不平、螺母孔不正、被聯(lián)接件打孔不在一條直線上，被聯(lián)接件剛度過小，鉤頭聯(lián)接，都使聯(lián)接產(chǎn)生附加應(yīng)力，設(shè)計中要加以避免。 采用合理的制造工藝制造工藝對螺栓的疲勞強度有很大影響，加工時螺紋表面層中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力應(yīng)想辦法消除。滾壓螺紋比車制螺紋工藝好。車制螺紋把本來表面質(zhì)量較好的棒料車去，金屬纖維也被車去

47、不合理，而滾壓螺紋是利用材料的塑性成形，滾壓后金屬組織緊密，螺紋工作時力流方向與材料纖維方向一致，其強度比車制螺紋提高4095%。對螺紋表面氮化，氰化等表面硬化處理也可提高螺栓的疲勞強度。第三章 金屬制造工藝簡介金屬制造工藝的分類：熱加工包括鑄造、鍛壓和焊接。冷加工，亦稱為金屬切削加工，包括刀具切削加工（其中有車削加工、鉆鏜加工、刨削、插削、拉削、銑削加工，磨料切削加工；齒輪齒形的加工）。下面分別進(jìn)行簡單介紹。（一）鑄造鑄造的過程是將液態(tài)金屬澆注到鑄模中，待其冷卻后獲得一定形狀和性能的鑄件。這是金屬在液態(tài)下的成形方法。鑄造可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜、特別是內(nèi)腔復(fù)雜的毛壞坯，尺寸和重量不受限制。既可單件生

48、產(chǎn)，也可批量生產(chǎn)，使用的材料大部分來源廣泛，價格低廉，還可用廢料和廢零件，因此成本低。鑄件與零件形狀、尺寸接近，加工余量小。鑄件的缺點是工序繁多，工藝過程控制難度大。由于金屬冷卻時產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易出現(xiàn)缺陷，因此質(zhì)量不穩(wěn)定；由于其內(nèi)部組織粗大不勻，其機械性能不如鍛件高。目前還存在勞動強度大，勞動條件差的問題。鑄造生產(chǎn)方法分為砂型鑄造和特種鑄造兩大類，以砂型鑄造為主。1、砂型鑄造目前大部分砂型還是手工制作的。砂型鑄造主要用于鑄鐵、鑄鋼、鑄銅、鑄鋁等材料的鑄件生產(chǎn)。進(jìn)行鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計，要考慮鑄造工藝及金屬鑄造性能的要求，防止產(chǎn)生縮孔、縮松、澆不足，冷隔、變形及裂紋等缺陷，應(yīng)注意以下問題： 鑄件要有合理壁

49、厚及結(jié)構(gòu)斜度，鑄件壁厚盡可能均勻。鑄件壁的連接：鑄件壁連接處要有結(jié)構(gòu)圓角。避免交叉和銳角連接，厚壁與薄壁的銜接要逐步過渡。鑄件應(yīng)避免過大的水平面。為防止鑄件翹曲變形，對較大的平板鑄件及壁厚不均勻的長形箱體，應(yīng)將其設(shè)計成對稱形狀或增加肋板來提高其剛度。避免鑄件收縮受阻如常見輪形鑄件，輪輻為偶數(shù)，直線形。但是對于收縮率較大的合金，因應(yīng)力過大有時會產(chǎn)生裂紋。為防止裂紋，可制成彎曲輪輻，以借輪輻或輪緣的微量變形，減少內(nèi)應(yīng)力。按順序凝固原則設(shè)計鑄件結(jié)構(gòu)圖示鑄鋼殼體，將其改成右面的樣子，在殼體底部76mm保持均勻壁厚，往上逐步增加壁厚，直到與法蘭盤相接，保證了殼體按順序凝固，不再產(chǎn)生縮松缺陷了。2、特種鑄

50、造 熔模鑄造，以蠟為材料制模，又叫“失蠟制造”，能鑄造各種有色及黑色金屬鑄件。 金屬型鑄造，模型可反復(fù)使用4萬次，鑄件有較好的精度（達(dá)到IT12IT14），表面光潔，少加工或不加工即可使用，可機械化生產(chǎn)。壓力鑄造：壓鑄機壓室內(nèi)澆注液態(tài)或半液態(tài)金屬，充填鑄型，并在高壓下成形和結(jié)晶。常用壓鑄比壓為5150MPa，金屬流速達(dá)5100m/s。效率高易實現(xiàn)自動化，產(chǎn)品質(zhì)量好，實現(xiàn)少屑和無屑加工，成本低。低壓鑄造。離心鑄造：金屬液加入旋轉(zhuǎn)的鑄型中。（二）鍛壓包括鍛與沖壓，在外力作用下使金屬產(chǎn)生塑性變形，一般要在高溫下進(jìn)行。鍛造分為自由鍛和模鍛兩大類。沖壓加工的對象是金屬薄板，一般在常溫下進(jìn)行，故又稱為板料

51、沖壓或冷沖壓。1、自由鍛將坯料放在設(shè)備（自由鍛錘或水壓機）的上、下抵鐵之間，因坯料在壓力作用下是自由流動的，故稱為自由鍛。 按使用設(shè)備和鍛造力性質(zhì)不同，自由鍛分為錘上自由鍛和水壓機上自由鍛，大型鍛件要在水壓機上進(jìn)行。 自由鍛產(chǎn)品尺寸精度低、加工量大，材料消耗多，生產(chǎn)率低，勞動條件差，勞動強度大，只有在單件、小批量生產(chǎn)才是合理的。2、模鍛模鍛時將坯料放在鍛模膛內(nèi)，使工件壓力成形。按照使用設(shè)備不同，模鍛分為錘上模鍛，曲柄壓力機上模鍛、平鍛機上模鍛，螺旋壓力機上模鍛及其他專用設(shè)備上模鍛。模鍛生產(chǎn)率高，工件表面光潔，尺寸精度高，材料利用率高，鍛件內(nèi)部，鍛造流線分布更加合理，提高了使用壽命，可鍛軟復(fù)雜零

52、件，操作簡單，易于實現(xiàn)機械化，成本較低，常用于中小型鍛件的批量生產(chǎn)。3、板料沖壓利用裝在沖壓機床上的沖模對金屬板料加工，使之變形或分離，從而獲得零件或毛坯。板料坯料通常是厚度在12mm以下的薄板一般不加熱。板料沖壓的原材料要具有良好的塑性和較低的抗變形能力，如低碳鋼、合金鋼、銅、鋁。沖壓件重量輕，剛度好、結(jié)構(gòu)輕巧、質(zhì)量穩(wěn)定，互換性好。操作簡單，易于機械化和自動化，且成本低。由于沖壓模具制作成本高，大批量生產(chǎn)才是合理的。4、其他壓力加工方法擠壓形成，使用的壓力大，金屬變形量大，可制作多種材料，多種形狀的金屬工件，且精度高、機械性能好，可機械化自動化。輥軋成形：如輥軋、熱軋齒輪、輾環(huán)。精密模鍛，經(jīng)

53、向鍛造、高速錘鍛造等。（三）切削加工 切削加工分為鉗工和機械加工兩大類。 鉗工一般為手工操作，主要有劃線、鏨削、鋸削、銼削、刮削、鉆孔和鉸孔、攻絲和套扣等，機械裝配和修理也屬鉗工范圍。 機械加工按所用切削工具，又分為兩類：一類是利用刀具進(jìn)行加工的，如車削、鉆削、鏜削、刨削、銑削等；另一類是用磨料進(jìn)行加工的；如磨削、銜磨、研磨、超精加工等。機械加工必須有刀具，如車刀、刨刀、插刀、銳刀、鏜刀等，磨削用的刀是砂輪。1、車削加工車削加工用機床有普通機床、立式車床、轉(zhuǎn)塔車床、仿形車床、自動車床及各種專用車床。車削能加工的表面有端面、外圓、內(nèi)圓、錐面、螺紋、回轉(zhuǎn)成形面、回轉(zhuǎn)溝槽及滾花等，使用范圍廣泛，加工

54、表面精度好，且易保證零件加工表面的位置精度，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本低。2、鉆鏜加工鉆床加工：常用設(shè)備有臺式鉆床、立式鉆床和搖臂鉆床等，能進(jìn)行鉆孔、擴孔、鉸孔、攻絲、锪孔和锪凸臺等。鏜床加工：主要設(shè)備是臥式鏜床。鏜床可鉆孔、擴孔、鉸孔、切槽、車外圓、車端面和銑平面、其中鏜孔是主要的。由于鏜床上有精確的定位裝置，適合對箱體機座、支架等形狀復(fù)雜大型零件孔系進(jìn)行定位和加工，是機械加工的關(guān)鍵性設(shè)備，是其他設(shè)備不能取代的。鏜床加工范圍廣泛，能獲得較高的加工精度和較低的粗糙度，其缺點是生產(chǎn)效率低。3、刨削、插削和拉削刨削用來加工平面、刨床分牛頭刨和龍門刨兩種。刨床能加工的平面有水平面、垂直面、斜面，還能加工溝

55、槽（直角槽、V形和T形槽、燕尾槽）和直線成形面。刨削機床的主運動為往復(fù)直線運動，有空引程，且每一往復(fù)中伴有兩次沖擊，限制了刨削速度，生產(chǎn)率較低。插削可看作是“立式刨床”，主要用于加工孔內(nèi)鍵槽、方孔、多邊形孔、花鍵孔及某些零件的外表面。插削使用的設(shè)備是插床。拉削的設(shè)備是拉床。拉刀的直線移動為主運動。拉削無進(jìn)給運動，其進(jìn)給是靠接刀的每齒升高量來實現(xiàn)的。所以拉削可看作是按高低順序排列的，多把刨刀進(jìn)行的刨削。拉削一般用于作精加工，且一次行程即達(dá)到精度要求，能加工拉削平面、半圓弧面和一些組合面。拉刀是一種定形刀具，拉削一次就完成粗切、精切、較準(zhǔn)和修光工作，是一種精加工方法、效率高。但拉刀制造復(fù)雜、成本高

56、，不能加工臺階孔、盲孔和特大孔，只適宜加工一種規(guī)格的孔或鍵槽。4、銑削加工合銑削加工是用銑刀的旋轉(zhuǎn)和工件的移動來實現(xiàn)的，是平面加工的主要方法之一。設(shè)備有臥式銑床、立式銑床、龍門銑床、工具銑床及各種專用銑床。銑床可加工平面（水平面、垂直面、斜面）、溝槽（直角槽、鍵槽、角度槽、燕尾槽、T形槽、圓弧槽）和成形面。還能進(jìn)行孔加工（包括鉆、擴、鉸、鏜孔）和分度工作。5、磨料切削加工磨料是用分布在砂輪表面上為數(shù)甚多的磨料進(jìn)行切削的。磨削方法有：外圓磨、內(nèi)圓磨、平面磨、螺紋磨削，此外高精度及高效率磨削方法有：精密度削、超精磨削，鏡面磨削，高速磨削、寬砂輪磨削、緩進(jìn)深切磨削、金鋼石磨輪與立方氮化硼輪磨削。通用磨床有普通外圓磨床，萬能外圓磨床、內(nèi)圓磨床、平面磨床和無心磨床。6、光整加工