机械制造基础绪论金属材料的力学性能.ppt

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1、第1章 机械制造概述,1.1 机械的一般概念,一、机械的概念,第1章 机械制造概述,1.1 机械的一般概念,二、机械与机械产品,一般认为机械是一切具有确定的运动系统的机器和机构的总称，如机床、拖拉机等。 机械产品指的是以金属材料作为主要原材料，通过铸造、锻造、车、铣、刨、磨和钳等各种机械加工方式加工而成的产品。,第1章 机械制造概述,1.1 机械的一般概念,三、机械与人的关系,第1章 机械制造概述,四、机械产品的分类,1.1 机械的一般概念,第1章 机械制造概述,四、机械产品的分类,1.1 机械的一般概念,第1章 机械制造概述,四、机械产品的分类,1.1 机械的一般概念,第1章 机械制造概述,

2、一、相关概念,1.2 机械制造的一般过程,生产过程：指产品由原材料到成品之间各个相互联系的劳动过程的总和。 工艺过程：在机械产品的生产过程中，通过改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为半成品或者成品的过程。 机械工艺过程：指采用机械加工的方法，直接改变毛坯的形状 尺寸和表面质量等，使其成为零件的过程。,第1章 机械制造概述,1.2 机械制造的一般过程,第1章 机械制造概述,二、自动化制造系统,1.2 机械制造的一般过程,（一）、刚性自动化生产 （1）、刚性半自动化单机 （2）、刚性自动化单机 （3）、刚性自动化生产线 （二）、柔性制造单元FMC （三）、柔性制造系统FMS （四）

3、、柔性制造线FML （五）、柔性装配线FAL （六）、计算机集成制造系统（CIMS）,第1章 机械制造概述,三、零件的生产过程,1.2 机械制造的一般过程,第1章 机械制造概述,四、零件的装配过程,1.2 机械制造的一般过程,装配是指将零件按规定的技术要求组装起来，并经过调试、检验使之成为合格产品的过程。,第1章 机械制造概述,一、毛坯的制造,1.3 机械制造的基本环节,1、什么是毛坯？ 2、毛坯的种类 常见的毛坯种类有以下几种： （1）铸件 （2）锻件 （3）型材 （4）焊接件 （5）其它毛坯 3、毛坯的选择 （1）零件的生产纲领 （2）零件材料的工艺性 （3）零件的结构形状和尺寸 （4）现

4、有的生产条件,第1章 机械制造概述,二、机械加工方法,1.3 机械制造的基本环节,A、传统机械加工的特征 刀具材料比被加工材料硬。 靠机械能（力的作用）去除多余的材料。 加工过程主要靠操作者的经验来控制。 自动化程度相对较低，生产效率不高，精度较低。,第1章 机械制造概述,1.4现代制造技术,现代加工技术 线切割、激光切削加工、电火花加工 新材料 c) 新的切削方式 高压水切割 激光切割 电火花 线切割,一、现代加工中的新事物,第1章 机械制造概述,1.4现代制造技术,二、数控技术,目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。 （1）高速、高精加工技术及装备的新趋势

5、 （2）5轴联动加工和复合加工机床快速发展 （3）智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发 展的主要趋势 （4）重视新技术标准、规范的建立,第1章 机械制造概述,1.4现代制造技术,三、CAD/CAM/CAPP,（1）CAD即计算机辅助设计(CAD-Computer Aided Design) （2）CAM (computer Aided Manufacturing，计算机 辅助制造) （3）CAPP（Computer Aided Process Planning） （4）CAE(Computer Aided Engineering) （5）PDM（Product Data Managemen

6、t）。,第1章 机械制造概述,1.5 思考与练习,观察你身边的机械产品，他们都属于那些类型的机械产品，都有什么特点，对工作环境有什么要求。 观察和思考新技术和新材料对机械制造和环节保护的相互依存关系。 通过现场观察对照课程中相应的机械产品图例，比较产品的异同点。 思考当今时代怎样才能成为一名优秀的机械制造工程师。 认识学习的思路和方法，思考怎样才能抓紧时代脉搏，学好先进的制造技术。 效率和质量是企业的生命，思考提升效率和提高产品质量的措施主要有哪些。,第2章 金属材料的力学性能,2.1减速器零部件材料性能的确定说明,一、减速器的零部件构成,图2-1齿轮轴实体图,传动零件（齿轮或蜗杆）、轴、轴承

7、、箱体及其附件所组成。 基本结构： 1）齿轮、轴及轴承组合； 2）箱体； 3）减速器附件,第2章 金属材料的力学性能,2.1减速器零部件材料性能的确定说明,二、材料性能分析的关键要素,材料的力学性能 压力加工性能 焊接性能 热处理性能 切削加工性能,第2章 金属材料的力学性能,2.2金属材料力学性能基础知识,一、强度,图2-3低碳钢力-伸长曲线,1）弹性变形阶段 2）屈服变形阶段 3）均匀塑性变形阶段 4）局部集中变形阶段（缩颈）,强度指标：屈服点和抗拉强度。,第2章 金属材料的力学性能,2.2金属材料力学性能基础知识,二、塑性,断裂前材料发生不可逆永久变形的能力称为塑性。其计算公式为 =(L

8、1- L0)/L0100% （2-4） 式中 试样断后伸长率，%; L0试样原始标距长度，mm; L1试样拉断后的标距长度，mm。 试样拉断后，缩颈处横截面面积的最大缩减量与原始横截面面积的百分比称为断面收 缩率，其计算公式为 =(S0-S1)/S0100% （2-5） 式中 断面收缩率，%; S0试样原始横截面面积，mm2; S1试样拉断后缩颈处的最小横截面面积，mm2。,第2章 金属材料的力学性能,2.2金属材料力学性能基础知识,三、硬度,划痕硬度：如莫氏硬度 压入硬度。 布氏硬度 洛氏硬度 维氏硬度 回跳硬度：如肖氏硬度 显微硬度 高温硬度,第2章 金属材料的力学性能,2.2金属材料力学

9、性能基础知识,四、韧性,韧性指的是材料的断裂前吸收能量和进行塑性 变形的能力。与脆性相反，材料在断裂前有较大变、 断裂时断面常呈现外延形变，此形变不能立即恢复， 其应力-形变关系成非线性、消耗的断裂能很大材 料。通常以冲击强度的大小来衡量。韧性越好，则 发生脆性断裂的可能性越小。,第2章 金属材料的力学性能,2.2金属材料力学性能基础知识,五、疲劳强度,许多机械零件，如轴、齿轮、轴承、叶片、弹 簧等，在工作过程中各点的应力随时间作周期的 变化，这种随时间作周期性变化的应力称为交变 应力（也称循环应力）。在交变应力的作用下， 虽然零件所承受的应力低于材料的屈服点，但经 过较长时间的工作后产生裂纹

10、或突然发生完全断 裂的现象称为金属的疲劳强度,第2章 金属材料的力学性能,2.3减速器零件的材料性能确定过程,一、轴类零件,工作条件 主要用于支承传动零件（如齿轮、凸轮等）、传递运动和动力。工作时主要受交变弯曲和扭转应力的复合作用，有时也承受拉压应力；轴与轴上零件有相对运动，相互间存在摩擦和磨损 性能要求 良好的综合力学性能；高疲劳强度，降低应力集中敏 感性；表面要有高硬度、高耐磨性；特殊性能要求 如高温中工作的轴，抗蠕变性能要好；在腐蚀性介 质中工作的轴，要求耐蚀性好等,第2章 金属材料的力学性能,2.3减速器零件的材料性能确定过程,二、齿轮类零件,工作条件 齿轮是各类机械、仪表中应用最多的

11、零件之一，其作用是传递动力、调节速度和运动方向。只有少数齿轮受力不大，仅起分度作用。 性能要求 (A)高的接触疲劳强度、高的表面硬度和耐磨性，防止齿面损伤。 (B)高的抗弯强度、足够的弯曲疲劳强度、适当的心部强度和韧性，防止疲劳、过载及冲击断裂。 (C)良好的切削加工性和热处理工艺性，以获得高的加工精度和低的表面粗糙度，提高齿轮抗磨损能力。,第2章 金属材料的力学性能,2.3减速器零件的材料性能确定过程,三、箱体类零件,工作条件 箱体是机器或部件的基础零件，由它将机器或部件中的有关零件连接成一个整体，以保持正确的相互位置，彼此能协调地运动。 性能要求 具有较好的刚度和减振性。良好的抗拉强度,第

12、2章 金属材料的力学性能,2.4拓展训练,一、知识拓展:其它常见零件的选材和处理工艺,表2-2轴杆类零件选材和处理工艺,第2章 金属材料的力学性能,2.4拓展训练,一、知识拓展:其它常见零件的选材和处理工艺,表2-3盘套类零件选材和处理工艺,第2章 金属材料的力学性能,2.4拓展训练,一、知识拓展:其它常见零件的选材和处理工艺,表2-4机架、箱体类零件选材和性能特点,第2章 金属材料的力学性能,2.4拓展训练,二、训练拓展:发动机零件的选材和处理工艺,第2章 金属材料的力学性能,思考与练习,总结本章描述的减速器中个零部件的工作环境和使用要求。 直径和长度相同但是材料的剪切模量不同的轴，在相同扭矩的作用下最大切应力和扭转角是否相同？为什么？ 对于均匀材料，什么情况下用T型截面梁是合理的？为什么？ C616变速箱齿轮，工作时转速较高，齿面要求5055HRC，齿心部位2225HRC，请合理选择材料。可供选择的材料为：35钢，45钢，20CrMnTi，38CrMnAl，T12，0Cr18Ni9Ti，W18Cr4V。,