机械制造基础绪论金属材料的力学性能.ppt

第第1章章 机械制造概述机械制造概述 1.1 机械的一般概念物体物体组合组合实现实现运动运动能量能量转换转换机械机械机械是物体的组合，假定力加到其各个部分也难以变形这些物体必须实现相互的、单一的、规定的运动把施加的能量转变为最有用的形式，或转变为有效的机械功123一、机械的概念机械的概念第第1章章 机械制造概述机械制造概述 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。概念循环机械机械产品机械机械产品机械本身就是一种机械产品机械产品也可能就是机械第第1章章 机械制造概述机械制造概述 1.1 机械的一般概念三、机械与人的关系生老病死吃喝玩乐机械产品人的一生第第1章章 机械制造概述机械制造概述 四、机械产品的分类四、机械产品的分类1.1 机械的一般概念第第1章章 机械制造概述机械制造概述 四、机械产品的分类四、机械产品的分类1.1 机械的一般概念机械的一般概念第第1章章 机械制造概述机械制造概述 四、机械产品的分类四、机械产品的分类1.1 机械的一般概念机械的一般概念第第1章章 机械制造概述机械制造概述 一、相关概念一、相关概念1.2 机械制造的一般过程机械制造的一般过程生生产过产过程：指程：指产产品由品由原材料到成品原材料到成品之之间间各个相互各个相互联联系的系的劳动过劳动过程的程的总总和。和。工工艺过艺过程：在机械程：在机械产产品的生品的生产过产过程中，通程中，通过过改改变变生生产对产对象的形状、尺寸、相象的形状、尺寸、相对对位置和性位置和性质质等，使其成等，使其成为为半成品半成品或者或者成品成品的的过过程。程。机械工机械工艺过艺过程：指采用机械加工的方法，程：指采用机械加工的方法，直接改直接改变变毛坯的形状毛坯的形状 尺寸和表面尺寸和表面质质量量等，使其成等，使其成为为零件零件的的过过程。程。第第1章章 机械制造概述机械制造概述 1.2 机械制造的一般过程机械制造的一般过程第第1章章 机械制造概述机械制造概述 二、自动化制造系统二、自动化制造系统1.2 机械制造的一般过程机械制造的一般过程（一）、（一）、刚刚性自性自动动化生化生产产（1 1）、）、刚刚性半自性半自动动化化单单机机（2 2）、刚性自动化单机）、刚性自动化单机 （3 3）、刚性自动化生产线）、刚性自动化生产线（二）、柔性制造单元（二）、柔性制造单元FMCFMC（三）、柔性制造系统（三）、柔性制造系统FMSFMS（四）、柔性制造线（四）、柔性制造线FMLFML（五）、柔性装配线（五）、柔性装配线FALFAL（六）、计算机集成制造系统（六）、计算机集成制造系统（CIMSCIMS）第第1章章 机械制造概述机械制造概述 三、零件的生产过程三、零件的生产过程1.2 机械制造的一般过程机械制造的一般过程第第1章章 机械制造概述机械制造概述 四、零件的装配过程四、零件的装配过程1.2 机械制造的一般过程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调试、检验使之成为合格产品的过程。第第1章章 机械制造概述机械制造概述 一、毛坯的制造一、毛坯的制造1.3 机械制造的基本环节机械制造的基本环节1 1、什么是毛坯？、什么是毛坯？2 2、毛坯的种类、毛坯的种类常见的毛坯种类有以下几种：常见的毛坯种类有以下几种：（1 1）铸件）铸件 （2 2）锻件）锻件 （3 3）型材）型材 （4 4）焊接件）焊接件 （5 5）其它毛坯）其它毛坯3 3、毛坯的选择、毛坯的选择（1 1）零件的生产纲领）零件的生产纲领（2 2）零件材料的工艺性）零件材料的工艺性（3 3）零件的结构形状和尺寸）零件的结构形状和尺寸（4 4）现有的生产条件）现有的生产条件 第第1章章 机械制造概述机械制造概述 二、机械加工方法二、机械加工方法1.3 机械制造的基本环节机械制造的基本环节A、传统机械加工的特征传统机械加工的特征刀具材料比被加工材料硬。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。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。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。自动化程度相对较低，生产效率不高，精度较低。车铣刨磨钻镗拉扩第第1章章 机械制造概述机械制造概述 1.4现代制造技术现代制造技术a)a)现代加工技术现代加工技术线切割、激光切削加工、电火花加工线切割、激光切削加工、电火花加工b)b)新材料新材料c)c)新的切削方式新的切削方式高压水切割高压水切割激光切割激光切割电火花电火花线切割线切割一、现代加工中的新事物一、现代加工中的新事物第第1章章 机械制造概述机械制造概述 1.4现代制造技术现代制造技术二、数控技术二、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。要研究热点有以下几个方面。（1 1）高速、高精加工技术及装备的新趋势）高速、高精加工技术及装备的新趋势（2 2）5 5轴联动加工和复合加工机床快速发展轴联动加工和复合加工机床快速发展（3 3）智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发）智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发 展的主要趋势展的主要趋势（4 4）重视新技术标准、规范的建立）重视新技术标准、规范的建立第第1章章 机械制造概述机械制造概述 1.4现代制造技术现代制造技术三、三、CAD/CAM/CAPP（1 1）CADCAD即计算机辅助设计即计算机辅助设计(CAD-Computer Aided (CAD-Computer Aided Design)Design)（2 2）CAM(computer Aided ManufacturingCAM(computer Aided Manufacturing，计算机，计算机 辅助制造辅助制造)（3 3）CAPPCAPP（Computer Aided Process PlanningComputer Aided Process Planning）（4 4）CAE(Computer Aided Engineering)CAE(Computer Aided Engineering)（5 5）PDMPDM（Product Data ManagementProduct Data Management）。）。第第1章章 机械制造概述机械制造概述 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。第第2章章 金属材料的力学性能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）、传动零件（齿轮或蜗杆）、轴、轴承、箱体及其附件轴、轴承、箱体及其附件所组成。所组成。基本结构：基本结构：1）齿轮、轴及轴承组合；）齿轮、轴及轴承组合；2）箱体；）箱体；3）减速器附件）减速器附件第第2章章 金属材料的力学性能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二、材料性能分析的关键要素a)a)材料的力学性能材料的力学性能b)b)压力加工性能压力加工性能c)c)焊接性能焊接性能 d)d)热处理性能热处理性能 e)e)切削加工性能切削加工性能 第第2章章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能2.2金属材料力学性能基础知识金属材料力学性能基础知识一、强度一、强度图图2-3低碳钢力低碳钢力-伸长曲线伸长曲线1）弹性变形阶段弹性变形阶段2）屈服变形阶段屈服变形阶段3）均匀塑性变形阶段均匀塑性变形阶段4）局部集中变形阶段局部集中变形阶段（缩颈）（缩颈）强强度指度指标标：屈服点和抗拉屈服点和抗拉强强度。度。第第2章章 金属材料的力学性能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 =(L1-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。第第2章章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能2.2金属材料力学性能基础知识金属材料力学性能基础知识三、硬度三、硬度划痕硬度划痕硬度：如莫氏硬度如莫氏硬度压压入硬度。入硬度。a)a)布氏硬度布氏硬度b)b)洛氏硬度洛氏硬度c)c)维氏硬度维氏硬度回跳硬度回跳硬度：如：如肖氏硬度肖氏硬度显微硬度显微硬度高温硬度高温硬度第第2章章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能2.2金属材料力学性能基础知识金属材料力学性能基础知识四、韧性四、韧性 韧韧性指的是材料的断裂前吸收能量和性指的是材料的断裂前吸收能量和进进行塑性行塑性变变形的能力。与脆性相反，材料在断裂前有形的能力。与脆性相反，材料在断裂前有较较大大变变、断裂断裂时时断面常呈断面常呈现现外延形外延形变变，此形，此形变变不能立即恢复，不能立即恢复，其其应应力力-形形变变关系成非关系成非线线性、消耗的断裂能很大材性、消耗的断裂能很大材料。通常以冲料。通常以冲击击强强度的大小来衡量。度的大小来衡量。韧韧性越好，性越好，则则发发生脆性断裂的可能性越小。生脆性断裂的可能性越小。第第2章章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能2.2金属材料力学性能基础知识金属材料力学性能基础知识五、疲劳强度五、疲劳强度 许许多机械零件，如多机械零件，如轴轴、齿轮齿轮、轴轴承、叶片、承、叶片、弹弹簧等，在工作簧等，在工作过过程中各点的程中各点的应应力随力随时间时间作周期的作周期的变变化，化，这这种随种随时间时间作周期性作周期性变变化的化的应应力称力称为为交交变变应应力（也称循力（也称循环应环应力）。在交力）。在交变应变应力的作用下，力的作用下，虽虽然零件所承受的然零件所承受的应应力低于材料的屈服点，但力低于材料的屈服点，但经经过较长时间过较长时间的工作后的工作后产产生裂生裂纹纹或突然或突然发发生完全断生完全断裂的裂的现现象称象称为为金属的疲金属的疲劳劳强强度度第第2章章 金属材料的力学性能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减速器零件的材料性能确定过程一、轴类零件一、轴类零件工作条件工作条件主要用于支承传动零件（如齿轮、凸轮等）、传递运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动，相互间存在摩擦和磨损性能要求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，要求耐蚀性好等质中工作的轴，要求耐蚀性好等第第2章章 金属材料的力学性能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减速器零件的材料性能确定过程二、齿轮类零件二、齿轮类零件工作条件工作条件齿齿轮轮是是各各类类机机械械、仪仪表表中中应应用用最最多多的的零零件件之之一一，其其作作用用是是传传递递动动力力、调调节节速速度度和和运运动动方方向向。只只有有少少数数齿齿轮轮受受力力不不大，仅起分度作用。大，仅起分度作用。性能要求性能要求(A)(A)高的接触疲劳强度、高的表面硬度和耐磨性，防止高的接触疲劳强度、高的表面硬度和耐磨性，防止齿面损伤。齿面损伤。(B)(B)高的抗弯强度、足够的弯曲疲劳强度、适当的心部高的抗弯强度、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。强度和韧性，防止疲劳、过载及冲击断裂。(C)(C)良好的切削加工性和热处理工艺性，以获得高的加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。工精度和低的表面粗糙度，提高齿轮抗磨损能力。第第2章章 金属材料的力学性能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减速器零件的材料性能确定过程三、箱体类零件三、箱体类零件工作条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。相互位置，彼此能协调地运动。性能要求性能要求具有较好的刚度和减振性。良好的抗拉强度具有较好的刚度和减振性。良好的抗拉强度第第2章章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能2.4拓展训练一、知识拓展一、知识拓展:其它常见零件的选材和处理工艺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第2章章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能2.4拓展训练一、知识拓展一、知识拓展:其它常见零件的选材和处理工艺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第2章章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能2.4拓展训练一、知识拓展一、知识拓展:其它常见零件的选材和处理工艺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第2章章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能2.4拓展训练二、训练拓展二、训练拓展:发动机零件的选材和处理工艺发动机零件的选材和处理工艺第第2章章 金属材料的力学性能金属材料的力学性能思考与练习思考与练习1)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。2)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？3)对于均匀材料，什么情况下用T型截面梁是合理的？为什么？4)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。