机械工程专业英语翻译.doc

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1、2022年-2023年建筑工程管理行业文档 齐鲁斌创作材料和热加工1.机械学的基本概念功是力乘以该力作用在物体上使物体移动的距离。功用公斤米来表示。1公斤米等于1公斤力作用于物体上使物体移动1米的距离。例如，一项工作需要提升一台300公斤重的设备到两米半高的卡车上，那么就需要750公斤米的功。由于没有一个人能直接举升300公斤重，因此必须使用一种装置去调节所需要的可以控制的作用力。常见的装置是一个斜面在这个例子中，一个倾斜在地面和卡车之间的承载斜板，如果斜板有10米长，摩擦力忽略，那么就需要75公斤的力将机器滚上斜板。总功仍然是750公斤米（用75公斤乘以10米），但作用力已经被改变，于是乎其

2、所需的最大外力仅仅是75公斤。使所需的作用力减少，同时这个较小的作用力使所通过的距离增加，这样的装置被称为力放大器。机器装置也可放大速度和距离。扫帚就是一个速度和距离放大器的例子。因为它把在手柄上输入的力和距离在扫帚的尾部转变成较小的力和较长的距离。由于与输入距离的同样时间里扫帚的尾部走过较大的距离，因此其速度也就增加了。机器装置除了放大力和距离之外，也能改变运动的方向。效率和机械效益是用来测定机械装置性能的。效率定义为输出的相对有用的机械功，它以占输入功的百分率来表示。效率总是要比100小，因为运动零件之间有摩擦损失。像刚才所举的那部机器的例子那样，如果某些人把该机器滚上斜板，他们可能发现那

3、要花84公斤的力。这9公斤的差额就是需去克服滚子和轴承阻力的力。在这种情况下该机器装置将具有89的效率。如果他们在没有滚子情况下，把冷冻机滑移上斜板，所需的力可能是215公斤或更大，那么效率就小于35。理想机械效益是忽略摩擦损失并等于输入力移动的距离除以负载移动的有效距离。作为力放大装置，输入的距离要比负载的距离大，而理想的机械效益是比1要大的。在承载斜板例子中，该理想机械效益是4，因为该输入距离是10米，（斜板长度）而有效负载移距是2.5米（该负载移动的垂直距离）。斜面就是一个力放大装置。作为速度放大装置，输入距离是要比负载距离小的，而理想的机械效益亦比1要小。简易改变运动方向的机器装置具有

4、一个等于1的理想机械效益。其实际机械效益包括了摩擦损失并等于实际输出力除以实际输入力。在承载斜板例子中的实际机械效益在有滚子条件下，大约是3.6，无滚子条件下，大约是1.4。2.塑性理论的基本假设在金属成形中应用塑性理论的目的是要探索金属成形的塑性变形机理。这样，调研可提供以下的分析和判断：（a）金属的流动性（速度、应变和应变率），（b）温度和热传导，（c）材料强度的局部变化或流动应力和（d）应力，成形中的负载、压力和能量。这样变形机理就可提供决断：金属如何流动，借助塑性成形可如何去获得所希望的几何形状以及用成形方法生产出的零件具有什么样的机械性能。为了建立金属变形的可控制的数字模型（曲线图形

5、），作出以下几个简化的但是合理的假设：1）忽略弹性变形。然而当必要时，弹性复原（例如，弯曲回弹情况）和加工中的弹性弯曲（例如，成形加工精度非常接近公差）定要考虑；2）作为一种连续体来考虑材料变形（如结晶，而晶间疏松和位错是不加考虑的）；3）单向拉伸或压缩试验与多向变形条件下的流动应力相互有关；4）各向异性和Bauschinger效应忽略不计；5）体积保持恒定；6）用简化法来表示摩擦，如用Coulombs定律法或用恒剪切应力法。这将在后面进行讨论。在压缩应力状态下的金属特性更加复杂。这可以从一金属圆柱体试样在两个模板之间被压缩时怎样发生变化的分析中可以看得出来。当工件达到金属的屈服应力的应力状态

6、时，塑性变形就开始发生。当试样高度降低时，试样随着横截面的增加而向外扩展。这种塑性变形在克服工件和模板的两端之间的摩擦力中发生。该金属变形状态是受到其复杂应力体系所支配。这应力体系可从单一的、单向的到三维的即三向发生变化。有一个由模板施加的应力和有两个由摩擦反力引起的应力。如果模板与工件间无摩擦，工件就在单向压应力下发生屈服，正像其受到拉伸载荷作用时的情形一样。而且压缩的屈服应力跟拉伸屈服应力极端一致。由于摩擦力的存在而改变了这一状况，故需要更高的应力才能引起屈服。为了找到拉伸屈服应力与三向应力状态下产生屈服时的应力值之间的数量关系，已经做了很多尝试。对于所有的金属在三向载荷作用下的各种情况下

7、，包括各种塑性屈服试验情况中均未发现单一的（应力、应变）关系。已经存在的若干个建议使用的塑性屈服理论，其中每一种理论只能在一定的范围内有效。在考虑使用这些理论之前，研究三向应力体系并创立既利用数量关系又利用图解技术的解题方法，那是必要的。对于三维应力状态，最方便而有效的方法就是利用莫尔圆，当研究塑性屈服的各种复杂情况时，你可以很容易地运算和进行处理。3.有限元优化的应用在结构日益复杂的情况下，当工程师们工作时，他们需要合理的、可靠的、快速而经济的设计工具。过去二十多年里，有限元分析法已经成为判别和解决涉及这些复杂设计课题时的最常用方法。因为工程中的大多数设计任务都是可定量的，所以实践上，为了快

8、速找到一些可供选择的设计方案。计算机令繁琐的重复设计过程发生了深刻的变革。但是，即使是现在，许多工程师仍然使用人工的试凑法。这样一种方法使得即使是很简单的设计任务也变得困难，因为通常它要花更长的时间，需要广泛的人机交互配合，且偏于用设计组的经验来设计。优化设计是以理论数学的方法为基础，改进那些对于工程师来说过于复杂的设计，使其设计过程自动化。如果在一部台式计算机平台上能实现自动优化设计，那就可以节省大量的时间和金钱。优化设计的目的就是要将对象极大化或极小化，例如，重量或基频，主要受到频响和设计参数方向的约束。尺寸和（或）结构形状决定着优化设计的方法。观察一下作为零件优化设计过程，使它变得更容易

9、理解。第一步，包括预处理分析和后处理分析，正像惯常使用的有限元分析（FEA）和计算机辅助设计（CAD）程序应用。（CAD的特点在于根据设计参数建立了课题的几何图形）。第二步，定义优化目标和响应约束。而最后一步，反复自动调节设计作业。优化设计程序将允许工程师们监督该设计步骤和进度，必要时停止设计，改变设计条件和重新开始。一项优化设计程序的功力取决于有效的预处理和分析能力。二维和三维设计的应用既需要自动进行也需要设计参数的结网性能。因为在优化循环过程中，课题的几何条件和网格会改变，所以优化程序必须包含误差估计和自适应控制。修改、重配网格和重新估算模式以期获取特定设计目标的实现是以输入初始设计数据开

10、始的。接着，是规定合适的公差并形成约束条件以获得最优结果，或最后改进设计，解决问题。为了使产品从简单轮廓图形到三维实体模型系统化、系列化，设计者必须广泛接触设计目标和特性约束条件。为了易于确定而利用下列参数作为约束和目标函数的附加特性条件，也将是需要的：重量、体积、位移、应力，应变，频率，翘曲安全系数、温度、温度梯度和热通量。此外，工程师们应该能够通过多学科的不同类型的优化分析使多种约束条件结合起来。例如设计者为了应力分析，可以进行热力分析和加热以变更温度，也可将多种约束条件，诸如最高温度、最大应力和变形联系在一起进行研究，然后规定一个所希望的基本频率范围。目标函数代表着整体模式或部分模式。甚

11、至更重要的是通过说明重量或者成本因素，就应该能反映该模式的各个部分的重要性。4.金属当有了其他各种材料，特别是有了塑料的今天，人类为什么仍然要使用如此之多的金属材料呢？那是有益的吗？通常使用一种材料，是因为它能提供所需的强度，所需要的其他性能和低廉的费用。外观也是一个重要因素。金属的主要优点是它们所具有的强度和韧性。水泥可能是比较便宜的，并常用于建筑上，但就强度角度来说，即使是水泥仍然是取决于其内里的钢筋。然而，并不是所有金属的强度都高，例如铜和铝都颇为脆弱，但如果将铜、铝混合在一起时，结果称为铜、铝合金即铝青铜，这铜铝合金比起纯铝来强度要高得多。合金化是获得下列所需各种特殊性能的一种重要方法

12、：如强度，韧性，抗磨性，磁性，高电阻率或抗腐蚀性。以不同的方法生产不同的合金，但是几乎所有的金属都是以金属矿的形式（铁矿、铜矿等）被发现的。矿石是一种由金属与某些杂质相混合而组成的矿物质。为了用金属矿石来生产出一种金属，我们必须将杂质从金属矿中分离出去，那就要靠冶炼来实现。提炼、生产和处理金属的种种方法，各个时代都在研究和发展，以满足工程的需要。这就意味着存在大量的各种各样的金属和有用的金属物质可供选择利用。5.金属和非金属材料在材料选择时所遇到的最普通的分类问题，大概是这种材料是金属材料还是非金属材料。最普遍的金属材料是铁，铜，铝，镁，镍，钛，铅，锡和锌以及这些金属的合金，例如：钢，黄铜和青

13、铜。它们具有金属特性：光泽，热传导性和电传导性，有相应的延展性，而某些金属还具有良好磁性。较普遍的非金属有木头，砖，水泥，玻璃，橡胶和塑料。他们性能变化很大，但它们通常几乎没有延展性，脆弱，比金属疏松，而且它们不具有导电性，具有较差的导热性。一种材料对于另一种材料常常借助于其物理性质来加以区别，例如颜色、密度、比热、热膨胀系数，电、热传导性能，磁性和熔点。其中某些性能比如电、热传导性、密度，对于物种的确定的用途来说，在选择材料时，其重要性是摆在首位的。描述一种材料在机械应用中的表现的那些性能，对于工程师在设计中选择材料来说，往往更为重要。这些机械性能关系到该材料在工作中对于各种载荷怎样地起作用

14、。机械性能是材料对所施加的作用力的特性反应（响应）。这些性能主要归结到五大类：强度、硬度、弹性、延展性和韧性。1强度是材料抵抗外力作用的能力。升降机的钢丝绳和建筑物的横梁都必须具备这种性能。2硬度是材料抵抗穿透和磨损的能力。剪切工具（剪床）必须能抗磨损。轧钢机上的金属轧辊必须能抗穿透。3弹性是材料弹回到原有形状位置的能力。所有的弹性材料都应具备这种性质。4延展性材料承受永久变形而无裂损的能力。冲压和成形产品必须具备这种性能。5韧性是吸收所施力的机械能的能力。强度和延展性决定着材料的韧性。有轨电车、火车车厢、汽车轴、锤子和类似的产品都需要有韧性。6.塑料和其他材料塑料具有特殊的性能。对于某种用途

15、而言，这些性能使得塑料比传统材料更为可取。例如，跟金属相比较，塑料既有优点也有缺点。金属易受到无机酸的腐蚀，如硫酸和盐酸。塑料能抵抗这些酸的腐蚀，但可被溶剂所溶解或引起变形，例如，溶剂四氯化碳与塑料具有同样的碳基。颜色必定只能涂到金属的表面，而它可以跟塑料混合为一体。金属比大多数塑料刚性要好，而塑料则非常之轻，通常塑料密度在0.91.8之间。大多数塑料不易传热导电。塑料能缓慢软化，而当其还是在软的状态时，能容易成形。在某一温度下塑料是处于塑性状态的，这就使塑料具备超过许多其他材料的主要优点。它容许大量生产单位成本低廉的模制式器件，例如，各种容器。于此，若用其他材料则需要大量劳力和往往需要很费钱

16、的加工工艺，比如，切割、成形、加工、装配和装饰。塑料器件可能需要与用其他材料，比如与金属或木材制作的类似的器件加以区别，这不仅是由于塑料的性能不同的原因，也是由于制造塑料产品所用的技术不同所致。这些技术包括注塑模制，吹塑模制，压模，挤压和真空成形等。对粉末冶金所下的定义是：粉末冶金是制造金属粉末并将单一的、混合的或合金化的粉末通过成形的方法制成产品的技术。这一制造过程可添加或不添加非金属成份；可通过加压或模压成形；可在压制时同时加热或在制造后再进行加热，能使金属粉末形成一个粘结牢固的整体；加热过程中粉末可不熔化，或只有低熔点成分熔化。首先，必须生产合适的粉末。尽管理论上可以用粉末冶金的方法制造

17、任何晶体材料，但在许多情况下，生产合适的粉末已经带来限制，或者是因难于获得足够纯度的粉末或者是因为经济上的原因。选择和配制好粉末并制造好所要生产产品形状的模具后，就把粉末模压成符合尺寸和形状的产品。应用晶体生长中的热效应而生产出均匀的结晶体来。利用热和压力的各种结合，某些粉末冶金就是在室温和高压下进行。然而在稍低于任一组分的最低熔点的温度下进行粉末冶金，通常紧跟着的就是施于冷压。在模压过程中，可利用介质的温升，然后是在较高的温度条件下，模压的成形品就从压模中脱出。在热模压过程中，同时施加压力以提高最终的粉末冶金的温度。7.模具的寿命和失效正确的选择模具材料和模具的制造技术，在很大程度上决定着成

18、形模具的使用寿命。为着某些原因，模具可能不得不更换。例如，由于磨损或塑性变形而使尺寸发生改变，表面损坏、光洁度降低、润滑故障和裂纹即破裂。在热压模锻中，模具失效的主要模式是腐蚀作用、热疲劳、机械疲劳和永久性即塑性变形。腐蚀，通常也叫做模具磨损，实际上模具由于受到压力后模具表面上的材料发生剥落。变形材料的滑移、模具材料的抗磨性，模具表面温度、模具和材料接触表面的相对滑动速度以及接触层的性质，都是影响模具磨损的最主要的因素。热成形加工中会发生热裂效应，热疲劳都发生在模具模腔的表面。由于跟热变形材料接触，就在周期性屈服的模具表面引起了热疲劳。由于温度梯度的急剧变化，这种接触引起表面层的膨胀，而且表面

19、层受到压应力的影响。在温度足够高的时刻，这些压应力可引起表面层的破坏。当模具表面冷却时，可发生反向应力，因而表面层将处于拉应力状态。这种状态循环往复将引起形成龟裂的模面，那就是作为识别热裂纹的特征。模具破裂或产生裂纹是由于机械疲劳，并且是在模具过载和局部应力高等情况下发生的。在变形加工过程中，由于加载、减载，模具承受着交变应力作用，这就将引起开裂并发生重大破坏。在给定的成形工艺条件下，模具材料的机械性能对模具寿命和模具的损坏影响很大。一般而言，最具影响的性能是取决于加工过程的温度。这样，用于冷却成形加工工艺的模具材料与用于热成形加工的材料有着极大的区别。对于金属成形加工工艺的小批、单件生产，模

20、具的设计、制造和模具材料的选择是非常重要的。为着提供成本合理和具有令人满意的寿命的模具，必须用合适的模具材料和用现代的制造方法来制造模具。成形加工的经济效益常常是取决于模具寿命和所制造的每件模具的成本。根据上述应用，合适的模具材料的选择取决于以下三方面的因素：（a）与加工工艺本身有关的因素，包括模腔尺寸、所用机器形式和变形速度，毛坯尺寸和温度，要用的模具温度、润滑、生产率和要生产的零件数量。（b）与模具加载形式相关的因素，包括加载速度，即模具与正在变形的金属之间的冲击时间或逐渐接触的时间（在热变形加工中，这种接触时间显得特别重要），在模具上的最大载荷和压力，最大和最小的模具温度以及模具将要承受

21、的加载周期的数目。（c）模具材料的机械性能，包括硬度、冲击强度、热强度（如果考虑热成形加工的话）和抵抗热疲劳和机械疲劳的性能。8.冷加工和热加工上述考虑原则提供了锻造温度系列的分类基础，换句话说，分热加工（热锻）和冷加工（冷锻）。要在再结晶温度以上才能完成塑性变形加工的就考虑热加工。使用“热加工”这一术语通常意示着材料一般要加热，但并不总是要加热。例如铅的再结晶就是在很低的温度下进行。根据以上定义，在室温条件下锻造铅也是在进行热加工。在再结晶温度以下的塑性变形加工被定义为冷加工。几种普通金属或他们的合金其再结晶温度大约是750900。为了改善性能，这些合金中的某些合金是在550700温度范围内

22、通过锻造来进行应变硬化处理的。尽管根据定义，这是实实在在的“冷加工”，但它常常被看作“热加工”。进行加热主要是为了减少流动应力进而减少所需的锻造力。如果材料性质最终要获得改善，就必须非常严密地控制所谓“加热的加工”操作。实行以上操作工艺之后接着就要在低于锻造温度以下的温度中进行消除应力处理。对于奥氏体不锈钢、高温合金钢和许多有色金属合金的再结晶温度可在超出相当大的范围内变化。影响再结晶温度的因素包括：目前的应变硬化程度、退火时间，变形前的晶粒度，以及固溶体中溶质原子的浓度。在再结晶瞬间，再结晶晶粒度与变形程度成反比。9.铸造铸造是人类所掌握的最古老的金属加工技术之一。我国早在公元前2000年就

23、已把金属制成铸件。而所使用的工艺从原理上和今天的工艺没有多大的区别。铸造工艺由制模、备料和金属熔炼，金属液浇注入模和铸件清砂等。铸造的产品是铸件，铸件可能从零点几公斤到几百吨范围变化。实际上所有金属在成分上也是变化的，而合金也可以铸造。最常铸造的金属是铸铁、钢、铝等等。这些金属中，铸铁，由于其低熔点，低价格和易控制，因而其铸造适应性是最突出的，而且使用也远比所有其他金属多。铸造工艺是一种广泛应用的生产金属制件的方法。实际上铸造工艺方法是复杂的。由于熔融的物料能容易取得被浇注进去的容器（模型）的形状，因此，几乎像生产简单形状铸件那样颇为容易地铸造出复杂形状的铸件。铸造金属的地方叫做铸造车间。最重

24、要的铸造金属是铸铁，铸铁是用生铁在一个特殊的熔炉叫冲天炉的炉子中重新熔炼而制造出来的。从冲天炉中出来的铁水流入到不同规格的铁水包中，并从这些铁水包中被浇注到模型中。模型有两种类型：砂模和金属模。金属模是由两个中空的部件组成，它们应被联结在一起以便将金属液浇入模箱中。这模腔的内侧是要涂以碳粉或石墨，因此金属不致于粘贴到型腔壁上。当金属液凝固后，这中空的型箱部件被打开并取出铸件。也有一种特殊模型，在该模型中可以铸造大型钢块。这些模型通常用铸铁来制造，并被称为锭模。而浇注金属液到这些模子中生产出的钢块被称为钢锭。该工艺过程叫锭铸。相当大量的有色金属合金可以进行模铸。所用的主要而基本的金属，按其在工业

25、上应用的重要性的顺序是锌、铝、铜、锰、铅和锡。这些合金可以进一步进行分类为低温类合金和高温类合金。铸造温度低于538的那些合金，就像锌、锡和铅，是属于低温类合金。低温类合金具有低生产成本和低的模具维修费用等优点。当铸造温度上升时，需要最佳条件下处理过的合金钢和其他特种钢来抵抗腐蚀及防止模具表面的热裂纹。高温在模具上的损坏作用已经成为阻碍、延缓高温模铸发展的主要因素。控制选择合金的另外一个因素就是熔融的金属在相关的机器零件上和模具上的腐蚀或溶解作用。这种作用随着温度的升高而增加，甚至某些合金比另一些合金更为明显。特别是，铝对黑色金属有一种破坏作用，为此，铝几乎不熔混于机器零件中，而铜基合金是决不

26、能熔混于机器构件中的。10.制造中的金属成形工艺金属成形是基础制造工艺之一。它在冶金、机器制造、电力、汽车、铁路、航空、船舶制造、武器工业、化工、电子、仪器仪表制造和轻工业中起着重要作用。金属成形加工包括：（a）笨重型成形工艺，例如锻造，挤压，辊轧、拉拔。（b）轻薄型成形加工，例如，压弯成形，深冲（压）和张拉成形加工等。早先讨论过的一组制造工艺中，对金属成形加工生产制造工业、军工零部件加工工业和消费品加工工业而言是具有重大意义的一套工艺加工方法。成形加工工艺分类的一般方法是考虑冷成形加工（室温）和热成形加工（再结晶温度以上）。大多数材料在不同的温度条件下其性能是有区别的。在冷成形加工中，通常金

27、属的屈服应力是随着应变值增加而增大，而热成形加工中，则随着应变率（即变形率）的增加而增大。然而在各种温度条件下，控制成形加工的一般原则基本上是相同的。因此，以材料的初始温度为依据的成形加工工艺，对于了解和改进这些工艺并没有多大的促进作用。事实上，以成形前后的特殊几何形状而言，以所用材料和生产率为依据而不是以温度为依据的分类方法，可以更好地考虑工具设计，设备使用，自动化程度，制品输送及润滑等问题。设计、分析和成形加工工艺的优化要求需要：（a）关于金属流动、应力和热传导的分析知识以及（b）关于润滑、加热和冷却技术，材料处理、模具设计和制造、成形加工设备的技术资料。关于成形加工的总体情况的了解，文献

28、著作中的大量资料都是有用的。11.锻造锻造是借助于人工或动力锤，压力机或Spiel锻压机所施加的确定压力来进行的金属塑性加工过程，它既可是热锻也可以是冷锻。然而，当其是冷锻的时候，通常就给予该工艺以专门的名称。因此，一般讲的术语“锻造”指的是再结晶温度以上进行的热锻。现代的锻造是由盔甲制造者和不朽的乡村锻工所实践的古代工艺发展而来的。高动力锻锤和机械压力机代替了强有力的手臂、锤头和砧座。而现代冶炼知识在控制加热和金属运送方面充实了技工的工艺技术。已经研制出各种类型锻造工艺，这给生产提供了巨大的灵活性。它使得单件的或数以千计的相同零件的批量锻造生产变得经济成为可能。金属可能是（1）被拉拔，增加其

29、长度而减小其横截面，（2）镦粗，增加其横断面，而减小其长度，（3）在闭式锻模中挤压迫使金属各向流动。与锤锻的快速冲击不同，压力机锻造是用缓慢的挤压作用使塑性金属变形。这挤压作用完全被施加到正在被压锻的零件中心位置上，直至彻底使整个工件得到加工。这些压力机都是立式的，可能是机械操作也可能是液压操作的。机械操作压力机，操作速度比较快，使用最普遍，锻造能力从5000吨到10000吨范围。对于小型压力锻使用闭式锻模。通常要求锻锤仅一个冲程就完成锻造工艺。在冲程终端产生最大压力，该冲击压力迫使金属成形。模具可由各自独立的单元装配而成，即把所有个别模腔都放到一起，组成整体。对于小型锻件使用分模装置更为方便

30、。对于不同的金属在模具设计上有些区别，铜合金锻件比钢件用较小的拔模斜度，因此可生产更加复杂形状的锻件。这些合金在该种模具中流动性好，而且能快速挤压成形。锻压机比落锤锻，输入到机器里的总能量中有更大部分的能量被传输到金属坯料上。落锤锻的冲击能量被机器和基础吸收得较多（比起压力机来）。金属上的压力衰减较快，因此生产成本比较低。大多数压力锻锻件形状、产生的表面都是对称的，而且表面非常光滑，并比落锤锻件的公差尺寸更加精确。然而落锤锻造可以锻制形状复杂而不规则的锻件，因而较为经济。锻压机常常用来为其他锻造工艺所生产的锻件进行整形和校正加工用。在落锤锻中，一块金属坯料，粗糙的即大体像所要求零件形状那样，被

31、放入到具有成品件那样精确形状的模面之间，然后施加压力使模具紧紧结合在一起以锻取模腔形状。这一方法广泛用来制造钢件和黄钢件。大型金属锭现在几乎都是用液压压力机来锻造的，而不用蒸汽锤。因为用压力机锻造，变形更加深透。将来压力机可对付冷金属锭并能加工得到更加精确的尺寸。锻造将在大约与辊轧同样的温度下进行，这种工艺正像轧制那样可改善金属的物理性能。最后火锻时，不使钢太热很重要，因为过热钢冷却后，其机械性能较差。为锻件加热，温度通常是以肉眼来判断的，但在生产大量相同锻件的场合，要锻造的坯件是在有高温计指示温度的炉子中来加热，并且常常是自动控制的。12.锻造的优点和工作原理锻造用锻锤或压力机成形制品的技术

32、无疑是压力加工工艺中最古老的加工方法。它利用了金属最有价值的性能之一的优点在高温下的塑性，即靠机械加工可使之变形的能力。热锻是对塑性状态金属的加工。作为靠压力加工成形的金属件，它能获得致密、均匀、流线特性好、强度高，为铸造和焊接成形所无法达到的质量。自由锻质量高，生产各种形状、尺寸锻件的通用性强，它已成为一种最基本的现代加工技术。对金属每施加一次载荷，该金属就承受一次变形。随着施加的外力增加，这种改变就由小变大。如果所施外力消失后金属回复到原有的形状就说明其是弹性的，并且一旦外力作用消失就没有永久性效应。然而如果所施加外力消失，金属保持着形状的改变，则结果已发生了某些塑性变形或称非弹性变形。热

33、加工的主要方法是锤击、施压、辊轧和挤压，自由锻有别于其他锻造工艺在于金属始终没有被完全约束或限制。槽（印）模，闭合模或落锤锻都将金属完全限制在模腔中。所陈述的各种类型的锤击锻机和压力机也都是用于模锻的。当热锻把坯料转变成所需尺寸和形状时，这是从锻造中仅仅获得一次调质处理。通过热锻铸件的内部构造被打乱并为更精细的晶粒所代替。低密度区，显微缩孔和气隙疏松被固结起来。这样通过消除铸件结构缺陷，提高密度，改善均匀性而使机械性能提高。锻造方法的选择提供了调整晶粒流向以获得最佳的所希望的定向性能的手段。13.焊接焊接技术已经变得如此通用以致今天定义“焊接”都感到困难。以前说焊接是“用熔焊把金属连接起来”，

34、就是靠熔合，但这一定义将不再使用。尽管熔合方法仍然是最普遍的，但它们并不是总在使用。后来又曾定义焊接为“用热把金属连接起来”，但这也不再是正确的定义。不仅金属能焊接，许多塑料也能焊接。而且，几种焊接方法不需要热。每个机械工作者都熟悉无热焊接。冷压焊在某些情况下是一个合适的焊接方法。除压力焊接之外，我们还可用声焊和用著名的激光焊。面对年复一年地发展的焊接方法多样性，这里我们必须采用以下焊接定义：焊接是一种无须用固紧装置而使金属和塑料连接在一起的方法。不存在焊接工艺统一命名的方法。许多焊接工艺是根据热源或防护方法来命名。但某种特殊工艺品则是在生产出焊缝的形式后才命名的。点焊和对接焊就是例子。总体分

35、类不能考虑这个方法。因为同样的焊缝类型可能由各种工艺方法来产生。点焊可以用电阻、电弧、电子束等工艺来实现，对接焊可用电阻焊、烧焊或若干其他方法中的一种方法来实现。把金属件连接在一起的方法有若干个，用哪一种方法，要根据金属种类和所要求的焊缝强度来决定。软焊是要用熔融状态的第三种金属来使两件金属连接在一起的工艺。焊料由锡和铅组成。而常常含有铋和镉，目的是要降低熔点。软钎焊中最重要的工序之一就是清理焊缝表面。这可以用某种酸性清除剂来进行。软钎焊能为轻型钢件、铜件和黄铜件生产满意的焊缝，但软钎焊的焊缝强度比起硬钎焊、铆接和焊接来要弱些。连接金属的这些方法，通常用来产生强固的永久性的焊缝。把两件金属焊在

36、一起的最简单的方法称做压力焊。用火焰把金属两端加热到白炽状态铁的焊接温度为1300左右在这一温度下，金属变成塑性，然后对两端施压或锤击使之结合在一起。最后再将焊缝清理干净。必须注意首先保证表面完全清洁，因脏物将会使焊缝强度削弱。此外，加热铸铁或钢到高温会引起氧化并在焊接表面形成氧化皮。因此用助焊剂施于加热的金属上。达到焊接温度时刻，助焊剂熔化，将氧化物粒子跟任何其他可能存在的杂质一起都熔解于助焊剂中。金属表面被压合在一起，而助焊剂就从焊缝中间被挤出。可能使用若干不同类型的焊缝，但对于颇为粗厚的金属件，通常使用V型焊缝。该焊缝比起普通的对接焊缝来要强固些。14.热处理热处理是锻后进行一次或多次重

37、新加热和冷却操作的热循环过程，以便使锻件获得所需的显微组织和机械性能。生产出的绝大多数锻件都需要进行某种形式的热处理。不热处理的锻件，相对来说是为了非临界应用的低碳钢零件或者是打算进一步热机械加工而后再热处理的锻件。钢的化学成分、产品的规格和形状以及所希望的性质是后面要用到的决定生产循环的重要因素。普遍使用的工业热处理有球化处理、正火、退火、淬火、和回火。它们包括加热材料到某一预定的温度，在此温度下进行均热即进行保温，并在规定速度下于空气中、液体中或于保温介质中冷却。以下各项处理可简要地定义如下：球化处理在略低于临界温度范围下，对铁基合金持续较长时间加热，紧接着以相对慢的速度在空气中冷却。在临

38、界温度以上和略低于此温度相互交替长时间加热，高碳钢小件更迅速地球化。这一热处理的目的是使碳化物生成球状。正火加热铁基合金到临界温度以上50，紧接着在低于临界温度下空冷。其目的是使金属的组织结构，通过消除因某种加工操作产生的全部内应力、内应变而处于正常状态。退火是用于热处理的综合性术语，退火可用于消除应力，使金属变软，改变可锻性，消除气隙以构成某一显微组织。处理的温度和冷却的速率取决于处理的工件和要进行处理的材料的组分。淬火加热或者到临界温度内或者到临界温度以上而后冷却某件铁基合金。热处理的温度及其持续时间长度，即“保温周期”，那是取决于材料组分。所用的冷却介质可根据组分、所希望的硬度和零件结构

39、的复杂性来决定。回火是铁基合金淬火后再加热到低于临界温度以下的某一温度，紧跟着以所要求的任一速率冷却。回火的目的是消除应力、应变及降低硬度和减少脆性。机构和机器原理 MECHANISMS AND MACHINE THEORYalign=centerb机构和机器原理/b/alignb机构介绍/b机构的功用是作为机械作用的一个部分从一个刚体到另一个刚体传送即传递运动。一般能用作机构基本零件的机械装置有三种类型：1齿轮装置。那是在回转轴之间进行接触传动的啮合构件。2凸轮装置。把输入构件的均匀运动转换成输出构件的非均匀运动的装置。3平面机构和空间机构也是能使一个点或一个刚体产生机械运动的有用装置。运动

40、链是一个构件系统装置即若干个刚体，它们或者彼此铰接或者互相接触，方式上是允许它们彼此间产生相对运动。如果构件中的某一构件被固定而使任何其他一个构件运动到新的位置将会引起其他各个构件也运动到确定的预期的位置上的话，该系统装置就是一个可约束的运动链。如果构件中的某一构件仍保持固定而使任一运动到达一新的位置而不会使其他各个构件运动到一个确定的预期的位置上的话，则该系统装置是一个非约束运动链。机构或连杆构件是一个可约束的传动链而且是一个从输入到输出以传递运动和（或）力为目的的机械装置。连杆机构是由通常被认为是刚体构件或杆组成的，它们是以销轴铰接的，例如用柱销（圆形的）或棱柱体销轴铰接，以便成形开式或闭

41、式（回环式）的运动链。这样的运动链在至少有一个构件被固定的条件下：（1）如果至少有两个构件能保持运动，就变为机构，（2）如果没有一个构件能够运动，则就成为结构。换句话说，机构是允许其“刚性构件”之间相对运动，而结构则不能。由于连杆机构做成一简单机构而且能设定实现复杂的任务，例如非线性运动和力的传递运动。它们在机构学研究中将受到更多的关注。机构被用于许多许多的机器和装置中。最简单的封闭式的连杆机构就是四杆机构，四杆机构有三个运动构件（加上一个固定构件）并且有四个销轴。连接动力源的构件即原动件，而具有一个移动铰和一个固定铰者叫做输入构件。输出构件将一个移动铰和另一个固定铰连系起来。连接构件即浮动构

42、件将两个移动的铰（回转副）连系起来，因而连接构件就将输入传送到输出。四杆机构若使一个或几个构件无限长而产生某些特殊的构造。曲柄滑块（即曲柄和滑块）机构就是一个四杆机构特例。其以一个滑块替换一个无限长的输出件。内燃机就是建立在这一机构基础上。有着另一种形式的四杆机构，其中滑块是在一运动的构件上导移运动而不是在一固定构件上。这些就被称为曲柄滑块机构的变换，它是其中一个构件（曲柄、连杆或滑块）被固定时形成的。虽然四杆机构和曲柄滑块机构是非常有用而且在成千上万的应用中都可找到。但是我们还看到，这些连杆机构其性能水平的发挥已经受到限制。具有更多构件的连杆机构常常用于更多要求的情况中。然而可以设想多回环的

43、连杆机构的运动常常是更为困难的，特别是当其他零件出现在同一图中的时候，要进行更复杂机构的运动分析：第一步是绘制一等效运动图即示意图。这示意图用于电路图解类似的目的，即仅仅表示机构的主要本质的意图，然而它要体现影响其运动的关键的尺寸。运动图可用两种形式中的一种：一是草图（按比例画出，但放大比例不精确），二是比例准确的运动图（通常用于进一步分析其位置、位移、速度，加速度，力和扭矩传递等等）。为了便于参考，对构件进行顺序编号，（以静止构件编号为1开始编写），而回转副则以字母表示。机构运动分析的第二步：画一个图解图，是要确定机构的自由度数。依据自由度，可意指需要若干个独立输入的运动的数目，以确定机构所

44、有的构件相对于地面的位置。人们可以想象存在数以千计的不同类型的连杆机构。你可想象一个袋子包容大量的连杆机构的组元：二杆组，三杆组，四杆组等等，以及构件，回转副，移动副，凸轮随动件，齿轮，齿链，链轮，皮带，皮带轮等等。（球形运动副，螺旋副以及允许三维相对运动的其他连接尚未包括进去，这里，仅仅讨论平行平面内的平面运动）。而且你可以想象一下把这些组元放在一起而形成的各种类连杆机构的可能性。存在如何帮助人们控制所形成这些机构的规律吗？实际上，大多数机构的任务是要求一个单一的输入被传递到一个单一的输出。因此单一自由度的机构是使用最多的一种机构类型。例如，由直觉即可以看出：四杆机构就是一个单一自由度的连杆

45、机构。画运动图和确定机构自由度的过程，就是运动分析和综合过程的第一个阶段。在运动分析中，根据机构的几何形状加上可能知道的其特性（如输入角、速度，角加速度等）来研究确定具体的机构。另一方面，运动综合则是设计一个机构以完成一个所要求的任务的过程。于此，选择新机构的类型和尺寸是运动综合的一个部分。设想相对运动的能力，能推想出之所以这样设计一个机构的原因和对一个具体设计进行改进的能力是一个成功的机构学家的标志。虽然这些能力来自先天的创造性，然而更多的是因为掌握了从实践中提高的技术。b运动分析/b最简单最有用的机构之一是四杆机构。以下论述中的大部分内容集中讨论连杆机构上，而该程序也适用于更复杂的连杆机构

46、。我们已经知道四杆机构具有一个自由度。关于四杆机构，有没有要知道的有用的更多内容呢？的确是有的！这些包括格拉肖夫准则，变换的概念，死点的位置（分歧点），分支机构，传动角，和他们的运动特征，包括位置，速度和加速度。四杆机构可具有一种称作曲柄摇杆机构的形式，一种双摇杆机构，一种双曲柄（拉杆）机构，致于称作哪一种形式的机构，取决于跟机架（固定构件）相连接的两杆的运动范围。曲柄摇杆机构的输入构件，曲柄可旋转通过360并连续转动，而输出构件仅仅作摇动（即摇摆的杆件）。作为一个特例，在平行四杆机构中，输入杆的长度等于输出杆的长度，连接杆的长度和固定杆（机架）的长度，也是相等的。其输入和输出都可以作整周转动

47、或者转换成称作反平行四边形机构的交叉结构。格拉肖夫准则（定理）表明：如果四杆机构中，任意两杆之间能作连续相对转动，那么，其最长杆长度与最短杆长度之和就小于或等于其余两杆长度之和。应该注意：相同的四杆机构，可有不同的形式，这取决于哪一根杆被规定作为机架（即作固定杆）。运动变换的过程就是固定机构传动链中的不同的杆件以产生不同的机构运动过程。除了具备关于构件回转范围的知识之外，还要具备如何使机构在制造之前就能“运转”的良好措施，那将是很有用的。哈登伯格（Hartenberg）说到：“运转”是一个术语，其意义是传给输出构件的运动的有效性。它意味着运转平稳，其中能在输出构件中产生一个力或扭矩的最大分力是

48、有效的。虽然最终的输出力或扭矩不仅是连杆几何图形的函数，而且一般也是动力或惯性力的结果，那常常是大到如静态力的几倍。为了分析低速运转或为了易于获得如何能使任一机构“运转”的指数，传动角的概念是非常有用的。在机构运动期间，传动角的值在改变。传动角0可发生在特殊位置上。在此特殊位置上输出杆将不运动而与施加到输入杆上的力多大无关。事实上，由于运动副摩擦的影响，一般根据实际经验，用比规定值大的传动角去设计机构。衡量连杆机构传递运动能力的矩阵基础的定义已经研究出来。一个决定性因素的值（它含有对于某个给定机构图形，位置的输出运动变量对输入变量的导数）是该连杆机构在具体位置中的可动性的一个尺度。如果机构具有一个自由度（例如四杆机构），则规定的一个位置参数，如输入角，就将完全确定该机构休止的位置（忽视分支机构的可能性）。我们可研究一个关于四杆机构构件绝对角位置的分析表达式。当分析若干位置和（或）若干不同机构时候，这将是比几何图形分析程序要有用得多，因为该表达式将使自动化计算易于编程。实现机构速度分析的相对速度法即速度多边形是几种有效的方法之一。这端（顶）点代表着机构上所有的点，具有零速度。从该点到速度多边形上的各点画的线代表着该机构上相应各点的绝对速度。一根线连接速度多边形上的任