机械设计和加工实训基砒知识
机械设计和加工实训基础知识
机械制造过程 任何机械产品都有各种零件组成,而这些零件又有各种不同材料制成毛坯,通 过机械加工和热处理达到设计图纸的要求,最后装配成满足一定功能要求的产 品,这个过程一般由三个阶段:决策、设计和研究、制造,这三个过程是机械 制造系统工程。 机械制造过程:决策阶段—>设计研究阶段 制 造阶段(生产工艺过程+辅助过程 产品 场—>反馈 决策
机械制造过程：决策阶段 设计研究阶段 制 造阶段（生产工艺过程+辅助过程） 产品 市 场 反馈 决策 机械制造过程 任何机械产品都有各种零件组成，而这些零件又有各种不同材料制成毛坯，通 过机械加工和热处理达到设计图纸的要求，最后装配成满足一定功能要求的产 品，这个过程一般由三个阶段：决策、设计和研究、制造，这三个过程是机械 制造系统工程
金属材料基础知识 材料力学意义上金属的力学性能:强度、硬度、塑性、冲击韧性 有外力作用 使用性能 机械零件在使 物理性能:密度、熔点、导电性、导热 用条件下金属 性和热膨胀性等 材料所反映出 来的特性 金属材料一般意义上的物理化学性能 金属材料固有的属性 化学性能:抗蚀性、抗氧化 金属材料 的性能 切削加工(车、铣、刨、磨)、可锻性、可铸性、 工艺性能 可焊性、可热处理性等 不同制造工艺条 件下所表现出来 的承受加工的能 力
金属材料基础知识 金属材料 的性能 材料力学意义上金属的力学性能：强度、硬度、塑性、冲击韧性 金属材料一般意义上的物理化学性能 有外力作用 金属材料固有的属性 物理性能：密度、熔点、导电性、导热 性和热膨胀性等 化学性能：抗蚀性、抗氧化 工艺性能： 使用性能： 机械零件在使 用条件下金属 材料所反映出 来的特性 不同制造工艺条 件下所表现出来 的承受加工的能 力 切削加工（车、铣、刨、磨）、可锻性、可铸性、 可焊性、可热处理性等
在机械制造业中,一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的,且在使用过程中各 机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能,称为机械性能(或称为力 学性能,这也是机械设计为什么研究力学的原因) 特殊环境:高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变强度 蠕变强度:是指金属在某一温度下,经过一定时间后,蠕变量(应力 方向上材料的变形值与原形值的百分比)不超过一定限度时的最 大允许应力。 金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲 击、循环载荷等〕,对金属材料要求的杋械性能也将不同。常用的机械性能包括:强度、塑性、硬度、韧 性、多次冲击抗力和疲劳极限等。 强度 硬度 各种机械性能:塑性 疲劳 冲击韧性
在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各 机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为机械性能（或称为力 学性能，这也是机械设计为什么研究力学的原因）。 特殊环境：高温和低温强度、在腐蚀条件下的强度和蠕变强度 蠕变强度：是指金属在某一温度下,经过一定时间后,蠕变量（应力 方向上材料的变形值与原形值的百分比）不超过一定限度时的最 大允许应力。 金属材料的机械性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲 击、循环载荷等），对金属材料要求的机械性能也将不同。常用的机械性能包括：强度、塑性、硬度、韧 性、多次冲击抗力和疲劳极限等。 各种机械性能： 强度 硬度 塑性 疲劳 冲击韧性
强度: 金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度 按外力作用的性质不同 抗拉强度(抗张强度):代号:ωb,指外力是拉力时的强度极限 抗压强度:代号obc,指外力是压力时的强度极限 强度抗弯强度:代号ohb,指外力与材料轴线垂直,并在作用后使材料 呈弯曲时的强度极限 抗剪强度:代号oc,指外力与材料轴线垂直,并对材料呈剪切作 用时的强度极限 屈服强度(或称强度极限)的计算方法:用拉伸曲线来计算屈服强度的方法代号:0;单位:MPa(或N/mm2 拉伸曲线的是通过“拉伸实验仪”的材料测试实验获得的,因此,离开零件材 料本身来研究强度是没有实际意义的,不同的材料呈现不同拉伸曲线图
强度 抗拉强度（抗张强度）：代号：σb，指外力是拉力时的强度极限 抗压强度：代号σbc，指外力是压力时的强度极限 抗弯强度：代号σbb，指外力与材料轴线垂直，并在作用后使材料 呈弯曲时的强度极限 抗剪强度：代号σc，指外力与材料轴线垂直，并对材料呈剪切作 用时的强度极限 屈服强度（或称强度极限）的计算方法 ：用拉伸曲线来计算屈服强度的方法 代号：σ；单位：MPa(或N/mm2) 拉伸曲线的是通过“拉伸实验仪”的材料测试实验获得的，因此，离开零件材 料本身来研究强度是没有实际意义的，不同的材料呈现不同拉伸曲线图 强度： 金属材料在外力作用下抵抗永久变形和断裂的能力称为强度。 按外力作用的性质不同：
A Ost 日a a具有明显屈服现 象的材料(低碳钢) 6(%) 分为弹性变形CE段,存在比例极限屈服段 ES,存在屈服极限强化阶段SB,存在强度 极限颈缩阶段BK / 0b 00.2 b没有明显屈服现象 的材料(铜、不锈钢) 6(%) 图1金属材料的典型拉伸应力一应变曲线
分为弹性变形OE段,存在比例极限屈服段 ES,存在屈服极限强化阶段SB,存在强度 极限颈缩阶段BK
硬度:金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力,称为硬度。机械 工程领域针对金属材料硬度表示方法常用的有:布氏硬度、洛氏 硬度、维氏硬度。这三种硬度测试都属于压痕实验方法。 布氏硬度测试法是用一定的载荷F,将直径为D (10mm)的淬火球(HBS或硬质合金球(HBW)压入 被测金属表面(如右图所示),保持一短时间后卸 F 去载荷, 以载荷与压痕表面积的比值作为布氏硬度值。比 值愈大, 材料愈硬。当压头为淬火钢球时,布氏硬度用 HBS表示, 适用于测定布氏硬度值450以下的材料。硬度值 数字写在 字母前面。如:150HBS等。 ·布氏硬度载荷一般为3000kg(根 据硬度计测试范围的不同,载荷可 d 有多种选择)。单位:Kgf/mm2或 mm2。计算式 布氏硬度实验原理 HBS(HBW)=0.012- (D-vD2-0 举例:120HBS10/1000130:表示用直径 10mm钢球在100gf(9807KN)试验力作用 下,保持30s(秒)测得的布氏硬度值为 120N/mm2(12*10MPa)一般书写为 120HBS
硬度：金属材料抵抗硬的物体压陷表面的能力，称为硬度。机械 工程领域针对金属材料硬度表示方法常用的有：布氏硬度、洛氏 硬度、维氏硬度。这三种硬度测试都属于压痕实验方法。 φ/2 h D d F 布氏硬度实验原理 布氏硬度测试法是用一定的载荷F，将直径为D （10mm）的淬火球(HBS)或硬质合金球(HBW)压入 被测金属表面（如右图所示），保持一短时间后卸 去载荷， 以载荷与压痕表面积的比值作为布氏硬度值。比 值愈大， 材料愈硬。当压头为淬火钢球时，布氏硬度用 HBS表示， 适用于测定布氏硬度值450以下的材料。硬度值 数字写在 字母前面。如：150HBS等。 •布氏硬度载荷一般为3000kg（根 据硬度计测试范围的不同，载荷可 有多种选择）。单位：Kgf/mm2 或 N/mm2。计算式： 举例：120HBS10/1000130：表示用直径 10mm钢球在1000Kgf（9.807KN）试验力作用 下，保持30s（秒）测得的布氏硬度值为 120N/ mm2（1.2*104MPa）一般书写为： 120HBS
洛氏硬度测试法是用一定的载荷F,将顶 角为120金刚石锥体或直径为1558mm的淬火 钢球压入被测金属表面,然后根据压入的深度确 定被测材料的硬度值。测试原理下图所示。先试加 初始实验力F1,再加主实验力F2,其总实验力为 F=F1+F2,下图中“1”是压头受到初始力F时压入被测材料 的位置,“2”是压头受到总实验力F时压入被测材料的位置,这时施压装置将总压力保持规定持续的时间,卸 去主实验压力F2,继续保持F,这时被测材料因为弹性变形的恢复使压头恢复至“3”的位置,从下图中可以看 出压头在主实验力F2的作用下压入被测材料的深度为h,也就是13的位置。这时洛氏硬度值可直接从硬度计的 读数盘上读出 120° Hh=b-a- 2 》多
0 15 30 75 F h 120° 120° 1 3 2 h b a d h=b-a-d 洛氏硬度测试法是用一定的载荷F，将顶 角为120o金刚石锥体或直径为1.558mm的淬火 钢球压入被测金属表面，然后根据压入的深度确 定被测材料的硬度值。测试原理下图所示。先试加 初始实验力F1，再加主实验力F2，其总实验力为 F=F1+F2，下图中“1”是压头受到初始力F1时压入被测材料 的位置，“2”是压头受到总实验力F时压入被测材料的位置，这时施压装置将总压力保持规定持续的时间，卸 去主实验压力F2，继续保持F1，这时被测材料因为弹性变形的恢复使压头恢复至“3”的位置，从下图中可以看 出压头在主实验力F2的作用下压入被测材料的深度为h，也就是1-3的位置。这时洛氏硬度值可直接从硬度计的 读数盘上读出
洛氏硬度其值是个无名数,以符号HR表示,所用标尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9个标尺。其中常用于钢材硬 度试验的标尺一般为A、B、C,即HRA、HRB、HRC 用e表示残余压痕深度增量,其值以规定单位0.002mm表示,即当压头轴向位移一个单位(0.002mm)时,即相当于洛氏 硬度变化一个数。e值愈大,金属的硬度愈低,反之则硬度愈高 上述三个标尺适用范围如下 HRA(金刚石圆锥压头)2088 HRC(金刚石圆锥压头)2070 HRB(直径1588mm钢球压头)20-100 般说来,按照人们习惯上的概念,数值越大,硬度越高。因此采用一个常数c减去h来表示硬度的高低。并用每0.002 mm的压痕深度为一个硬度单位。由此获得的硬度值称为洛氏硬度值,用符号HR表示 HR=c-h 0.002 式中,c为常数(对于HRC、HRA,c取0.2;对于HRB,c取026)。由此获得 的洛氏硬度值HR为一无名数,试验时一般由试验机指示器上直接读出
洛氏硬度其值是个无名数，以符号HR表示，所用标尺有A、B、C、D、E、F、G、H、K等9个标尺。其中常用于钢材硬 度试验的标尺一般为A、B、C，即HRA、HRB、HRC。 用e表示残余压痕深度增量，其值以规定单位0.002mm表示，即当压头轴向位移一个单位（0.002mm）时，即相当于洛氏 硬度变化一个数。e值愈大，金属的硬度愈低，反之则硬度愈高。 上述三个标尺适用范围如下： HRA（金刚石圆锥压头）20-88 HRC（金刚石圆锥压头）20-70 HRB（直径1.588mm钢球压头）20-100 一般说来，按照人们习惯上的概念，数值越大，硬度越高。因此采用一个常数c减去h来表示硬度的高低。并用每0.002 ㎜的压痕深度为一个硬度单位。由此获得的硬度值称为洛氏硬度值，用符号HR表示。 式中，c为常数（对于 HRC、HRA，c取0.2；对于HRB，c取0.26）。由此获得 的洛氏硬度值HR为一无名数，试验时一般由试验机指示器上直接读出
总体上:黑色金属、有色金属 黑色金属:指铁、碳为主的合 金,钢和铸铁 常用金属材料的种类和应用 轻金属:镁、铝、钛等 重金属:重金属指比重大于5的金属 有色金属的名称是相对单位:克/立方厘米),铜铅 于黑色金属的形象化称锌、汞、钴、镍、钼金、钨、锰 呼 稀有金属:铟、钽、铌、稀 土金属(铈、铯、钍)
常用金属材料的种类和应用 总体上：黑色金属、有色金属 黑色金属：指铁、碳为主的合 金，钢和铸铁 有色金属的名称是相对 于黑色金属的形象化称 呼 轻金属 ：镁、铝、钛等 重金属：重金属指比重大于5的金属 （单位：克/立方厘米），铜、铅、 锌、汞、钴、镍、钼金、钨、锰 稀有金属：铟、钽、铌、稀 土金属（铈、铯、钍）
