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机械工程基础

绪论

第一节机械的概念与组成

概念

是人类在长期生产和生活实践中创造出来的重要劳动工具，用以减轻人的劳动强度，提高生产率和产品质量

组成

机构：有两个以上的构件，相互直接接触，形成一定运动副，各构建之间具有确定的相对运动规律

构件：组成机器的各个相对运动的实物，是机器中独立运动的单元体，由一个或几个零件组成

固定件：机构中相对不动的构件

原动件：产生驱动力且运动规律吃的构建

从动件：随着原动构件的运动而运动的构建

零件：是制造单元，机械中不可猜的制造单元体

专用零件：特定机器中所使用的零件

通用零件：各类机器中普遍使用的零件

机器的特征

原动机部分：发动机

辅助系统：各类仪表，车灯，雨刮器等

控制系统：方向盘、排档杆、刹车、油门

传动部分：离合器、变速箱、转动轴、差速器

执行部分：车轮

例子：汽车🚗

第一章，机械常用工程材料及钢的热处理

金属材料的性能

使用性能：金属材料在使用过程中，所表现出来的性能，包括力学性能，物理性能，化学信能

工艺性能：金属材料在各种加工过程中所表现出来的性能，包括铸造性能，锻造性能，热处理性能和切削性能等

力学性能：金属材料抵抗不同性质载荷（外力）的能力，过去常常称为机械性能
它的主要指标是强度，塑性，硬度，冲击吸收能量和疲劳强度等

金属学基础

铁碳合金

铁素体

奥氏体

渗碳体:铁与碳形成的金属化合物，化学分子式：Fe3CO

珠光体：有铁素体和渗碳体组成的机械混合物，符号P

铁碳合金

工业纯铁：碳的质量分子小于0.0218%的铁碳合金，是电器，电动机及电工仪表上用的磁性材料

钢：碳的质量分数为0.0218%～2.11%的铁碳合金，按室温组织不同分类

共析钢：碳的质量分数为0.77%，室温组织为珠光体

亚共析钢：碳的质量分数为0.0218%~0.77%，室温组织为珠光体+铁素体

过共析钢：碳的质量分数为0.77%~2.11%，室泪组织为珠光体+渗碳体

白口铸铁

碳的质量分数为2.11 %~6.69%的铁碳合金，按室温组织不同分类

共晶白口铸铁。碳的质量分数为4.3%，室温组织为低温莱氏体

亚共晶白口铸铁。碳的质量分数为2.11%~4.3%，室温组织为低温莱氏体+珠光体+渗碳体

过共晶自口铸铁。碳的质量分数为4.3%~6.69%，室温组织为低温5莱氏体十渗碳

碳的质量分数及杂质对铁碳合金性能的影响

在铁碳合金中，渗碳体一般认为是一种强化相，所以合金中渗碳体的量越多，分布越均匀，材料的硬度、强度就越高，但塑性、韧性越差

硫与铁会形成化合物FeS，而Fes与Fe形成低熔点的共晶体(熔点985C)，分布在奥氏体晶界上，当进行热压力加工时钢就会沿晶界碎裂，这种现象称为钢的热脆性。锰能消除硫的热脆性。磷降低钢的塑性和韧性，尤其在低温时影响更大，这种现象称为冷脆性。所以钢中要严格控制硫、磷的含量

一般机械零件和建筑结构件等，都需要强度较高、塑性及韧性好焊接性好的材料，故应选用碳含量较低的钢材 (wc<0.25%) ;各种机器零件需要强度、塑性、韧性等综合性能较好的材料，l应选用碳含量适中的钢wc=0.3%~0.5%) ;各种工具、刃具、量具、模具要求硬度高,耐磨性好的材料，则可选用碳含量较高的钢 (wc=0.85%~1.3%)

钢的热处理

普通热处理:退火、正火、淬火、回火

退火:是将钢件加热到某一适当温度范围，保温一定时间，然后进行缓慢冷却(一般是随炉冷却) 的热处理工艺

1) 降低硬度，改善工件的切削加工性能
2)消除残余应力，防止工件的变形与开裂
3）细化晶粒，改善组织，以提高钢的力学性能，并为最终热处理做好组织上的准备

正火:将钢件加热至某一温度范围，经保温使之完全奥氏体化，然后在空气中冷却的热处理工艺称为正火

淬火:是将钢件加热至A,或A,线以上某一温度，保温，然后在水、盐水或油中急剧冷却的热处理工艺

、回火:将摔火钢件重新加热到A,线以下某一温度，保温一定的时间,然后空冷到室温的热处理工艺

1) 低温回火 (150~250C) 低温回火的目的是降低洋火内应力，提高韧性，并保持高硬度和高耐磨性。主要用于高碳钢和合金钢制作的切削刃具、量具、冲压模具、滚动轴承、渗碳件以及表面洋火零件等
2) 中温回火 (350~500"C) 可显著减小钢件的洋火应力，提高弹性和屈服强度。常用于各种弹簧和某些模具
3优良的综合力学性能。它广泛应用于汽车、拖拉机、机床制造中的重要结构件。

表面热处理

表面淬火

感应淬火

火焰淬火

激光淬火及其他表面热处理

化学热处理

渗碳

渗氮

碳氮共渗及其他

第二章静力学

静力学基础

静力学基本概念

力与力系

概念：力时物体间的相互的机械作用

力的三要素：①大小 ②方向 ③作用点

力系分类

①平面（汇交力系、平衡力系、力偶系、任意力系）

②空间（汇交力系、平行力系、力偶系、任意力系）

平衡

概念：指物体相对于地球处于静止或匀速直线运动状态

刚体

概念：指在力的作用下，其内部任意两点之间的距离始终保持不变的物体

力的基本性质

二力平衡条件

作用在刚体上的两个力，这两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上

加减平衡力系原理

在己知力系上加上或减去任意的平衡力系，井不改变原力系对刚体的作用

力的平衡四边形

作用在物体上同一点的两个力，可以合成为一个合力。

合力的作用点在该点，合力的大小和方向，由这两个力为边构成的平行四边形的对角线确定

作用与反作用定律

作用力和反作用力总是同时存在，二者等值、反向、共线，分别作用在相互作用的两个物体上。

力矩与平衡力偶系

力矩

概念：描述物体转动效果的物理量，物体转动状态发生变化

定义

力矩的大小或转向随着矩心位置的变化而变化

力沿其作用线滑移时，力对点之矩不变

合力矩定理

在平面汇交力系中，合力对平面内任意一点的力矩，等于其所有分力对于同一点的力矩的代数和

平衡力偶系

力偶

概念：由两个大小相等、方向相反且不共线的平行力组成的力系

力偶臂：力偶的两力之间的垂直距离

力偶矩

正负号规定：力偶使物体逆时针转动的力偶矩为正，反之为负。

力偶的性质

力偶无合力。

力偶对其作用面内任一点之矩恒等于力偶短，而与矩心的位置无关。

平衡力偶的等效性质。

平衡力偶系

概念：作用于同一物体同一平面内的一组力偶

平衡条件—力偶系中各力偶矩的代数和为等于零

平面力系和摩擦力

平面力系

概念：力系中各力的作用线均在同一平面内的力系。

分类

平面汇交力系：各力的作用线汇交于一点的平面力系

平面平行力系：各力的作用线相互平行的平面力系

平面任意力系 —各力的作用线任意分布的平面力系

力的投影

力在直角坐标轴上的投影

合力投影定理：合力在某一轴的投影等于各分力在同一轴上投影的代数和

力的平移定理

作用于刚体上的力F可平行移到刚体上的任一点，但必须同时附加。一个力偶，其力偶矩等于原来的力F对新作用点之矩

滑动摩擦力

概念：当相互接触的两个物体之间有相对滑动趋势或相对滑动时，接触面间有阻碍相对滑动的阻力，方向与相对滑动的趋势或相对滑动的方向相反。

分类

静滑动摩擦力

最大静滑动摩擦力

动滑动摩擦力

第三章杆件受力变形及其强度计算

杠杆受力变形

概述

构件正常工作的基本要求

有足够的强度
有足够的稳定性

变形固体及其基本假设

均匀连续性假设
各向同性假设
小变形假设

杠杆变形的基本形式

轴向拉伸或压缩
剪切
扭转
弯曲

转向拉伸或压缩

内力

概念：将杆件假想地切开以显示内力，井由平衡条件建立内力与外力的关系或由外力确定内力的方法。

截面法

概念：将杆件假想地切开以显示内力，井由平衡条件建立内力与外力的关系或由外力确定内力的方法。

求内力的步骤

在需求内力的截面处，假想地将杠件截成两部分

任取一段（一般取受力情况较简单的部分）在截面上用内力代替截掉部分对该段的作用

对所研究的部分建立平衡方程，确定该截面内力的大小和方向

轴力

概念：转向拉杆和压缩时杆件外力的作用线沿着杆件的轴线，其内力的作用线也必通过杆件的轴线，故轴向拉伸和压缩时杆件的内力称为轴力。

剪切

受力特点：作用于构件两侧面上的横向外力的合力大小相等、方向

穊念：两个力作用线之间的截面发生相对错动。

剪切面：发生相对错动的面，剪切面平行于作用力的方向。

挤压

概念：在接触面上产生较大的压力，致使接触面处局部产生显著的

挤压面：构件上产生挤压变形的接触面，一般情况下，挤压面垂直于挤压力的作用线。

挤压力：挤压面上的压力。

圆轴的扭转

受力特点：在垂直于杠件轴线的平面内，作用着一对大小相等、转向相反的力偶。

概念；杆件的各横截面绕轴线发生相对转动，但杆的轴线始终保持直线。

扭转角：杆件任意两截面间的相对角位移。

平面弯曲

概念：构件的轴线由原来的直线变为曲线。

受力特点：在通过构件轴线的平面内受到力偶或垂直于轴线的横向力作用。

梁：以弯曲变形为主的构件。

组合变形

定义：在工程实际中，受力构件往往产变形，称为组合变形。

第四章，常用机构

杌构

作用：用来传递运动和动力，改变形式或运动轨迹等。

分类

平面机构：各构件均在同一平面或相互平行的平面内运动。

空间机构：各构件均在三维空间内运动

平面运动副

运动副：两构件直接接触而形成的可动连接称为运动副

运动副元素：两个构件上参与接触而构成运动副的点、线、面。

自由度：在平面坐标系中，构件可随任某一点沿x轴、y轴方向

约束：两构件组成运动副后，构件的某些独立运动因构件间的直接接触而受到限制。

分类

低副

转动副

移动副

高副：两构件之间通过点或线接触组成的运动副。

平面连杆和凸轮机构

平面连杄机构

概念：由若干刚性构件连接而成且各构件在同一平面或相互平行的平面内运动的机构。

优点：比压较小且便于润滑，承受载荷大，使用寿命长。

类型

曲柄摇杄机构

双曲斌机构

双摇杆机构

注意：铰链四杄机构曲柄存在条件

最短杆与最长杆的长度之和小于或等于其余两杆长度之和。

以最短杆或与其相邻的构件为机架。

凸轮机构

应用

内燃机配气机构

绕线机引线机构

靠模车削机构

机床自动进给机构

按凸轮形状分类

①盘型凸轮

②移动凸轮

③圆桂凸轮

按从动件端部形状分类

尖端从动件

滚子从动件

平底从动件

按从动件运动形式分类

直接从动件

摆动从动件

优点：只要选择适当的凸轮轮廓曲线，就可以使从动件实现任意预期的运动规律，并且结构简单、紧凌，工作可靠。

缺点：凸轮轮廓形状复杂，加工比较困难，成本较高，且凸轮与从动件间为高副接触，易磨损。

间歇运动和螺旋机构

间歇运动机构

棘轮机构

组成

①棘轮 ②驱动棘爪 ③摇杆④止回棘爪 ⑤机架

类型

轮齿式

外啮合棘轮机构

内啮合棘轮机构

摩擦式

特点：结构简单，易于制造，运动可靠，棘轮转角容易实现有级调整

应用：在低速、轻载场合实现

槽轮机构

类型：外槽轮机构、内槽轮机构

特点：结构简单，工作可靠，转位迅速。

应用：低速自动机械的转位或分度机构。

不完全齿轮机构

组成：①主动轮 ②以动轮 ③机架

类型：①外啮合 ②內啮合

螺旋机构

组成：用螺旋副连接两构件而形成的机构。

作用：用于将旋转运动变换成直线运动，同时传递运动和动力。

类型

①滑动螺旋机构

①单式螺旋机构

组成：⑨螺杆 ②螺母 ③机架

应用；台虎钳、千斤顶、螺旋压缩机及许多金属切削机床的走刀机构中。

②复式螺旋机构

③差动螺旋机构

②滚动螺旋机构

特点：传动效率高、起动力矩小，传动灵敏、工作平稳、寿命长。

应用：汽车和拖拉机转向机构、数控机床及飞机起落架等。

第五章，公差与配合

概述

互换性

概述：指统一规格的一批零件(或部件)中，不经选择、修配或调整，任取其一，都能装在机器上达到规定的功能要求。

种类

①完全互换

②不安全互换

作用：产品实现互换性，有利于组织专业化生产，使企业提高生产率，保证产品的质量和降低制造成本。

加工误差

概念：在加工过程中，由于各种因素的影响，零件的实际几何参数与理想几何参数不可能完全一致，两者之间存

种类

①尺寸误差

②几何形状误差

③位置误差

公差

概念：要满足零件互换性的要求，只要对几何参数加以控制，允许它在一定范围内变化。

极限与配合

孔和轴

孔：指工件的圆柱形内尺寸要素，也包括非圆柱型内尺寸要素（由两平行平面或切面形成的包容面)。

轴：指工件的圆柱型外尺寸要素，也包括非圆柱型外尺寸要素（由两平行平面或切面形成的被包容面）。

有关要素

①要素：构成零件几何特征的点、线、面。

②尺寸要素：由一定大小的线性尺寸或角度尺寸确定的几何形状。

③公称组成要素：由技术制图或其他方法确定的理论正确组成要素。

④实际（组成）要素：表面的组成要素部分，即近似工件实际表面的面或面上的线。

⑤提取组成要素：按规定方法，由实际（组成）提取有限数目的点所形成的实际（组成）要素的近似代替。

⑥拟合组成要素：按规定的方法由提取组成要素形成的具有理想形状的组成要素。

尺寸

①线性尺寸：指以特定单位表示线性尺寸值的数值，如直径、宽度、深度、高度、中心距等。

②公称尺寸：由图样规范确定的理想形状要素的尺寸。

③极限尺寸：指尺寸要素允许的尺寸的两个极端。

表面粗糙度

公差和偏差

尺寸偏差：指某—尺寸减去其公称尺寸所得的代数差

分类

①上尺寸偏差

②下尺寸偏差

尺寸公差：指允许尺寸的变动量。

配合

定义：指公称尺寸相同的并且相互配合的孔和轴公差带之间的关系。

间隙与过盈：指孔的尺寸减去相配合的轴的尺寸所得的代数差。

种类

①间隙配合

②过盈配合

③过度配合

表面粗糙度

概念：加工表面具有的较小间距和微小峰谷的不平度。

基本术语

轮廓滤波器：把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。

传输带：传输带是两个定义的滤波器之间的波长范围。

取样长度lr:取样长度是用来判别表面粗糙度特征的X

评定长度:用于判别被评定轮廓的X轴方向上的长度

轮廓中线:具有几何轮廓形状井划分轮廓的基准线

评定参数

轮廓最大高度Rz

轮廓算术平均偏差Ra

第六章带动传动和链传动

带传动

概述

工作原理：利用张紧在带轮上的柔性带进行运动或动力传递的一种机

类型

摩擦型带传动

①平带

②v带

⑧多楔带

④圆带

啮合型带传动

特点

优点:带具有弹性，能缓冲吸振，传动平稳，噪声小，过载时打滑可以起到过载保护作用。

缺点:带与带轮之间存在弹性滑动，不能保证准确的传动比，效率较低，不适合在高温易燃场合下使用。

应用:应用范围较广泛，一般带速5-25m/s，传动比一般不超过8。

普通V带

组成

①伸张层（项胶）

②强力层（抗拉体）

③压缩层（底胶）

④包布层（胶帆布)

普通V带轮

常用材料：铸铁

组成

①轮缘

②轮辐

③轮毂

链传动

概述

概念:通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。

链条种类

◎传动链

应用：一般机械中传递运动和动力。

分类：
①滚子链
②套筒链
③齿形链
④成型链

②起重链应用：起重机械中提升重物

③牵引链应用：链式输送机移动重物

④常用是滚子链和齿形链。

链条和链轮

滚子链

组成

⑨内链板 ②外链板

③销轴 ④套筒 ⑤滚子

标记方法:链号一排数x链节数标准代号

链轮

小直径的链轮采用整体式结构。

中等尺寸的链轮可采用孔板式结构。

大直径的链轮采用组合结构。

材料

低速和中速时用中碳钢。

高速时低碳钢。

链传动的张紧

目的：避免链条垂直度过大时产生啮合不良和链条的振动现象。

方法

对中心距可调的链传动，可以通过调整中心距来控制张紧程度。

对中心距不可调的链传动，可以采用去掉1-2个链节的方法重新张紧，也可以用张紧轮自动张紧或人工定期张紧。

链传动的润滑

润滑方式

人工定期润滑

滴油润滑

油浴润滑

压力喷油润滑

第七章齿轮传动

齿轮传动

①特点

优点

能保证瞬间传动比恒定，工作平。

传动比范围大，可用于增速或减速

应用范围广

传动效率高

工作可靠，寿命长

缺点

①制造和安装精度要求高，成本较高。

②不适子相距较远的两轴间的传动。

②类型

①平行轴齿轮传动

①直齿圆柱齿轮传动

①外啮合直齿圆柱齿轮传动

②内啮合直齿圆柱齿轮传动

③齿轮与齿条啮合传动

②平行轴斜齿圆柱齿轮传动

③人字齿轮传动

②相交轴齿轮传动

③交错轴齿轮传动

按齿轮工作条件不同

①开式齿轮传动

②闭式齿轮传动

按齿廓表面的硬度不同

①软齿面齿轮传动

②硬齿面齿轮传动

按轮齿齿廓曲线的不同

①渐开线齿轮传动

②圆弧齿轮传动

③摆线齿轮传动

失效形式

轮齿折断

后果：轮齿折断后无法正常工作。

失效环境：开式、闭式硬齿面齿轮传动。

齿面点蚀

后果：渐开线齿面破坏，传动不平稳，噪声、沖击增大或无法工作。

失效环境：闭式软齿面齿轮传动。

齿面磨损

后果：渐开线齿面破坏，传动不平稳，噪声、沖击增大或无法工作。

失效环境:开式齿轮传动。

齿面胶合

后果：渐开线齿面破坏，传动不平稳，噪声、沖击增大或无法工作。

失效环境:高速（或低速）、重载的闭式传动。

齿面塑性变形

后果：渐开线齿面破坏，传动不平稳，噪声、沖击增大或无法工作。

失效环境:齿面较软、重载的传动。

常用林料

锻钢

特点:强度高，韧性好，便于制造。

分类

②软齿面齿轮

②硬齿面齿轮

铸钢：用于不便锻造的大齿轮

铸铁

特点:抗胶合、抗点蚀能力强，耐磨性能好，但强度低。

应用:低速、轻微及冲击小的不重要齿轮传动中。

非金属材料

常用材料

①夹布桃木

②工程塑料

应用:适用于高速、轻载、精度要求不高的场合。

齿轮的结构

有关因素:齿轮的结构形式与其几何尺寸、毛坯种类、所选材料、加工方法及使用要求有关，

流程

①按齿轮的直径大小选定合适的结构形式

②由经验公式确定有关尺寸

③绘制零件工作图

结构形式

齿轮轴

实心式齿轮

腹板式齿轮

轮辐式齿轮

润滑

作用:不仅可以减少摩擦、减轻磨损，还可以起到冷却、防锈及降低噪声。

闭式齿轮传动

润滑方式

①浸油润滑

決定因素

根据齿轮的圆周速度。

如齿轮圆周速度v<12m/s时，采用漫油润滑。

如齿轮圆周速度v＞12m/s时，采用喷油润滑。

开式齿轮传动:常采用人工定期加油润滑。

注意:润滑油的粘度应根据齿轮传动的工作条件齿轮材料及圆周速度来选择。

第八章轮系

概述

齿轮机构是应用最广的传动机构之一。如果用普通的一对齿轮传动实现大传动比传动，不仅机构外廓尺寸庞大，而且大小齿轮直径相差悬殊，使小齿轮易磨损，大齿轮的工作能力不能充分发挥。为了在一台机器上获得很大的传动比，或是获得不同转速，常常采用一系列的齿轮组成传动机构，这种由齿轮组成的传动系称为轮系。采用轮系，可避免上述缺点，而且使结构较为紧凑。

轮系功用：大传动比、远距离传动、变速

轮系的分类

定轴轮系：轮系中所有齿轮的几何轴线（位置）都是固定的

周转轮系（动轴轮系）：轮系中，至少有一个齿轮的几何轴线是绕另一个齿轮几何轴线转动的。

混合轮系（复合轮系）：由二个以上周转轮系组成或由定轴轮系和周转轮系组成

传动比定义：两轴的转速比;
传动比又可以被表示为两轴的角速度之比。通常，传动比用i表示

对轴a和轴b的传动比可表示为

转速

从动轮转动方向

第九章轴系零部件和连接零件

机器中的转动零件都必须与轴相连接，而轴需要支承在轴承上，有时轴与轴又需要通过联轴器或离合器实现连接，轴、轴承、联轴器、离合器及轴上的转动零件组合起来成为一个系统，常称为轴系零部件

动连接：被连接零件的相互位置在工作时能够按需要变化，如各种运动副

静连接：被连接零件的相互位置在工作时不允许变化，如蜗轮的齿圈与轮芯的连接

连接的性质分为

可拆连接：键连接和螺纹连接

不可拆连接：焊接、铆接

轴和轴毂连接

轴：主要功用是安装、固定和支承机器中的回转零件（如齿轮、带轮等），使其具有确定的工作位置，并传递运动和动力

根据轴所受载荷的不同

心轴：工作时只承受弯矩不承受转矩的轴。
这类轴只起支承转动零件的作用，不传递转矩，受力后发生弯曲变形。它又可分为固定心轴，如滑轮轴、自行车前轴等，和转动心轴，如火车轮轴等。

传动轴：工作时主要承受转矩而不承受弯矩，或弯矩很小的轴。
这类轴起传递动力和运动的作用，主要发生扭转变形，如汽车传动轴等。

转轴：工作时既承受弯矩又承受转矩的轴。
转轴是机器中最为常见的轴，如减速器中的轴和汽车、拖拉机变速器中的大多数轴等。

轴按其轴线形状不同

直轴：大多数机械中使力接后桥传动装置用的零件，它又有光轴和阶梯轴之分
般为实心轴，当有结构要求或为减轻质量时，可制成空心轴

光轴：全轴各处直径相同的轴，阶梯轴的各段直径不同，可使各轴段的强度接近，并便于零件的装拆、定位和紧固，应用广泛。

轴肩：直径不等的相邻两部分之间的环形轴端

曲轴是往复式机械中的专用零件，用来将回转运动转换为直线运动或将直线运动转换为回转运动

特殊用途的轴，如钢丝软轴。

轴的材料及其选择

由于轴工作时的应力多是交变应力，轴的主要失效为疲劳破坏。轴的材料应具有足够的疲劳强度，且对应力集中的敏感性低，同时应考虑工艺性和经济性等因素，合理地选择轴的材料。

碳素钢：因价廉及对应力集中的敏感性低，并可通过热处理改善其综合力学性能，故应用较为广泛

合金钢：比碳素钢具有更高的力学性能，但对应力集中较敏感，且价格较贵，主要用于传递大功率并要求减轻质量和提高轴颈耐磨性，以及在高温或低温条件下工作的轴

形状复杂的轴，如凸轮轴、曲轴、空心轴等，有时也可采用铸钢或铸铁制造，经过铸造成形可得到比较合理的形状，而且铸铁的吸振性强，耐磨性好，可加工性好，对应力集中的敏感性较低，价格便宜

轴的设计要求：应具备足够的强度和刚度，同时应具备合理的结构，即应保证轴上零件能正常定位和固定，且便于加工和装配等

轴的结构设计：是根据工作条件合理地确定轴的外形结构和全部尺寸

1）轴和装配在轴上的零件应有正确的工作位置和可靠的相对固定：

2）轴应有良好的工艺性，便于制造和进行轴上零件的装配和调整；

3）轴的受力合理，能有效地减小轴的应力集中；

4）有利于减轻轴的质量和节省材料。进行轴的结构设计时，首先要拟订出不同的装配方案，分析比较后择优确定一种方案，然后进行轴的结构设计。

轴毂连接

轴与传动零件（如齿轮、带轮等）轮毂之间的连接称为轴毂连接
有键连接、花键连接、销连接、过盈连接等

键连接的类型、结构、特点和应用

平键连接：构简单，装拆方便，对中性好，应用最广，但它不能承受轴向力，故对轴上零件不能起到轴向固定的作用

普通平键：用于静连接，导向平键和滑键用于动连接

导向平键：用于轮毂需作轴向移动的动连接，如变速箱中的滑移齿轮

滑键：固定在轴上零件的轮毂中，并随同零件在轴上的键槽中滑移，适用于轴上零件滑移距离较大的场合，如台式钻床的主轴与带轮的连接等

半圆键连接：轴槽的加工工艺性好，装配方便，但键槽较深，对轴的削弱较大

模键连接：适用于对传动精度要求不高、低速和平稳的场合

切向键连接：其工作原理与模键相同，依靠键模紧产生的摩擦力来传递运动和转矩

花键连接：具有周向均匀分布的多个键齿的花键轴（外花键）和具有同样键齿槽（内花键）的轮毂组成

矩形花键连接：该键的形状为矩形，易于加工，且可用磨削的方法获得较高的精度，应用最广

渐开线花键连接：渐开线花键齿根较厚，齿根圆角较大，应力集中小，承载能力大，寿命长

平键的选择及强度校核：设计平键时，先根据工作要求和轴颈选择键的类型和尺寸，然后进行强度校核

平键尺寸的选择：平键的主要尺寸有键宽b、键高h和键长L。

平键连接的强度校核：普通平键只需校核其挤压强度，而对导向平键和滑键则需通过限制其压强来控制磨损

1）适当增大键和轮毂的长度，但键长不宜超过2.5d，否则，载荷沿键长的分布将很不均匀。

2）用两个键相隔180°布置，考虑到载荷在两个键上分布的不均匀性，双键连接的强度只按1.5个键计算。

销连接

销是标准件，按照用途可以分为定位销、连接销、安全销等

定位销通常用于固定零件之间的相对位置，它是组合加工和装配时的重要辅助零件，同一定位面上至少需用两个定位销定位；

连接销用于轴毂或其他零件的连接，可传递不大的载荷；

安全销作为安全装置中的过载剪断元件，起过载保护作用。

按销形状的不同，可分为圆柱销、圆锥销和开口销等

圆柱销靠微量的过盈配合固定在孔中，它不宜经常装拆，否则会降低定位精度和连接的紧固性。

圆锥销具有1：50的锥度，小头直径为标准值。圆锥销安装方便，且多次装拆对定位精度的影响也不大，应用较广。

销的材料多采用强度极限不低于500～600 MPa的碳素钢（如35、45钢）制造。

轴上零件的轴向

定位与固定

有轴肩、轴环、套筒、各种挡圈、圆锥面、圆螺母及紧定螺钉等定位方式

固定方法及特点

有键或花键连接、销连接、过盈配合等

轴的结构工艺性

1）为保证轴上零件装拆顺利，轴的结构采用两端细、中间粗的阶梯状。

轴的台阶数尽可能少，轴肩高度尽可能小，以减少加工，降低成本。

2）需要磨削或切制螺纹的轴段应留有砂轮越程槽或螺纹退刀槽。

3）轴端、轴头、轴颈的端部都应有倒角以便装配和保证安全一根轴上的圆角和倒角砂轮越程槽和螺纹退刀槽尺寸最好一致，以便减少刀具数目和加工时的换刀次数。

4）若同一根轴上各轴段直径相差不大，则各轴段上键槽尺寸规格应尽可能相同并符合键的标准，同时所有键槽应设置在轴的同一母线上。

5）为便于拆卸滚动轴承，轴肩高度一般应小于轴承内圈高度。

6）为了便于轴在加工过程中各工序的定位，轴的两端面上应做出中心孔。

提高轴疲劳强度的措施

（1）改善轴的受载情况，在传递功率不变时，改善轴的受载情况，可显著提高轴的强度和刚度。

1）轴上受力较大的零件应尽可能装在靠近轴承处以减小弯矩值。

2）合理布置轴上传动零件的位置，减小轴的受载。

（2）降低应力集中，提高轴的疲劳强度，应力集中常是产生疲劳裂纹的根源。

1）阶梯轴相邻段的直径不宜相差太大

2）轴肩处的过渡圆角应尽可能大些。

若轴肩处过渡圆角半径受结构限制难以增大，则可改用凹切圆角或过渡肩环结构形式。

（3）提高轴的表面质量加工、装配时，总会在轴的表面留下刀痕、划伤等微细裂纹，从而引起应力集中。

1）适当降低轴表面的粗糙度值

2）强化轴的表面，如碾压、喷丸、渗碳淬火、渗氮、高频感应淬火等。

第十章液压传动

液压传动定义:
完整的机器是由原动机、传动机构及控制部分、工作机（含辅助装置）组成。传动机构通常分为机械传动、电气传动和流体传动机构。

液压传动主要是利用液体的压力能来传递能量；

液力传动主要是利用液体的动能来传递能量

液压传动和液力传动均是以液体作为工作介质来进行能量传递的传动方式

液压传动是以液体为工作介质，通过驱动装置将原动机的机械能转换为液压的压力能，然后通过管道、液压控制及调节装置等，借助执行装置，将液体的压力能转换为机械能，驱动负载实现直线或回转运动。

流体传动是以流体为工作介质进行能量转换、传递和控制的传动。它包括液压传动、液力传动和气压传动

液压传动的工作原理及系统构成

液压千斤顶

千斤顶常用于顶升重物，如顶起汽车以便拆换轮胎......
杆上没有作用力时，负载可以停止在任意位置；在液压缸行程范围内，可以将负载提升到任意位置。

液压传动系统的工作原

千斤顶中，小缸、小活塞以及单向阀4和7组合在一起，就可以不断从油箱中吸油和将油压入大缸，这个组合体的作用是向系统中提供一定量的压力油液，称为液压泵。

大活塞用于带动负载，这个部分称为执行机构。

放油阀门的启闭决定重物W是否向下运动，是一个方向控制阀。另外，要进行动力传输必须借助液压传动介质。

液压传动的优缺点

液压传动的工作介质

第十一章毛坯的生产与选择

零件毛坯的生产加工主要有三种方式

铸造：形状较复杂的零件毛坯，宜采用铸造方法制造。目前生产中的铸件大多数是砂型铸造，少数尺寸较小的优质铸件可采用特种铸造，如金属性铸造、熔模铸造和压力铸造等

锻压：适用于强度要求较高，形状比较简单的零件毛坯，锻造方法有自由锻和模锻。自由锻的加工余量大，锻件精度低，生产率不高，适用于单件小批量生产以及大型零件毛坯制造。模锻加工余量小，锻件精度高，生产率高，适用于中小型零件毛坯的大批量生产

焊接：根据需要用焊接的方法将同类材料或不同的材料焊接在一起而成的毛坯件。焊接件制造简单，生产周期短，但变形较大，需经时效处理后才能进行机械加工。焊接方法适用于大型毛坯、结构复杂的毛坯制造

毛坯选择的原则

1 ．零件材料及力学性能要求：例如材料为铸铁的零件，应选择铸造毛坯。对于重要的钢制零件，为获得良好的力学性能，应选用锻件毛坯；形状较简单及力学性能不太高时，可用型材毛坯；有色金属零件常用型材或铸造毛坯。

2 ．零件的结构形状与大小：轴类零件毛坯，如直径和台阶相差不大，可用棒料；如各台阶尺寸相差较大，则宜选用锻件。大型零件毛坯多用砂型铸造或自由锻；中小型零件可用模锻件或特种铸造件。

3 ．生产类型：大批大量生产时，应选用毛坯精度和生产率均较高的毛坯制造方法，和精密如模锻、金属型机器造型铸造和精密铸造。单件小批生产时，可采用木模手工造型铸造或自由锻造。

4 ．现有生产条件：选择毛坯时，必须考虑现有生产条件，如现有毛坯制造的水平和设备情况，外协的可能性及经济性等。

5 ．充分利用新工艺、新材料：为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑应用新工艺、新技术和新材料。如精铸、精锻、冷轧、冷挤压和粉末冶金等在机械中的应用日益广泛，这些方法可以大大减少机械加工量，节约材料，大大提高了经济效益。

典型零件毛坯的选择

1 ．轴杆类零件的毛坯选择。作用：轴杆类零件指各种传动轴、机床主轴、丝杠、光杠、曲轴、偏心轴、凸轮轴、齿轮轴、连杆、摇臂、螺栓、销子等。这类零件一般轴向（纵向）尺寸远大于径向 ( 横向 ) 尺寸，是机械产品中支撑传动件、承受载荷、传递扭矩和动力的常见典型零件。

① 对于光滑的或有阶梯但直径相差不大的一般轴，常用型材（即热轧或冷拉圆钢）作为毛坯。

② 对于直径相差较大的阶梯轴或要承受冲击载荷和脚边应力的重要轴，均采用锻件作为毛坯。

生产批量较小时，采用自由锻件。

生产批量较大时，采用模锻件。

③ 对于结构形状复杂的大型轴类零件，其毛坯采用砂型铸造件、焊接结构件或铸 - 焊结构毛坯。

2 ．盘套类零件的毛坯选择。结构特征：盘套类零件时指直径尺寸较大而长度尺寸相对较长的回转体零件（一般长度与直径之比小于 1 ）。

（ 1 ）圆柱齿轮的毛坯选择

钢制齿轮的毛坯选择取决于齿轮的选材、结构形状、尺寸大小、使用条件及生产批量等因素。

第一节铸造成形

（一、概述

将液体金属浇注到具有与零件形状相应的铸型中，待其冷却凝固后获得铸件的方法称为铸造。

一般铸件通常是毛坏，经过切削加工才能成为零件，但对要求不高或精密铸造方法生产出来的铸件，也可以不经切削加工而直接使用。

1.铸造的特点及应用

相对于其他毛坏生产方法而言，铸造生产有许多优点，主要表现为：

1）铸造因为是液态成形，所以可制成形状很复杂的铸件，如机床床身、内燃机缸体和缸盖、涡轮叶片、阀体等：铸件的形状、尺寸和零件十分接近，可节约金属材料，减少切削加工工作量。

2）铸造的适应性广，铸件既可用于单件生产，也可用于成批或大量生产；铸件的轮廓尺寸可从几毫米至几十米，质量可从几克到几百吨；工业中常用的金属材料都可用铸造方法成形。

3）铸造设备投资少，造型材料价廉，可直接利用报废的金属机件及切屑作为铸造金属材料，所以铸件的成本低但是，铸造生产也存在一些不足。

如铸件的力学性能不及锻件，一般不宜用作承受较大交变、冲击载荷的零件；铸造生产过程比较复杂，铸件的质量不稳定，易出现废品；铸造生产的环境条件差等。

2；铸造的分类

铸造成形的方法很多，主要分为砂型铸造和特种铸造两类。

砂型铸造是用型砂紧实成形的铸造方法。

除砂型铸造外，其他的铸造方法称为特种铸造，如金属型铸造、压力铸造、离心铸造、熔模铸造等。

砂型铸造具有较大的灵活性，对不同的生产规模，不同的铸造合金都适用，因此应用最为广泛。

特种铸造可以提高铸件的尺寸精度和表面质量，提高铸件的力学性能，提高金属的利用率，改善劳动条件，减少环境污染，便于实现机械化和自动化生产，所以特种铸造的应用越来越广。

（二、砂型铸造

1；砂型铸造的生产过程

根据零件图的形状和尺寸，设计制造模样和芯盒；制备型砂和芯砂；用模样制造砂型；把烘干的型芯装入砂型并合型；熔炼合金并将金属液浇入铸型：凝固后落砂、清理；检验合格便获得铸件

2；造型材料

制造铸型用的材料称为造型材料。

造型材料包括型砂和芯砂。

型砂和芯砂由原砂、粘结剂（粘土和膨润土、水玻璃、植物油、树脂等）、附加物（煤粉或木屑）、旧砂和水组成型（芯）砂应有一定的干，湿强度和热强度；应有足够的透气性：还应有一定的耐火度。

3；模样和芯盒

模样用来造型，以形成铸件的外形；芯盒用来造芯，以形成铸件的内腔。

在制造模样和芯盒之前，要以零件图为依据，考虑铸造工艺特点，绘制铸造工艺图，在绘制铸造工艺图时，要考虑如下几个问题。

1）分型面。

分型面是上、下砂型的分界面，分型面的选择必须使造型、起模方便，同时保证铸件质量。

2）起模斜度。

为便于起模或从芯盒中取出型芯，模样（或芯盒）垂直于分型面的壁应该有向着分型面逐渐增大的斜度，该斜度称为起模斜度。

3）收缩余量。

液态金属在砂型里凝固时要收缩，为了补偿铸件收缩，模样比图形尺寸增大的数值，称为收缩余量。

4）加工余量和铸造圆角。

铸件上有些部位需要切削加工，要相应地留出加工余量。

加工余量的大小根据铸件尺寸、铸造合金种类、生产量、加工面在浇注时的位置确定。

铸件上各表面的转折处在模样上都要做成过渡性圆角以方便造型，防止浇注时冲砂，减少铸件的应力集中。

5）有型芯的砂型为了便于安置型芯和排气，模样与芯盒上都要作出芯头。

4；造型和造芯

制造砂型的工艺过程称为造型。

制造型芯的工作称为造芯造型是砂型铸造中的重要工序。

（1）手工造型

手工造型的造型过程全部由手工或手动工具完成。

其操作灵活，适应性强，模样成本低，生产准备时间短，但铸件质量不稳定，生产率低，且劳动强度大，主要用于单件、小批量生产。

手工造型方法按砂箱特征分为两箱造型、三箱造型、地坑造型和脱箱造型：按模样特征分为整模造型、分模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、刮板造型和劈模造型等。

1）整模造型。

整模造型是将模样做成与零件形状相适应的整体模样进行造型的方法。

其特点是把模样整体放在一个砂箱内，并以模样一端的最大表面作为铸型的分型面，这种造型方法操作简便、铸型简单，铸件不会产生错型缺陷。

2)分模造型。

分模造型是将模样分为两半，造型时模样分别在上、下砂箱内进行造型的方法。

这种造型方法操作简便，主要用于一些没有平整的表面，而且最大截面在模样中部，难以进行整模造型的铸件，但分模造型制作模样较麻烦，铸件容易出现错型缺陷。

3）挖砂造型。

挖砂造型时模样是整体的，但铸件的分型面为曲面，为了能起出模样造型时需要手工将阻碍起模的砂型挖去。

挖砂造型过程麻烦、生产率低，分模后易损坏铸型。

（2）机器造型。

机器造型就是用机器全部地完成或至少完成紧砂操作的造型方法。

机器造型生产率高，铸件质量稳定，而且工入的劳动强度低，便于组织流水生产。

5；浇注系统和冒口

浇注系统是为了引导液态金属顺利进入型腔和冒口而在铸型中设计的一系列通道。

冒口的主要作用是补缩，防止铸件产生缩孔和缩松，此外，还有出气和集渣的作用。为了能有效地补缩，冒口应放在铸件最高、最厚的地方。

6；铸造合金的熔化及浇注

铸造合金的熔化工作包含炉料的处理（破碎炉料、筛选焦炭）、配料、加料和熔化等内容。

炉料的熔化设备种类很多，目前用于熔化铸铁的仍以焦炭为燃料的冲天炉为主；熔化铸钢多用电弧炉和感应炉；熔化非铁金属及合金多用反射炉和坩埚炉。

把液体金属浇入铸型的操作称为浇注。

浇注前必须做好准备工作，如浇包的修补、烘干，排好浇注顺序等。浇注过程必须注意浇注温度和浇注速度的选择和控制，这直接影响铸件的质量。

7；铸件的落砂、清理及检查

落砂是把铸件从铸型中取出。

铸件浇注后要在砂型中冷却到一定温度后才能落砂，落砂过早或过晚都会影响铸件质量。

清理是指落砂后从铸件上清除表面粘砂、型砂、多余金属（包括浇冒口、氧化皮），此项工作比较繁重，目前已采取了很多机械化的措施。

铸件清理后要进行质量检查，常见的检验项目有外观、金相组织、力学性能、化学成分、内部探伤、水压试验等。

（三、特种铸造

随着生产和科学技术的发展，产品对铸件质量及性能也提出了更高的要求，因此，在砂型铸造的基础上发展起来了与普通砂型铸造有显著区别的一些铸造方法，即特种铸造。

特种铸造的方法很多，每种特种铸造方法在提高铸件精度和表面质量、改善合金性能、提高劳动生产率、改善劳动条件和降低铸造成本等方面各有优越之处。

生产中每一种铸造方法都有它的局限性，因此在选择铸造方法时，需要综合考虑工艺的实用性、具体的生产条件及经济性等。

常见的特种铸造方法有熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造等。

1；熔模铸造

熔模铸造是用易熔材料（如蜡料）制成精确的模样，在模样上包覆若于层耐火涂料制成型壳，熔出模样，经高温焙烧后，将金属液浇入型壳以获得铸件的方法。

熔模铸造的优点是：铸件精度高，表面质量好：可制造形状复杂的铸件，适用于各种合金的铸件，所需设备简单，投资少，生产批量不受限制。

其缺点为：工艺复杂，生产周期长，生产费用高：由于受蜡模、型壳强度和刚度的限制，铸件质量一般不超过25 kg。熔模铸造常用于制造汽轮机叶片、复杂刀具、风动工具，以及汽车、拖拉机、机床上的小零件等。

2；金属型铸造

把金属液浇入金属铸型中制造铸件的方法称为金属型铸造，又称硬模铸造。

金属型铸造的优点是：铸件尺寸精度高，表面粗糙度低，故加工余量小或不需加工；力学性能好；生产率高，生产过程易于实现机械化、自动化。

其缺点为：金属型制造周期长，成本高，不易铸造薄壁、复杂铸件，只限于形状简单的中、小件生产。

3；压力铸造

压力铸造是将熔融金属在高压下快速压入铸型，并在压力下凝固，以获得铸件的铸造方法。

铸型由定型和动型组成，定型固定在机架上，动型由合型机构带动可以在水平方向上移动。

压力铸造的优点是：铸件质量高，致密性好，很多情况下无需切削加工；可以压铸形状复杂、壁薄的铸件；生产率高，特别适合大批量生产。

其缺点是：不易压铸厚壁铸件。设备和模具费用高：模具生产周期长压力铸造大多用于非铁合金精密铸件，质量从几克到几十克，精细的图案、文字、小孔及螺纹等都可直接铸出。目前压力铸造的应用已扩大到一些钢铁材料。

压力铸造通常是在压铸机上完成的，压铸机有多种形式，有冷压室和热压室两类。

4；离心铸造

离心铸造是将金属液浇入高速旋转的铸型中，在离心力作用下充满型腔并凝固成铸件的铸造方法。

离心铸造的优点是：由于离心力作用，铸件没有气孔、缩孔，组织致密，强度高；无浇口、冒口，节省材料；制造圆筒形铸件，可以不用型芯；可铸造薄壁圆筒和双金属铸件。

其缺点为：圆筒形铸件的内表面质量较差；不适合铸造易产生偏析的合金（如铅青铜）铸件。

离心铸造主要用于圆筒形铸件的生产，为使铸型旋转，离心铸造必须在离心铸造机上进行。

第二节锻压成形

（一、概述

1；锻压的概念

在外力作用下使金属产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能毛坏或零件的加工方法，称为压力加工。

压力加工的基本生产方式有锻造、冲压、轧制、拉拔、挤压等。

锻压是锻造和冲压的总称，是压力加工的主要生产方法。

锻造是在锻压设备及工（模）具的作用下，使坏料或铸锭产生局部或全部塑性变形以获得一定几何形状、尺寸和质量锻件的加工方法，是金属零件的重要成形方法之一。

锻造按照所使用的设备和工具分类，可分为自由锻造、模型锻造和特种锻造。

锻造常用来制造那些承受重载、冲击载荷、交变载荷等重要机械零件的毛坏，如各种机床的主轴和齿轮、汽车发动机的曲轴和连杆、起重机吊钩及各种刀具、模具等。

冲压一般是通过装在压力机上的模具对板料施压，使之产生分离或变形，从而获得一定形状、尺寸和性能的零件或毛坏。

冲压主要用来生产强度高、刚度大、结构轻的板壳类零件，如手表齿轮、日用器血、仪表罩壳、汽车覆盖件等。

2；锻压加工的特点

1）改善金属的内部组织，消除内部缺陷，提高材料的力学性能。

2）具有较高的生产率。以生产内六角圆柱头螺钉为例，用模锻成形比切削成形效率高50倍，若采用多工位冷敏工艺，则比切削成形生产率高400倍以上。

3）可以节省金属材料和切削加工工时，提高材料利用率和经济效益。

4）锻压加工的适应性很强。锻压能加工各种形状和各种质量的毛坏及零件，其锻压件的质量可小到几克、大到几百吨，可单件小批量生产，也可以成批生产。

塑性差的金属材料（如灰铸铁）不能锻压成形。

如上所述，锻压不仅是零件成形的一种加工方法，还是改善材料组织性能的一种加工方法。

3；金属的锻造性能

金属的锻造性能又称可锻性，是指金属材料在经受压力加工时获得优质零件的能力。

塑性越大，变形抗力越小，则金属的可锻性越好，表明容易进行锻压加工变形：反之可锻性则越差，表明该金属不适合锻压加工。

1）金属的化学成分。

金属或合金的化学成分不同，其可锻性也不同。

钢中的合金元素含量越高，其可锻性越差

2）金属内部组织。

金属的组织状态不同，其可锻性也不同。

单一固溶体（如奥氏体）比金属化合物（如渗碳体）的塑性高，变形抗力小，可锻性好。

3）变形温度。

温度越高，塑性越好：一般热变形的变形抗力只有常温的1/15到1/10，故锻造加工时，工件必须加热。

（二、锻造

1；自由锻造

(1）自由锻的概念、特点和应用自由锻是将加热好的金属坏料，放在上、下两个站铁之间，利用冲击力或静压力使金属产生变形，从而获得所需形状及尺寸锻件的一种加工方法。

坏料在锻造过程中，在垂直于冲击力或静压力的方向上可进行不受限制的变形，因此称为自由锻。

自由锻的特点是：工艺灵活，所用工具、设备简单，通用性大，成本低，生产准备周期短，可锻造小至几克、大至几百吨的锻件。

（2）自由锻的基本工序，自由锻的基本工序常用的有拔长、敏粗、冲孔等。

拔长是指使毛坏截面积减小、长度增加的锻造工序。

它是自由锻中应用最多的一种工序，多用来制造长轴线的锻件，如光轴、阶梯轴、曲轴、拉杆和连杆等。

镦粗是指使毛坏高度减小、截面积增大的锻造工序，镦粗有整体镦粗和局部镦粗两种基本方法。

（3）自由锻设备自由锻设备分两类：

一类是产生冲击力的设备，如空气锤和蒸汽空气锤。

空气锤广泛用于小型锻件生产，它的机构比较简单，操作灵活，维修方便，但由于受压缩缸和工作缸大小的限制，空气锤吨位较小，锤击能力也小。

另一类是产生静压力的设备，如水压机等。

水压机是以静压力作用在坏料上，坏料在水压机上一次变形的时间为1秒到几十秒。

2；模型锻造（简称模锻

模锻是把加热后的金属坏料放在具有一定形状的锻模模膛内，通过施加压力或冲击力，使坏料变形并充满锻模模膛，从而获得一定尺寸及形状的锻件的工艺方法。

模锻与自由锻相比，优点为：模锻件尺寸精度高，表面粗糙度低，可锻出形状复杂的锻件：模锻件机械加工余量小，材料利用率高，可节省材料和切削加工工时；模锻件的铸造流线组织分布更为合理，力学性能较好，因而可有效提高零件的使用寿命和使用性能；模锻生产操作简单，易于实现机械化和自动化，生产率高。

模锻分为固定模锻造和胎模锻造两类。

（1）固定模锻造

固定模锻造是把模具的上、下模分别固定在锻锤的锤头和砧座的模座上，因此而得其名。

固定模锻造可以在模锻锤上进行（称为模锻锤上模锻），也可以在热模锻压力机、平锻机或摩擦压力机上进行。

（2）胎模锻造

胎模锻造是在自由锻设备上使用简单的、可移动的非固定的模具生产出模锻件的一种锻造方法。

通常采用自由锻方法使坏料成形，然后放在胎模中成形。

（三、板料冲压

1；概述

板料冲压是利用装在压力机上的模具对金属板料加压，使其产生分离或变形，从而获得毛坯或零件的一种加工方法

板料冲压的坏料通常都是厚度在1～2 mm以下的金属板料，而且冲压时一般不需要加热，故又称为薄板冲压或冷冲压。

板料冲压的特点如下：

1）应用范围广泛。它可冲制形状简单和复杂的金属和非金属材料的冲压件

2）冲压件的尺寸精度高，表面粗糙度较低，互换性强，可直接装配使用

3）冲压件的强度高，刚度好，质量轻，材料的利用率高

4）板料冲压操作简便，易于实现机械化、自动化，生产率高。

5）板料冲压模具制造周期长，尤其是形状复杂的模具，技术要求高，制造难度大，成本高。板料冲压一般用于中批以上的生产

2；板料冲压的基本工序

板料冲压的基本工序分为分离和变形。

（1）分离工序分离工序是板料一部分与另一部分分离，主要有剪切、落料、冲孔和切边。

剪切是将板料一部分沿不封闭的轮廓与另一部分分离的工序。

落料与冲孔都是使板料一部分沿封闭的轮廓与另一部分分离的工序。

冲孔是为了在板料上冲出孔洞，落下部分是废料。落料是为了将工件从原来材料中分离出来，落下部分是工件。

切边是将成形后的半成品边缘部分的多余材料切去。

（2）变形工序使板料一部分相对另一部分发生位移而不破坏的工序，称为变形工序。

主要包括弯曲、拉深和翻边。

弯曲是改变板料曲线方向的工序，即将平直的板料弯成一定角度和圆弧的工序。

拉深是将平板毛坯利用拉深模具制成开口空心零件的成形工艺方法。

翻边是把板料上孔的内缘或工件外缘翻成竖立的边缘。

第三节焊接成形

（一、概述

1；焊接的概念、特点及分类

将两金属件连接处加热熔化或加压，或两者并用，造成金属原子间或分子间的结合而得到永久连接，这种连接金属件的方法称为焊接。

1）熔焊是指在焊接过程中，将两焊件接头加热至熔化状态，不加压力，靠熔化金属冷却结晶成一体而完成焊接的方法，如焊条电弧焊、埋弧焊、气体保护焊等。

2）压焊是指在焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的方法，如电阻焊、摩擦焊等。

3）针焊是指采用比母材熔点低的金属材料作针料，将焊件和针料加热到高于针料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态针料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现焊接的方法，如软针焊、硬针焊等。

焊接与铆接等其他加工方法相比，具有节省材料，结构质量轻，接头的致密性好，强度高，生产成本低，便于实现工艺过程机械化、自动化等优点。

但也存在易产生变形、焊接结构不可拆卸，维修和更换不方便，同时焊接过程易产生焊接缺陷和焊接应力等缺点。

2；常用金属材料的焊接

（1）金属焊接性金属焊接性是指在一定条件下（包括工艺方法、焊接材料、工艺参数及结构形式等）获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料表现出“好焊”和“不好焊的差别。

一是焊接接头产生工艺缺陷的倾向，尤其是出现裂纹的可能性；

二是焊接接头在使用过程中的可靠性，包括力学性能及耐热、耐蚀等特殊性能。

（2）碳钢和低合金高强度结构钢的焊接

1）低碳钢的焊接。

低碳钢塑性好，没有浮硬倾向，冷裂倾向小，焊接性良好。可用各种方法进行焊接。

2）中碳钢的焊接。

中碳钢随着含碳量的增加，塑性变差，淬硬倾向、冷裂变形倾向和焊缝金属热裂倾向均增大，故焊接性逐渐变差。

焊后应缓慢冷却，防止冷裂纹的产生。

因此，焊接中碳钢构件时，必须进行焊接预热，并采用细焊条、小电流、开坡口、多层焊等工艺措施，尽量防止含碳量高的母材过多地熔入焊缝。

3）高碳钢的焊接。

碳的质量分数大于0.6%的高碳钢焊接性能更差。实际上，高碳钢的焊接只限于修补工作。

4）低合金高强度结构钢的焊接。

低合金高强度钢的含碳量都很低，但由于合金元素含量的不同，所以其性能、焊接性差别较大。通常，其焊接性随着强度等级的提高而变差。

（3）铸铁的焊补铸铁中碳的质量分数高，硫、磷杂质多，其强度低，几乎无塑性焊接性差。

铸铁一般不能用于制造焊接构件，但铸件的缺陷及在使用中发生的局部损坏或断裂，可以通过焊补的方式进行修复。

冷焊与热焊相比，生产率高，成本低，劳动条件好，但焊补质量不如热焊，因此主要用于焊补要求不高和怕高温预热引起变形的铸件及非加工表面。

1）热焊。

焊前将工件整体或局部预热到600～700℃，焊后缓慢冷却。热焊可防止出现焊接缺陷，焊补质量较好，焊后可以进行机械加工。

2）冷焊。

焊前不预热或预热温度较低（400以下）。冷焊常用的焊接方法是焊条电弧焊。

在焊接过程中可依靠焊条成分来调整焊缝的性能，并配合以相应的工艺参数和工艺措施来避免白口组织及裂纹的产生，如小电流、短弧焊、窄焊缝、短焊道，焊后立即锤击焊缝，以松弛焊接应力等。

（4）非铁金属的焊接铝及铝合金、铜及铜合金的焊接性均较差。

铝及铝合金焊接的主要问题有：极易氧化，易形成气孔和裂纹，操作困难等。

要求不高的也可用气焊，但必须用氯化物和氟化物组成的焊剂去除焊件的氧化膜和杂质。

（二、焊条电弧焊

焊条电弧焊是利用电弧产生的热量来熔化局部母材和焊条的一种手工操作的焊接方法。

它是焊接中应用最广泛的一种焊接方法。其特点是所需设备简单，操作灵活，对空间不同位置、不同接头形式的焊缝均能焊接，且能焊接各种金属材料：但生产率低，劳动强度大。

1；焊接过程

焊条（通过焊钳）和工件分别接到电焊机输出端的两极，引弧时，首先将焊条与工件接触，使焊条回路短路，然后迅速将焊条提起2到4 mm。

在焊条提起的瞬间，电弧即被引燃。电弧同时将工件（局部）与焊条熔化，形成了金属熔池（由于电弧的吹力作用，在焊件上形成的一个充满金属的椭圆形凹坑）。

2；焊条

焊条是焊条电弧焊的重要焊接材料，它直接影响到焊接电弧的稳定性，以及焊缝的化学成分和力学性能。

焊条的优劣是影响焊条电弧焊质量的主要因素之一。

（1）焊芯。

焊芯由专门的焊接钢丝制成。

它有两个功用：一是传导电流，产生电弧。

二是本身熔化作为填充金属，与焊件上熔化的金属一起构成焊缝。

（2）药皮。

药皮的作用是产生大量气体和熔渣，对焊区进行机械保护，隔绝有害气体的影响；对焊缝金属进行脱氧、脱硫、脱磷，并渗入有益元素；稳定电弧。

药皮的成分较为复杂，常用的有氟石、大理石、各种合金等。

（3）焊条分类及牌号。

焊条按用途不同可分为十大类，即结构钢焊条、不锈钢焊条、耐热钢焊条、低温钢焊条、堆焊焊条、铸铁焊条、镍及镍合金焊条、铜及铜合金焊条、铝及铝合金焊条、特殊用途焊条。

各大类焊条又可分为若干小类。

3；焊接参数

焊接参数有焊条直径、焊接电流、焊接速度和电弧长度。为了获得质量优良的焊接接头，必须选择合适的焊接参数

焊速过快，易产生焊缝的熔深浅、焊缝宽度小及未焊透等缺陷；焊速过慢，焊缝熔深、焊缝宽度增加，特别是薄件易烧穿。焊接速度的快慢由焊工凭经验来掌握。

电弧长度指焊芯端部与熔池之间的距离。电弧过长时，燃烧不稳定，熔深减少，并且容易形成缺陷。

4；焊接接头

焊接前，先要按照焊接部位的形状、尺寸和受力情况，选择接头的类型。

（1）对接接头

对接接头为最常用的接头。

它分为不开坡口和开坡口两类。

开坡口的目的是使焊缝根部焊透，一般用于厚度6 mm以上的钢板。开坡口的对接接头有V形、U形、X形和双U形四种。

（2）搭接接头搭接接头承载能力低，在结构设计中应尽量避免使用。

（3）T形接头 T形接头应用较广泛，对于不重要的结构可不开坡口。

（4）角接接头焊接薄工件时不开坡口；焊厚的和重要的工件时要开坡口

5；焊缝的空间位置

焊接时，根据焊缝在空间所处的位置不同，可分为平焊、立焊、横焊和仰焊四种。

其中以平焊工作位置最为合适，立焊、横焊次之，仰焊最差。

6；焊接缺陷及检查

焊条电弧焊常见的焊接缺陷有焊缝尺寸及形状不符合要求、咬边、焊瘤、未焊透、夹渣、气孔和裂纹等。

咬边是沿焊缝的母材部位产生沟槽或回陷。

未焊透是指焊接时接头根部未完全熔透的现象。

夹渣是指焊接熔渣残留于焊缝金属中的现象。

焊瘤是在焊接过程中，熔化金属流消到焊缝之外未熔化的母材上所形成的金属瘤。

气孔是指熔池中的气体在凝固时未能逸出而残留下来所形成的空穴。

裂纹是指焊接接头中局部的金属原子结合力遭到破坏而形成新界面所产生的裂纹。

（三、气焊与气割

1；概述

气焊是利用可燃气体在氧中燃烧的气体火焰来熔化金属以进行焊接的一种工艺方法。

2；气焊用的设备和工具

氧气瓶、乙炔瓶、回火保险器、焊炬等。

3；气焊火焰

气焊火焰是由氧气与乙炔气体混合燃烧而形成的。

根据氧气与乙炔的比例不同，气焊火焰可分为三种。

1）中性焰。

氧与乙炔的体积比为1.1～1.2，焰心轮廓很清晰。

适于焊接低碳钢、中碳钢、合金钢及非铁金属材料

2）碳化焰。

氧与乙炔的体积比小于1.1，外焰较长，焰心轮廓不清。

此火焰适于焊接含碳量较高的金属。

3）氧化焰。

氧与乙炔的体积比大于1.2，整个火焰较短，焰心呈蓝白色。

此火焰氧化性强，只适于焊接黄铜、锡青铜，一般焊接不采用。

4；气割

气割是利用氧-乙炔气体混合火焰将工件待割处预热到一定温度，然后施加高压氧气流使金属燃烧放出热量并吹除氧化渣，致使工件被完全割开。

对金属材料进行气割时，必须具备下列条件：

1）金属的燃点必须低于其熔点。

这样才能保证金属气割过程是燃烧过程，而不是熔化过程。

2）金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，同时流动性要好。

否则，氧气切割过程中形成的高熔点金属氧化物阻碍下层金属与切割氧气流的接触，使气割发生困难。

3）金属燃烧时能放出大量的热，而且金属本身的导热性要低，防止散热，这样才能保证气割处的金属具有足够的预热温度，使气割过程能连续进行。

满足上述条件的金属材料有纯铁、低碳钢、中碳钢和低合金钢等，铸铁、不锈钢和铜、铝及其合金不能进行气割

（四、其他常用的焊接方法简介

为了提高焊接质量和生产率，改善劳动条件，使焊接技术向机械化、自动化方向发展，便出现了埋弧焊和气体保护焊等焊接方法。

1；埋弧焊

埋弧焊是指电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。

它分为自动埋弧焊和半自动埋弧焊，其中自动埋弧焊在生产中应用很广泛。

自动埋弧焊是指引弧、焊丝送进、移动电弧和收弧等动作由机械自动完成。

（1）生产率高由于埋弧焊采用大电流焊接（焊接电流可达800～1000 A），熔深大，不需换焊条，所以生产率比焊条电弧焊提高5～10倍。

（2）焊缝质量好由于埋弧焊焊接区受到焊剂和液态熔渣的可靠保护，焊接热量集中，焊接速度快，热影响小，焊件变形小，所以焊接质量好。

（3）节省材料与能源埋弧焊穿透能力强，对厚度≤20 mm的焊件可不开坡口也能焊透，同时没有飞溅和焊条头的损失，从而减少了焊接材料的消耗。

（4）改善工人的劳动条件埋弧焊焊接过程的机械化，使工人的劳动强度大大降低，且电弧埋在焊剂层下燃烧，无弧光，烟尘少，劳动条件得到很大改善。

埋弧焊的不足之处是：对于短焊缝、曲折焊缝及薄板焊接困难：设备费用昂贵；焊接过程看不到电弧，不能及时发现问题。因此埋弧焊的应用受到了一定限制。

2；气体保护焊

气体保护焊是利用具有一定性质的气流排除电弧周围的空气，从而达到保护金属熔池的弧焊方法。

常用的保护气体有氩气和CO2，分别称为氩弧焊和二氧化碳气体保护焊。

（1）氩弧焊氩气是情性气体，它既不与金属发生化学反应，又不溶解于金属，因此能有效地保护电弧区的熔池、焊缝和电极不受空气的有害作用，是一种较理想的保护气体。

氩弧焊按所用电极的不同，可分为熔化极（金属极）氩弧焊和不熔化极（钨极）氩弧焊两种。

（2）二氧化碳气体保护焊它是以CO2为保护气体的电弧焊。

它采用焊丝作电极和填充金属，靠焊丝与焊件之间产生的电弧熔化工件与焊丝，CO2气体由喷嘴不断喷出，形成一个保护区，代替焊条药皮和焊剂来保证焊缝质量。

二氧化碳气体保护焊是用价廉的CO2作保护气体，具有成本低，生产率高，焊接质量比较好等优点。

第四节毛坯的选择

除了少数要求不高的零件外，机械上的大多数零件都要通过铸造、锻压或焊接等加工方法先制成毛坏，然后再经切削加工制成成品。

正确选择毛坏的材料、类型和成形方法是机械设计和制造中的重要任务。

（一、毛坯选择的原则

机械制造零件毛坏的选择应遵循以下三条基本原则。

1；满足零件的使用性能要求

毛坯的使用要求是指将毛坏最终制成机械零件的使用要求。

零件的使用要求包括对零件形状和尺寸的要求，以及工作条件对零件性能的要求。工作条件通常指零件的受力情况、工作温度和接触介质等。

2；满足经济性

在满足零件使用性能要求的前提下，从几个可供选择的方案中选择总成本较低的方案尽量以最少的入力、物力、财力投入，高效生产出最多的产品，达到最佳的经济效益。

毛坯的生产成本与批量的大小关系极大，当零件的批量很大时，应采用高生产率的毛坏生产方式，如冲压、模锻、注塑成型及压力铸造等。

3；考虑实际生产条件

根据使用要求和制造成本分析所选定的毛坏制造方法是否能实现，还必须考虑企业的实际生产条件。

随着现代工业的发展，产品和零件的生产正在向专业化方向发展，在进行生产条件分析时，一定要打破自给自足的小生产观念，将生产协作的视野从本企业、本集团的狭小天地里解脱出来。

（二、常用毛坏的生产方法及其有关内容比较

第12章金属切削加工与机械装配

切削运动与切削用量

（一、切削运动：切削运动是指在切削过程中工件与刀具之间产生的相对运动。在切削运动中，加工刀具与工件相互作用，就形成了工件表面轮廓。

1；主运动：
主运动是切除工件上多余金属的基本运动，也是速度最高、消耗功率最大的运动，主运动只有一个，既可以是工件运动，如车削；也可以是刀具运动，如铣削和刨削。

车削时的进给运动为车刀沿工件轴线方向的直线移动。

铣削和刨削的进给运动为工件的直线运动。

2；进给运动：进给运动是使切削工作得以连续进行，以得到所需几何表面的运动。

进给运动也可以是回转运动，如内、外圆磨削时工件的回转。

进给运动速度较低，消耗功率较小。进给运动可以有一个，或一个以上，或通过刀齿的齿升量完成进给运动（如拉削）。

（二、切削用量：切削用量是切削速度、进给速度及背吃刀量的总称。

1；切削速度vc（m/min）：切削速度是指刀具切削刃上选定点相对工件主运动的线速度。

2；进给量f：进给量指工件（或刀具）每转一周时刀具（或工件）沿进给方向移动的距离，可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表述和度量，如

车削：工件转一圈车刀移动的距离（mm/r）

刨削：刀具（或工件）往返一次，工件（或刀具）移动的距离（mm/d.str)

钻削：钻头转一圈钻头移动的距离（mm/r）。

铣削：每齿进给量f（mm/z）、每转进给量f（mm/r)、进给速度u（mm/min）。

3；背吃刀量a：背吃刀量指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。

上述切削速度、进给量和背吃刀量与工件的加工质量、刀具磨损、机床动力消耗及生产率等密切相关，因此，应合理选择切削用量。

金属切削刀具

一、刀具材料的性能及选用

1；对刀具切削部分材料的基本要求

（1）高的硬度：刀具材料应具有较高的硬度，且必须高于被切工件的硬度。

（2)高的耐磨性：刀具在切削加工过程中受剧烈摩擦，容易磨损，故要求耐磨。

（3）高的耐热性：刀具材料在高温下保持硬度、强度和耐磨性的能力称为耐热性，也称为热硬性。

（4）足够的强度和韧性：刀具材料具有承受一定冲击和振动而不断裂或崩刃的能力。

（5）良好的工艺性：刀具材料应具有较好的切削加工性能、热处理性能及焊接性能，以便于加工制造。

2；常用的刀具材料：各类刀具一般都由夹持部分和切削部分组成。

（1）高速工具钢：高速工具钢是一种含有更多的W、Cr等合金元素的合金工具钢。

（2）硬质合金：硬质合金是由高硬度、难熔的金属碳化物粉末和金属粘结剂在炉中烧结而成的粉末冶金制品。

常用的硬质合金有以下三类

1）钨钻类（WC-Co）硬质合金（K类硬质合金）。

如K10、K20、K30等。

这类硬质合金的基体是WC，粘结剂为Co，旧牌号为YG类，主要用于加工短切屑的脆性金属和非铁金属。

2）钨钛钻类（WC-TiC-Co）硬质合金（P类硬质合金）。

如PO1、P10、P20、P30、P 0等。

这类硬质合金的基体除WC外还有TiC，粘结剂也为Co，旧牌号为Y T类，主要用于加工长切屑塑性金属材料。

3）钨钛铝（泥）钻类[WC-TiC-TaC(NbC）-Co]硬质合金（M类硬质合金）。

如M10、M20、M30、M 0等。

这类硬质合金的基体除WC外还有TiC、TaC（NbC），粘结剂也为Co，旧牌号为Y W类，既能加工钢材又能加工非金属。

（二、刀具切削部分的几何角度：金属切削刀具的种类繁多，构造各异。其中较简单、较典型的是车刀，其他刀具的切削部分都可以看作是以车刀为基本形态演变而成的。

1；车刀的组成:
车刀主要由刀杆和刀头两部分组成。刀头为切削部分，刀杆为支承部分。外圆车刀的切削部分由三个表面、两条切削刃和一个刀尖组成。

（1）前面

切屑流出时所经过的表面。

（2）主后面

与工件过渡表面相对的表面

（3）副后面

与工件已加工表面相对的表面

（4）主切削刃

前面与主后面的交线。它承担了主要的切削任务，并形成工件上的过渡表面。

（5）副切削刃

（6）刀尖

主切削刃与副切削刃的交点。

一般为半径很小的圆弧，以保证刀尖有足够的强度。

2；刀具角度的参考坐标系

（1）基面:通过切削刃上的选定点，并与该点切削速度方向垂直的平面。

（2）切削平面:通过切削刃上的选定点与切削刃相切，并垂直于该点基面p的平面。

（3）正交平面:通过切削刃上的选定点，并同时与该点的基面，和切削平面相垂直的平面。

上述三个平面在空间是相互垂直的.

3；车刀的主要几何角度;前角、后角和模角大多在正交平面内测量。

（1）前角

前角是在正交平面内，基面和前面的夹角。

它的大小主要影响切削变形、刀具寿命和加工表面粗糙度。

前角的选取主要取决于刀具材料和工件材料。

对于硬度高、韧性差的刀具材料（如硬质合金），前角应取得小一些（甚至可为负值）；

而对于硬度相对低一些和韧性相对高一些的刀具材料（如高速工具钢），其值可以大一些。

一般来说，强度、硬度高的工件材料，前角取较小值；反之取较大值。

(2）后角

后角是在正交平面内，切削平面和主后面的夹角。

后角的作用为减小后面与工件之间的摩擦，它必须取正值。

后角越大摩擦越小，而且切削刃更为锋利。

但是，后角过大也会产生与前角过大同样的后果。

楔角是前面和后面之间的夹角，但它不是一个独立的角度，它的大小可直接反映刀头的强度。

在基面中测量的角度有主偏角、副偏角和刀尖角，应用最多的为主偏角。

（3）主偏角:主切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角。

它的大小影响加工表面粗糙度，主切削刃在切向、径向和轴向之间的受力分配以及刀头的强度和散热状况。

在加工强度、硬度较高的材料时，应选较小的主偏角，以提高刀具寿命；加工细长工件时，应选较大的主偏角，以减小径向切削力引起工件的变形和振动。

（4）副偏角:副切削刃在基面上的投影与进给方向之间的夹角。

副偏角的作用是减小副切削刃与工件已加工表面之间的摩擦，它影响已加工表面的粗糙度。

刀尖角是指主、副切削刃在基面上投影之间的夹角。

它影响刀尖强度和散热条件。它的大小取决于主偏角和副偏角的大小

(5）刃倾角:主切削刃与基面之间的夹角。

它的作用是控制切屑流出的方向和影响刀尖的强度。

采用负的刃倾角（尤其是在断续切削和在冲击力较大的条件下切削时）可以保护刀尖，提高刀头强度。

第三节金属切削过程的基本规律

（一、切屑的形成及种类

1；切屑的形成

切削层金属受到刀具前面的挤压，经弹性变形、塑性变形，然后当挤压应力达到强度极限时材料被挤裂。

当以上过程连续进行时，被挤裂的金属脱离工件本体，沿前面经剧烈摩擦而离开刀具，从而形成切屑。

2；切屑的种类:由于工件材料及加工条件的不同，形成的切屑形态也不同。常见的切屑大致有四种。

（1）带状切屑

用较大前角的刀具，高速切削塑性金属材料时，切屑呈连续的带状或螺旋状，切削过程平稳，工件表面较光洁。

但切屑连续不断，易缠绕工件和刀具，刮伤已加工表面及损坏刀具，应采取断屑措施。

（2）节状切屑

低速切削中等硬度的钢材时，大多出现此种切屑。

它与带状切屑的区别是底面有裂纹，顶面呈锯齿形。

切削过程不够平稳，已加工表面的粗糙度值较大。

（3）粒状切屑

切削塑性材料时，若整个剪切面上的切应力超过了材料的断裂强度，所产生的裂纹贯穿切屑端面时，切屑被挤裂呈粒状。

（4）崩碎切屑

切削铸铁、青铜等脆性材料时，一般不经过塑性变形材料就被挤裂，而突然崩落形成崩碎切屑。

形成这类切屑时，冲击、振动较大，切削力集中在切削刃附近，使切削过程不平稳，刀具刀刃易崩刃或磨损，使已加工表面较粗糙

（二、切削力

在金属切削过程中，切削层及已加工表面将产生弹性变形和塑性变形，因此，有变形抗力作用在刀具上；又因为工件与刀具间、切屑与刀具间都有相对运动，所以还有摩擦力作用在刀具上。这些力的合力称为切削阻力，简称切削力。

切削力不仅是机床、夹具和刀具等设计时必需的重要数据之一，而且是对切削过程工艺质量进行分析的重要参数。

为了分析切削力对工件、刀具、机床的影响，一般将总切削力分解为相互垂直的三个分力

（1）主切削力

它垂直于基面，与切削速度的方向一致。

是分力中最大的一个，占切削力的90%左右，它是计算切削功率、刀具强度和选择切削用量的主要依据。

（2）背向力

背向力是总切削力在背吃刀量方向的分力。

它能够使工件在水平方向弯曲变形，容易引起切削过程中的振动，因而影响工件的加工精度。

（3）进给力

进给力是总切削力在进给方向上的分力。它是计算机床进给机构零件强度的依据。影响总切削力大小的主要因素是工件材料、切削用量和刀具角度。工件材料的强度、硬度越高，则总切削力越大。背吃刀量和进给量的增大都会使切削力增大，但进给量的影响小些。前角的增大有助于总切削力的减小。前面与副后面的交线，也起一定的切削作用。

（三、切削热与切削液

1；切削热:切削过程中由于切削层变形及刀具与工件、切屑之间的摩擦产生的热称为切削热。

切削热的产生与传播影响切削区的温度，切削区的平均温度称为切削温度。

一般来说，工件强度、硬度越高，则切削温度越高，刀具前角的增大，有助于切削温度的降低。

为了避免切削温度过高，一是减少切削变形，如合理选择切削用量和刀具角度，改善工件的加工性能等：二是减少摩擦，加强散热，如采用切削液。

2；切削液

切削液的主要作用有：冷却，降低切削区的温度；润滑，减少刀具与切屑和刀具与工件之间的摩擦因数；清洗，冲走切削过程中产生的细小切屑或砂轮上脱落下来的微粒；另外还有防锈的作用。

水溶液和低浓度的乳化液其冷却与清洗的作用较强，适用于粗加工及磨削；高浓度的乳化液润滑作用强，适用于精加工；切削

油的特点是润滑性好，冷却作用小，主要来提高工件的表面质量，适用于低速的精加工，如精车丝杠、螺纹等。

加工铸铁与青铜等脆性材料时，一般不使用切削液；铸铁精加工时可使用清洗性能良好的煤油作为切削液。

当选用硬质合金作为刀具材料时，因其能耐较高的温度，可不使用切削液；如果使用，必须大量、连续地注射，以免使硬质合金因忽冷忽热产生裂纹而导致破裂。

（四、提高切削加工质量的途径

1：改善工件材料的切削加工性

通常采用热处理的方法改变工件材料的物理、力学性能和金相组织以改善切削加工性，如对高碳钢和低碳钢分别进行球化退火和正火（或冷拔），以降低前者的硬度和后者的塑性，提高其加工性，从而提高加工效率，减少刀具磨损。

2；选择合理的刀具角度:前角对刀具的切削性能影响很大。

选择前角的原则是保证刃口的锐利，兼顾刃口的强度。

增大前角使刃口锋利，但会使刃口强度削弱。

后角用来减小主后面与工件过渡表面之间的摩擦，并与前角共同影响刃口的锋利与强度。

后角的选择原则是在保证加工质量和刀具寿命的前提下，取小值。

主偏角的大小间接影响刀具的寿命，直接影响径向分力的大小。减小主偏角能增强刀尖的强度，改善散热条件，从而有利于提高刀具寿命；而增大主偏角，则有利于减小径向力，可避免引起加工中的振动和工件变形。

主偏角的大小应根据工艺系统的刚性好坏来选择。

副偏角的作用是减小副切削刃与已加工表面之间的摩擦，但增大副偏角会使残留面积的高度增加，从而降低了加工表面质量，故取值不宜过大。

刃倾角主要影响刀头的强度和切屑的流向。

当刃倾角为正时，刀头强度较低，切屑流向待加工表面。

当刃倾角为负时，刀头强度较高，切屑流向已加工表面。

3；合理选用切削用量

在切削用量三要素中，背吃刀量对切削力的影响最大，背吃刀量增加一倍，切削力增加一倍，而进给量增加一倍，切削力只增加70%～80%。

粗加工时，为尽快切除加工余量，如果工艺系统的刚性好，应尽可能地选取较大的背吃刀量。

然后，根据加工条件选取尽可能大的进给量。最后，按对刀具寿命的要求，选取合适的切削速度。

精加工的目的是保证加工精度。为保证表面质量，硬质合金刀具一般采用较高的切削速度，高速工具钢刀具的耐热性差，多采用较低的切削速度。切削速度确定后，从提高加工精度考虑，应选用较小的进给量和背吃刀量。

第四节金属切削机床的分类与型号