機械製造基礎

本書根據高等教育機械製造學科教學改革的需要而編寫。全書共13章，主要內容包括：金屬材料的力學性能、鋼鐵材料的熱處理以及各種金屬材料的分類與用途；金屬毛坯成形工藝方法（鑄造、鍛壓、焊接）；典型零件毛坯的選擇；機械製造過程的基礎理論與應用知識，如機械零件切削加工的基礎知識和工藝方法等。

本書可作為高等工科院校機械設計製造及自動化本科專業和其他機械工程類本科專業的教學用書，也可作為成人高校、函授大學相關專業的教學用書，或作為從事機械製造工作的工程技術人員的參考書。

第1章 金屬材料的力學性能1

1.1 強度和塑性1

1.1.1 強度 1

1.1.2 塑性3

1.2 硬度4

1.2.1 布氏硬度5

1.2.2 洛氏硬度6

1.2.3 維氏硬度和顯微硬度7

1.3 衝擊韌性8

1.4 疲勞強度8

複習與思考題9

第2章 金屬的晶體結構與結晶10

2.1 金屬的晶體結構10

2.1.1 晶體的基本概念10

2.1.2 固態金屬的特性11

2.1.3 常見金屬的晶體結構 11

2.2 金屬的實際晶體結構11

2.2.1 單晶體與多晶體的概念11

2.2.2 晶體中的缺陷12

2.3 純金屬的結晶13

2.3.1 純金屬的冷卻曲線和冷卻現象13

2.3.2 金屬的結晶過程14

複習與思考題15

第3章 鐵碳合金相圖16

3.1 純鐵及鐵碳合金的基本組織16

3.1.1 純鐵16

3.1.2 合金的基本概念和合金的相結構 17

3.1.3 鐵碳合金基本組織18

3.2 鐵碳合金相圖分析19

3.3 典型鐵碳合金的結晶過程及其組織20

3.4 碳的質量分數對鐵碳合金組織、性能的影響和鐵碳合金相圖的應用22

3.4.1 碳的質量分數對鐵碳合金組織的影響22

3.4.2 碳的質量分數對力學性能的影響23

3.4.3 碳的質量分數對工藝性能的影響23

3.4.4 鐵碳合金相圖的應用24

複習與思考題25

第4章 鋼的熱處理26

4.1 鋼在加熱時的組織轉變26

4.1.1 奧氏體的形成27

4.1.2 奧氏體晶粒的長大及影響因素27

4.2 鋼在非平衡冷卻時的組織轉變28

4.2.1 過冷奧氏體的等溫轉變29

4.2.2 過冷奧氏體的連續冷卻轉變30

4.2.3 馬氏體轉變 32

4.3 鋼的退火與正火32

4.3.1 鋼的退火32

4.3.2 鋼的正火33

4.4 鋼的淬火34

4.4.1 鋼的淬火工藝34

4.4.2 淬火方法35

4.4.3 鋼的淬透性36

4.5 鋼的回火36

4.5.1 回火的目的36

4.5.2 淬火鋼在回火時組織的轉變37

4.5.3 回火種類與應用37

4.6 鋼的表面淬火38

4.6.1 感應加熱表面淬火38

4.6.2 火焰加熱表面淬火39

4.7 鋼的化學熱處理39

4.7.1 鋼的滲碳39

4.7.2 鋼的氮化40

4.7.3 鋼的碳氮共滲與氮碳共滲41

4.8 熱處理技術條件的標註和工藝位置安排41

4.8.1 熱處理技術條件的標註41

4.8.2 熱處理工藝位置的安排41

複習與思考題43

第5章 碳素鋼與合金鋼44

5.1 鋼的分類與編號44

5.1.1 鋼的分類44

5.1.2 鋼的編號44

5.2 鋼中常存雜質元素的影響46

5.3 合金元素在鋼中的作用46

5.3.1 合金元素在鋼中的存在形式47

5.3.2 合金元素對Fe-Fe?3C相圖的影響47

5.3.3 合金元素對鋼的熱處理的影響48

5.4 結構鋼48

5.4.1 工程結構用結構鋼49

5.4.2 機器零件用結構鋼50

5.5 工具鋼57

5.5.1 刃具鋼57

5.5.2 模具鋼60

5.5.3 量具鋼62

5.6 特殊性能鋼62

5.6.1 不鏽鋼63

5.6.2 耐熱鋼65

5.6.3 耐磨鋼66

複習與思考題67

第6章 鑄鐵68

6.1 灰鑄鐵68

6.1.1 灰鑄鐵的成分、組織和性能68

6.1.2 灰鑄鐵的孕育處理69

6.1.3 灰鑄鐵的牌號和應用69

6.2 球墨鑄鐵70

6.2.1 球墨鑄鐵的成分、組織和性能70

6.2.2 球墨鑄鐵的牌號和應用71

6.3 可鍛鑄鐵71

6.3.1 可鍛鑄鐵的成分與組織71

6.3.2 可鍛鑄鐵的牌號、性能和應用72

6.4 蠕墨鑄鐵72

複習與思考題73

第7章 非鐵金屬材料74

7.1 鋁及鋁合金74

7.1.1 工業純鋁74

7.1.2 鋁合金74

7.2 銅及銅合金77

7.2.1 工業純銅77

7.2.2 銅合金77

7.3 鈦及其合金78

7.3.1 純鈦79

7.3.2 鈦合金79

複習與思考題80

第8章 鑄造81

8.1 概述81

8.2 合金的鑄造性81

8.2.1 合金的充型能力82

8.2.2 合金的收縮性84

8.2.3 鑄造生產常見缺陷89

8.3 鑄造方法91

8.3.1 砂型鑄造91

8.3.2 特種鑄造94

8.4 鑄造工藝設計96

8.4.1 澆注位置和分型面的選擇97

8.4.2 確定主要鑄造工藝參數99

8.4.3 確定澆注系統103

8.4.4 繪製鑄造工藝圖103

8.5 鑄件結構工藝性106

8.5.1 鑄造性能對鑄件結構的要求106

8.5.2 鑄造工藝對鑄件結構的要求108

複習與思考題110

第9章 鍛壓112

9.1 概述112

9.1.1 鍛壓生產的特點112

9.1.2 鍛壓生產的適用範圍112

9.2 鍛壓工藝基礎113

9.2.1 金屬的塑性變形113

9.2.2 變形后金屬的組織和性能114

9.2.3 金屬的鍛造性115

9.3 自由鍛116

9.3.1 概述116

9.3.2 自由鍛工序116

9.3.3 自由鍛件的分類和鍛造過程117

9.4 模鍛120

9.4.1 錘上模鍛120

9.4.2 胎模鍛125

9.5 板料衝壓126

9.5.1 概述126

9.5.2 板料衝壓的基本工序127

9.6 鍛壓件結構設計132

複習與思考題135

第10章 焊接136

10.1 概述136

10.2 焊條電弧焊137

10.2.1 焊接電弧138

10.2.2 焊接接頭139

10.2.3 焊條140

10.2.4 焊接接頭的金屬組織與性能140

10.2.5 焊接應力與變形142

10.3 其他焊接方法143

10.3.1 埋弧自動焊143

10.3.2 氣體保護電弧焊144

10.3.3 氣焊和氣割146

10.3.4 電渣焊147

10.3.5 等離子弧焊149

10.3.6 壓焊與釺焊149

10.4 常用金屬材料的焊接152

10.4.1 碳鋼的焊接152

10.4.2 低合金結構鋼的焊接153

10.4.3 不鏽鋼焊接153

10.4.4 鑄鐵的焊補153

10.4.5 非鐵金屬的焊接154

10.5 焊接結構工藝設計155

10.5.1 焊接結構工藝設計基礎155

10.5.2 焊接結構工藝設計實例161

複習與思考題162

第11章 機械零件毛坯的選擇163

11.1 毛坯選擇的原則163

11.1.1 滿足材料的工藝性能要求163

11.1.2 滿足零件的使用要求164

11.1.3 滿足降低生產成本的要求164

11.1.4 符合生產條件165

11.2 典型零件的毛坯選擇165

11.2.1 軸桿類零件的毛坯選擇165

11.2.2 盤套類零件的毛坯選擇167

11.2.3 箱體機架類零件的毛坯選擇169

複習與思考題170

第12章 金屬切削加工的基礎知識172

12.1 加工質量172

12.1.1 加工精度172

12.1.2 表面質量173

12.2 切削的概念175

12.2.1 切削運動175

12.2.2 工件表面175

12.2.3 切削用量176

12.3 刀具切削部分的幾何角度177

12.3.1 車刀的組成177

12.3.2 刀具幾何角度參考系178

12.3.3 刀具標註角度定義179

12.3.4 刀具工作角度180

12.3.5 切削層參數181

12.4 刀具材料182

12.4.1 刀具材料應當具備的性能182

12.4.2 高速鋼182

12.4.3 硬質合金183

12.5 金屬切削過程185

12.5.1 切屑的形成過程185

12.5.2 第I變形區186

12.5.3 第Ⅱ變形區187

12.5.4 第Ⅲ變形區189

12.6 切削力189

12.6.1 切削力的來源、合力及其分力189

12.6.2 切削力的計算190

12.6.3 切削功率的計算191

12.6.4 影響切削力的主要因素191

12.7 切削熱和切削溫度192

12.7.1 切削熱的產生和傳出192

12.7.2 切削溫度的分佈192

12.7.3 影響切削溫度的主要因素193

12.8 刀具磨損和刀具壽命194

12.8.1 刀具的磨損形式194

12.8.2 刀具磨損的原因195

12.8.3 刀具的磨損過程及磨鈍標準195

12.8.4 刀具壽命196

12.9 工件材料的切削加工性197

12.10 金屬切削條件的選擇198

12.10.1 刀具幾何參數的選擇198

12.10.2 刀具壽命的選擇200

12.10.3 切削用量的選擇201

12.10.4 切削液的選擇201

複習與思考題202

第13章 機械零件表面加工204

13.1 金屬切削機床的基礎知識204

13.1.1 機床的分類204

13.1.2 機床型號的編製方法205

13.1.3 零件表面的切削加工成形方法和機床的運動207

13.1.4 機床傳動的基本組成和傳動原理圖209

13.1.5 機床傳動系統圖和運動計算210

13.2 外圓表面加工212

13.2.1 外圓表面的加工方法212

13.2.2 外圓表面的車削加工213

13.2.3 外圓表面的磨削加工221

13.3 內圓表面加工228

13.3.1 內圓表面的加工方法228

13.3.2 鑽削加工229

13.3.3 鏜削加工234

13.3.4 拉削加工237

13.3.5 內圓磨削238

13.4 平面加工方法240

13.4.1 平面加工240

13.4.2 刨削與插削加工241

13.4.3 銑削加工243

13.4.4 平面磨削加工250

13.5 齒輪的齒形加工252

13.5.1 圓柱齒輪齒形加工方法252

13.5.2 滾齒加工254

13.5.3 插齒加工256

13.5.4 齒形的其他加工方法257

13.5.5 齒形加工方案的選擇259

複習與思考題260

參考文獻262