金工实习教程 教学课件 ppt 作者 郭庆梁 第2章 金工实习基础知识

1、金工实习基础知识,机械工程材料,机械工程材料,机械工程材料概述 材料的性能 常用钢铁材料简介,一 机械工程材料概述,机械工程材料是指制造工程结构和机器零件使用的材料。机械工程材料按化学成分可分为金属材料、非金属材料和复合材料三大类。,分类,钢 黑色金属材料 金属材料 铸铁 有色金属材料 铜、铝及其合金,分类,塑料 高分子材料 合成纤维 合成橡胶 非金属材料 陶瓷材料 硅酸盐材料 工程陶瓷,分类,纤维增强复合材料 复合材料 粒子增强复合材料 层合复合材料,应用,金属材料来源丰富，并且具有优良的使用性能和加工性能，是机械工程中应用最普遍的材料。常用于制造机械设备、工具、模具；并应用于工程结构中，如：船舶、桥梁、锅炉等。,应用,应用,非金属材料具有耐蚀性、绝缘性、绝热性和优异的成型性能，而且质轻价廉，因此发展极为迅速。以工程塑料为例，全世界的年产量以300的速度飞速增长，已广泛应用于轻工产品、机械制造产品、现代工程机械，如家用电器外壳、齿轮、轴承、阀门、叶片、汽车零件等，而陶瓷材料作为结构材料，具有强度高，耐热性好的特点，广泛应用于发动机、燃气轮机；作为耐磨损材料，则可用作新型的陶瓷刀具材料

2、，能极大提高刀具的寿命。,应用,应用,复合材料则是将两种或两种以上成分不同的材料经人工合成获得的。它既保留了各组成材料的优点，又具有优于原材料的特性。其中碳纤维增强树脂复合材料因其较高的比强度、比模量，广泛应用于航天工业中，如火箭喷嘴、密封垫圈等。,纳米材料,纳米材料是20世纪80年代初发展起来的新材料，它具有奇特的性能和广阔的应用前景，被誉为跨世纪的新材料。纳米材料又称超微细材料，其粒子粒径范围在1100nm之间，即指至少在一维方向上受纳米尺度调制的各种固体超细材料。纳米技术是研究电子、原子和分子运动规律、特性的高新技术学科，它具有一系列优异的电、磁、光、力学、化学等宏观特性，从而作为一种新型材料在电子、冶金、宇航、化工、生物和医学领域展现出广阔的应用前景。,二 材料的性能,材料的性能分为使用性能和工艺性能。 使用性能是指材料在使用过程中反映出来的特性，它决定了材料的应用范围、可靠性和使用寿命。使用性能又分为力学性能、物理性能和化学性能。 工艺性能是指材料在制造加工过程中反映出来的各种特性，是决定是否易于加工或如何加工的重要因素。工艺性能又分为铸造性能、锻造性能、焊接性能、切削加工性

3、能和热处理性能等。,材料的性能,材料的力学性能是指金属抵抗外加载荷引起的变形和断裂的能力。材料的力学性能是设计零件及选择材料的重要依据。常用的力学性能指标有强度、塑性、硬度、冲击韧度等。,材料的力学性能,强度 强度是指金属材料在静载荷的作用下抵抗变形和断裂的能力。强度指标一般用单位面积所承受的载荷（应力）表示，符号为，单位为Map。工程中常用的强度指标有屈服强度（s）和抗拉强度（b）。屈服强度是指材料刚开始产生塑性变形时的最低应力值；抗拉强度是指材料在破坏前所能承受的最大应力值。它们是零件设计时的主要依据，也是评定金属材料强度的重要指标。,材料的力学性能,塑性 塑性是指金属材料在外力的作用下，能稳定地改变形状和尺寸，且各质点间的联系不被破坏的能力。工程中常用塑性指标有伸长率和断面收缩率，都可通过金属拉伸试验确定。伸长率和断面收缩率越大，材料的塑性越好。良好的塑性是材料进行成型加工的先决条件，也是保证零件工作安全、不发生突然脆断的必要条件。,材料的力学性能,硬度 硬度是金属材料抵抗更硬外物压入其表面的能力，它是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标，由于硬度与其它机械性能之间有着一定的内在联

4、系，又由于硬度的试验方法简便、经济，因此所有热处理工件基本上都要进行硬度检验，以检查热处理工艺质量。硬度常用的为布氏硬度和洛氏硬度两种。,硬度,布氏硬度（HBS或HBW） HBS 实验压头为淬火钢球，适于布氏硬度值450以下的金属材料。 HBW 实验压头为硬质合金，适用于布氏硬度值450650的金属材料。 布氏硬度试验法，试验结果较精确、稳定，常用于测定退火、正火，调质钢及铸铁、有色金属的硬度，因压痕较大，故不宜测试成品或薄片金属的硬度。,硬度,洛氏硬度 （HRA、HRB、HRC，其中HRC最常用） 洛氏硬度试验法操作迅速简便、压痕小，可以直接测定较薄件和成品的硬度，且硬度测试范围较大。但因压痕较小、准确度较差，故需在零件的不同部位测量数点，取其平均值。,材料的力学性能,冲击韧度 金属材料在冲击载荷的作用下抵抗破坏的能力称为冲击韧度。通常情况下，我们常采用一次冲击弯曲试验来测定材料在冲击断裂中吸受的功AK除以断口处的截面积F得到的商k，然后根据相同试验条件下材料的k值大小，来评测定材料冲击韧度的好坏。k值低的材料为脆性材料，k值高的材料称为韧性材料。,三 常用钢铁材料简介,黑色金属材料

5、是铁碳合金的统称，根据含碳量可分为钢、铸铁两大类。含碳量小于2.11%的铁碳合金称为钢；含碳量在2.11%6.69%的铁碳合金称为铸铁。,1. 钢的分类,按化学成分分： 低碳钢：0.25%C 碳素钢 中碳钢：（0.250.6）%C 钢 高碳钢：0.6%C 低合金钢：5%Me 合金钢 中合金钢：（510）%Me 高合金钢：10%Me,1.钢的分类,按用途分： 结构钢：用来制造工程结构和机器零件。 钢 工具钢：用来制造工具、刀具和模具等。 特殊性能钢：如不锈钢、耐热钢等。,1.钢的分类,按冶金质量分： 普通质量钢：Ws,p0.05% 钢 优质钢：Ws,p0.04% 高级优质钢：Ws,p0.03%,2.碳素钢牌号、性能及用途,碳素结构钢 Q235AF 碳素结构钢一般以热轧空冷状态供应，主要用来制造各种型钢、薄板、冲压件或焊接结构件以及一些力学性能要求不高的机器零件。,2.碳素钢牌号、性能及用途,优质碳素结构钢 08、10、15、20、25 45 60 85 常用的优质碳素结构钢有：15、20钢，其硬度、强度较低、塑性好，常用作冲压件或形状简单、受力较小的渗碳件；40、45钢经适当的热处理（调

6、质）后，具有较好的综合力学性能，主要用于制造机床中形状简单、要求中等强度、韧性的零件，如轴、齿轮、曲轴、螺栓、螺母；60、65钢经淬火+中温回火后，具有较高的弹性极限和屈强比（s/b），常用制造直径小于120mm的小型机械弹簧。,2.碳素钢牌号、性能及用途,2.碳素钢牌号、性能及用途,碳素工具钢 T7、T8、T9、T10、T11、T12、T13A高级 上述各牌号钢淬火后硬度相近，但随含碳量增加，钢的耐磨性增加，韧性降低。因此T7、T8适于制作承受一定冲击的工具，如钳工凿子等。T9、T10、T11适于制作冲击较小而硬度、耐磨性要求较高的小丝锥、钻头等；T12、T13则适于制作耐磨而不承受冲击的锉刀、刮刀等。,2.碳素钢牌号、性能及用途,2.碳素钢牌号、性能及用途,一般工程铸造用钢 ZG200400 表示屈服强度200Mpa、抗拉强度400MPa的碳素铸钢。,3.合金钢的牌号、性能和用途,合金钢的牌号、性能和用途（参看教材）,4.铸铁,具有良好的铸造性能、减振性、切削加工性和低的缺口敏感性，并且它的生产设备和工艺简单，成本较底，因此铸铁在机械制造中得到了广泛应用。 缺点：强度、塑性、韧性较

7、差，不能进行锻造。,4.1 铸铁的分类,以石墨在铸铁中的存在状态划分： 灰口铸铁（片状石墨） 球墨铸铁（球状石墨） 蠕墨铸铁（蠕虫壮石墨） 可锻铸铁（团絮状石墨）,4.2铸铁牌号、性能和用途,灰口铸铁 最低抗拉强度（MPa） HT100、HT150 HT350 灰口铸铁抗拉强度、塑性、韧性较低，但抗压强度、硬度、耐磨性好，并具有铸铁的其它优良性能，因此广泛应用于机床床身、手轮、箱体、底座等。,4.2铸铁牌号、性能和用途,球墨铸铁 最低抗拉强度（MPa） 最小伸长率（） QT6003 球墨铸铁通过热处理强化后力学性能有较大提高，应用范围很广，可代替中碳钢制造汽车、拖拉机中的曲轴、连杆、齿轮等。,4.2铸铁牌号、性能和用途,蠕墨铸铁 RuT340 最低抗拉强度（MPa） 蠕墨铸铁强度、韧性、疲劳强度等均比灰口铸铁高，但比球墨铸铁低。主要用于制造柴油机气缸套、气缸盖、阀体等。,4.2铸铁牌号、性能和用途,可锻铸铁 KTH30006 H、B或Z H黑心 B 白心 Z球光体 可锻铸铁力学性能优于灰口铸铁，因此常用以制造管接头、农具及连杆类零件等。,机械制图基础知识,1 图纸幅面及格式,一、幅面尺

8、寸。,一、投影的分类:,2 投影法及三视图的形成,一、投影的分类: 1.中心投影法(如图一) 2.平行投影法 1)斜投影法(如图二) 2)正投影法(如图三),一、投影的分类:,一、投影的分类:,二、三视图的形成 下图是用正投影方法画出的三个不同形体的单面投影图可以看到三个投影图的形状是相同的。,工程上为了准确表达物体的形状采用的是多面正投影图，三视图则是准确表达形体的一种基本方法。,三、三视图的形成 1.三投影面体系 三个互相垂直的平面V、H、W把空间分为八个部分，称为八个分角。 各分角的表示方法如图所示。,目前国际上使用着两种投影面体系，即第一分角和第三分角。我国采用的是第一分角画法。,46,4.第一角法与第三角法的区别(如上图) 1)将物体放在第一分角内(H面之上、V面之前、W面之左)而得到的多面正投影称为 第一角画法.(第一角画法是将物体置于观察者与投影面之间进行投射.) 2)将物体放在第三分角内(H面之下、V面之后、W面之左)而得到的多面正投影称 为第三角画法.(第三角画法是将投影面置于观察者与物体之间进行投射,把投影) 面看作透明的.) 3)第三角画法的俯视图和仰视图与第一角

9、画法俯视图和仰视图的位置对换;第三角 画法的左视图和右视图与第一角画法的左视图和右视图的位置也对换.,第三角,第一角,47,48,四、三视图的形成 1.三投影面体系 三个投影面 正立投影面简称正面用V表示。物体在V面上的正投影图称为主视图。 水平投影面简称水平面，用H表示。物体在H面上的正投影图称为俯视图。 侧立投影面简称侧面，用W表示。物体在W面上的正投影图称为左视图。,1.三投影面体系 三根投影轴 投影面间的交线称为投影轴。 X投影轴V面与H面的交线，物体X轴方向的尺寸称为物体的长方向。 Y投影轴H面与W面的交线，物体Y轴方向的尺寸称为物体的宽方向。,Z投影轴V面与W面的交线，物体Z轴方向的尺寸称为物体的高方向。,投影原点 三根投影轴交于一点O，O点称为投影原点,三投影面体系是我们研究物体投影图的基础，学习时要注意把握三投影轴与物体尺寸间的联系。分析物体的投影图切不可脱离三投影面体系。,2.三视图的形成 前面介绍了三投影面体系，同学们初步了解了三视图的形成方法。 从下图可以想到，图中显示的三投影面体系和其上的三视图均为空间的情况，如何在平面上（图纸）画三视图呢？ 为了能在平面上表示出三维的物体就需要将三投影面体系做必要的转换。,转换方法如下： V面保持不动，H面绕X轴向下转90，W面绕Z轴向后转90，这样V、H和W三个投影面就摊在了同一平面上。,要注意：在H和W面的转换中Y轴分成两条，记做Yh和Yw。,3.三视图之间的度量对应关系,思考一个问题： 物体的大小是由长、宽和高三个方向的尺寸所决定的，三视图中的每一个视图能反映几个方向尺寸？,每一个视图只能反映物体三个方向尺寸中的两个尺寸。,主视图反映物体的长方向和高方向尺寸 俯视图反映物体的长方向和宽方向尺寸 左视图反映物体的宽方向和高方向尺寸,由于投影时物体在三投影面体系中是不动的，因此三视图之间就势必存在一定的对应关系。,3.三视图之间的度量对应关系,视图间的对应关系： 1.主、俯视图长对正

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