从零开始学机械.docx

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从零开始学机械

1.金属拉伸试验，整个过程解释.并描述其原理。

暂以低碳钢杆件为试验材料

解：

在钢杆两端缓慢施加载荷，使钢杆工作部分受轴向拉力，引起钢杆沿轴向伸长直至拉断为止。

（杆件在拉伸试验时，宏观上可以看到杆件逐渐被均匀拉长，然后在某一界面处变细，直到在该处断裂。

述

过程一般可分解为6个阶段——

1.弹性变形oa：

杆件变形是弹性的，载荷与伸长量呈正比例直线关系，如果卸除拉力，则杆件的伸长变形会消失，恢复到原来的样子。

2.滞弹性变形ab：

此时的变形仍然是弹性的，此阶段很短一般不易观察到。

3.屈服前微塑性变形bc：

此时开始出现连续均匀地微小塑性变形，这种变形在卸除拉力后也不会完全消失，这阶段也很短不易与滞弹性变形准确区分。

4.屈服变形cde：

此时，杆件受拉伸外力的作用产生较大塑性变形，这种拉力不增加而变形仍能继续增加的现象，可以看作是金属材料从弹性变形到塑性变形的一个明显标志。

5.均匀塑性变形ef：

过了屈服点，必须进一步增大载荷，才能使杆件继续被拉长，这一阶段，随着杆件变形量的增加，其材料本身也会被不断强化，直到达到强度极限，这现象叫应变硬化。

6.局部塑性变形fg：

在拉力的继续作用下，应变硬化赶不上变形量，此时会在某个截面产生大量局部变形，使该截面积快速缩小，产生了缩颈现象，此时虽然外力不断下降，但缩颈部位面积迅速减小，因此缩颈处的实际应力仍在不断增长，缩颈部位的材料继续被拉长，直至拉断。

出现此变形的开始点f所对应的力为Fm，是拉伸过程所能承受的最大外力。

2.金属断裂和应力有什么关系？

解：

金属材料有一定的抗拉强度，在杆件某一截面受到的应力超过抗拉强度，达到断裂点，就会产生断裂。

3.受力大，金属一定会断裂吗？

在什么情况下会断裂？

解：

受力大并不一定会使金属断裂，只有受力超过强度极限，达到断裂点金属才会断裂。

4.避免金属零件断裂有哪几种方法？

（至少回答5种以上）

解：

1.首先思考机械的承载能力，选择适合的金属材料制造合适的零件。

2.考虑作用在材料上的力（同样的横截面，载荷作用于纵向时抗弯折能力更强。

）

3.从材料形状及重量思考，采用中空的环状梁不仅减轻重量，虽然横截面积减少，但可以保证其强度指标。

4.避免金属零件有切口裂纹或小孔存在，不然，应力会集中在这些地方，使其容易断裂。

5.尽量避免应力集中。

6.尽量避免其承受集中载荷，若不是必须，可使其尽量承受均布载荷。

7.对金属零件进行表面强化，如淬火，喷丸，渗，镀等。

8.减少金属零件内部缺陷。

9.采用金属基体复合材料

10.调整合适的使用时限

5.什么是复合材料？

举出5个复合材料的例子，并解释该例子中为什么使用复合材料，有哪些好处？

解：

复合材料是由两种或两种以上物理和化学性质不同的物质组合而成的一种多相固体材料，使各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使其综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

基体材料分为金属和非金属两大类。

{复合材料=基体材料+增强材料}

金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。

非金属基体主要有合成树脂、石墨、橡胶、陶瓷、碳等。

增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、石棉纤维、碳化硅纤维、晶须、金属丝和硬质颗粒等。

复合材料的特征：

1.材料结构的可设计性

2.机构整体性能好

3.抗疲劳性能好

4.破坏安全性好

5.成型工艺简单灵活

复合材料的性能不足之处：

1.横向拉伸强度和层间剪切强度低

2.断裂伸长率低，冲击韧性有时不好

3.制造时产品性能不稳定，分散性大，

质检困难。

4.老化性能不好

5.机械连接困难

6.成本太高

实例：

1.下水道井盖——

1.自重轻，玻璃钢井盖仅为铁盖的1/4，使用启闭轻便灵活。

2.强度高，抗冲击、振动、疲劳、断裂性能优于钢、铁等材料，用作承力结构的井盖，强度安全条件比铁井盖更易满足。

4.防盗失，玻璃钢产品无废品回收利用价值，用作井盖可避免钢铁井盖常被偷盗作废品卖的隐患，从而预防井盖盗失造成人、车掉入或卡在井内的交通事故，减少业主的经济损失和事故责任。

5.耐腐蚀，玻璃钢材料天然耐腐蚀，用作酸、碱、盐、污水等腐蚀介质环境的井盖，具有技术、经济竞争优势

2.汽车——

可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。

3.化工、纺织和机械制造——

有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。

4.医学领域——

碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收X射线特性，可用于制造医用X光机和矫形支架等。

碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性，生物环境下稳定性好，也用作生物医学材料。

5.航空航天领域——

复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。

6.强度有几种？

硬度和强度有关系吗？

硬度高的物体，强度一定高吗？

解：

首先，材料机械零件和构件抵抗外力而不失效的能力叫做强度。

强度包括材料强度和结构强度两方面。

材料强度——

材料强度是指材料在不同影响因素下的各种力学性能指标，影响因素包括材料的化学成分、加工工艺、热处理制度、应力状态、载荷性质、加载速率、温度和介质等。

按材料性质又分为脆性材料强度、塑性材料强度、带裂纹材料强度。

按载荷性质，材料强度又分为静强度、冲击强度、疲劳强度。

按环境条件，材料强度又可分为高温强度、低温强度和腐蚀强度等。

高温强度又可分为蠕变强度和持久强度。

结构强度——

结构强度是指机械零件和构件的强度。

涉及力学模型简化、应力分析方法、材料强度，强度准则和安全系数。

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。

根据受力种类的不同又可分为

1.抗压强度——材料承受压力的能力

2.抗拉强度——材料承受拉力的能力、

3.抗弯强度——材料对致弯能力的承受能力

4.抗剪强度——材料承受剪切力的能力

5.屈服强度——材料发生屈服现象时的屈服极限

强度和硬度是本质上不同的概念。

金属材料的各种硬度值之间，硬度值与强度值之间具有近似的相应关系。

因为硬度值是由起始塑性变形抗力和继续塑性变形抗力决定的，材料的强度越高，塑性变形抗力越高，硬度值也就越高。

但各种材料的换算关系并不一致。

如玻璃等硬而脆的物质虽然硬度大（变形与外力之比小）但强度小（在断裂之前能承受的总外力小）。

7.有哪些加工方法？

能理解并解释其原理。

解：

零件都是具有一定形状和性能的，是材料从不是所需要的外形和性能，变为所需要的形状和性能，这一过程通常称之为材料成型。

材料成型方法有铸造、焊接、锻造和冲压等。

机械加工也是方法之一。

按照零件由原材料或毛胚制造成为零件的过程中质量的变化可以分为以下三种原理。

质量小于零-材料去除原理（如雕刻，削苹果等）

质量等于零-材料基本不变原理（注塑，压铸等）

质量大于零-材料累加成型原理（快速成型，焊接技术等）

不同原理采用不同的成型工艺方法。

机械制造可分为手工加工和机器加工两大类。

手工加工又可分为划线工序、定心工序、切断加工、弯曲加工、锉削加工、钻孔加工、螺纹加工等。

1.划线工序：

为了精确标记剪断位置，使用记号笔或被称为蓝色清漆的专用颜料在工件的划线部位涂上颜料，然后用划针在涂层位置划出浅痕，这就非常清楚地标明了剪断位置，画圆时，则需要只用划线专用的划规。

2.定心工序：

为了使钻头刀箭对准所需位置，需要预先打好样冲眼。

（如果断面为正方形或长方形的棒料，则只需要用划针划出对角线，在其两线交点处预先打好样冲眼即可。

）要想在断面为圆形的棒料的中心处打出样冲眼，需要使用划针盘，并配有90度V形槽的V形铁和划针，将要划线的圆棒料放入V形铁的槽内，平行移动划针槽内的划针，并使工件数次旋转，进行划线操作。

（划线平台必须获得平面基准保证）划线工作完成后，就用具有两面钳口的虎钳夹紧工件，在标记位置放好中心冲，用榔头敲打中心冲，冲出样冲眼。

3.切断加工：

厚重工件可使用弓形锯进行切断。

（使用弓形锯的方法——双手握紧，重要的是锯切过程要施加压力。

锯切工件时不仅仅是用腕力，而是收紧双腋，利用身体移动的重心进行锯切加工，另外，随着锯切深度加大，锯切接触面积变大时，应改变锯切角度，以减少锯切接触面积。

）若想将薄金属板直线状剪断时，应使用剪板机，脚踏式剪板机是将工件夹在适当位置利用脚踏踏板开关进行剪断，如果钢板太厚，即使剪断也会使切口发生变形。

因此要选择，适宜的的厚度。

4.弯曲加工：

某些工件可使用适当大小的圆板，经过榔头敲击就能使工件光滑的弯曲。

再板的弯曲加工中，若板材比较薄，则可使用长木块敲击金属薄板即可完成加工。

若金属工件较厚则需要使用液压弯曲机，，将工件夹在液压弯曲机的V形槽中，进行弯曲加工。

若弯曲中空的管时，有时断面形状会发生畸变，这时可采取再管内灌入沙子缓慢弯曲等措施。

5.锉削加工：

手工作业中，必不可少的是使用钢制锉刀来去除工件表面的凹凸不平，或锉去工件切断后留下的毛刺等。

钢制锉刀按锉齿的大小分为粗齿锉、中齿锉、细齿锉及油光锉等，按断面形状分为平锉、方锉、圆锉、半圆锉、三角锉等不同类型。

进行锉削加工时首先使用虎钳牢固的固定住工件，钢锉刀的使用方法与弓形锯一致，双手握紧钢锉，摆动整个身体，一边施加压力一边进行锉削加工。

6.钻孔加工：

在塑料或木材上钻孔，只需使用手动钻头即可，若想在金属工件上钻孔，则需使用电钻，为确定加工的准确位置，需要将工件固定在支撑台上进行加工。

在进行精度要求高的钻孔加工时，采用使加工台与钻头在桌子上成为一体的台式钻床，其钻头在旋转的同时，通过上下的进给运动，在工件上完成钻孔加工。

另外，为了使钻头钻出的孔表面光滑且尺寸进度高，需要使用在圆筒形或圆锥形的本体上带有几条刀刃的铰孔刀，用铰孔刀替换手摇钻或台式钻床的钻头，就能进行铰孔加工。

7.螺纹加工：

是指在工件上加工内螺纹或外螺纹的方法，外螺纹使用板牙进行套螺纹，内螺纹使用丝锥进行攻螺纹。

板牙套螺纹加工要事先准备好与工件直径相匹配的板牙，加工时，一边将板牙压向工件，一边旋转，这样就能套出螺纹。

攻螺纹加工需要准备与工件内圆孔径相匹配的丝锥。

丝锥通常由三只组成一套，分为头锥、二锥及精准锥，适当的交换就能攻出螺纹。

另外为了攻螺纹，需要事先在工件上钻出螺纹底孔。

螺纹底孔直径是由所需螺纹直径乘以0.80~0.85获得。

例如，用丝锥加工直径为6mm的螺孔时，应选择直径为5mm的螺纹底孔。

机器加工——

1.车削：

工件旋转作主运动，车刀作进给运动的切削加工方法。

主要使用车床进行加工。

在车床上还可使用钻头、铰刀、丝锥、板牙等工具进行相应加工。

主要用于加工轴、盘、套、和其他具有回转表面的工件。

其特点是——〈1〉易于保证工件各加工面的的位置精度。

[2]切削过程平稳，允许采用较大的切削用量，高速切削，提高生产率。

[3]适用于有色金属零件的精加工。

[4]刀具简单，车刀制造、刃磨和安装均较方便。

2.铣削：

铣刀旋转做主运动。

工件或铣刀做进给运动的切削加工方法。

工件也可固定，由铣刀同时作主运动和进给运动。

铣削的特点——[1]铣刀各刀齿周期性的参与间断切削。

[2]每个刀齿在切削过程中的切削厚度是变化的。

[3]每齿进给量（毫米/齿），表示铣刀每转过一个刀齿的时间内工件的相对位移量。

铣削又分顺铣与逆铣，在加工中，铣刀旋转方向一般不变，但进给方向是变化的。

顺铣/逆铣——铣刀与工件接触部位的旋转方向与工件进给方向相同/相反。

顺铣特点——顺铣时，铣刀刀刃的切削厚度由最大到零，不存在滑行现象，刀具磨损较小，工件冷硬程度较轻。

切削时震动大，但表面光洁，适合精加工。

逆铣特点——逆铣时铣刀刀刃不能立刻切入工件，而是在工件加工表面滑行一段距离。

刀具磨损加剧，工件表面产生冷硬现象，切削平稳，振动小。

表面粗糙度较差，适合粗加工。

[1.机床精度好、刚性好、精加工，较适应顺铣，反之则适应逆铣。

2.零件内拐角处精加工强烈建议要用顺铣3.粗加工选逆铣，精加工选顺铣。

]

3.刨削：

刨刀与工件作水平方向相对直线往复运动的切削加工方法。

主运动——滑枕带动刨刀的直线往复运动。

进给运动——工作台带动工件的横向间歇直线运动。

刨削的特点——1.刨床结构简单，使用方便，通用性好。

2.其主运动为直线往复运动，反向时受惯性力影响，限制速度的提高。

而且刨刀为单刃刀具，返程时又为空行程，生产率低。

4.钻削：

钻削是用钻头或扩孔钻在工件上加工孔的方法。

在钻床上加工，工件固定不动，刀具作旋转运动（主运动）的同时沿轴向移动（进给运动）。

钻床主要类型有台式钻床、立式钻床、摇臂钻床等。

1.台式钻床简称台钻。

钻削中、小型工件上小孔。

2mm、6mm、12mm、16mm、20mm、单件小批量生产。

2.立式钻床加工中小型工件，用于单件小批量生产。

3.摇臂钻床在大型工件上钻孔，工件不动，钻床主轴能任意调整其位置。

可加工（钻孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、锪沉头孔、锪端面）。

5.镗削：

也叫镗孔，是车削加工的一种，车削内孔的加工工艺叫镗孔。

分为一般镗孔和深孔镗孔，一般镗孔在普通车床就可以，把镗刀固定在车床尾座或固定在小刀架上。

深孔镗孔则需要专用的深孔钻镗床，镗刀要加上镗秆，还要加上液压泵站利用冷却把铁屑排除。

6.磨削：

磨具以较高的线速度旋转，对工件表面进行加工的方法。

经热处理淬火的碳素工具钢和渗碳淬火钢零件，在磨削时，与磨削方向基本垂直的表面常常会出现磨削裂纹，不但影响美观，更影响质量。

磨削通常用于半精加工或精加工。

7.齿面加工：

成形法——用与被切齿轮齿槽法向截面形状相符的成形刀具切出齿形。

展成法——（包络法、范成法）：

利用齿轮刀具与被切齿轮的啮合运动，在专用齿轮加工机床上切出齿形的一种方法。

加工方法[1.铣削直齿圆柱齿轮，其特点是生产成本低、加工精度低、生产率低。

2.插齿法，（展成法）插齿运动——插齿刀上下往复运动作主运动，强制插齿刀与齿轮坯之间保持一对齿轮的啮合关系作分齿运动。

径向进给运动----切出齿深。

圆周进给运动----插齿刀的旋转运动。

让刀运动----防止擦伤。

]内孔和端面适合大批量生产，外圆和端面适合单件小批生产。

插齿法适用于内外直齿圆柱齿轮、间距小的双联和多联齿轮、内外螺旋齿轮。

3.滚齿法——滚齿机与齿轮滚刀。

齿轮滚刀相当于一个右旋螺旋齿轮。

轮齿原理——展成法。

滚齿运动——[1.主运动：

滚刀旋转。

2.分齿运动：

n工/n刀=K/Z。

3.垂直进给运动：

切出整个齿宽。

4.径向进给运动；切出整个齿深。

8.电火花成形加工：

利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工。

9.线切割加工：

线切割是电火花加工的另外一种形式，也叫电火花线切割。

但是线切割使用的电极是导线，通过电极丝与工件发生脉冲放电，对工件进行切割。

电极线一般为，钼丝，钨丝或铜丝。

10.电解加工：

利用金属在电解液中产生阳极溶解的电化学原理，对工件进行程序加工的方法。

特点——[1.工作电压小（6~24v），工作电流大（500~20000A）2.能以简单进给运动一次加工出形状复杂的型面或型腔。

3.可加工难加工材料。

4.生产效率高，约为电火花加工的5~10倍。

5.加工时无机械切削力或切削热，适用于易变形或薄壁零件的加工。

6.平均加工公差可达+-0.1mm左右。

7.附属设备多，占地面积大，造价高。

8.电解液既腐蚀机床，又污染化境。

]主要用于加工型孔、型腔、复杂型面、小直径深孔、膛线以及进行去毛刺、刻印等。

11.激光加工：

通过光学系统使激光聚焦成一个极小的光斑，从而获得极高的能量密度和极高温度。

在此高温下，任何坚硬的材料都将瞬时急剧熔化和蒸发，并产生强烈的冲击波，使熔化的物质爆炸式的喷射去除。

激光加工特点——[1.几乎对所有金属和非金属材料都可进行加工。

2.激光能聚焦成极小的光斑，可进行微细和精密加工，如微细窄缝和微型孔的加工。

3.可用反射镜将激光束送往远离激光器的隔离室或其他地点进行加工。

4.加工时无需刀具，属于非接触加工，无机械加工变形。

5.无需加工工具和特殊环境，便于自动控制连续加工，加工效率高，加工变形和热变形小。

12.超声波加工：

利用超声频振动的工具端面冲击工作液中的悬浮磨粒，由磨粒对工件表面撞击抛磨实现对工件的加工。

超声波加工适宜加工各种硬脆材料，特别是电火花和电解加工无法加工的不导电材料和半导体材料。

8.加工一个圆孔有几种方法？

请举出至少5种不同的加工方法。

解：

钻孔、铰孔、磨孔、拉孔、镗孔、扩孔、锪孔等。

1.钻孔是孔的粗加工方法，对于精度要求不高的孔，如螺栓的贯穿孔、油孔以及螺纹底孔，可直接采用钻孔。

2.扩孔是孔的半精加工方法，为减小钻削力及扭矩，提高孔的质量，一般用钻头钻出底孔，再用扩孔钻进行扩孔，则可较好的保证孔的精度和控制表面粗糙度，且生产率比直接用大钻头一次钻出时还要高。

3.铰孔的铰削过程不完全是一个切削过程，而是包括切削、刮削、挤压、熨平和摩擦等效应的一个综合作用过程。

铰孔是孔的精加工方法，铰刀是定尺寸刀具，切削液在铰削过程中起着重要作用。

4.镗孔可针对不同孔径的孔进行粗、半精、和精加工，并且可以修正前工序造成的孔轴线的弯曲、偏斜等形状位置误差。

5.拉孔拉削生产率高，精度高，质量稳定，拉削成本低，经济效益高，拉刀是定尺寸、高精度、高生产率专用刀具，制造成本很高，所以拉削加工只适用于批量生产，最好是大批量生产，一般不宜用于单件小批量生产。

6.磨孔，磨削是零件精加工的主要方法之一，可加工较硬的金属材料和非金属材料，如淬火钢、硬质合金和陶瓷等。

内圆磨削表面会略显粗糙，生产率低，磨削接触面积较大，砂轮容易堵塞，散热和切削液冲刷困难。

因此内孔磨削一般仅适用于淬硬工件的精加工，在单件、小批生产中和在大批量生产中都有应用。

9.什么是螺纹?

请举出至少10个应用螺纹的例子。

解：

螺纹是指在零件的圆柱或圆锥表面上，按一定的牙形加工成螺旋形的凸峰和凹谷相间的结构。

在外圆面上的叫外螺纹，在内圆面上的叫内螺纹，一般外螺纹叫螺栓，内螺纹叫螺母。

螺纹是由一个与轴线共面的平面图形[三角形、梯形、]绕圆柱面作螺旋运动则得到圆柱螺旋体，也就是螺纹。

例：

1.饮料瓶口

2.饮料瓶盖

3.管道连接口

4.螺丝钉

5.螺母

6.盘山公路

7.手拧固体胶棒

8.灯泡和灯头

9.水龙头

10.老式手电筒

11.红酒开瓶器

12.旋转笔帽

13.门口放的自动拧干拖把

14.活动扳手

10.如何加工或制造有螺纹的零部件？

至少举出5种不同的方法（提示：

除了常规方法，还有铸造，增材制造等方法）

解：

1.车削——车削螺纹是加工螺纹的最常用的基本方法，可用来加工各种形状、尺寸以及精度的内外螺纹，特别是尺寸较大的螺纹。

但是，其生产率很低，加工质量取决于工人技术水平以及机床、刀具本身的精度，所以主要用于单件小批生产。

对于不淬硬精密丝杠的加工，利用精密车床车削，可获得较高精度和较小表面粗糙度。

2.铣削——一般在专门的螺纹铣床上进行，根据铣刀结构不同，可分为：

[1]盘形螺纹铣刀加工----此方法适合于大螺距的长螺纹，加工精度较低，通常用作粗加工。

[2]梳形螺纹铣刀加工----若干盘形铣刀组合，常用在螺纹铣床上，一般加工短且螺距不大的三角形内外螺纹。

加工时工件只需要旋转一周多一点，就可以将全部螺纹切出，生产率高。

用这种方法可以加工靠近轴肩或是盲孔底部的螺纹，而且不需要退刀槽。

3.攻螺纹和套螺纹——对于小尺寸的内螺纹攻螺纹几乎是唯一有效的加工方法。

单件小批生产中，可以用手用丝锥手工操作，当批量较大时，则应在车床，钻床或者攻螺纹机上用机用丝锥加工。

4.螺纹磨削——螺纹磨削是一种高精度的螺纹加工方法，常在专门的螺纹磨床上进行，主要用于淬火后具有高硬度和高精度的螺纹，如丝锥，螺纹量规，滚丝轮，以及精密传动螺杆上的螺纹等。

螺纹在磨削之前，可用车、铣等方法进行加工，对于小尺寸的精密螺纹，可以直接磨出。

5.模具加工——用成形滚压模具使工件产生塑性变形以获得螺纹的加工方法。

螺纹滚压一般在滚丝机。

搓丝机或在附装自动开合螺纹滚压头的自动车床上进行，适用于大批量生产标准紧固件和其它螺纹联接件的外螺纹。

表面粗糙度小于车削﹑铣削和磨削；滚压后的螺纹表面因冷作硬化而能提高强度和硬度；材料利用率高；生产率比切削加工成倍增长，且易于实现自动化；适用于大批量生产标准紧固件和其它螺纹联接件的外螺纹。

6.螺纹铸造——将熔化的金属液浇注到具有与螺纹相适应的铸型型腔中，待其冷却凝固后，获得零件或毛坯。

其特点是1.节约金属，节省工时。

2.尺寸重量不受限制。

3.可适应各种材料。

4.原材料来源广，价格低廉，可回收利用。

7.3D打印——分层制造，逐层叠加。