1、普 通高 等教 育“十五”国家 级规 划教 材(高职 高专 教育)机 械 制 造 基 础 实 习(非 机械 类专 业适 用)周大 恂 李 平 主编高等 教育 出版 社内容提要本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材,是根据高职 高专非机类 专业学 生金工 实习的 教学要 求,结 合 作者多年从事金工实习教学的经验编写而成的。主要内容包括机 械制造过 程概述,机械 工程材 料基本 知识,铸 造,锻压,焊接与胶接,工程塑料及橡胶的成形加工,机械切削加工,钳工,管工,现代机械制造技 术与特种加 工共 十章及附录。每章都有详细的实习、实训指导。本书力求内容精炼,重点突出。此外,为适应现 代制造技术 的
2、发 展,本书增加了数控加工、特种加工的实习内容以及以注塑加工为主的非金属材料成形的实习。本书可作为高职、高专及成人院校非机械类专业教学用书。也可供有关的工程技术人员参考。 图书在版编目( CIP)数据 机械制造基础实习周/ 大恂,李平主编. 北京: 高等教育 出版社,2003. 7 ISB N 7 - 04 - 012549 - 8 . 机. . 周. 李. . 机械制造工艺 - 实习 - 高等学校 - 教材 . T H 16 中国版本图书馆 CIP 数据核字 (2003)第 045273 号策划编辑 赵 亮 责任编辑 李京平 封面设计 于 涛 责任绘图 朱 静 版式设计 马静如 责任校对 胡
3、晓琪 责任印制 出版发行 高等教育出版社 购书热线 010 - 64054588社 址 北京市西城区德外大街 4 号 免费咨询 800 - 810 - 0598邮政编码 100011 网 址 http:/w/ w w. hep. edu. cn总 机 010 - 82028899 http:/w/ w w. hep. co m. cn经 销 新华书店北京发行所印 刷 开 本 7871092 11/6 版 次 年 月第 版印 张 13 印 次 年 月第 次印刷字 数 310 000 定 价 24. 70 元(含光盘)本书如有缺页、倒页、脱页等质量问题,请到所购图书销售部门联系调换。版权所有 侵权
4、必 究出 版 说 明为加强高职高专教育的教材建设 工作,2000 年 教育部 高等 教育 司颁发 了关 于 加强 高职 高 专教育教材建设的若干意见(教 高 司200019 号 ), 提出 了“ 力 争经 过 5 年的 努 力, 编 写、出 版 500 本左右高职高专教育规划教材”的目标, 并将高职高专教育规划 教材的 建设工作 分为两步 实 施:先用 2 至 3 年时间, 在继承原有教材建设成果的基 础上, 充分 汲取 近年来 高职 高专院 校在 探 索培养高等技术应用性专门人才和教材建设方面取得 的成功 经验, 解 决好高 职高 专教育 教材 的 有无问题;然后, 再用 2 至 3 年的时
5、间,在实施新世纪高职高专教育人才培养模式和教学内容体 系改革与建设项目计划立项研究的基础上, 推出一批 特色鲜 明的 高质量 的高 职高 专教育 教材。 根据这一精神,有关院校和出版社从 2000 年秋季开始,积极组织编写和出版了一批“ 教育部高职 高专规划教材”。这些高职高专规划教材是依据 1999 年 教育 部组织 制定 的高职 高专教 育基 础 课程教学基本要求( 草案)和高职高专教育专业人才培养目标及规格( 草案)编写的, 随着这些 教材的陆续出版,基本上解决了高职高专教材的有无问题, 完成了教育部高职高专规划教材建设 工作的第一步。2002 年教育部确定了普通高等教育“十五”国家级教
6、材规 划选题, 将高 职高专教 育规划教 材 纳入其中。“十五”国家级规划教材的建设将以“实施精品战略, 抓好重点规划”为指导方针, 重点 抓好公共基础课、专业基础课和专业主干课教材的建设, 特别要注意选择一部分原来基础较好的 优秀教材进行修订使其逐步形成精品教材;同时 还要扩大 教材 品种, 实现 教材 系列 配套, 并处 理 好教材的统一性与多样化、基本教材与辅助教材、文字 教材与 软件 教材的 关系, 在 此基础 上形 成 特色鲜明、一纲多本、优化配套的高职高专教育教材体系。普通高等教育“十五”国家级规划教材(高职高专教育) 适用于高等职业学校、高等专科学校、 成人高校及本科院校举办的二
7、级职业技术学院、继续教育学院和民办高校使用。教育部高等教育司2002 年 11 月 30 日前 言本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材, 是根据高 职高 专非 机类专 业金 工实习 课程 教 学基本要求,并结合近几年高职高专教育教学改革 的经验及 我国 经济 建设和 科学 技术发 展的 实 际需要而编写的。一、编写本教材的目的1. 人们在生产、生活、工作中经常遇到一些机械制造产 品、设 备的使 用和维护、运行 及管理, 甚至简单的保养和修理问题。随着科技进步和经济的发展,社会需要复合型人才, 很多高职高专 非机类专业(例如自动化、应用电子、建筑材料、建筑工程、水电工程、石油化工、交通运输、
8、农林加 工、企业管理、经济贸易等), 也需要了解和初步熟悉机械制造的基本知识。2. 通过教师讲授、学生自学和实 习实训, 理 论联 系实际, 强 化实 践教 学, 使学 生 了解 和熟 悉 有关毛坯成形和零件加工的感性知识,为今后的学习和工作打下良好的实践基础。二、本教材的特点1. 以拓宽知识面, 培养复合型人才为目标,出于对非机类 专业学生 不从事 机械制造 的考虑, 精简了以前教材中过多的原理论述,着重阐明基 本原理和 基本 概念, 增加 实用 性知 识,将 理论 课 内容与实习实训整合融为一册。2. 重视学生知识、能力培养的综 合性和 应用 性, 专业覆 盖面 大, 可供 不同 专业 选
9、 讲和 实习, 更具有针对性和灵活性。并编写了管工的基本知识和实训。3. 在内容取舍上, 对以前传统的内容进行筛选,保留了常 用而有效 的工艺 方法, 增加了工 程 塑料成型加工、数控机床等新材料、新技术、新工艺的介绍, 以开拓学生视野,启发创新意识。4. 为培养学生综合素质, 简单介绍 了技 术经济 分析 概念, 以及 环境 保护 和可 持 续发 展的 有 关知识。5. 材料牌号、名词术语均采用最新的国家标准。6. 内容由浅入深, 语言通俗易懂,每章后有适量的复习思考题, 便于学生自学和复习。 本教材共 10 章, 内容包括机械制造概述、机 械工程 材料、铸 造、锻压、焊接 与胶 接、工 程
10、塑 料及橡胶成形加工、机械切削加工、钳工、管工以及 现代机 械制造 技术 与特 种加工。 为适应 我国 加 入 W T O 的需要, 教材附录列有实习中常用中英文名词术语。三、实习要求和规则 1. 实习基本要求 了解毛坯制造和零件加工的主要方法、工艺过程、工艺特点及应用。 了解主要设备的结构,刀具、量具和辅助工具的选用。 独立操作主要工种,通过实训制作简单的零件。 用技术经济分析的观点,了解机械制造中主要生产过程的一般规律。 2. 实习规则 实习时按规定穿戴好劳 动防 护用 品, 不 穿 拖鞋、高跟 鞋, 不 带 与实 习 教 学无 关 的书 报 杂 志、随身听、复读机、收音机等进车间。 遵守
11、实习纪律,不迟到、不早退,有事有病请假。认真实习, 不怕脏、不怕累。 尊重教师和指导师傅,注意搞好师生关系。实习时专心听讲, 仔细观察,做好笔记。 爱护公共财产,注意节约用水、电、油和原材料, 降低消耗。 严格遵守 各实习工 种的安 全技术, 不准 在实习时 打闹, 杜绝事 故发生, 做到 文明实 习, 并 搞好车间的清洁卫生。参加本教材编写的有周大恂教授(前言、绪论、第三章, 附录)、李平副教授(第二章、第五章)、 常家东副教授(第一章、第八章), 窦凯副教授( 第六章、第十 章), 李 长胜副 教授 (第 七章 )、赵长 海 副教授(第九章),王明旭高级工程师( 第四章) 。本教材由 周大
12、 恂、李平担 任主 编并 负责统 稿, 本 书由司乃钧教授审阅。本教材编写得到有关学校教师的大力支持, 编者在此一并感谢。由于编者水平有限,书中难免有不妥之处, 恳请读者批评指正。编 者2003 年 1 月目 录绪论1第一章 机械制造过程概述3 1 - 1 基本概念3 1 - 2 技术经济分析概念和优化管理4 1 - 3 机械制造业的安全和环境保护6 复习思考题7第二章 机械工程材料基本知识8 2 - 1 机械工程材料的主要性能8 2 - 2 金属材料10 2 - 3 钢的热处理18 2 - 4 非金属材料与复合材料20 2 - 5 机械零件失效分析及选材22 复习思考题24第三章 铸造25
13、3 - 1 砂型铸造25 3 - 2 分模造型工艺33 3 - 3 机器造型及特种铸造37 3 - 4 铸件成本分析43 复习思考题45第四章 锻压46 4 - 1 自由锻46 4 - 2 模锻及特种锻造简介55 4 - 3 板料冲压57第五章 焊接与胶接65加工174 5 - 1 焊接基本知识65 10 - 1 数控加工174 5 - 2 焊条电弧焊66 10 - 2 现代机械制造技术简介184 5 - 3 气焊与气割简介73 10 - 3 特种加工187 5 - 4 电阻焊和钎焊简介78 复习思考题192 5 - 5 焊接新技术简介79机械制造常用中英文对照193 复习思考题64 复习思考
14、题 85第六章 工程塑料及橡胶的成形加工86 6 - 1 注射成形加工86 6 - 2 其他成形加工92 6 - 3 橡胶制品的成形加工及设备97 复习思考题98第七章 机械切削加工99 7 - 1 切削运动和零件的加工质量99 7 - 2 车削加工106 7 - 3 铣削、刨削、磨削加工119 7 - 4 常见表面的加工方法和典型零件 的工艺过程128 7 - 5 机械加工零件的结构工艺性134 复习思考题136第八章 钳工137 8 - 1 划线、锯削、锉削137 8 - 2 钻孔、攻螺纹、套螺纹148 8 - 3 简单机械产品的拆装154 复习思考题159第九章 管工160 9 - 1
15、管工的基本知识160 9 - 2 管工操作166 复习思考题172第十章 现代机械制造技术与特种 5 - 6 胶接81主要参考书目197绪 论 一、机械 制造业在 经济建设和 发展中的 作用人们在生产和生活中离不 开机 械 产品。从 出行 用 的自 行车、汽 车、轮 船、火 车、飞机, 到高、 精、尖的仪器设备, 都与机械制造业有关。虽然机械产 品种类 繁多, 但 其制造 过程 都有一 个共 同 规律:从原材料选择到毛坯制造, 然后经过机械加工和热处理,最后装配成符合设计要求的产品。 因此,机械制造过程包括材料、铸造、锻压、焊接、热处理、切削加工及装配等多方面的加工内容。机械制造业在国民经济建
16、设和发展中发挥着重要作用,各个领域都离不开制造业, 如用于生 产各种产品的机械(轧钢机、纺织 机等 )、能 量转 换 机械 ( 发电 机、电 动机 等) 、生活 中 应用 的机 械 (洗衣机、钟表等)、服务性的机械(汽车、复印机等)、武器(坦克、导弹)等。回顾机械制造业的发展历程,中华民族的祖先为人类文明做出了巨大的贡献。远在 3000 多 年前的商代,就有成熟的冶铸青铜技术, 制造了重达 875 kg、造 型精美的 青铜祭 器司 母戊鼎。 春 秋时期,我国开始大量使用铁器。明朝科学家宋应星所著天工开物一书, 记载有冶铁、铸造、锻 造、淬火等各种金属加工方法, 是世界上有关金属加工最早的科学著
17、作之一。这些都充分反映出 我们先辈的聪明才智和高超技术。近几十年来,我国机械制造业为其他行业( 例如冶金矿山、石油化工、交通运输、电工电子、航 空航天、建筑工程、能源环保、国防军事以及农业、商业等)和科研提供了大量先进、适用的技术装 备,因而成为国民经济建设和发 展的重 要支 柱。从我 国神 舟号 航天飞 船升 空并 成功 返回, 到 30 万吨大型油轮的下水 出海, 以及 目 前世 界 上惟 一 采 用全 焊 接技 术 的全 钢 拱 桥 上 海卢 浦 大 桥 在 2002 年 11 月顺利合龙,无 不 浸透 着 千 百万 科 技工 作 者和 技 术工 人 的 心血 和 勤奋。 进 入 21
18、世 纪,作为一项可持续发展的抉择, 我国西起新 疆、东 至上 海, 跨越 10 个 省市, 全 长 4 000 k m 的 天 然气“西气东输”工程,2002 年 7 月全线开工,预计 2005 年竣工,总投资 1 430 亿元。它的建设促 进了产业和能源结构的调整,有利于经济发展。其规模不亚于长江三峡工程, 举世瞩目。它的管 道建设投资 463 亿元, 使 用 钢 材 174 万 吨, 选 用 优 质 低 合 金 钢 焊 接 成 管 径 1 016 m m 、抗 压 10 M Pa(兆帕)的输气管 道。这 必须 要有 金 属材 料和 焊接 技术 的 可靠 保证。也 让 人们 看 到了 新 材
19、 料、新技术、新工艺在生产和建设中的广泛应用,看到了机械制造业对社会进步做出的成绩。当今世界,科学技术发展迅猛, 很多机械产品(例如我国研制的 6 000 m 水下机器人 )涉及 许 多方面新的知识领域。现在, 机械 制造 业 已大 量采 用计 算机 辅 助设 计 ( C A D )、计 算 机辅 助制 造 ( C A M )。同时, 作为现代机械制造基础 的数 控加工 技术 也得 到广 泛应 用。今 后, 随 着社 会的 发 展,机械制造业会把先进技术与经济效益、社会效益更加紧密结合,遵循环保和可持续发展原则, 依靠科技进步、人的创新能力、良好的经营管理,为 我国全面 建设 小康 社会和 国
20、民 经济的 发展 做 出贡献。 1 二、本课 程的任务 和学习方法高职高专非机类机械制造基 础实 习 是众 多非 机类 专业 学 生应 学习 的一 门综 合 性技 术基 础课。1. 本课程的任务 通过理论教学与实习实训,使学生达到以下基本要求:(1) 了解从材料选择到制成机械 产品过 程的 生产及 管理 的一 般规律, 并 培养 可持续 发展 和环保意识;(2)正确掌握金属和工程塑料的主要加工方 法,了 解毛坯 和零 件的加 工工 艺过 程,在 实训 中 培养初步的操作技能;(3) 帮助学生学习和巩固在实习中( 包括参观企业生产现场、指导教 师演示、实物展 示讲解、 师生课题讨论、各工种操作实
21、训等) 所接触到的感性知识,提高学生的素质。2. 本课程的学习方法 本课程涉及的知识面较广,实践动手能力的培养十分突出。要求学生根据教学内容, 理论联系实际,认真对待本校安排的实习实训( 建议安排 23 周),培养初步的操作技能, 并注意观察周 围的各种机器设备,结合自学和适量的课堂讨论, 巩固所学知识。本课程除重视操作实训外,还应注意配以电化教学等现代教学手段。 2 第 一 章 机 械 制 造 过 程 概 述1 - 1 基 本 概 念 一、机械 制造工艺 过程与工艺 规程企业为满足市场的需求,开发一种新的机械 产品, 必须 经过 市场调 研、产品 设计、生产 制造、 销售服务及访问用户等一系
22、列过程。这个过程形成 了企 业的生 产经 营系统。 在该 系统中, 由 原 材料到成品之间各个相互关联的劳动 过程 总和, 称为 生产 过程。 机械产 品的 生产过 程包 括: 原 材料及半成品的运输保管生产准备毛坯制造零件的机械(切削) 加工和热处理机械产品 的装配产品校验、试车、油漆和包装等。机械工程材料的成形加工包括铸造、锻压、焊接 与胶接、粉 末冶 金、烧 结成 形、切削加 工等 几 类加工工艺方法。在机械产 品生 产中, 利 用设备、工 具及 一定 方法, 按照 一定 的顺 序, 使毛坯 或原 材料 改变 形 状、尺寸、相对位置和表面质量,使之成为符合技术要求的零件并装配产品, 这个
23、过程称为机械制 造工艺过程,如图 1 - 1 所示。由此可见,工艺过程是生产过程的主要组成部分。图 1 - 1 机械制造工艺过程机械制造工艺过程由工序、安装、工步、工位及 走刀组 成, 工序 是工艺 过程 的基 本组成 部分, 也是安排生产计划的基本单元。工序是指一个( 或一组 )工人 在一 个工作 地( 或一 台机 床) 上, 对 同一个(或同时对几个) 工件连续完成加工的那一部分工艺过程。对于同一个零件或产品,其制造工艺过程可能 是多种 多样 的, 但在一 定的 生产 条件下, 可 制 定一个最为经济合理的工艺过程。把这一合理的工艺 过程写 成技 术文件 用来 指导 生产, 这种 技 术文
24、件称为工艺规程。大多数的零件不能只用一台设 备完成 机械 (切 削) 加工, 而 必须用 多台 设 3 备,在多个工作地点才能完成加工。例如, 汽车的曲轴 仅完成 金属 切削加 工通 常就 需要 20 多 台 不同设备,这就要求技术人员不仅要正确选择零件表面的加工方法, 而且还要科学地安排各种加 工的先后次序,制定经济合理的工艺规程, 以便高效地加工出合格零件。 二、生产 纲领与生 产类型1. 生产纲领在每昼夜开一定工作班数的情况下,每年生产 规定产 品的 数量, 称为 该产 品的 生产纲 领, 也 可称为该产品的年产量。在制定零件的工艺规程时, 必须知 道产 品的 生产纲 领及 该零件 的生
25、 产 纲领。2. 生产类型 根据生产纲领大小的不同,可以分为三种不同的生产类型: (1) 单件生产生产的产品极少重复生产,甚至完全不重复生 产, 因而工 作地 的加工 对象 经常 变换, 这种 生 产类型称为单件生产。例如重型机械生产车间、工具车间、机修车间等的生产。(2) 成批生产 成批地制造产品,通常是周期性地重复生产某种产品, 因而工作地的加工对象也是周期性的轮换,这种生产类型属于成批生产。例如机床制造厂、机车车辆厂等的生产即属此类。按批量的 大小,成批生产又有小批生产、中批生产和大批生产之分,其中小批生产接近单件生产, 大批生产 则接近大量生产。(3) 大量生产 同一产品的生产数量很大
26、,大多数工作地经常是重复地进行一种零件的某一工序的加工, 这种生产类型称为大量生 产。例 如汽 车、拖 拉机、自 行车、洗 衣机、电 冰 箱等 的生 产。在 大量 生 产 中,每经过一定时间即生产出一个零件, 这段时间称为 节拍, 大量 生产 是严格 按一 定的节 拍进 行 的。1 - 2 技 术经 济分 析概 念和 优化 管理 一、技术 经济分析 的概念人类进入 21 世纪, 更加强调经济发展和技术进 步。在生 产中, 人 们总是 希望 以较低 的成 本 生产更多更好的产品,满足社会需求。技术经济分析就是从经济的角度来研究技术问题, 对生产 中实施的各种技术方案的经济效果进行分析、比 较,以
27、 达到技 术先 进与经 济合 理的 最佳结 合, 取 得好的经济效益和优化的资源配置。在机械制造业,也有同样的问题需要考虑和解决。技术经济分析的主要参数是成本。零件的实际生产成本是制造它所开支的总费用。工艺成 本是指与工艺过程有关的那一部分费用,占零 件生产成 本的 70 % 75 % 。因 此, 对机械 制造 工 艺过程而言,技术经济分析只对工艺成本进行 分析、比较。技 术经 济分析 涉及 的因 素较多, 具 有 明显的综合性。例如毛坯的生产批量影响成形工艺(见表 1 - 1), 同时也影响成本(见表 1 - 2) 。 4 表 1 - 1 不同生产类型适宜的成形工艺方法单件小批生产成 批 生
28、 产大量(连续)生产(1) 型材锯割、热切割下料(2) 木模手工砂型铸造(3) 自由锻(4) 弧焊(手工、通用焊机)(5) 冷作(旋压等) (1) 型材下料(锯、剪)(2) 砂型机械造型(3) 模锻(4) 冲压(5) 弧焊(专机)、钎焊(6) 压制(粉末冶金)(1) 型材剪切(2) 机器造型生产线(3) 压铸(4) 热模锻生产线(5) 多工位冲压、冲压生产线(6) 压焊、弧焊自动线表 1 - 2 不同生产类型对企业管理和生产成本的影响 生产类型 内 容 大批量生产成批生产单件小批生产产品品种单一或少数几种较多很多每种产品的产量很大较大很少或单个工作地担负的工序数目很少,一般为 1 至 2 道工
29、序较多很多,常达到 20 个以上生产设备采用高效率的专用设备既有专用设备又有 通用设备大多采用通用设备设备布置按产品工艺加工的顺序 排成流水线或自动线处于大量和单件生产 之间,兼而有之相同设备集中排列 在一起设备利用率高中等低品种变化能力差较好好产品设计对机械行业要求按标准化 设计,“三化”程度高对“三化”有一定 要求,但较低单独设计,“三化” 程度低对劳动定额的要求要求精细有粗有细比较粗略对工人技术水平的要求技术专一处于大量和单件生产之间多技能计划管理工作单一比较复杂复杂劳动生产率高中低生产成本低中高 注 :“ 三 化”是 指 产 品 的 标 准 化 、系 列 化 和 通 用 化 。例如生产
30、小套筒零件,可用铸造、锻造、型材切削加工或粉末冶金方法来制造, 这就要根据零 件的结构、性能、生产批量和企业生产条件来制定成 形工 艺方案。 但是, 不同 的成 形工艺 方案 取 得的经济效果是不同的,它应是已有生产条件下最优技术方案和经济效果的结合。 二、现代 机械制造 业生产及管 理的进展机械产品的生产过程一般都比较复杂,为了便于组织生产和提高劳动生产率, 取得较好的经 5 济效益,现代机械制造业的发展趋势是组织专业 化生产, 例如 采用 大量生 产方 式的 汽车厂、拖 拉 机厂,大多在本厂制造主机、底盘、车架等, 用其他 工厂生 产的 玻璃、轮胎、轴 承、电器、仪表、灯 等 零部件进行装
31、配来完成整车的制造。现在有企业改革了传统的大量生产方式,实施“ 精益生产”这样一种新的生产方式, 其基本原 理是:调动人的主观能动性, 简化 一切 不 必要 的工 作内 容。它 以“并 行 工程”为基 础, 依 靠“即 时 制”、“成组技术”和“全面质量控制”三个支柱进行运作。将采用大量生产方式的某汽车公司与实 施精益生产的丰田汽车公司比较,前者每辆汽车总装工时 为 40 h, 后者为 18 h, 前者 平均零件 库 存时间为 2 周,后者仅为几 个小 时。显 然,“ 精 益生 产”既 有新 的制 造 技术, 又 有新 的 管理 方式。 同时,也反映出以市场为核心的设计、开发、制造、经营这样一
32、种全局系统的创新理念。为使工厂具有较强的适应性和竞争力,很多企业 逐步用 系统 的观 点处理 生产 过程各 个环 节 及其之间的关系。他们用系统 工程 学的 原理 和方 法 组织、指 导生 产, 使 企业 的生 产 和管 理科 学 化,使企业更好地适应市场变化, 开发和生产新产品,使产品质量更好, 成本更低。近些年来,世界上出现了一个新的科学门类“ 工业工程学”, 它是关于各类社会化组织有 效运作的科学,是一门以系统效率和效益为目标的工程技术, 它对包括制造业在内的企业的实际 工程与管理问题进行分析、优化与管理, 在美国、西欧等工业发达国家广为应用, 在我国还是一个 新生事物,目前正在被一些企
33、业探索试用。1 - 3 机 械制 造业 的安 全和 环境 保护 一 、安全生 产机械制造企业依靠安全技术和安全规程来保证安全生产。管理者和工人在机械制造生产过 程中接触到许多以电为能源的机械设备,并经常 受到诸如 铸造、锻 造、热处理 等各 种加热 炉的 高 温以及热处理和表面处理各种化学溶液的腐蚀性或 有毒 化学介 质的 影响。所 以, 安全生 产的 重 点是针对触电、灼伤、机械损伤、高温灼伤、化学灼伤的防护,企业职工必须掌握和运用安全技术, 严格执行安全规程,确保生产正常进行。企业管理者应该把安全生产作为管理的第一要务, 因为 安全 生产 是企业 取得 经济效 益的 保 障。这不仅是“以人
34、为本”的企业理念的一种体现, 同时 也是应 尽的 社会 责任。现 在已有 人在 积 极研究工业工程中的工效学,它的应用可以全面 改善人们 的工 作环 境,加 强劳 动保 护和安 全, 可 使生产过程中的工伤减少到最低限度,同时提高企业的生产和经济效益。 二、环境 保护和可 持续发展随着全球经济的快速发展,人 类的生 存环 境也受 到严 峻的 挑战。 100 多 个国 家 参加 的联 合 国全球环境与发展大会,共同签署了地球宣言, 一致 提出要 遵循 持续发 展的 模式。“清 洁生产”、 “绿色生产”就是这样应运而生的先进科学技术, 其目标是 从产 品设 计,原 材料 开采 与选用, 到 产 品
35、的制造和使用,甚至废气废品的处置, 都不致损害环境,都应符合持续发展的原则。在 2002 年 9 月可持续发展世界首脑会议上, 我国 全面阐 述可 持续发 展的 主张, 对解 决全 球 6 问题产生了重要影响。在我们的生产和工作中,要注意可持续发展和环境保护, 有责任使包括机 械制造业在内的各行各业的生产减少和避免环境污染, 把经 济建 设和 发展建 立在 生态可 持续 能 力和人与自然协调的基础上。我们应在生产和消费中遵循“六 R 原则”: Reduce降低生产和消费的能源资源消耗; Reuse对能源和原材料实行重复使用; Recycle循环利用资源和能源; Rene wable开发和利用可
36、再生资源能源; Replace采用符合发展的替代技术和替代产品; Recovery加强对遭受破坏的生态环境的恢复和重建。 人们在选择材料时,应注意其环保性, 要以无毒无 害的材 料代 替有害 材料 和产 品,尽 可能 对材料采取循环利用和重复利用。 生产中,必须重视金属成形加工的环保性。在选择毛坯制造方法和零件加 工成形工 艺时, 除考虑经济指标外,还须考虑环保指标, 要求选择的加工 工艺方 案对 工人的 健康 没有 危害, 对环 境 没有污染,并且尽可能采用先进的技术和先进的制造设备。目前,热加工成形方法普遍存在着粉尘和废气的污染, 应考虑选择污染小的工艺配方或工艺 材料,安装废气处理或粉尘
37、收集设备。毛坯应尽量 提高制 造精 度, 减小切 削加 工量, 从而 减少 动 力消耗,间接对环境保护作出贡献。金属切削加工时也会对周围环境产生污染,为了保护生产环境, 必须治理机床的跑气、漏水、 漏油等问题,提高润滑密封的效果。另外还应尽量不采用产生噪音的工艺制造方法, 提高机床设 备传动系统传动件的制造精度 和装 配精 度, 以 及对 设备 采取 降噪 技 术和 隔音 措施, 降低 噪声 污 染。各种毛坯制造和金属加工成形过程中产生的废弃物,必须经过处理后才能排放, 有条件的企 业应尽可能对废弃物进行综合利用,减少废弃物对环境的污染。 复习思考 题1. 简述自行车轴的制造工艺过程。2. 试
38、分析小套筒零件用铸造成形工艺制造,在单件生产和大量生产时的成本。3. 机械制造中,有哪几种不同的生产类型 ?4. 人们在生产和工作中,应该如何注意保护环境 ? 7 第 二 章 机 械 工 程 材 料 基 本 知 识工程材料根据其组成特点,可分为金属材料、非金属材料和复合材料;根据材料的使用性能, 可分为结构材料和功能材料;根据材料的用途可分为机械工程材料、信息工程材料、能源材料、生 物材料、建筑材料等。- 9近年来,人们不断发现和研制出新的材料。例如纳米材料, 由于其为纳米级(1 n m = 10m )的超细组织结构,而具有特殊的力学性能或物理 性能, 受到人 们极 大的关 注, 现已 逐渐成
39、 为被 采 用的结构材料和功能材料。2 - 1 机械 工程 材料 的主 要性 能机械工程材料因成分和处理方法不同其性能也不 同,工 程技 术和 管理人 员在 选材及 经营 中 必须了解其主要性能。机械工程材料的性能一般分为使用性能和工艺性能两类。使用性能是指 材料在使用过程中所表现出的性能,如物理性能、化学性能和力学性能等。工艺性能是指材料在 加工过程中所表现出的性能,如铸造性能、锻压性能、焊接性能、机械加工性能等。 一、机械 工程材料 的力学性能材料的力学性能是指材料在外力(载荷) 作用下所表现出来的抵抗能力。根据材料所受载荷 性质不同,材料的力学性能可分为静载条件下的力学性能, 如强度、塑
40、性和硬度等; 交变载荷条件 下的力学性能,如疲劳强度等; 动载条件下的力学性能,如冲击韧度等。1. 强度和塑性材料的强度和塑性是通过静拉伸试验得到的。材 料的强 度均 以应力 来表 示, 材料受 载荷 作 用时,在其内部产生的与外力相等的抗力 称为 内力, 单 位横截 面积 上的内 力称 为应 力, 用符号 表示。强度指标主要有屈服强度和拉伸强度。 屈服强度是指试样在试验过程中外力不增加,仍能继续进行塑性变形时的应力, 其值的大小用屈服点的应力 s (单位为 M Pa)来表示:式中 Fs 试样产生屈服时的载荷, N ;FsSs =02S0 标准试样原始截面积, m m 。抗拉强度是指试样在拉断
41、前所能承受的最大拉应 力,其 值的 大小 用材料 所能 承受的 最大 应 力 b ( 单位为 M Pa) 来表示: 8 FbSb =0式中 Fb 标准试样在拉断前所承受的最大载荷, N ;2S0 标准试样的原始截面积, m m 。强度判 据是 设计机 械零 件和检 验材 料质 量的基 本依 据, 材料 在使用 中, 强度 应大于 使用 抗 力,才不致使零件或构件发生塑性变形和断裂。塑性是指材料在外力作用下,产生永久变形( 即塑性变形)而不至引起断裂的能力, 静拉伸试 验测得的塑性,用断后伸长率和断面收缩率来表示。断后伸长率 是试样被拉断后,标尺长度的伸长量与原始标距长度的百分比:Lk - L0
42、L =0式中 L0 试样原始的标距长度, m m ; Lk 试样拉断后的标距长度, m m 。 100 %越大,材料的塑性越好; 反之,材 料的脆 性大。 塑性对 于选 择材 料和加 工工 艺具有 指导 意 义,对于冷变形加工的零件和安全可靠性高的构件, 往往选择塑性好的材料。2. 硬度 硬度是指材料抵抗局部变形,尤其是塑性变形、压痕或划痕的能力,是衡量材料软硬的判据。硬度能够反映金属材料在化学成分、组织和热处 理状态上 的差 异, 是检验 产品 质量、研制 新材 料 和确定合理的加工工艺所不可缺少的检测性能之一, 同时硬 度试 验还 是力学 性能 试验中 最简 便 的。硬度的试验方法很多,最
43、常用的有布氏硬度、洛氏硬度等。布氏硬度用符号 H B 表示(淬火钢球测定时用 H B S 表示,硬质合金球测定时用 H B W 表示) 。 目前,布氏硬度试验法主要用于铸铁、非铁金属以及经退火、正火和调质处理的钢材的硬度测定。 洛氏硬度是在洛氏硬度机上进 行测 定的, 洛氏 硬度 用 H R 表 示, 常用 的标 尺有 H R A 、H R B、H R C 。 H R A 用于硬度合金、表面淬火层、渗碳层的硬度测定; H R B 用于 非铁合金 及退火、正火 钢 的硬度测定; H R C 用于淬火、调质钢的硬度测定。3. 冲击韧度机械零件在工作过程中,不仅受静载和交变载 荷的作 用, 有时 还受冲 击载 荷的 作用, 如内 燃 机的连杆和活塞销、破碎机的锤头等。因此, 在零件的 设计中 不仅 要考虑 材料 的强 度,还 要考 虑 材料的冲击功或冲击韧度。冲击韧度是指材料在外力作用下抵抗冲击的能力, 工程 上常 用一 次摆锤 冲击 试验来 测量 金 属材料的冲击 吸 收功, 由 国 家标
