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第1章 一般生产性考虑1

1.1主要材料的考虑1

1.1.1材料选择考虑的因素3

1.1.1.1抗拉强度3

1.1.1.2弹性极限3

1.1.1.3屈服强度3

1.1.1.4弹性模量3

1.1.1.5塑性4

1.1.1.6硬度4

1.1.1.7韧性4

1.1.1.8强度重量比4

1.1.1.9冲击韧性4

1.1.1.10疲劳性能5

1.1.1.11高温性能5

1.1.1.12低温性能5

1.1.1.13耐腐蚀性5

1.1.1.14电动势5

1.1.1.15 电阻6

1.1.1.16可焊性6

1.1.1.17密度6

1.1.1.18比热6

1.1.1.19热膨胀系数6

1.1.1.20化学成分7

1.1.1.21可锻性7

1.1.1.22淬透性7

1.1.1.23金相组织8

1.1.2典型材料的适用性和生产性8

1.1.2.1碳素结构钢8

1.1.2.2合金结构钢12

1.1.2.3碳素工具钢22

1.1.2.4合金工具钢23

1.1.2.5耐热钢25

1.1.2.6弹簧钢29

1.1.2.7不锈钢31

1.1.2.8轴承钢31

1.1.2.9铸造碳钢33

1.1.2.10铸铁33

1.1.2.11铝及铝合金36

1.1.2.12铸造铜及铜合金47

1.1.2.13钛及钛合金53

1.1.3成本考虑55

1.1.4材料的可获得性55

1.1.5军方要求56

1.1.6与制造方法有关的材料56

1.2基本制造方法56

1.2.1成形56

1.2.1.1常用成形方法56

1.2.1.2典型金属零件的成形方法57

1.2.2去除加工59

1.2.2.1切削加工59

1.2.2.2磨削加工62

1.2.2.3绿色干切削加工63

1.2.3连接66

1.2.3.1焊接66

1.2.3.2螺纹连接68

1.2.3.3铆接69

1.2.3.4胶接73

1.2.4最终加工76

1.2.4.1机械式最终加工方法76

1.2.4.2表面光饰77

1.2.4.3表面涂镀78

1.3特种制造方法79

1.3.1电火花加工79

1.3.1.1电火花加工机理79

1.3.1.2电火花加工的特点81

1.3.1.3电火花加工的分类82

1.3.2电解加工82

1.3.2.1电解加工的机理82

1.3.2.2电解加工的特点及应用83

1.3.2.3电解液83

1.3.2.4电解加工的基本设备84

1.3.3激光加工84

1.3.3.1激光加工的特点和机理84

1.3.3.2激光加工的基本设备85

1.3.3.3激光加工的基本工艺规律86

1.3.3.4激光加工的应用88

1.3.4离子束加工88

1.3.4.1离子束加工的基本原理88

1.3.4.2离子束加工的特点89

1.3.4.3离子束加工的应用89

1.3.5电子束加工90

1.3.5.1电子束加工的基本原理和特点90

1.3.5.2电子束加工装置90

1.3.5.3电子束加工的应用91

1.3.6超声加工91

1.3.6.1超声加工的基本原理92

1.3.6.2超声加工的机理和特点92

1.3.6.3超声加工的设备及构成93

1.3.6.4超声加工的工艺参数及应用94

1.3.7水切割加工94

1.3.7.1水射流切割的基本原理95

1.3.7.2水射流切割的特点96

1.3.7.3水射流切割设备96

1.3.7.4水射流切割工艺参数97

1.3.7.5水射流切割的应用97

1.4材料的试验和检查98

1.4.1磁粉探伤99

1.4.2射线探伤99

1.4.3超声波探伤100

1.4.3.1超声波探伤的基本概念100

1.4.3.2超声波的特性100

1.4.3.3超声波探伤的方法101

1.4.3.4超声波探伤的典型应用103

1.4.4渗透探伤104

1.5零件的试验与检查105

1.5.1零件测量的基本原则105

1.5.2形状和位置精度的控制和评定107

1.5.2.1形状和位置精度对零件的作用和影响107

1.5.2.2形位公差与形位误差的基本术语与定义108

1.5.3形状公差与形状误差测量109

1.5.3.1直线度109

1.5.3.2平面度110

1.5.3.3圆度111

1.5.3.4圆柱度112

1.5.3.5线、面轮廓度113

1.5.4位置公差与位置误差测量113

1.5.4.1平行度113

1.5.4.2垂直度115

1.5.4.3倾斜度115

1.5.4.4同轴度116

1.5.4.5对称度117

1.5.4.6位置度117

1.5.4.7跳动118

1.5.5零件表面测量121

1.5.5.1零件表面特征的形成与划分121

1.5.5.2零件表面粗糙度测量方法122

1.5.6零件表面分析技术124

1.5.6.1电子探针X射线显微分析（EPMA）124

1.5.6.2俄歇电子能谱仪（AES）125

1.5.6.3 X射线光电子能谱仪（XPS）125

1.5.6.4扫描电子显微镜（SEM）126

1.5.6.5透射电子显微镜（TEM）127

1.5.6.6 X射线衍射分析（XRD）128

1.6热处理129

1.6.1普通热处理129

1.6.1.1钢的退火和正火129

1.6.1.2钢的淬火130

1.6.1.3钢的回火131

1.6.2表面热处理131

1.6.2.1钢的表面淬火131

1.6.2.2化学热处理132

1.6.3其他热处理技术133

1.7光整加工135

1.7.1研磨135

1.7.2珩磨136

1.7.3抛光136

第2章 板成形零件与体积成形零件138

2.1金属板成形零件138

2.1.1板成形常用材料138

2.1.1.1常用钢板及钢带138

2.1.1.2金属材料的交货状态141

2.1.1.3板材力学性能及其指标143

2.1.1.4板材性能实验147

2.1.1.5金属牌号对照151

2.1.2板料成形方法156

2.1.2.1板料冲压成形156

2.1.2.2旋压加工186

2.1.2.3挤压190

2.1.2.4特种成形加工方法193

2.2体积成形零件199

2.2.1体积成形零件所用金属材料199

2.2.1.1常用金属材料焊号的表示方法199

2.2.1.2材料的选择204

2.2.1.3常用金属零件的材料选择206

2.2.2金属体积成形方法210

2.2.2.1铸造210

2.2.2.2锻造成形228

2.2.2.3轧制234

2.2.2.4拉拔成形236

2.2.2.5粉末冶金成形236

2.2.2.6摆动辗压成形237

2.2.2.7快速原型制造技术238

2.2.3常用成形加工方法的比较239

2.2.4成形产品或毛坯质量及性能的比较240

第3章 机械加工工艺方法243

3.1几种典型几何结构的机械加工方法243

3.1.1外圆加工工艺243

3.1.1.1车外圆244

3.1.1.2磨外圆244

3.1.1.3外圆柱表面的光整加工244

3.1.2平面加工工艺246

3.1.2.1刨平面246

3.1.2.2铣平面246

3.1.2.3拉平面247

3.1.2.4磨平面247

3.1.3孔加工工艺248

3.1.3.1钻孔249

3.1.3.2扩孔251

3.1.3.3铰孔252

3.1.3.4镗孔252

3.1.3.5拉孔255

3.1.3.6磨孔255

3.1.4制齿工艺258

3.1.4.1滚齿258

3.1.4.2插齿259

3.1.4.3剃齿259

3.1.4.4磨齿260

3.2基础机械加工方法261

3.2.1车削工艺261

3.2.1.1工艺过程及特点261

3.2.1.2主要应用262

3.2.1.3机床类型与用途262

3.2.2铣削工艺262

3.2.2.1工艺过程及其特点262

3.2.2.2主要应用263

3.2.2.3机床类型264

3.2.3刨削和拉削工艺265

3.2.3.1工艺过程及其特点265

3.2.3.2主要应用267

3.2.3磨削工艺268

3.2.3.1工艺过程及其特点268

3.2.3.2主要应用269

3.3数控机床与数控加工271

3.3.1数控技术271

3.3.1.1数控机床的运动控制271

3.3.1.2数控系统的组成272

3.3.1.3数控系统的分类273

3.3.2数控编程274

3.3.2.1数控加工编程内容、方法及步骤274

3.3.2.2手工编程的常用编程指令、程序结构与格式274

3.3.2.3常用的G指令277

3.3.2.4常用的M指令279

3.3.2.5自动编程279

3.3.3计算机数控CNC的组成、工作原理、功能及优点281

3.3.3.1 CNC装置的硬件结构281

3.3.3.2 CNC装置的软件结构283

3.3.3.3 CNC的工作原理及特点284

3.3.4刀具插补与补偿285

3.3.4.1逐点比较法286

3.3.4.2数字积分法286

3.3.4.3刀具的长度补偿287

3.3.4.4刀具的半径补偿288

3.3.5进给速度的控制290

3.3.5.1开环CNC系统的进给速度及加减速控制290

3.3.5.2闭环CNC系统的进给速度及加减速控制290

3.3.6数控机床291

3.4先进切削加工技术293

3.4.1高速切削加工技术294

3.4.2干切削加工技术294

3.4.3硬切削加工技术295

3.4.4微细、精密和超精密切削加工技术295

3.4.5虚拟切削加工技术296

3.4.6超高速磨削加工技术297

第4章 重型结构件298

4.1概述298

4.2主要材料的选择298

4.2.1重型结构件常用的金属材料298

4.2.1.1碳素结构钢298

4.2.1.2低合金钢铸件299

4.2.1.3不锈钢铸件299

4.2.1.4高锰钢铸件300

4.2.1.5耐热钢铸件300

4.2.1.6高强度钢及超高强度钢结构件300

4.2.1.7灰口铸铁件302

4.2.1.8球墨铸铁件303

4.2.1.9耐热铸铁件304

4.2.1.10中锰抗磨球墨铸铁件304

4.2.1.11耐磨铸铁件305

4.2.1.12铝合金铸件305

4.2.1.13碳素结构钢锻件305

4.2.1.14合金结构钢锻件308

4.2.1.15 压力容器锻件309

4.2.1.16人造水晶高压釜锻件311

4.2.1.17表面硬化处理钢锻件311

4.2.1.18锻造合金钢冷轧工作辊312

4.2.1.19锻造合金钢热轧工作辊312

4.2.1.20锻造合金钢支撑辊313

4.2.1.21合金钢大型热模、锻模块锻件材料313

4.2.1.22水轮机、水轮发电机大轴锻件314

4.2.1.23汽轮发电机磁性环锻件314

4.2.1.24汽轮机轮盘及叶轮锻件314

4.2.1.25汽轮发电机转子锻件314

4.2.1.26冷、热剪刀片合金钢锻件314

4.2.1.27钛合金结构件315

4.2.2材料选择的因素315

4.2.2.1对材料力学性能的考虑316

4.2.2.2对材料工艺性能的考虑316

4.2.2.3对材料经济性的考虑316

4.2.2.4对产品“轻型化、高寿命”的考虑316

4.3制造方法的选择316

4.3.1第二级常规制造方法317

4.3.1.1车削317

4.3.1.2铣削322

4.3.1.3刨削326

4.3.1.4锯削329

4.3.1.5拉削331

4.3.2第二级数控制造方法338

4.3.2.1数控机械加工工作特性338

4.3.2.2数控机床加工零件的合理选择338

4.3.2.3数控机床加工工艺方案的确定339

4.3.2.4数控机床加工切削用量341

4.3.3第二级特种制造方法342

4.3.3.1数控氧气切割342

4.3.3.2电火花线切割343

4.3.3.3水射流切割346

4.3.4重型结构件的失效问题350

4.3.4.1失效的原因350

4.3.4.2重型结构件失效的形式350

第5章 金属零件主要生产性问题352

5.1薄壁件加工变形352

5.1.1机械加工难点352

5.1.2解决问题的途径352

5.1.3加工效果对比354

5.2铸造残余应力和变形355

5.2.1原因和影响355

5.2.1.1残余应力的基本形式355

5.2.1.2影响铸造应力的因素356

5.2.2解决问题的途径356

5.2.2.1防止缩孔、缩松的方法356

5.2.2.2防止应力和变形的方法357

5.2.2.3两种凝固原则应采用的工艺措施358

5.2.2.4铸造残余应力的消除358

5.3焊接残余应力和变形359

5.3.1原因和影响359

5.3.1.1焊接残余应力与变形产生的原因359

5.3.1.2焊接应力和变形的基本形式359

5.3.1.3焊接裂纹360

5.3.1.4焊接应力和变形对焊接结构的影响361

5.3.2焊接变形的控制361

5.3.3焊接变形的矫正方法362

5.3.4减少和消除焊接残余应力的措施362

5.3.5保证焊接质量的措施362

参考文献364