机械加工一体化教材—机械加工基础知识

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第一章常用公差简介

第一节加工精度简介

加工精度是指零件加工后的实际几何形状（尺寸、形状、表面相互位置）与设计要求的理想几何参数的符合程度，符合程度越高，加工精度也越高。它包括尺寸精度、形状精度和位置精度三种，它们直接影响到产品性能与质量。

一、尺寸精度

尺寸精度是由尺寸公差来显示的，尺寸公差是指零件对尺寸允许的变动量。同一基本尺寸的零件，公差值的大小决定了零件尺寸的精度，公差值小的，精度高；公差值大的，

精度低。例如，有一轴其直径为4801.0

φ+-mm，其基本尺寸为48mm，最大允许加工到48.01mm，

03

.0

最小允许加工到47.97mm。尺寸公差为48.01－47.97=0.04mm。

二、形状精度

形状精度是同一表面的实际形状相对理想形状的符合程度，形状精度由轨迹法、成形法、展成法三种方式获得。形状精度由形状公差来显示，常用形状公差有六项，如表1-1-1所示。

三、位置精度

位置精度是指零件点、线、面的实际位置相对于理想位置的符合程度。零件表面相互位置，主要是由机床精度、夹具精度和工件的安装精度来保证的。位置精度由位置公差来显示，常用位置公差由八项，如表1-1-2所示。

表1-1-2 位置公差

位置公差举例：

：表示圆柱面有圆柱度公差要求，公差带形状为两同轴圆柱。测量时圆柱度误差不得大于0.01mm。

：表示圆柱的轴线对组合基准A-B由平行度要求，公差带的形状为一个圆柱体。测量时实际轴线在任何方向的倾斜或弯曲都不得超过φ0.02mm的圆柱体。

第二节表面粗糙度

表面粗糙度是指零件被加工表面上的微观几何形状误差。它的形状误差和表面波度都是表面本身的几何形状误差。

一、表面粗糙度符号含义如下：

：基本符号，表示表面可用任何方法获得。不加注粗糙度参数或有关说明，仅适用于简化代号标准（如表面热处理、局部热处理状况等）。

：基本符号加一短线，表示表面是用去除材料的方法获得（如车、铣、钻、磨、剪切、抛光、腐蚀、电火花加工、气割等）。

形、热轧、粉末冶金等）。

二、表面粗糙度Ra值的含义举例如下：

Ra最大允许值为3.2μm。

Ra最大允许值为3.2μm。

：用不去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra最大允许值为3.2μm。

三、表面粗糙度的检测

检验表面粗糙度常用比较法。将被测面与高度参数值的表面粗糙度样快进行比较和手摸的感触来判断表面粗糙度的一种检测方法。比较时还可借助放大镜等工具，以减少误差。比较时，样板与被检表面的加工纹理方向应保持一致。此外，还有光切法、干涉法、感触法等检测方法。

复习思考题

1.什么是加工精度？

2.加工精度包括哪些方面？

3.列举常见的形状公差和位置公差项目，并阐述其具体意义？

4.表面粗糙度的含义是什么？

5.阐述常见的表面粗糙度符号的含义？

第二章常用金属材料与热处理

第一节常用金属材料

金属材料分为黑色金属和有色金属两大类。而黑色金属包括碳素钢、合金钢、铸铁等。

一、碳素钢

碳素钢简称碳钢，是指含碳量小于2.11%的铁碳合金。由于其价格低廉，冶炼方便工艺性能良好，并且在一般情况下能满足使用性能要求，因而在机械制造、建筑、交通运输及其他工业行业得到了广泛的应用。

1.碳素钢的分类

碳素钢的分类很多，常用的分类如下，

按含碳量可分为：

（1）低碳钢：含碳量小于0.25%的钢。

（2）中碳钢：含碳量在0.25%～0.60%之间的钢。

（3）高碳钢：含碳量大于0.60%的钢。

按质量分类：

（1）普通碳素钢：硫磷含量较高。

（2）优质碳素钢：硫磷含量较低。

（3）高级优质碳素钢：硫磷含量很低。

（4）特级质量碳素钢：硫磷含量非常低。

按用途可分为：

（1）碳素结构钢：主要用于制造各种工程构件和机器零件，一般属于低碳钢和中碳钢。

（2）碳素工具钢：用于制造各种刃具、量具、模具等，这类钢一般属于高碳钢。

2.碳素钢的牌号与应用

（1）碳素结构钢：这类碳钢中碳的含量分数一般在0.06%～0.38%范围，碳中有害杂质相对较多，但价格便宜，大多数用于要求不高的机械零件和一般工程构件。通常轧制成钢板或各种型材供应。

碳素结构钢的牌号表示方法是由屈服点的字母Q、屈服点数值、质量等级符号、脱氧方法等四个部分按顺序组成。例如Q235—AF表示碳素结构钢中屈服强度为235MPa的A级沸腾钢。

（2）优质碳素结构钢：这类钢因有害杂质较少，其强度、韧性、塑性均比碳素结构钢好，主要用于制造较重要的机械零件。

优质碳素结构钢的牌号用两位数字表示，如08、10、45等，数字表示钢中平均碳质量分数的万倍。如上述牌号分别表示平均含碳量的质量分数为0.08%、0.1%、0.45%。

（3）碳素工具钢：碳素工具钢因含碳量比较高，硫磷杂质含量较少，经淬火，低温回火后硬度比较高，耐磨性好，但塑性较低。主要用于制造各种低速切削刀具、量具和模具。碳素工具钢的由代号“T”后加数字组成，数字表示钢中平均碳质量分数的千倍。如T18钢，表示平均碳的质量分数为0.8%的优质碳素工具钢。

（4）铸造碳钢：生产中由血多形状复杂、力学性能要求高的机械零件，通常用铸造碳钢制造。碳钢中碳的质量分数一般在0.15%～0.6%范围内。铸碳碳钢的牌号是用铸钢两字的汉语拼音的首字母：“ZG”后面加两组数字组成，第一组数字代表屈服强度值，第二组数字代表抗拉强度值。如ZG270-500表示屈服强度为270MPa，抗拉强度为500MPa的铸造碳钢。

二、合金钢

合金钢就是在碳钢的基础上，为了改善组织和性能，由目的地加入一些元素而制成的钢，加入的元素称为合金元素。常用的合金元素由Si、Mn、Cr、Ni、W、V、Mo、Ti等。

1.合金钢的分类

合金钢的分类由多种，常见的分类按用途分：

（1）合金结构钢：指用于制造各种机械零件和工程结构的钢。

（2）合金工具钢：指用于制造各种工具的钢。

（3）特殊性能钢：具有某种特殊的物理、化学性能的钢。

按照合金元素的总含量可分：

（1）低合金钢：合金元素总量小于5%。

（2）中合金钢：合金元素总量在5%～10%。

（3）高合金钢：合金总量大于10%。

2.合金钢的牌号

（1）合金结构钢：合金结构钢的牌号用“两位数字+元素符号+数字”表示。如60Si2Mn （60硅2锰）表示平均含碳量为0.6%，硅含量为2%，锰含量小于1.5%。

（2）合金工具钢：合金工具钢的含碳量比较高（0.8%～1.5%）。如9Mn2V表示平均含碳量为0.9%，锰含量为2%，钒含量小于1.5%。

（3）特殊性能钢：碳素性能钢的牌号表示方法与合金工具钢的基本相同，如2Gr13表示含碳量为0.2，含13%铬的不锈钢。

三、铸铁

铸铁是指一系列主要由铁、碳和硅组成的合金的总称。铸铁具有优良的铸造性能、切削加工性、耐磨性及减振性，而且熔炼铸铁的工艺与设备简单，成本低廉，是制造各种铸件的常用材料。

根据碳在铸铁中存在的形式和形态的不同，铸铁可分为：

1.白口铸铁：碳除少量熔于铁素体外，其余的碳都以渗碳体的形式存在于铸铁中，其端口呈银白色，故称为白口铸铁，这类铸铁硬而脆，很难切削加工，随意很少直接用来制造各种零件。

2.灰铸铁：铸铁中的碳大部分以石墨形式存在，其断口呈暗灰色，故称为灰铸铁，这类铸铁力学性能不高，但生产工艺简单，价格低廉，而其具有其他方面的特性。

3.球墨铸铁：铸铁中的碳绝大部分以球状石墨存在，故称为球墨铸铁。这类铸铁力学