描述
开 本: 16开纸 张: 胶版纸包 装: 平装是否套装: 否国际标准书号ISBN: 9787030404091丛书名: 普通高等教育机械类国家级特色专业系列规划教材
编辑推荐
可作为高等学校机械类、近机类各专业的教材和参考书，高职类工科院校及机械工程技术人员
内容简介
《金属工艺学》是按照高等学校机械学科本科专业规范、培养方案和课程教学大纲的要求，结合教育部本科教学质量与教学改革工程“专业综合改革试点”项目、***特色专业、卓越系列教育培养计划、山东省名校建设工程，以及编者所在学校的教育教学改革、课程改革经验的基础上编写而成的普通高等教育教材。《金属工艺学》主要内容包括绪论、铸造、压力加工、焊接、切削加工等内容，每章后面附有习题与思考题。
《金属工艺学》在教学内容上可针对不同的专业进行取舍，理顺了与前导课程、后续课程之间相互支撑的关系，整合了课程体系中内容重叠的部分，落实了知识盲点的讲解。《金属工艺学》十分重视学生获取知识、分析问题及解决工程技术问题能力的培养，特别注重学生工程素质与创新能力的提高。为此，在《金属工艺学》的编写内容上既理论密切联系生产实际，同时又介绍了机械制造的新技术、新工艺。
《金属工艺学》在教学内容上可针对不同的专业进行取舍，理顺了与前导课程、后续课程之间相互支撑的关系，整合了课程体系中内容重叠的部分，落实了知识盲点的讲解。《金属工艺学》十分重视学生获取知识、分析问题及解决工程技术问题能力的培养，特别注重学生工程素质与创新能力的提高。为此，在《金属工艺学》的编写内容上既理论密切联系生产实际，同时又介绍了机械制造的新技术、新工艺。
目 录
目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 本课程的研究内容 1
1.2 制造技术的发展及对国民经济贡献 3
1.2.1 制造的相关概念 3
1.2.2 制造业发展的历程 4
1.2.3 制造业对国民经济发展的贡献 5
1.3 制造业的变革及挑战 8
1.3.1 制造业的变革 9
1.3.2 制造业面临的挑战 9
1.4 制造技术给制造业带来的变革 10
1.5 金属工艺技术的发展趋势 11
1.6 制造企业对高层次复合型人才的需求 13
1.7 本课程学习的方法和要求 14
第2章 铸造 16
2.1 铸造工艺基础 16
2.1.1 液态合金的充型 16
2.1.2 铸件的凝固与收缩 19
2.1.3 铸造内应力 21
2.1.4 铸件的变形和裂纹 23
2.1.5 铸件的质量控制 24
2.2 合金铸件的生产工艺 26
2.2.1 铸铁件生产 26
2.2.2 铸钢件生产 28
2.2.3 铜、铝合金铸件生产 29
2.3 砂型铸造 32
2.3.1 造型方法的选择 32
2.3.2 浇注位置和分型面的选择 34
2.3.3 工艺参数的选择 39
2.3.4 铸造工艺图 40
2.3.5 综合分析举例 40
2.4 近净成形精密铸造 42
2.4.1 熔模铸造 42
2.4.2 金属型铸造 43
2.4.3 压力铸造 44
2.4.4 低压铸造 45
2.4.5 离心铸造 45
2.4.6 其他特种铸造方法 46
2.5 砂型铸件的结构设计 49
2.5.1 铸件结构与铸造工艺的关系 49
2.5.2 铸件结构与合金铸造性能的关系 51
习题与思考题 53
第3章 压力加工 54
3.1 金属的塑性变形 54
3.1.1 金属塑性变形的实质 54
3.1.2 塑性变形对组织和性能的影响 56
3.1.3 回复与再结晶 57
3.1.4 金属的热加工 58
3.1.5 金属的锻造性 59
3.2 自由锻 61
3.2.1 自由锻工序 62
3.2.2 自由锻工艺规程的制定 64
3.2.3 自由锻锻件的结构工艺性 65
3.3 模锻 67
3.3.1 锤上模锻 67
3.3.2 压力机上模锻 73
3.3.3 胎模锻 76
3.4 板料冲压 77
3.4.1 分离工序 78
3.4.2 成形工序 81
3.4.3 冲模 84
3.5 近净成形压力加工 86
3.5.1 精密模锻 86
3.5.2 零件挤压 87
3.5.3 零件轧制 88
3.5.4 超塑性成形 90
3.6 快速模具制造技术 90
3.6.1 用快速原型直接制造模具 91
3.6.2 用快速原型间接制造模具 91
习题与思考题 93
第4章 焊接 94
4.1 熔焊 95
4.1.1 焊接电弧 96
4.1.2 焊条 97
4.1.3 焊接的接头 99
4.1.4 焊接应力与变形 102
4.1.5 其他熔焊方法简介 104
4.2 压焊与钎焊 111
4.2.1 压焊 111
4.2.2 钎焊 113
4.3 常用金属材料的焊接 113
4.3.1 金属材料的焊接性 114
4.3.2 碳钢的焊接 115
4.3.3 合金钢的焊接 116
4.3.4 铸铁的焊补 117
4.3.5 非铁合金材料及其合金的焊接 118
4.4 焊接结构设计 121
4.4.1 焊接结构材料的选择 122
4.4.2 焊接方法的选择 123
4.4.3 焊接接头的工艺设计 124
4.4.4 焊缝位置的布置 127
习题与思考题 129
第5章 切削加工 133
5.1 切削加工基础 133
5.1.1 金属切削基本理论 133
5.1.2 金属切削过程及主要物理现象 143
5.1.3 金属切削机床的基本知识 157
5.2 典型表面加工分析 162
5.2.1 外圆表面的加工 163
5.2.2 内圆表面的加工 164
5.2.3 平面的加工 165
5.2.4 成形面的加工 166
5.2.5 螺纹表面的加工 167
5.2.6 齿轮齿形的加工 170
5.3 切削加工工艺基础 173
5.3.1 机械加工工艺的基本知识 173
5.3.2 零件机械加工工艺的制定 178
5.3.3 典型零件的加工工艺过程 188
5.3.4 工艺过程的生产率和经济性 195
5.4 零件结构工艺性 195
5.4.1 零件结构工艺性基础知识 195
5.4.2 零件结构的切削加工工艺性 197
5.4.3 零件结构的装配工艺性 205
习题与思考题 207
参考文献 210
前言
第1章 绪论 1
1.1 本课程的研究内容 1
1.2 制造技术的发展及对国民经济贡献 3
1.2.1 制造的相关概念 3
1.2.2 制造业发展的历程 4
1.2.3 制造业对国民经济发展的贡献 5
1.3 制造业的变革及挑战 8
1.3.1 制造业的变革 9
1.3.2 制造业面临的挑战 9
1.4 制造技术给制造业带来的变革 10
1.5 金属工艺技术的发展趋势 11
1.6 制造企业对高层次复合型人才的需求 13
1.7 本课程学习的方法和要求 14
第2章 铸造 16
2.1 铸造工艺基础 16
2.1.1 液态合金的充型 16
2.1.2 铸件的凝固与收缩 19
2.1.3 铸造内应力 21
2.1.4 铸件的变形和裂纹 23
2.1.5 铸件的质量控制 24
2.2 合金铸件的生产工艺 26
2.2.1 铸铁件生产 26
2.2.2 铸钢件生产 28
2.2.3 铜、铝合金铸件生产 29
2.3 砂型铸造 32
2.3.1 造型方法的选择 32
2.3.2 浇注位置和分型面的选择 34
2.3.3 工艺参数的选择 39
2.3.4 铸造工艺图 40
2.3.5 综合分析举例 40
2.4 近净成形精密铸造 42
2.4.1 熔模铸造 42
2.4.2 金属型铸造 43
2.4.3 压力铸造 44
2.4.4 低压铸造 45
2.4.5 离心铸造 45
2.4.6 其他特种铸造方法 46
2.5 砂型铸件的结构设计 49
2.5.1 铸件结构与铸造工艺的关系 49
2.5.2 铸件结构与合金铸造性能的关系 51
习题与思考题 53
第3章 压力加工 54
3.1 金属的塑性变形 54
3.1.1 金属塑性变形的实质 54
3.1.2 塑性变形对组织和性能的影响 56
3.1.3 回复与再结晶 57
3.1.4 金属的热加工 58
3.1.5 金属的锻造性 59
3.2 自由锻 61
3.2.1 自由锻工序 62
3.2.2 自由锻工艺规程的制定 64
3.2.3 自由锻锻件的结构工艺性 65
3.3 模锻 67
3.3.1 锤上模锻 67
3.3.2 压力机上模锻 73
3.3.3 胎模锻 76
3.4 板料冲压 77
3.4.1 分离工序 78
3.4.2 成形工序 81
3.4.3 冲模 84
3.5 近净成形压力加工 86
3.5.1 精密模锻 86
3.5.2 零件挤压 87
3.5.3 零件轧制 88
3.5.4 超塑性成形 90
3.6 快速模具制造技术 90
3.6.1 用快速原型直接制造模具 91
3.6.2 用快速原型间接制造模具 91
习题与思考题 93
第4章 焊接 94
4.1 熔焊 95
4.1.1 焊接电弧 96
4.1.2 焊条 97
4.1.3 焊接的接头 99
4.1.4 焊接应力与变形 102
4.1.5 其他熔焊方法简介 104
4.2 压焊与钎焊 111
4.2.1 压焊 111
4.2.2 钎焊 113
4.3 常用金属材料的焊接 113
4.3.1 金属材料的焊接性 114
4.3.2 碳钢的焊接 115
4.3.3 合金钢的焊接 116
4.3.4 铸铁的焊补 117
4.3.5 非铁合金材料及其合金的焊接 118
4.4 焊接结构设计 121
4.4.1 焊接结构材料的选择 122
4.4.2 焊接方法的选择 123
4.4.3 焊接接头的工艺设计 124
4.4.4 焊缝位置的布置 127
习题与思考题 129
第5章 切削加工 133
5.1 切削加工基础 133
5.1.1 金属切削基本理论 133
5.1.2 金属切削过程及主要物理现象 143
5.1.3 金属切削机床的基本知识 157
5.2 典型表面加工分析 162
5.2.1 外圆表面的加工 163
5.2.2 内圆表面的加工 164
5.2.3 平面的加工 165
5.2.4 成形面的加工 166
5.2.5 螺纹表面的加工 167
5.2.6 齿轮齿形的加工 170
5.3 切削加工工艺基础 173
5.3.1 机械加工工艺的基本知识 173
5.3.2 零件机械加工工艺的制定 178
5.3.3 典型零件的加工工艺过程 188
5.3.4 工艺过程的生产率和经济性 195
5.4 零件结构工艺性 195
5.4.1 零件结构工艺性基础知识 195
5.4.2 零件结构的切削加工工艺性 197
5.4.3 零件结构的装配工艺性 205
习题与思考题 207
参考文献 210
前 言
序言
媒体评论
评论
免费在线读
第1章 绪论
1.1 本课程的研究内容
“金属工艺学”课程是研究金属材料成形和零件加工方法的综合性技术基础课程，是现代工程材料和装备制造学科领域的重要组成部分，是高等工科教育的重要内容，是完成素质教育和应用基础型特色名校人才培养目标的重要课程。“金属工艺学”在专业培养目标中的定位是专业必修的基础课程，主要讲授各种材料成形方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系，金属零件加工工艺过程和结构工艺性，常用金属材料的性能对加工工艺的影响，工艺方法的综合比较等。
“金属工艺学”课程的目标是通过课程学习，使学生了解材料成形工艺（热加工——铸造、压力加工、焊接；冷加工——切削加工）在机械制造中的作用，能综合运用已学过的知识进行材料成形方法和加工方法的选择。“金属工艺学”课程是学生进入专业领域学习的先导课程之一，内容涉及机器制造的主要环节：毛坯生产（包括铸造、压力加工以及焊接等）和零件加工，为机械类专业建立机器制造相关知识与技能的基础平台。课程主线与主要内容如图1-1所示。
图1-1 “金属工艺学”课程的主要研究内容
大部分机械零件由于形状复杂或者加工精度和表面质量要求较高，难以采用单一的方法直接生产，通常先用铸造、压力加工或焊接方法制成毛坯，再经过切削加工或者磨削加工的方法制成所需的零件。而且，为了易于进行切削/磨削加工和改善零件的某些性能，中间常需穿插不同的热处理工艺。*终将制成的各种零件经过装配、检验成为成品（机器）。
现代工业应用的机器设备，无论是航空航天、武器装备，还是机电产品，大多是由金属零件装配而成的，将金属材料或毛坯加工成合格的零件，再由零件装配成满足装配精度和使用要求的机器是机器设备的基本生产过程。
机械制造过程是指产品从原材料经加工后获得预定的形状和组织性能的过程，由于成形过程的不同，可分为热加工和冷加工。热加工是采用物理、化学等方法使材料转移、去除、结合或改性，从而高效、低耗、少无余量地制造优质半成品或精密零部件的加工方法，包括铸造、压力加工、焊接、热处理与表面处理等技术。冷加工是指原材料经去除加工获得预定形状与表面质量，传统的加工方法有切削、磨削加工等技术。热加工的研究重点是获得优质高效成形与改性的基础理论和相应装备的关键技术，以及质量控制和工艺模拟等方面的研究。冷加工方面侧重于超高速、超精密方面的切削、磨削基础理论及关键技术的研究。
制造工艺主要包括热处理与表面改性、铸造、压力加工、焊接、切削、磨削等技术领域。
（1）热处理是充分发挥金属材料潜力的实现机械产品使用性能的重要途径，通过热处理可以使材料或零件获得设计所要求的理想强度、韧性、疲劳、耐磨等综合力学性能及使用性能，从而保证零件的质量和可靠性。表面改性是利用激光、电子束、离子注入、化学气相沉积、物理气相沉积和化学电化学转化等特种物理、化学手段，通过改变构件表面化学成分及分布，达到改善构件力学性能或其他物理、化学性能的材料加工工艺。热处理与表面改性技术为用户提供热处理工艺、表面改性、材料热处理、典型零件热处理、装备及工艺材料、标准等方面的基础理论及关键技术。
（2）铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属在重力、压力、离心力或电磁力等外力场的作用下充满铸型，凝固后获得一定形状与性能铸件的生产过程，是生产金属零件和毛坯的主要形式之一，其实质是液态金属逐步冷却凝固而成形，也称金属液态成形。这种方法能够制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯，而且铸件的大小几乎不受限制，重量可从几克到数百吨，壁厚可由0.3mm 到1m 以上。铸造常用的原材料来源广泛，价格低廉，所以铸件的成本也较低。因此，铸造在机器制造业中应用极为广泛。铸件在一般机器中占总质量的40%～80%，但其制造成本只占机器总成本的25%～30%。铸造生产也存在不足，液态成形给铸造带来某些缺点，铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧性，比同样材料的锻件力学性能低；铸造工序多，且难以精确控制，使得铸件质量不够稳定，铸件的废品率较高；劳动强度比较大。
随着铸造技术的发展，铸造工艺的不足之处正不断得到克服。各种铸造新工艺及铸造机械化、自动化使铸件的质量、成品率提高，工人的劳动强度降低，劳动条件改善；某些新研制的铸造金属使铸件的力学性能大为提高。精密铸造工艺使铸件的尺寸精度及表面质量提高，成为“少切削、无切削工艺”的重要方法之一。
（3）压力加工是利用外力使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的加工方法，又称金属塑性加工。
凡具有一定塑性的金属，如钢和大多数非铁合金材料及其合金等，均可在热态或冷态下进行压力加工。常用的压力加工方法有锻造、冲压、挤压、轧制和拉拔等。
① 锻造是指金属坯料在抵铁间或锻模模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法。
② 冲压是指金属板料在冲模间受压产生分离或变形的加工方法。
③ 挤压是指金属坯料从挤压模的模孔中挤出而变形的加工方法。
④ 轧制是指金属坯料通过一对回转轧辊间的空隙而受压变形的加工方法。
⑤ 拉拔是指金属坯料从拉拔模的模孔中拉出而变形的加工方法。
（4）焊接是一种永久性连接材料的工艺方法，是一种应用量大、应用面很广的共性工艺技术，焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到集材料、冶金、结构、力学和电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。焊接是在工业产品的制造过程中，将零件（或构件）连接起来*常采用的一种加工方法。据工业发达国家统计，每年仅需要进行焊接加工之后使用的钢材就占钢材总产量的45%左右。我国也有35%~45%的钢材要经过焊接才能变为工业的*终产品。焊接作为制造业的基础工艺与技术，为工业经济的发展作出了重要的贡献。
焊接方法的种类很多，通常按焊接过程的特点可分为三大类，即熔焊、压焊和钎焊。
① 熔焊：焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不施加压力完成焊接的方法。熔焊的加热速度快，加热温度高，接头部位经历熔化和结晶的过程。熔焊适合于各种金属和合金的焊接加工。
② 压焊：焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。压焊适合于各种金属材料和部分非金属材料的焊接加工。
③ 钎焊：采用熔点比母材低的金属材料作钎料，焊接时加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。在钎焊过程中，由于钎料的熔化与凝固会形成一个过渡连接层，所以钎焊不仅适合于同种材料的焊接加工，也适合于不同金属或异类材料的焊接加工。
（5）切削、磨削加工是利用切削工具和工件作相对运动，从毛坯上切去多余部分材料，以获得所需几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的零件的加工过程。在现代机械制造中，除少数零件采用精密铸造、精密锻造以及粉末冶金和工程塑料压制等方法直接获得外，绝大多数的零件都要通过切削、磨削加工获得，以保证精度和表面粗糙度的要求。因此，切削、磨削加工在机械制造中占有十分重要的地位。切削、磨削加工在一般生产中占机械制造总工作量的40%～60%。切削、磨削加工的先进程度直接影响产品的质量和数量。
切削、磨削技术以高速、精密切削、磨削技术和装备为主，涉及材料、工艺、方法、设备、标准和安全等方面，既有基础理论研究，又有比较具体的切削、磨削方法和工艺参数。切削研究主要包括切削原理、工件材料、切削机床、切削刀具、切削工艺、切削技术新动态、典型先进切削技术和典型应用领域等方面。磨削技术研究主要包括磨削原理、磨料、磨具、磨削液及其有效注入、磨削工艺、砂轮修整、磨削表面质量及其完整性、磨削装备、相关标准和磨削技术新动态等方面。
1.2 制造技术的发展及对国民经济贡献
1.2.1 制造的相关概念
1）制造
制造是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。所谓制造是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质工具，采用有效的工艺方法和必要的能源，将原材料转化为*终物质产品并投放市场的全过程。
狭义的定义：制造是机电产品的机械加工工艺过程。
广义的定义：国际生产工程研究院（CIRP）1990年给制造的广义定义——制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。
2）制造技术
制造技术是按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资工具，将原材料物化为人类所需产品的工程技术。即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称。
3）制造过程
制造过程指产品从设计、生产、使用、维修、报废到回收等的全过程，也称为产品生命周期。
4）制造业
制造业是指将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。
5）机械制造系统
机械制造系统是制造业的基本组成实体，由完成机械制造过程所涉及的硬件（物料、设备、工具和能源等）、软件（制造理论、工艺、技术、信息和管理等）和人员（技术人员、操作工人和管理人员等）组成，通过制造过程将制造资源（原材料、能源等）转变为产品（包括半成品）的有机整体，称为机械制造系统。
机械制造系统的功能是将输入制造系统的资源（原材料、能源、信息和人力等）通过制造过程输出产品，其结构由硬件、软件和人员组成，并包括了市场分析、产品策划、开发设计、生产组织准备、原材料准备及贮存、毛坯制造、零件加工、机器装配、质量检验以及许多其他与之相关的各个环节的生产全过程。机械制造系统如图1-2 所示，系统中的物料流、信息流和能量流之间是相互联系、互相影响的，是一个不可分割的整体。
图1-2 机械制造系统图
根据考察研究的对象不同，一个工厂、一个车间、一条生产线，甚至一台机床，都可以看作是不同层次的机械制造系统。包括一台机床的机械制造系统是单级制造系统，包括多台机床的机械制造系统是多级制造系统。
1.2.2 制造业发展的历程
19世纪末20世纪初，蒸汽机的发明，自动机床、自动线的相继问世，以及产品部件化、部件标准化和科学管理思想的提出，掀起制造业革命的新浪潮。20世纪中期，电力电子技术和计算机技术的迅猛发展及其在制造领域所产生的强大的辐射效应，更是极大地促进了制造模式的演变和产品设计与制造工艺的紧密结合，也推动了制造系统的发展和管理方式的变革。同时，制造技术的新发展也为现代制造科学的形成创造了条件。回顾制造技术的发展，从蒸汽机出现到今天，主要经历了三个发展阶段。
1）用机器代替手工，从作坊形成工厂
18世纪末，蒸汽机和工具机的发明标志着制造业已完成从手工生产到以机器加工生产方式的转变。20世纪初，各种金属切削加工工艺方法陆续形成，近代制造技术已成体系。但是机器（包括汽车）的生产方式是作坊式的单件生产。它产生于英国，在19世纪先后传到法国、德国和美国，并在美国首先形成了小型的机械工厂，使这些国家的经济得到了发展，国力大大增强。
2）从单件生产方式发展成大量生产方式
推动这种根本变革的是两位美国人：泰勒和福特。泰勒首先提出了以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理，成为制造工程科学的奠基人。福特首先推行所有零件都按照一定的公差要求来加工（零件互换技术），1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线，实现了以刚性自动化为特征的大量生产方式，它对社会结构、劳动分工、教育制度和经济发展，都产生了重大的影响。20世纪50年代发展到了**，产生了工业技术的革命和创新，传统制造业及其大工业体系也随之建立和逐渐成熟，近代
1.1 本课程的研究内容
“金属工艺学”课程是研究金属材料成形和零件加工方法的综合性技术基础课程，是现代工程材料和装备制造学科领域的重要组成部分，是高等工科教育的重要内容，是完成素质教育和应用基础型特色名校人才培养目标的重要课程。“金属工艺学”在专业培养目标中的定位是专业必修的基础课程，主要讲授各种材料成形方法本身的规律性及其在机械制造中的应用和相互联系，金属零件加工工艺过程和结构工艺性，常用金属材料的性能对加工工艺的影响，工艺方法的综合比较等。
“金属工艺学”课程的目标是通过课程学习，使学生了解材料成形工艺（热加工——铸造、压力加工、焊接；冷加工——切削加工）在机械制造中的作用，能综合运用已学过的知识进行材料成形方法和加工方法的选择。“金属工艺学”课程是学生进入专业领域学习的先导课程之一，内容涉及机器制造的主要环节：毛坯生产（包括铸造、压力加工以及焊接等）和零件加工，为机械类专业建立机器制造相关知识与技能的基础平台。课程主线与主要内容如图1-1所示。
图1-1 “金属工艺学”课程的主要研究内容
大部分机械零件由于形状复杂或者加工精度和表面质量要求较高，难以采用单一的方法直接生产，通常先用铸造、压力加工或焊接方法制成毛坯，再经过切削加工或者磨削加工的方法制成所需的零件。而且，为了易于进行切削/磨削加工和改善零件的某些性能，中间常需穿插不同的热处理工艺。*终将制成的各种零件经过装配、检验成为成品（机器）。
现代工业应用的机器设备，无论是航空航天、武器装备，还是机电产品，大多是由金属零件装配而成的，将金属材料或毛坯加工成合格的零件，再由零件装配成满足装配精度和使用要求的机器是机器设备的基本生产过程。
机械制造过程是指产品从原材料经加工后获得预定的形状和组织性能的过程，由于成形过程的不同，可分为热加工和冷加工。热加工是采用物理、化学等方法使材料转移、去除、结合或改性，从而高效、低耗、少无余量地制造优质半成品或精密零部件的加工方法，包括铸造、压力加工、焊接、热处理与表面处理等技术。冷加工是指原材料经去除加工获得预定形状与表面质量，传统的加工方法有切削、磨削加工等技术。热加工的研究重点是获得优质高效成形与改性的基础理论和相应装备的关键技术，以及质量控制和工艺模拟等方面的研究。冷加工方面侧重于超高速、超精密方面的切削、磨削基础理论及关键技术的研究。
制造工艺主要包括热处理与表面改性、铸造、压力加工、焊接、切削、磨削等技术领域。
（1）热处理是充分发挥金属材料潜力的实现机械产品使用性能的重要途径，通过热处理可以使材料或零件获得设计所要求的理想强度、韧性、疲劳、耐磨等综合力学性能及使用性能，从而保证零件的质量和可靠性。表面改性是利用激光、电子束、离子注入、化学气相沉积、物理气相沉积和化学电化学转化等特种物理、化学手段，通过改变构件表面化学成分及分布，达到改善构件力学性能或其他物理、化学性能的材料加工工艺。热处理与表面改性技术为用户提供热处理工艺、表面改性、材料热处理、典型零件热处理、装备及工艺材料、标准等方面的基础理论及关键技术。
（2）铸造是熔炼金属，制造铸型，并将熔融金属在重力、压力、离心力或电磁力等外力场的作用下充满铸型，凝固后获得一定形状与性能铸件的生产过程，是生产金属零件和毛坯的主要形式之一，其实质是液态金属逐步冷却凝固而成形，也称金属液态成形。这种方法能够制成形状复杂，特别是具有复杂内腔的毛坯，而且铸件的大小几乎不受限制，重量可从几克到数百吨，壁厚可由0.3mm 到1m 以上。铸造常用的原材料来源广泛，价格低廉，所以铸件的成本也较低。因此，铸造在机器制造业中应用极为广泛。铸件在一般机器中占总质量的40%～80%，但其制造成本只占机器总成本的25%～30%。铸造生产也存在不足，液态成形给铸造带来某些缺点，铸造组织疏松、晶粒粗大，内部易产生缩孔、缩松、气孔等缺陷。因此，铸件的力学性能，特别是冲击韧性，比同样材料的锻件力学性能低；铸造工序多，且难以精确控制，使得铸件质量不够稳定，铸件的废品率较高；劳动强度比较大。
随着铸造技术的发展，铸造工艺的不足之处正不断得到克服。各种铸造新工艺及铸造机械化、自动化使铸件的质量、成品率提高，工人的劳动强度降低，劳动条件改善；某些新研制的铸造金属使铸件的力学性能大为提高。精密铸造工艺使铸件的尺寸精度及表面质量提高，成为“少切削、无切削工艺”的重要方法之一。
（3）压力加工是利用外力使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和机械性能的原材料、毛坯或零件的加工方法，又称金属塑性加工。
凡具有一定塑性的金属，如钢和大多数非铁合金材料及其合金等，均可在热态或冷态下进行压力加工。常用的压力加工方法有锻造、冲压、挤压、轧制和拉拔等。
① 锻造是指金属坯料在抵铁间或锻模模膛内受冲击力或压力而变形的加工方法。
② 冲压是指金属板料在冲模间受压产生分离或变形的加工方法。
③ 挤压是指金属坯料从挤压模的模孔中挤出而变形的加工方法。
④ 轧制是指金属坯料通过一对回转轧辊间的空隙而受压变形的加工方法。
⑤ 拉拔是指金属坯料从拉拔模的模孔中拉出而变形的加工方法。
（4）焊接是一种永久性连接材料的工艺方法，是一种应用量大、应用面很广的共性工艺技术，焊接已经从一种传统的热加工技艺发展到集材料、冶金、结构、力学和电子等多门类科学为一体的工程工艺学科。焊接是在工业产品的制造过程中，将零件（或构件）连接起来*常采用的一种加工方法。据工业发达国家统计，每年仅需要进行焊接加工之后使用的钢材就占钢材总产量的45%左右。我国也有35%~45%的钢材要经过焊接才能变为工业的*终产品。焊接作为制造业的基础工艺与技术，为工业经济的发展作出了重要的贡献。
焊接方法的种类很多，通常按焊接过程的特点可分为三大类，即熔焊、压焊和钎焊。
① 熔焊：焊接过程中，将焊件接头加热至熔化状态，不施加压力完成焊接的方法。熔焊的加热速度快，加热温度高，接头部位经历熔化和结晶的过程。熔焊适合于各种金属和合金的焊接加工。
② 压焊：焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热），以完成焊接的方法。压焊适合于各种金属材料和部分非金属材料的焊接加工。
③ 钎焊：采用熔点比母材低的金属材料作钎料，焊接时加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的方法。在钎焊过程中，由于钎料的熔化与凝固会形成一个过渡连接层，所以钎焊不仅适合于同种材料的焊接加工，也适合于不同金属或异类材料的焊接加工。
（5）切削、磨削加工是利用切削工具和工件作相对运动，从毛坯上切去多余部分材料，以获得所需几何形状、尺寸精度和表面粗糙度的零件的加工过程。在现代机械制造中，除少数零件采用精密铸造、精密锻造以及粉末冶金和工程塑料压制等方法直接获得外，绝大多数的零件都要通过切削、磨削加工获得，以保证精度和表面粗糙度的要求。因此，切削、磨削加工在机械制造中占有十分重要的地位。切削、磨削加工在一般生产中占机械制造总工作量的40%～60%。切削、磨削加工的先进程度直接影响产品的质量和数量。
切削、磨削技术以高速、精密切削、磨削技术和装备为主，涉及材料、工艺、方法、设备、标准和安全等方面，既有基础理论研究，又有比较具体的切削、磨削方法和工艺参数。切削研究主要包括切削原理、工件材料、切削机床、切削刀具、切削工艺、切削技术新动态、典型先进切削技术和典型应用领域等方面。磨削技术研究主要包括磨削原理、磨料、磨具、磨削液及其有效注入、磨削工艺、砂轮修整、磨削表面质量及其完整性、磨削装备、相关标准和磨削技术新动态等方面。
1.2 制造技术的发展及对国民经济贡献
1.2.1 制造的相关概念
1）制造
制造是人类所有经济活动的基石，是人类历史发展和文明进步的动力。所谓制造是人类按照市场需求，运用主观掌握的知识和技能，借助于手工或可以利用的客观物质工具，采用有效的工艺方法和必要的能源，将原材料转化为*终物质产品并投放市场的全过程。
狭义的定义：制造是机电产品的机械加工工艺过程。
广义的定义：国际生产工程研究院（CIRP）1990年给制造的广义定义——制造是涉及制造工业中产品设计、物料选择、生产计划、生产过程、质量保证、经营管理、市场销售和服务的一系列相关活动和工作的总称。
2）制造技术
制造技术是按照人们所需的目的，运用知识和技能，利用客观物资工具，将原材料物化为人类所需产品的工程技术。即：使原材料成为产品而使用的一系列技术的总称。
3）制造过程
制造过程指产品从设计、生产、使用、维修、报废到回收等的全过程，也称为产品生命周期。
4）制造业
制造业是指将制造资源（物料、能源、设备、工具、资金、技术、信息和人力等）利用制造技术，通过制造过程，转化为供人们使用或利用的工业品或生活消费品的行业。
5）机械制造系统
机械制造系统是制造业的基本组成实体，由完成机械制造过程所涉及的硬件（物料、设备、工具和能源等）、软件（制造理论、工艺、技术、信息和管理等）和人员（技术人员、操作工人和管理人员等）组成，通过制造过程将制造资源（原材料、能源等）转变为产品（包括半成品）的有机整体，称为机械制造系统。
机械制造系统的功能是将输入制造系统的资源（原材料、能源、信息和人力等）通过制造过程输出产品，其结构由硬件、软件和人员组成，并包括了市场分析、产品策划、开发设计、生产组织准备、原材料准备及贮存、毛坯制造、零件加工、机器装配、质量检验以及许多其他与之相关的各个环节的生产全过程。机械制造系统如图1-2 所示，系统中的物料流、信息流和能量流之间是相互联系、互相影响的，是一个不可分割的整体。
图1-2 机械制造系统图
根据考察研究的对象不同，一个工厂、一个车间、一条生产线，甚至一台机床，都可以看作是不同层次的机械制造系统。包括一台机床的机械制造系统是单级制造系统，包括多台机床的机械制造系统是多级制造系统。
1.2.2 制造业发展的历程
19世纪末20世纪初，蒸汽机的发明，自动机床、自动线的相继问世，以及产品部件化、部件标准化和科学管理思想的提出，掀起制造业革命的新浪潮。20世纪中期，电力电子技术和计算机技术的迅猛发展及其在制造领域所产生的强大的辐射效应，更是极大地促进了制造模式的演变和产品设计与制造工艺的紧密结合，也推动了制造系统的发展和管理方式的变革。同时，制造技术的新发展也为现代制造科学的形成创造了条件。回顾制造技术的发展，从蒸汽机出现到今天，主要经历了三个发展阶段。
1）用机器代替手工，从作坊形成工厂
18世纪末，蒸汽机和工具机的发明标志着制造业已完成从手工生产到以机器加工生产方式的转变。20世纪初，各种金属切削加工工艺方法陆续形成，近代制造技术已成体系。但是机器（包括汽车）的生产方式是作坊式的单件生产。它产生于英国，在19世纪先后传到法国、德国和美国，并在美国首先形成了小型的机械工厂，使这些国家的经济得到了发展，国力大大增强。
2）从单件生产方式发展成大量生产方式
推动这种根本变革的是两位美国人：泰勒和福特。泰勒首先提出了以劳动分工和计件工资制为基础的科学管理，成为制造工程科学的奠基人。福特首先推行所有零件都按照一定的公差要求来加工（零件互换技术），1913年建立了具有划时代意义的汽车装配生产线，实现了以刚性自动化为特征的大量生产方式，它对社会结构、劳动分工、教育制度和经济发展，都产生了重大的影响。20世纪50年代发展到了**，产生了工业技术的革命和创新，传统制造业及其大工业体系也随之建立和逐渐成熟，近代
评论
还没有评论。