机械制造工艺基础（第四版）

《机械制造工艺基础》是一本主要研究常用机器零件的成形与制造工艺原理的综合性技术基础教材，它是在“金属工艺学”课程教材的基础上经过对教材内容的拓宽、加深而形成的。本书2008年入选“普通高等教育‘十一五’*规划教材”，2014年入选“‘十二五’普通高等教育本科*规划教材”。随着工程技术和信息化教学手段的不断发展，教材知识体系和教学资源也需不断向前推进。2015年以来，在华中科技大学责任教授课程建设项目的支持下，根据机械基础课程教学指导分委员会立项教研项目“工程材料与机械制造基础课程知识体系和能力要求”研究成果，我们对本教材的教学内容、教学资源、教学方法进行了系列的研究和建设，在此基础上对教材进行了进一步修订。第四版着重从以下几个方面进行了修改和充实：(1) 吸收发展前景好的新技术、新工艺，以及有关学科的前沿知识，按照技术发展自身的逻辑，更新教材知识体系，保持教材内容的先进性和前瞻性。增加了铸造凝固过程数值模拟技术、快速铸造技术、板料柔性加工工艺简介、窄间隙焊、钎焊微连接工艺、焊接机器人等内容。(2) 强化基础理论。对重难点如铸造内应力、塑性变形机理、焊接应力、刀具角度等给出较详细的推理和阐述，以突出重点，夯实基础。(3) 增加了第4章“材料成形方法的选择”，对常用材料成形技术和典型零件成形方法进行归纳总结，引导读者学会综合应用。(4) 增加工程实例分析。每一章均增加了相关的工程实例分析，一方面，通过对工程实例的深入分析，引导读者将基础理论应用于解决实际工程问题，提高读者理论结合实际、综合分析和解决实际问题的能力；另一方面，通过介绍某些产品加工工艺的发展演变，如汽车发动机缸体、凸轮轴，使读者了解工艺技术发展的脉络，激发创新思维和能力。(5) 本教材内容与工程实践联系紧密，为便于读者理解掌握，新版教材中以二维码形式增加了与相关知识点配套的视频资源，形成立体化教材。(6) 本次修订版重新审视了“机械制造工艺基础”课程与相关前导课程、后续课程之间相互支撑的关系，进一步厘清边界，避免重复，删除了六点定位原理、加工余量的确定等内容。（7) 更新了相关的国家标准。本书是普通高等学校本科机械大类平台课程系列教材之一，是培养具有分析和解决实际工程问题能力、综合制造工艺能力和现代制造技术创新能力的人才的入门教材，既可作为机械大类和机电类专业本科教材，亦可供有关工程技术人员自学参考。第四版主编为彭江英、周世权、田文峰。参加本次修订的人员有华中科技大学彭江英(绪论、第1章第2～5节、第2章第1～2节、第5章、第8章)、罗云华(第2章第3节)、周世权(第3章)、赵觅(第4章)、朗静(第6章)、张臻(第7章)、武汉纺织大学龚文邦(第1章第1、6节)。华中科技大学刘世平、李喜秋、温东旭、朱岩参与了本书视频资源的制作。全书由彭江英统稿。本次修订得到了华中科技大学许多领导和同行的支持，陈永洁、余圣甫教授等提供了不少宝贵意见。在修订过程中，我们参考了有关院校的大量文献，部分文献可能由于疏漏未能列出。在此一并表示衷心的感谢。由于编者水平和经验所限，书中难免存在错误或欠妥之处，敬请读者批评指正，不胜感激。编者2021年9月

本书以机械制造工艺原理、工艺方法及工艺过程为基础，以零件制造工艺设计的一般步骤、零件的结构工艺性及工艺规程的制定为主线，同时拓展现代工程技术，将机械制造工艺的学习分为铸造工艺、锻压工艺、焊接工艺、切削加工工艺、表面加工、特种加工、材料成形、机械制造工艺规程等部分，适当增加了工艺设计和半定量计算的内容。本书考虑了前、后相关课程的连贯与衔接，故要求学习本书之前应修完“工程制图”“基于项目的工程实践”(或“金工实习”)“工程材料”“互换性与技术测量”等课程。凡前述课程已阐述的内容，本书原则上不再赘述。本书插图丰富、规范，各章内容的教与学都考虑了与多媒体手段相配合，内容简洁，语言精练，以适应机械大类专业教学的需要。

彭江英，女，1969 年11 月出生，博士，副教授。从事新能源材料及相关器件研究。先后主持了国家自然科学基金、留学回国人员科研启动基金、湖北省自然科学基金等多项研究课题。以第*作者在国际专业权威期刊发表十余篇SCI收录论文。任Journal of Applied Physics、Journal of Electronic Materials、Journal of Materials Research等杂志审稿人。 承担的科研项目：1、Skutterudite/AgSbTe2系纳米复合热电材料研究，国家自然科学基金面上项目，2013.01-2016.122、高性能多填充skutterudite热电材料的晶体结构和晶格动力学研究，国家自然科学基金面上项目，2010.01-2012.123、Skutterudite/AgSbTe2系纳米复合热电材料的性能优化与电热协同输运机制研究，湖北省自然科学基金面上项目，2013.01-2014.12 4、多填充skutterudite材料的性能优化研究，留学回国启动基金项目，2010.01-2011.12

绪论(1)

第1章铸造工艺(4)

1.1铸造工艺基础(5)

1.1.1液态合金的充型(5)

1.1.2铸件的凝固与收缩(7)

1.1.3铸造内应力、铸件的变形和裂纹(11)

1.1.4合金的偏析和铸件中的气孔(14)

1.2砂型铸造(15)

1.2.1造型材料(15)

1.2.2造型/制芯方法(17)

1.2.3铸件浇注位置和分型面的选择(22)

1.2.4铸造工艺参数的确定(23)

1.2.5铸造工艺图的绘制(26)

1.2.6铸造凝固过程数值模拟技术(29)

1.3特种铸造(32)

1.3.1消耗性铸型的铸造工艺(32)

1.3.2永久性铸型的铸造工艺(35)

1.4快速铸造技术(41)

1.4.1快速熔模精密铸造(41)

1.4.2快速砂型铸造(42)

1.5铸件结构设计(44)

1.5.1铸造工艺对铸件结构的要求(44)

1.5.2合金铸造性能对铸件结构的要求(46)

1.6铸造金属材料的特性(50)

1.6.1铸铁及铸铁件生产(50)

1.6.2铸钢及铸钢件生产(55)

1.6.3铝、铜合金及其铸件生产(57)

复习思考题(58)

第2章锻压工艺(61)

2.1塑性成形基础(61)

2.1.1金属塑性成形的基本工艺及特点(61)

2.1.2金属材料力学性质简述(63)

2.1.3金属的塑性变形机理(63)

2.1.4塑性变形对金属组织与性能的影响(65)

2.1.5冷变形与热变形(68)

2.2锻造工艺(69)

2.2.1金属的可锻性(70)

2.2.2自由锻(72)

2.2.3模锻工艺(72)

2.2.4锤上模锻工艺规程的制定(79)

2.2.5模锻成形件的结构工艺性(82)

2.2.6特种压力加工(84)

2.3冲压工艺(88)

2.3.1概述(88)

2.3.2冲裁工艺(90)

2.3.3成形工艺(95)

2.3.4冲压模具(104)

2.3.5板料柔性加工工艺简介(107)

复习思考题(109)

第3章焊接工艺(111)

3.1概述(111)

3.2熔化焊原理(113)

3.2.1熔化焊的基本原理(113)

3.2.2熔化焊焊接接头的组织与性能(114)

3.2.3焊接变形和焊接应力(116)

3.2.4焊接缺陷(120)

3.2.5焊接检验(123)

3.3焊接工艺方法(124)

3.3.1熔化焊工艺(124)

3.3.2压力焊(133)

3.3.3钎焊(137)

3.3.4焊接机器人简介(139)

3.4金属的可焊性(140)

3.4.1金属材料的可焊性(140)

3.4.2碳钢的焊接(141)

3.4.3低合金结构钢的焊接(142)

3.4.4有色金属的焊接(143)

3.5焊接结构设计(144)

3.5.1焊件材料的选择(144)

3.5.2焊接方法的选择(144)

3.5.3焊接接头工艺设计(145)

3.5.4典型焊件的工艺设计案例(148)

复习思考题(149)

第4章材料成形方法的选择(152)

4.1常用材料成形技术分析(152)

4.2材料成形技术的选择原则(154)

4.3典型零件的成形方法(156)

4.4典型材料成形方法举例(158)

复习思考题(159)

第5章材料切削加工基础(161)

5.1切削加工基本知识(161)

5.1.1金属切削加工的特点及应用(161)

5.1.2零件的加工精度和表面粗糙度(162)

5.1.3切削运动及切削用量(165)

5.1.4刀具的几何参数(167)

5.1.5刀具材料(171)

5.2金属切削加工的基础理论(174)

5.2.1切削过程(175)

5.2.2切削力与切削功率(178)

5.2.3切削热(180)

5.2.4切削液(181)

5.2.5刀具的磨损及耐用度(181)

5.2.6材料切削加工性(184)

复习思考题(185)

第6章典型表面的加工(186)

6.1概述(186)

6.1.1零件表面的形成(186)

6.1.2切削加工的阶段(187)

6.2外圆表面的加工(188)

6.2.1外圆表面的车削(188)

6.2.2外圆表面的磨削(192)

6.2.3外圆表面的光整加工(197)

6.3孔加工(198)

6.3.1钻孔(198)

6.3.2扩孔和铰孔(201)

6.3.3镗孔(202)

6.3.4磨孔(204)

6.3.5拉削(205)

6.3.6孔的珩磨(206)

6.3.7孔的加工方案(207)

6.4平面加工(209)

6.4.1平面刨削(209)

6.4.2平面铣削(210)

6.4.3平面磨削(214)

6.5齿形加工(216)

6.5.1概述(216)

6.5.2铣齿(217)

6.5.3插齿和滚齿(218)

6.5.4齿形的精加工方法(222)

复习思考题(226)

第7章特种加工及材料成形新工艺(228)

7.1特种加工简介(228)

7.1.1电火花加工(228)

7.1.2超声波加工(236)

7.1.3激光加工(237)

7.2材料成形新工艺(238)

7.2.1粉末冶金(238)

7.2.2注塑工艺(242)

7.2.3快速成形(244)

复习思考题(248)

第8章机械加工工艺规程(249)

8.1基本概念(249)

8.1.1机械加工工艺过程及其组成(249)

8.1.2生产类型及其工艺特征(250)

8.2工件的安装和夹具(251)

8.2.1夹具简介(251)

8.2.2工件的安装方式(252)

8.3定位基准的选择(253)

8.3.1工件的基准(253)

8.3.2定位基准的选择(253)

8.4工艺路线的拟定(256)

8.4.1表面加工方法的选择(256)

8.4.2工序的安排(258)

8.5零件机械加工的结构工艺性(259)

8.6典型零件工艺过程(266)

8.6.1轴类零件(266)

8.6.2轮类零件(270)

复习思考题(274)

参考文献(278)