【正文】 策模塊。 計算機輔助工藝規(guī)劃屬于工程分析與設(shè)計范疇 ，是重要的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作之一。 青島科 技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第二章 計算機輔助工藝設(shè)計 CAPP 的簡介 CAPP 的定義 CAPP（ Computer Aided Process Planning）是指借助于計算機軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計算機進行數(shù)值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。 如今， 利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)研制開發(fā)了 “典型金屬材料的 熱處理計算機輔助 工藝設(shè)計 ”的專家 系統(tǒng) ,該系統(tǒng)以材質(zhì)、性能要求、有效尺寸及其它輔助參數(shù)來確定出合理的熱處理工藝 ,可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、拓展計算機在熱處理中的應(yīng)用專家系統(tǒng)作為一項嶄新的技術(shù) ， 還處在不斷發(fā)展時期，因此，專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也沒有一個固 定不變的模式。因此 按照“智能代價說”的觀點，應(yīng)該建立一種“人機一體化”的智能化系統(tǒng)，充分發(fā)揮人的智能優(yōu)勢，以合理的代價實現(xiàn)較高的智能。 因此，在以后系統(tǒng)開發(fā)中一定要兼顧先進性和實用性。 集成化。二十世紀(jì)以來，金屬物理的發(fā)展和其他新技術(shù)的移植應(yīng)用，使 金屬熱處理工藝 得到更 大發(fā)展。 這說明中國在古代就注意到不同水質(zhì)的冷卻能力了，同時也注意了油和 水 的冷卻能力。本系統(tǒng)可以根據(jù)用戶 提供的零件信息，自動推理出最恰當(dāng)?shù)臒崽幚砉に?，并確定相應(yīng)的保溫溫度、保溫時間等參數(shù)。常用的鋼的熱處理 工藝有退火、正火、淬火、回火及表面熱處理等加工工藝。 然而，在長期的生產(chǎn)實踐中，工廠里一直由工藝員制定熱處理工藝。中國 河北 省易縣燕下都出土的兩把劍和一把戟，其顯微組織中都有馬氏體存在，說明是經(jīng)過淬火的 。與此同時，人們還研究了在金屬熱處理的加熱過程中對金屬的保護方法，以避免加熱過程中 金屬的氧化和脫碳等。實用化 CAPP系統(tǒng)，應(yīng)人機界面友好，操作簡單，符合工藝設(shè)計人員的設(shè)計習(xí)慣，設(shè)計結(jié)果能正確指導(dǎo)生產(chǎn)，并且具有很好的柔性。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展， CAPP系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化也是必然的趨勢。否則又將導(dǎo)致自動化“孤島”的出現(xiàn)。這不僅浪費了人力、物力 。 在得到用戶調(diào)整后 , 系統(tǒng)自動繪制出熱處理工藝卡 , 并將工藝卡中的有關(guān)信息存貯 , 以便以后需要時進行使用和研究。 計算機輔助工藝過程設(shè)計也常被譯為 計算機輔助工藝規(guī)劃 。 CAPP 系統(tǒng)基本的構(gòu)成模塊包括：（ 1）控 制模塊。加工過程動態(tài)仿真對所產(chǎn)生的加工過程進行模擬，檢查工藝的正確性。但由于工藝設(shè)計領(lǐng)域的個性化、復(fù)雜性，工藝設(shè)計理論多是一些指導(dǎo)性原則、典型金屬材料的熱處理計算機輔助工藝設(shè)計 8 經(jīng)驗和技巧，因此讓計算機完全替代工藝人員進行工藝設(shè)計的愿望是良好的，但研究和實踐證明非常困難，能夠部分得到應(yīng)用的至多是一些針對特定行業(yè)、特定企業(yè)甚至是特定零件的專用 CAPP 系統(tǒng)，還沒有能夠真正大規(guī)模推廣應(yīng)用的實用的 CAPP 系統(tǒng)。 CAPP 應(yīng)用應(yīng)從以零組件為主體對象的局部應(yīng)用走向以整個產(chǎn)品為對象的全生命周期的應(yīng)用，實現(xiàn)產(chǎn)品工藝設(shè)計與管理的一體化，建立企業(yè)級的工藝信息系統(tǒng)。隨著設(shè)計手段的變革，工藝設(shè)計跟著需要變革。近年來，隨著 CAPP功能不斷擴展，一些 CAPP 系統(tǒng)逐漸增加了工藝管理 的內(nèi)容，包括權(quán)限管理、流程管理、更改管理，并在工藝部門得到了一些應(yīng)用。 計算機集成制造是現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展趨勢，作為集成系統(tǒng)中的一個單元技術(shù)， CAPP系統(tǒng)的集成化也是必然的發(fā)展趨勢。 集成化和標(biāo)準(zhǔn)化的統(tǒng)一 。 CAPP系統(tǒng)的功能模塊 熱處理 CAPP 系統(tǒng)一般包括以下幾個功能子模塊 ︳ ︳ 工藝制定子模塊 已有工藝管理子模塊 MRPⅡ信息傳遞子模塊KUAIKUAIKUAIKUAI 塊 青島科 技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 ︳ ︳ ︳ ︳ 標(biāo)準(zhǔn)工藝庫管理子模塊 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫管理子模塊 計算熱處理參數(shù)推薦子模塊 典型熱處理 工藝演示子模塊 典型金屬材料的熱處理計算機輔助工藝設(shè)計 12 第三章 ACCESS 數(shù)據(jù)庫 數(shù)據(jù)庫的定義 數(shù)據(jù)庫是依照某種 數(shù)據(jù)模型 組織起來并存放二級 存儲器 中的數(shù)據(jù)集合。 30 年 間 數(shù) 據(jù) 庫 領(lǐng) 域 獲 得 了 三 次 計算機 圖 靈 獎 （ . Bachman, ），更加充分地說明了數(shù)據(jù)庫是一個充滿活力和創(chuàng)新精神的領(lǐng)域。 概念數(shù)據(jù)層。數(shù)據(jù)共享包含所有用戶可同時存取數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，也包括用戶可以用各種方式通過接口使用數(shù)據(jù)庫，并提供數(shù)據(jù)共享。利用數(shù)據(jù)庫可對數(shù)據(jù)進行集中控制和管理，并通過數(shù)據(jù)模型表示各種數(shù)據(jù)的組織以及數(shù)據(jù)間的聯(lián)系。而不同的數(shù)據(jù)庫是按不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來聯(lián)系和組織的。數(shù)據(jù)的邏輯結(jié)構(gòu)是從邏輯 的角度 (即數(shù)據(jù)間的聯(lián)系和組織方式 )來觀察數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，與數(shù)據(jù)的存儲位置無關(guān)。 IMS(Information ManagementSystem)是其典型代表。對于一個實際的應(yīng)用問題 (如人事管理問題 )，有時需要多個關(guān)系才能實現(xiàn)。 數(shù)據(jù)冗余小，易修改、易擴充。 VB 的特點 面向?qū)ο?。 結(jié)構(gòu)化設(shè)計語言 。 多個應(yīng)用向?qū)?。 人類文明的發(fā)展和社會的進步同金屬材料關(guān)系十分密切。特種金屬材料包括不同用途的結(jié)構(gòu)金屬材料和功能金屬材料。 這是表征材料在外力作用下抵抗變形和破壞的最大能力，可分為抗拉強度極限（ σb）、抗彎強度極限（ σbb）、抗壓強度極限（ σbc）等。 彈性極限 是指 材料在外力作用下將產(chǎn)生變形，但是去除外力后仍能恢復(fù)原狀的能力稱為彈性。實用中對于最常用的圓截面試樣通常可通過直徑測量進行計算： ψ=[1(D1/D0)2]x100%，式中： D0試樣原直徑； D1試樣拉斷后斷口細(xì)頸處最小直徑。 （ 2） 洛氏硬度 （ HR）用有一定頂角（例如 120176。優(yōu)點 ：里氏硬度計的主機接收到?jīng)_擊裝置獲得的信號進行處理、計算，然后在屏幕上直接顯示出里氏硬度值，便攜式里氏硬度計用里氏（ HL）測量后可以轉(zhuǎn)化為：布氏（ HB）、洛氏（ HRC）、維氏（ HV）、肖氏（ HS）硬度。 典型金屬材料的熱處理計算機輔助工藝設(shè)計 22 金屬材料在長期的反復(fù)應(yīng)力作用或 交變應(yīng)力 作用下（應(yīng)力一般均小于屈服極限強度 σs），未經(jīng)顯著變形就發(fā)生斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞破壞或疲勞斷 裂，這是由于多種原因使得零件表面的局部造成大于 σs 甚至大于σb 的應(yīng)力（應(yīng)力集中），使該局部發(fā)生塑性變形或微裂紋，隨著反復(fù)交變應(yīng)力作用次數(shù)的增加，使裂紋逐漸擴展加深（裂紋尖端處應(yīng)力集中）導(dǎo)致該局部處承受應(yīng)力的實際截面積減小，直至局部應(yīng)力大于 σb 而產(chǎn)生斷裂。 化學(xué)性能 金屬與其他物質(zhì)引起化學(xué)反應(yīng)的特性稱為金屬的化學(xué)性能。在實際應(yīng)用中還要考慮比容（材料受溫度等外界影響時，單位重量的材料其容積的增減，即容積與質(zhì)量之比），特別是對于在高溫環(huán)境下工 作，或者在冷、熱交替環(huán)境中工作的金屬零件，必須考慮其膨脹性能的影響。 鋼及其合金的分類 鋼的力學(xué)性能決定于鋼的成分和金相組織。數(shù)字表示含碳量的平均值。在橋梁、建筑、船舶上獲得了極廣泛的應(yīng)用。它在化工、石油、食品機械和國防工業(yè)中廣泛應(yīng)用。通常用在弱腐蝕性介質(zhì)，如海水、淡水和水蒸汽等中，使用溫度小于或等于 580 ℃ 、通常作為受力較大的零件和工具的制作材料，由于此鋼焊接性能不好，故一般不用作焊接件。鑄鋼具有較好的強度、塑性和韌性，可以鑄成各種形狀、尺寸和質(zhì)量的鑄鋼件。 在牌號中一般不標(biāo)注常規(guī)元素 C ． Si 、 Mn 、 S 和 P 的符號，但當(dāng)它們有特殊作用時才標(biāo)注其元素符號和含量。蠕墨鑄鐵的強度接近于球 墨鑄鐵，并具有一定的韌性和較高的耐磨性；同時又有灰口鑄鐵良好的鑄造性能和導(dǎo)熱性 。 青島科 技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 耐蝕鑄鐵。 典型金屬材料的熱處理計算機輔助工藝設(shè)計 28 第六章 熱處理 熱處理的定義 鋼的熱處理是將鋼在固態(tài)下加熱到預(yù)定的溫度，保溫一段時間，然后以預(yù)定的方式冷卻到室溫，來改變其內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)，以獲得所需性能的一種 熱加工工藝。下面主要介紹常用的熱處理方法中的正火、退火、淬火和回火。 ④ 用于鑄鋼件，可以細(xì)化鑄態(tài)組織，改善切削加工性能。 退火的目的是： (1) 降低硬度，改善切削加工性； (2)消除殘余應(yīng)力，穩(wěn) 定尺寸，減少變形與裂紋傾向； (3)細(xì)化晶粒，調(diào)整組織，消除組織缺陷。合金于加熱和冷卻過程中各發(fā)生一次相變重結(jié)晶，故稱為重結(jié)晶退火，常被簡 稱為退火。此時可用不完全退火代替完全退火，使珠光體發(fā)生重結(jié)晶 ,晶粒變細(xì)，同時也降低硬度，消除內(nèi)應(yīng)力 ,改善被切削性。等溫退火也可在鋼的熱加工的不同階段來用。將鑄錠或鑄件加熱到各該合金的固相線溫度以下的某一較高溫度 ,長時間保溫 ,然后緩慢冷卻下來。具有這種組織的中碳鋼和高碳鋼硬度低、被切削 性好、冷形變能力大。應(yīng)該指出 ,去除應(yīng)力退火并不能將內(nèi)應(yīng)力完全去除，而只是部分去除，從而消除它 的有害作用。常用的淬冷介質(zhì)有鹽水、水、礦物油、空氣等。淬火時的快速冷卻會使工件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)其大到一定程度時工件便會發(fā)生扭曲變形甚至 開裂。 工件先在較強冷卻能力介質(zhì)中冷卻到 300℃ 左右，再在一種冷卻能力較弱的介質(zhì)中冷卻，如：先水淬后油淬，可有效減少馬氏體轉(zhuǎn)變的內(nèi)應(yīng)力，減小工件變形開裂的傾向，可用于形狀復(fù)雜、截面不均勻 的工件淬火。根據(jù)冷卻方法，淬火工藝分為單液淬火、雙介質(zhì)淬火、馬氏體分級淬火和貝氏體等溫淬火 4 類。通過淬火與不同溫度的回火配合，可以大幅度提高金屬的強度、韌性及疲勞強度，并可獲得這些性能之間的配合（綜合機械性能）以滿足不同的使用要求。工藝操作是將鑄件加熱到 950℃ 左右 ，保溫一定時間后適當(dāng)冷卻 ，使?jié)B碳體分解形成團絮狀石墨。 再結(jié)晶退火 再結(jié)晶退火應(yīng)用于經(jīng)過冷變形加工的金屬及合金的一種退火方法。均勻化退火溫度所以如此之高，是為了加快合 金元素擴散，盡可能縮短保溫時間。若將該類鋼的熱鋼錠或鋼坯在冷卻過程中放入 700℃ 左右的等溫爐內(nèi)，保持等溫直到珠光體相變完成后，再出爐空冷，則可免生裂紋。 等溫退火 等溫退火應(yīng)用于鋼和某些非鐵合金如鈦合金的一種控制冷卻的退火方法。鋼的重結(jié)晶退火工藝是 :緩慢加熱到 Ac3（亞共析鋼）或 Ac1（共析鋼或過共析鋼）以上 30～ 50℃ ，保持適當(dāng)時間，然后緩慢冷卻下來。根據(jù)工件要求退火的目的不同，退火的 工藝 規(guī)范有多種，常用的有完全退火、球化退火、和去應(yīng)力退火等。 ⑥ 用于 球墨鑄鐵 ，使硬度、強度、耐磨性得到提高，如用于制造汽車、拖拉機、柴油機的 曲軸 、連桿等重要零件。其目的是在于使晶粒細(xì)化和碳化物分布均勻化。正確的熱處理工藝還可以消除鋼材經(jīng)鑄造、鍛造、焊接等熱加工工藝造成的各種缺陷、細(xì)化晶粒、消除 偏析、降低內(nèi)應(yīng)力，使組織和性能更加均勻。 金屬材料、金屬制品行業(yè)發(fā)展 前景 金屬制品行業(yè)包括結(jié)構(gòu)性金屬制品制造、金屬工具制造、集裝箱及 金屬包裝容器 制造、不銹鋼及類似日用金屬制品制造等。 可鍛鑄鐵。 工程中常用鑄鐵的性能和特點 灰口鑄鐵。某些承受沖擊不大的重要零件，如小型柴油機的曲軸，多用球墨鑄鐵制造。鋼中主要合金元素為鉻和鎳?，F(xiàn)將各類不銹鋼的特點簡述如下： ① 鐵素體型不銹鋼。 低合金高強度結(jié)構(gòu)鋼。平均含碳量＜ ％（用 “0” 表示；平均含碳量＜ ％，用 “00” 表示＝。 在工程中更通用的分類為： 按化學(xué)成分分類可分為碳素鋼、低合金鋼和合金鋼。 電學(xué)性能主要考慮其電導(dǎo)率，在電磁無損檢測中對其電阻率和渦流損耗等都有影響。在金屬的化學(xué)性能中，特別是抗蝕性對金屬的腐蝕疲勞損傷有著重大的意義 。除了上述五種最常用的力學(xué)性能指標(biāo)外，對一些要求特別嚴(yán)格的材料，例如航空航天以及核工業(yè)、電廠等使用的金屬材料，還會要求下述一些力學(xué)性能指標(biāo)：蠕變極限：在一定溫度和恒定拉伸載荷下，材料隨時間緩慢產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱為蠕變。里氏硬度計是一種便攜袖珍裝置，可應(yīng)用于各種金屬材料、工件的表面硬度測量，特別是大型鍛 鑄件 的測量，其最大的特點是可以任意方向檢測，免去了普通硬度計對工件大小、測量位置等的限制。由洛氏硬度機自動測量壓坑深度并以硬度值讀數(shù)顯示（顯然，壓坑越深，硬度越低，表示的洛氏硬度值越?。? 硬度 。 彈性模數(shù) 是材料在彈性極限范圍內(nèi)的應(yīng)力 σ 與應(yīng)變 δ（與應(yīng)力相對應(yīng)的單位變形量）之比，用 E 表示，單位兆帕（ MPa）： E=σ/δ=tgα 式中 α典型金屬材料的熱處理計算機輔助工藝設(shè)計 20 為拉伸試驗曲線上 oe 線與水平軸 ox 的夾角。 屈服強度極限 是指 金屬材料試樣承受的外力超過材料的彈性極限時，雖然應(yīng)力不再增加，但是試樣仍發(fā)生明顯的塑性變形，這種現(xiàn)象稱為屈服，即材料承受外力到一定程度時，其變形不再與外力成正比而產(chǎn)生明顯的塑性變形。 金屬材料的性能