机械设计章材料公差工艺性
机械设计中的零件装配与公差分析
机械设计中的零件装配与公差分析在机械设计过程中，零件装配与公差分析是非常关键的一步。
它能够确保产品的功能和性能符合设计要求，同时也能够提高产品的质量和可靠性。
下面，我们将深入探讨机械设计中的零件装配与公差分析的重要性和方法。
1.零件装配的重要性零件装配是将设计好的零件组装在一起，形成一个完整的产品。
在机械设计中，零件装配的质量直接影响产品的功能和性能。
如果装配不良，可能会导致产品失效或者性能下降。
因此，在进行零件装配时，我们需要考虑以下几个方面：1.1 尺寸配合尺寸配合主要涉及零件之间的配合间隙和公差。
合适的配合间隙和公差可以确保零件能够正确拼装在一起，并且在使用过程中不会产生过大的摩擦或者间隙。
因此，在进行零件装配时，我们需要根据设计要求和材料特性来确定合适的尺寸配合。
1.2 强度要求在机械设计中，零件通常需要承受一定的载荷和应力。
因此，在进行零件装配时，我们需要确保零件之间的连接紧固可靠，能够承受相应的载荷和应力。
如果连接不牢固，可能导致零件位移、松动或者断裂，从而影响产品的使用。
1.3 运动要求某些机械产品需要进行定向运动，例如，齿轮传动系统。
在进行零件装配时，我们需要确保零件之间的相对位置和运动关系符合设计要求。
如果装配不当，可能会导致运动不畅或者运动阻力过大，从而影响产品的使用效果。
2.公差分析的重要性在机械设计中，公差分析是一个非常重要的环节。
公差是指零件或装配件的尺寸、形状和位置的偏差范围。
公差分析可以评估零件装配的可行性和可靠性，帮助设计师确定合适的公差要求。
具体来说，公差分析有以下几个作用：2.1 评估装配可行性在进行零件装配时，不同制造工艺和设备对公差的控制能力不同。
通过公差分析，可以评估零件之间的配合是否可行，是否能够在给定的公差范围内进行装配。
如果公差范围太小，可能会导致装配困难或者不可行；如果公差范围太大，可能会导致装配过松，影响产品的使用寿命。
因此，在进行装配设计时，我们需要合理确定公差范围。
机械设计的标准
机械设计的标准一、概述机械设计是机械工程学科的重要组成部分，是指根据特定的功能需求和工程要求，运用相关的知识和理论，对机械产品进行结构设计、零部件设计、性能分析和优化。
为了保证机械产品的质量、安全性和可靠性，必须遵循一定的机械设计标准和要求。
二、国际机械设计标准1. ISO标准国际标准化组织（ISO）制定了一系列的机械设计标准，其中包括机械构件的标准尺寸、公差要求、工程图样标准、材料选用标准等，涵盖了机械设计的各个方面。
例如ISO 1101标准规定了公差的表示方法和公差的计算原则，ISO 286标准规定了制成品零件尺寸与其公差的配合要求等。
2. ANSI标准美国国家标准协会（ANSI）发布了一系列的机械设计标准，涉及机械工程图样、螺纹连接、焊接标准等。
该标准主要适用于美国和一些北美洲国家的机械设计与制造。
三、国内机械设计标准1. GB标准中国国家标准化委员会发布了一系列的机械设计标准，主要包括机械构件的标准尺寸、公差要求、工程图样标准、材料选用标准等。
例如GB/T 1804-2000《公差尺寸的基本制度》规定了我国机械零件公差表达和计算的基本方法和原则，GB/T 12345-2000《通用数字式编码与图示》规定了数字式绘图的符号、构图方法及图中文字的书写规则等。
2. 国家行业标准针对特定行业的机械产品，国家还制定了一些行业标准，如机械零部件的设计标准、安全性要求等。
这些标准是在GB标准的基础上，对具体行业的特殊要求进行了补充和规范。
四、机械设计标准的要求1. 精准性要求机械设计标准要求设计精准，即设计的尺寸、形状、公差、配合等需要符合标准规定，以确保零部件的精度和可靠性。
2. 安全性要求机械设计标准要求在设计中考虑产品的安全性，在符合功能需求的基础上，尽可能减少事故风险，防止因设计缺陷导致的安全事故发生。
3. 可靠性要求机械设计标准要求产品具有良好的可靠性，能够在规定的条件下长期稳定地工作，降低故障率，延长使用寿命。
《机械设计基础》第9章 机械零件设计概论
润滑油进 造成小块金属脱 发生疲劳点蚀后的不良后果：损坏零件表面光洁 入裂纹 落，形成小坑— 度；接触面积减小；承载能力降低；传动质量下 —疲劳点蚀。 降，引起振动和噪音。
27
◆接触应力的计算： 注意：
赫兹（H.Hertz)公式 :
Fn b
ρ1
σH1 = σH2 σH σH
ρ2
σH =
Fn .
1± 1 ρ1 ρ2 1-μ12 + 1-μ22 E1 E2
注 意 失效并不一定意味着破坏（破坏的零件则 不能工作，而失效的零件不一定不能工作， 只是不能正常工作），因此，失效有更广 泛的含义。
工作能力：不发生失效的条件下，零件所能安全工作 的限度。若此限度对载荷而言，又可称承载能力。
3
◆机械零件的强度
零件设计中的载荷与应力 载荷
载荷的分类： 变载荷
名义载荷（公称载荷）——在理想的平稳工作条 件下作用在零件上的载荷。 计算载荷=K×名义载荷 静载荷
疲劳磨损（疲劳点蚀） 腐蚀磨损（腐蚀机械磨损）
37
机械零件正常运行的磨损过程（三个阶段）：
1、跑合阶段（磨合阶段） ——新的摩擦副表面具有一定的粗糙度，实际接触面 积较小。在跑合阶段，表面逐渐磨平，实际接触面积 逐渐增大，磨损速度减缓。因此，人们有意利用跑合 阶段，轻微磨损，为今后正常运行创造条件。 注意 跑合结束后，及时更换润滑油。
=
σHlim
SH
其中： σHlim—材料的接触疲劳极限 对于钢材σHlim≈2.76HB-70 (MPa)
S H —安全系数， S H≥1
31
例：图示为由两个相互压紧的钢制摩擦轮组成 的摩擦轮传动。 已知：D1=100mm,D2=140mm,b=50mm,小轮主动； 主动轴传递功率P=5kW、转速n1=500r/min，传 动较平稳，载荷系数K=1.25，摩擦系数,f=0.15。 试求：（1）所需的法向压紧力N；（2）两轮接 触处 最大接触应力；（3）若摩擦轮的材料硬 度HB=300,试校核接触强度。
机械设计中的工艺性和可制造性考虑
机械设计中的工艺性和可制造性考虑机械设计中的工艺性和可制造性是十分重要的考虑因素。
在设计过程中，必须充分考虑到如何使产品能够在实际生产中得以顺利制造，并且在成本和时间方面具有可行性。
本文将就机械设计中的工艺性和可制造性进行探讨。
1. 设计原则在机械设计中，工艺性和可制造性必须始终作为设计的基本原则。
即使产品在功能和性能方面表现出色，如果在制造过程中出现困难或问题，那么设计就无法得以实施。
因此，在设计初期就要充分考虑到产品的制造过程，确保设计方案能够顺利实施。
2. 材料选择在机械设计中，材料的选择直接影响到产品的工艺性和可制造性。
不同材料具有不同的特性和加工方式，所以需要根据设计要求和制造条件来选择合适的材料。
例如，在需要耐磨性能的情况下，可以选择硬度较高的材料；在需要重量轻、强度高的情况下，可以选择高强度钢或铝合金等材料。
因此，在材料选择上要兼顾产品的性能和制造难度。
3. 零件设计在机械设计中，零件的设计必须要符合制造的要求。
一些设计特点，如过于复杂的形状、内孔、壁厚过薄等，都会增加加工的难度和成本。
因此，在零件设计中要尽可能简化结构，减少制造过程中的难度。
此外，还需要合理选择零件的尺寸和公差，以确保零件之间的配合精度和可制造性。
4. 制造工艺机械设计完成后，需要根据设计要求选择合适的制造工艺。
不同的工艺会对产品的制造成本和时间产生直接影响。
在制造工艺的选择上，应综合考虑产品的结构、材料和使用环境等因素。
例如，对于需要高精度加工的部件，可以选择数控加工或激光切割等工艺；对于需要大批量生产的产品，可以选择冲压或注塑成型等工艺。
5. 总结机械设计中的工艺性和可制造性是确保产品能够正常生产和使用的关键因素。
在设计过程中，要充分考虑产品的制造难度和成本，并选择合适的材料和制造工艺。
只有这样，设计出的产品才能具备较好的工艺性和可制造性，从而满足实际生产的需求。
通过对机械设计中的工艺性和可制造性的讨论，我们可以看到它们在设计过程中的重要性。
大学_精密机械设计(庞振基黄其圣著)课后答案
精密机械设计(庞振基黄其圣著)课后答案精密机械设计(庞振基黄其圣著)内容简介前言基本物理量符号表绪论第一章精密机械设计的基础知识第一节概述第二节零件的工作能力及其计算第三节零件与机构的误差估算和精度第四节工艺性第五节标准化、系列化、通用化第六节零件的设计方法及其发展思考题及习题第二章工程材料和热处理第一节概述第二节金属材料的力学性能第三节常用的工程材料第四节钢的热处理第五节表面精饰第六节材料的选用原则思考题及习题第三章零件的几何精度第一节概述第二节极限与配合的基本术语和定义第三节光滑圆柱件的极限与配合及其选择第四节形状与位置公差及其选择第五节表面粗糙度及其选择思考题及习题第四章平面机构的结构分析第一节概述第二节运动副及其分类第三节平面机构的运动简图第四节平面机构的自由度第五节平面机构的组成原理和结构分析思考题及习题第五章平面连杆机构第一节概述第二节铰链四杆机构的基本型式及其演化第三节平面四杆机构曲柄存在的条件和几个基本概念第四节平面四杆机构的设计思考题及习题第六章凸轮机构第一节概述第二节从动件常用运动规律第三节图解法设计平面凸轮轮廓第四节解析法设计平面凸轮轮廓第五节凸轮机构基本尺寸的确定思考题及习题第七章摩擦轮传动和带传动第一节概述第二节磨擦轮传动第三节磨擦无级变速器第四节带传动第五节同步带传动第六节其它带传动简介思考题及习题第八章齿轮传动第一节概述第二节齿廓啮合基本定律第三节渐开线齿廓曲线第四节渐开线齿轮各部分的名称、符号和几何尺寸的计算第五节渐开线直齿圆柱齿轮传动第六节渐开线齿廓的切制原理、根切和最少齿数第七节变位齿轮第八节斜齿圆柱齿轮传动第九节齿轮传动的失效形式和材料第十节圆柱齿轮传动的强度计算第十一节圆锥齿轮传动第十二节蜗杆传动第十三节轮系第十四节齿轮传动精度第十五节齿轮传动的空回第十六节齿轮传动链的设计思考题及习题第九章螺旋传动第一节概述第二节滑动螺旋传动第三节滚珠螺旋传动第四节静压螺旋传动简介思考题及习题第十章轴、联轴器、离合器第一节概述第二节轴第三节联轴器第四节离合器思考题及习题第十一章支承第一节概述第二节滑动摩擦支承第三节滚动摩擦支承第四节弹性摩擦支承第五节流体摩擦支承及其它形式支承第六节精密轴承思考题及习题第十二章直线运动导轨第一节概述第二节滑动摩擦导轨第三节滚动摩擦导轨第四节弹性摩擦导轨第五节静压导轨简介思考题及习题第十三章弹性元件第一节概述第二节弹性元件的基本特性第三节螺旋弹簧第四节游丝第五节片簧第六节热双金属弹簧第七节其它弹性元件简介思考题及习题第十四章联接第一节概述第二节机械零件的联接第三节机械零件与光学零件的联接思考题及习题第十五章仪器常用装置第一节概述第二节微动装置第三节锁紧装置第四节示数装置第五节隔振器思考题及习题第十六章机械的计算机辅助设计第一节概述第二节计算机辅助设计系统的原理与构成第三节表格和线图的处理第四节机械优化设计第五节设计举例思考题及习题参考文献精密机械设计(庞振基黄其圣著)目录本书对精密机械及仪器仪表中常用机构和零部件的工作原理、适用范围、结构、设计计算方法，以及工程材料、零件几何精度的基础知识等诸方面均作了较为详细的阐述。
机械工程中的机械设计和制造的规范要求
机械工程中的机械设计和制造的规范要求在机械工程领域的机械设计和制造中，遵循一定的规范要求是至关重要的。
这些规范旨在确保机械设备的安全性、可靠性以及操作的高效性。
本文将介绍机械工程中的机械设计和制造的规范要求。
1.设计规范要求在机械设计中，需要遵循以下规范要求来确保设计的准确性和优良性：1.1 尺寸和公差规范：机械零部件的尺寸和公差应符合国家标准或者自行制定的行业标准，以确保装配和功能的兼容性。
1.2 材料规范：根据机械设备的要求，选择合适的材料，并参照相应的标准规范，如GB标准、ASTM标准等。
1.3 布局规范：设计中需要合理布局各个零部件，以确保机械设备的运行效率和人机工程学的要求。
1.4 结构强度和稳定性规范：根据机械设备的工作环境和工作负荷，设计各个零部件的强度和稳定性，以确保机械设备的安全性和稳定性。
1.5 可制造性规范：设计时要考虑材料、加工工艺等制造方面的可实现性，以确保设计方案的可制造性。
2.制造规范要求在机械制造过程中，需要严格按照以下规范要求来确保产品的质量和一致性：2.1 加工工艺规范：根据设计图纸，选择合适的加工工艺，并确保加工过程中的工艺参数符合相应的标准规范。
2.2 设备和工具规范：使用符合标准的设备和工具，确保加工过程的准确性和稳定性。
2.3 工序控制规范：制定合理的工序控制计划，包括加工顺序、加工时间、工艺路径等，以确保每个工序的准确性和协调性。
2.4 质量控制规范：采用合适的质量控制方法，如SPC（统计过程控制）等，以确保产品的质量符合设计要求。
2.5 环境和安全规范：在制造过程中，要严格遵守环境保护和安全操作规范，确保制造过程的环保和人员安全。
3.验收规范要求在机械制造完成后，需要进行相应的验收工作，以确保产品符合设计要求和标准规范。
3.1 外观检查：检查产品外观是否有缺陷、划痕、腐蚀等问题，以及是否符合设计图纸要求。
3.2 功能性检测：测试产品的功能是否正常，各部件是否协调配合，以确保机械设备的正常运行。
机械设计中的机械加工规范要求
机械设计中的机械加工规范要求机械加工是机械设计中至关重要的一环，它涵盖了制造和加工过程中的种种要求和规范。
本文将详细探讨机械设计中的机械加工规范要求，以期提高产品质量、降低成本和减少生产过程中的错误。
一、材料选择在机械设计中，选择合适的材料对于产品的性能和寿命至关重要。
机械加工者应根据设计要求，选择合适的材料类型和材料强度。
如果不确定材料的特性，可以进行化学成分分析、金相显微镜观察、拉伸试验等测试，以确保材料质量符合要求。
二、尺寸和公差在机械加工过程中，精确的尺寸和公差是确保零件功能和互换性的关键。
机械设计中的加工规范要求尺寸和公差必须满足设计图纸的要求。
在实际加工过程中，应根据材料的热胀冷缩性质和机械加工工艺进行适当的调整，以确保产品满足精度要求。
三、表面质量机械加工后的表面质量直接影响产品的外观和使用寿命。
机械设计要求在加工过程中注意控制切削工具的磨损，避免划痕和毛刺，确保零件表面光洁度。
此外，还应根据需要进行表面处理，如打磨、喷砂、镀膜等操作，以提高零件的耐腐蚀性能。
四、装配要求机械设计中的机械加工规范要求应包含适当的装配要求。
装配过程中应注意以下几点：1. 确保零件互换性，尺寸和公差的累积误差不应超过设计要求。
2. 检查零件的清洁度，确保装配前无杂质和污染物。
3. 使用适当的装配工具和方法，避免造成零件损坏或变形。
4. 检查装配后的功能和性能，确保产品符合设计要求。
五、质量控制机械加工过程中的质量控制是确保产品质量稳定性的重要环节。
机械设计中的规范要求应包括质量控制的方法和标准，如：1. 检测设备的校准和维护，确保测量结果准确可靠。
2. 定期对加工设备进行维护和保养，确保其正常运转。
3. 进行过程控制，包括监测切削液的浓度和温度、刀具磨损情况等。
4. 制定合理的检验方案，对成品进行合格和不合格的判定，以及不合格品的处理方法。
六、安全要求机械加工作为一项高风险的工作，安全是至关重要的。
机械设计中的规范要求应包含适当的安全要求和措施，如：1. 提供必要的个人防护装备，如护目镜、手套、耳塞等。
机械零件的常用材料和结构工艺性(共40张PPT)
4、工程塑料
在工程中用来作结构或传动件材料的塑料，具有较高 的强度，质量轻，绝缘性、减摩耐磨/3
3、有色金属
1) 铜及铜合金 黄铜：Cu与Zn（≥15%）合金 青铜 锡青铜：Cu与Sn的合金 无锡青铜：Cu与Al、Si、Pb等的合金 铜的力学性能很低，在机械工业中的应用并不多。 2) 铝及铝合金 形变铝合金：防锈铝、锻铝等 铸造铝合金 （应用最广的轻金属）
2019/2/3
9
1）铜及铜合金
15 12 砂 模 金属模 砂 模 金属模 棒 材
用
途
中等强度零件及焊接件，如 螺栓、铆钉、接头、骨架等 高强度零件、大梁、框架等 中等强度、形状复杂的零件， 如支架、客体、发动机附件 等
222
1
铝及铝合金是应用最广的轻金属，纯铝有良好的塑性、耐 蚀性、导电性、导热性和焊接性。
2019/2/3 11
用
途
315~430 335~450 375~500
33 31 26
冲压件、焊接件及受载小的机械零件，如垫圈, 开口销、地脚螺栓等 焊接件、金属结构件及螺栓、螺母、铆钉、销 轴、连杆、支座等受载不大的机械零件
410~550 490~630
255 275
24 20
金属结构件及螺栓、螺母、垫圈、楔、转轴、 心轴、链轮、吊钩、连杆等受力较大的机械零 件
抗拉强度 σb /MPa 450 500
屈服点σs /MPa 230 270
伸长率δ /% 22 18
用
途
机座、机盖、箱体等。焊接性良好 飞轮、机架、蒸汽锤、联轴器、水压机 工作缸，焊接性尚好
570
640
310
340
15
10
联轴器、气缸、齿轮、重载荷机架
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让焊缝底面 作为受拉侧
M（弯矩）
焊缝十字交 叉内应力大
*********************************
焊缝错开减 小内应力
********* ****************** *****
1、机械制造常用的材料有哪些？ 2、材料的选用原则是什么？ 3、机械制造中常用优先配合是哪些？ 4、机械制造中常用的公差等级是哪些？ 5、相对加工费用与公差等级的选择有什么关系？ 6、工艺性的基本要求是什么？
基孔制 H8 H7 H8
f 7 g6 h 7
基轴制 F8
h7
G7 h6
H8 h7
应 用
转动 配合, 例： 滑动 轴承 等
不动滑配例活滚轴花联等转的动合：塞动承键接、、，不动定配和密动合例滚轴等转的位合精滑配，：动承
H7 H7 H7 H7 H7
k6 n6 p 6 s6
u6
K7 N7 P7 h6 h6 h6
低热处理质量。 5、装拆的可能性和方便性。
切削加工 （需加工三次）
（ “键槽划一”——可连续加工，具有良好的工艺性）
难在机床 上固定
设计夹 紧凸缘
开夹紧 工艺孔
（需两次走刀） L
（孔表面精车长度过长）
（一次走刀） L
（减少精车长度）
需两次装夹，难 保证孔的同轴度
只需一次装夹，易 保证孔的同轴度
本节是先修课程中已经学习过的内
容。本节主要从机械设计的角度对先修 课的有关内容进行概括、综合。
●机械常用材料
钢 铸铁
机械制造常用材料： 有色金属合金
非金属材料 复合材料
机械制造常用材料分类及应用
分
类
应用举例
碳素钢
低碳钢（含碳量≤0.25%) 中碳钢（含碳量≥0.25~0.6%)
钢
高碳钢（含碳量>0.6%)
齿轮、轴、蜗杆、螺 钉、铆钉、连杆等
合金钢
低合金钢(合金总含量≤5%) 中合金钢(合金总含量＞5~10%)
较重要的结构和构件
高合金钢(合金总含量＞10%)
铸
一般铸钢
普通碳素铸钢 低合金铸钢
机座、大齿轮、棘轮、曲轴等
容器、齿轮、曲轴、水轮机叶片等
钢 特殊铸钢
耐蚀、耐热、无磁、电工零件、 水轮机叶片、模具等
料 热固性塑料（酚醛塑料、氨基塑料等）
轴承衬
同上，（强度、耐腐蚀 性梢差，但价格较低）
耐腐蚀件、绝缘件、透明 件、减磨件、密封件等
橡
通用橡胶
胶
特种橡胶
密封件、减振件、带传动、 运输带、软管、绝缘材料、 轮胎等
材料的选用原则
●使用要求 ●工艺要求 ●经济要求
●常用优先配合及应用
间隙配合
过渡配合 过盈配合
公差等级 IT7 IT8 IT9 IT10 IT11
●机械零件的工艺性
良好的工艺性 ——花费的劳动量较小、加工费用较低，省时、 省工、省材、便于加工、易保证精度。
工艺性的基本要求
1、与生产条件、批量大小、及获得毛坯的方法相适应。 例：因切削加工较昂贵，故切削工作量越小越好。
2、造型简单化。形状越复杂制造越困难，成本越高。 3、加工的可能性、方便性、精确性和经济性 4、满足热处理要求。避免热处理时产生变形、开裂或降
铸
灰铸铁(HT)
低牌号（HT100~HT150) 底座、手轮、床身、盖等
高牌号（HT200~HT400) 齿轮、带轮、飞轮、联轴器、机身
可锻铸铁（KT)
铁素体型 珠光体型
减速器壳、搬手、支座等
曲轴、齿轮、活塞环、轴套等
铁 球墨铸铁(QT) 特殊铸铁
铁素体型 珠光体型
同可锻铸铁 耐蚀、耐热、耐磨场合
铜
S7 U7 h6 h6
精密 更精 特别 能传递 能传递
定位 密定 重要 外载荷 较大外
配合，位配 的定 的配合 载荷的
例： 合， 位配 和高速 配合
低速 例： 合， 齿轮孔
齿轮、齿轮、例： 与轴的
蜗轮、蜗轮、较高 配合
带轮、轴、 速齿
轴、 滚动 轮、
滚动 轴承 蜗轮、
轴承 等 轴、
等
等
●机械制造中常用的公差等级：4~11级
同侧布置定位销 （或使a≠b）
b a
铸造工艺性 壁厚不均匀，
易出现缩孔
分型面多， 造型不便， 需三箱造型
上
中
中
上
下
下
壁厚减薄，
（加筋）
只需两箱造型
热处理
剖面不均匀， 开设工艺孔，
淬火变形大
淬火变形小
一侧键槽， 淬火变形大
加开对称工艺槽， 淬火变形小
焊接工艺性
M（弯矩）
M（弯矩）
此处不易作 为受拉侧
螺纹孔无 法加工
开设工 艺孔
刚度不足，加 工时由于变形
影响精度
加强筋
装拆工艺性
L1 A向
L2
应保证装配条件： L1 > L2
应保证扳手空间
（特殊情况应配专用扳手）
S r
A向
轴肩过高， 正拆确卸的困设难计
结合面配合较紧时， 拆卸不便
开设排气孔
装销时，空 气无法排除 开设排气槽
定位销对角布置a=b时， 易出现安装错误（误转 180°）
铸造铜合金
铸造黄铜（ZH) 轴瓦、衬套、阀体、管接头
合 金
轴瓦、蜗轮、丝杠螺母、
铸造青铜（ZQ)
管配件
变形铜合金
黄铜（H)
管、铆钉、螺母、垫圈
青铜（Q) 轴瓦、蜗轮、螺母、弹簧
轴 承
（ 巴 氏
合合
金金
锡基轴承合金(ZChSnSb) 铅基轴承合金(ZChPbSb)
）
塑 热塑性塑料（聚乙烯、有机玻璃、尼龙等）
特别精密的零件
4 、5
重要零件
6、7、8
中等工作速度、中等精度要求的零件 8、9
低精度零件
10、11
注意
凡低级能满足要求的，则不要采用高等级。盲目 追求高等级，必将导致加工量和加工费用的增长。0 1.5 1.0
IT4
IT5 IT6
加工内表面 加工外表面