部分课后习题解答(机械制造基础)
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1-5 简述机械制造过程的基本组成。
首先,组成机器的每一个零件要经过相应的工艺过程由毛坯转变成为合格零件;其次,要根据机器的结构与技术要求,把某些零件装配成部件;最后,在一个基准零部件上,把各个零件、部件装配成完整的机器。
3-1金属切削过程的实质是什么?试述前角、切削速度改变对切削变形的影响规律。
金属切削过程的实质,是在机床上通过刀具与工件的相对运动,利用刀具从工件上切下多余的金属层,形成切屑和已加工表面的过程。
γ增大,剪切角ϕ也增大,变形减小;前角前角直接影响剪切角ϕ。
前角还通过摩擦角β影响剪切角;切削速度的影响切削速度提高时切削层金属变形不充分,第I变形区后移,剪切角ϕ增大,切削变形减小;在积屑瘤的增长阶段,随切削速度的提高,γ增大,切削变形减小。
而在积屑瘤减小阶段,随切积屑瘤增大,刀具实际前角γ变小,切削变形又增大。
削速度的提高,积屑瘤高度减小,实际前角3-3什么是切削层?切削层的参数是如何定义的?切削加工时,刀具的切削刃从加工表面的一个位置移动到相邻的加工表面的另一个位置,两表面之间由刀具切削刃切下的一层金属层称为切削层。
过切削刃上选定点,在基面内测量的垂直于加工表面的切削层尺寸,称为切削层公称厚度;过切削刃上选定点,在基面内测量的平行于加工表面的切削层尺寸,称为切削层公称宽度;过切削刃上选定点,在基面内测量的切削层横截面面积,称为切削层公称横截面积;3-4分别说明切削速度、进给量及背吃刀量改变对切削温度的影响。
在切削用量中,切削速度对切削温度影响最大,进给量次之,背吃刀量影响最小。
因为,背吃刀量增大后,切削宽度也增大,切屑与刀具接触面积以相同比例增大,散热条件显著改善;进给量增大,切削厚度增大,但切削宽度不变,切屑与前刀面接触长度增加,散热条件有所改善;切削速度提高,消耗的功增加,产生的热量增多,而切削面积并没有改变,所以切削是影响切削温度的主要因素。
3-5 刀具磨钝标准与刀具耐用度之间有何关系?确定刀具耐用度有哪几种方法?要提高刀具耐用度,前角和主偏角应如何变化?刃磨后的刀具,自开始切削到磨损量达磨钝标准为止的总切削工作时间,称为刀具耐用度。
2-2切削过程的三个变形区各有何特点?它们之间有什么关联?答:切削塑性金属材料时,刀具与工件接触的区域可分为3个变形区:①第一变形区(基本变形区):是切削层的塑性变形区,其变形量最大,常用它来说明切削过程的变形情况;②第二变形区(摩擦变形区):是切屑与前面摩擦的区域;③第三变形区(表面变形区):是工件已加工表面与后面接触的区域。
它们之间的关联是:这三个变形区汇集在切削刃附近,此处的应力比较集中而且复杂,金属的被切削层就在此处与工件基体发生分离,大部分变成切屑,很小的一部分留在已加工表面上。
2-3分析积屑瘤产生的原因及其对加工的影响,生产中最有效的控制积屑瘤的手段是什么?答:在中低速切削塑性金属材料时,刀—屑接触表面由于强烈的挤压和摩擦而成为新鲜表面,两接触表面的金属原子产生强大的吸引力,使少量切屑金属粘结在前刀面上,产生了冷焊,并加工硬化,形成瘤核。
瘤核逐渐长大成为积屑瘤,且周期性地成长与脱落。
积屑瘤粘结在前刀面上,减少了刀具的磨损;积屑瘤使刀具的实际工作前角大,有利于减小切削力;积屑瘤伸出刀刃之外,使切削厚度增加,降低了工件的加工精度;积屑瘤使工件已加工表面变得较为粗糙。
由此可见:积屑瘤对粗加工有利,生产中应加以利用;而对精加工不利,应以避免。
消除措施:采用高速切削或低速切削,避免中低速切削;增大刀具前角,降低切削力;采用切削液。
2-7车削时切削合力为什么常分解为三个相互垂直的分力来分析?分力作用是什么?答:(1)车削时的切削运动为三个相互垂直的运动:主运动(切削速度)、进给运动(进给量)、切深运动(背吃刀量),为了实际应用和方便计算,在实际切削时将切削合力分解成沿三个运动方向、相互垂直的分力。
(2)各分力作用:切削力是计算车刀强度、设计机床主轴系统、确定机床功率所必须的;进给力是设计进给机构、计算车刀进给功率所必需的;背向力是计算工件挠度、机床零件和车刀强度的依据,与切削过程中的振动有关。
2-11背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响是否一样?为什么?如何运用这一定律知道生产实践?答:不一样。
《机械制造技术基础》部分习题参考解答第二章 金属切削过程2—1 什么是切削用量三要素?在外圆车削中,它们与切削层参数有什么关系?答:切削用量三要素是指切削速度v 、进给量f 、背吃刀量a p (切削深度)。
在外圆车削中,它们与切削层参数的关系是:sin /sin D rD p r D ph f b a A fa κκ===切削层公称厚度: 切削层公称宽度: 切削层公称横截面积:2-2 确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要几个基本角度?试画图标出这些基本角度。
答:确定外圆车刀切削部分几何形状最少需要7个基本角度:前角、后角、主偏角、副偏角、副前角、副后角和刃倾角,这些基本角度如下图所示(其中副前角、副后角不做要求)。
2—3 试述刀具标注角度和工作角度的区别。
为什么车刀作横向切削时,进给量取值不能过大?答:刀具标注角度是在静态情况下在刀具标注角度参考系中测得的角度;而刀具工作角度是在刀具工作角度参考系中(考虑了刀具安装误差和进给运动影响等因素)确定的刀具角度。
车刀作横向切削时,进给量取值过大会使切削速度、基面变化过大,导致刀具实际工作前角和工作后角变化过大,可能会使刀具工作后角变为负值,不能正常切削加工(P23)。
2—4 刀具切削部分的材料必须具备哪些基本性能?答:(P24)(1) 高的硬度和耐磨性;(2)足够的强度和韧性;(3)高耐热性;(4) 良好的导热性和耐热冲击性能;(5)良好的工艺性。
2-5 常用的硬质合金有哪几类?如何选用?答:(P26)常用的硬质合金有三类:P类(我国钨钴钛类YT),主要用于切削钢等长屑材料;K类(我国钨钴类YG),主要用于切削铸铁、有色金属等材料;M类(我国通用类YW),可以加工铸铁、有色金属和钢及难加工材料。
2-6 怎样划分切削变形区?第一变形区有哪些变形特点?答:切削形成过程分为三个变形区。
第一变形区切削层金属与工件分离的剪切滑移区域,第二变形区前刀面与切屑底部的摩擦区域;第三变形区刀具后刀面与已加工表面的摩擦区域.第一变形区的变形特点主要是:金属的晶粒在刀具前刀面推挤作用下沿滑移线剪切滑移,晶粒伸长,晶格位错,剪切应力达到了材料的屈服极限。
第1章1.观察你身边的机械产品,总结机械制造包括哪些基本环节。
毛坯制造环节和切削加工环节,前者属于热加工范畴,后者属于冷加工范畴。
2.找机会到你身边的制造企业进行实地参观和考察,认真理解学过的知识。
略3.思考在当今时代要成为一名优秀的机械制造工程师需要经过哪些素质训练。
略4.提高产品质量,降低生产成本主要有哪些措施?1)批量生产毛坯2)利用先进加工技术进行零件加工3)利用数控加工中心取代普通生产线第2章1.什么是铸造?生产铸件主要有哪些工艺流程?评价材料铸造性能的主要指标是什么?铸造是一种传统的毛坯生产方式,将固态的铸造材料熔解后转变为液态,将其浇注到与模型形状一致的铸型中,冷却凝固后获得固态的产品。
铸造是一个复杂的工艺过程,包括以下4个主要步骤。
造型过程造芯过程合箱和浇注过程落砂清理过程评价材料铸造性能的主要指标是流动性和收缩率。
2.什么是同时凝固原则?其包含的主要工艺特点是什么?有何主要用途?对于壁厚单向递增的工件,将浇口设置在薄壁处,并在厚壁处安放冷铁使薄壁部位维持高温时间延长,厚壁部位冷却速度加快,减小了它们之间的温度梯度,从而减小内应力,这就是同时凝固原则。
工艺特点:浇口设置在薄壁处,厚壁处利用冷铁使薄壁部位维持高温时间延长,厚壁部位冷却速度加快,减小了它们之间的温度梯度,从而减小内应力。
主要用途:防止应力的产生。
3.哪种材料是“以铁代钢”的最好选择?这种材料具有哪些典型特性?球墨铸铁。
其石墨呈球状,对金属基体的割裂作用进一步减轻,其强度和韧性显著提高,远远高于灰口铸铁,并可以与钢媲美。
4.机床床身、火车轮和水管弯头分别适合用哪种材料铸造?床身用HT300或HT350灰口铸铁,火车轮用QT800-2 和HT900-2球墨铸铁,弯头用KTH300-6可锻铸铁。
5.为什么要规定铸件的“最小壁厚”和“临界壁厚”?如果所设计铸件的壁厚小于允许的“最小壁厚”,铸件就易产生浇不足、冷隔等缺陷。
如果所设计铸件的壁厚大于“临界壁厚”,容易产生缩孔、缩松、结晶组织粗大等缺陷,从而使铸件的力学性能下降。
第一部分金属材料与热处理(非机类专业用)1.(1)理化性能:根据材料使用中工作条件不同,对材料的理化性能要求不同。
如飞机上的一些零部件,需要密度小的材料,如铝合金制造,在腐蚀介质中工作的零件要选用耐腐蚀性好的材料制造。
(2)机械性能:根据材料在使用过程中受力情况不同,选用不同机械性能指标的材料。
(3)工艺性能:根据材料使用中加工方法不同,选用不同的工艺性能的材料。
如机床床身应选用铸造性能好的灰铸铁等。
2.σb—强度极限σs—屈服极限8%—延伸率4%—断面收缩率a k—冲击韧性A k—冲击功HB—布氏硬度HRC—洛氏硬度HV—维氏硬度3.有一定的关系。
硬度可以表示金属材料在一个小体积范围内抵抗弹性变形、塑性变形和破坏的能力。
而抗拉强度亦是指材料在拉力作用下抵抗变形和破坏的能力。
4.5用铁制造:铁锅。
用有色金属制造:铝锅、铝盆、铜制自来水龙头等。
6.车床中钢制零件:主轴、各传动轴、高速齿轮等。
铁制零件:床身、齿轮箱、尾架等。
7.塑性变形是一种永久性变形,外力去除后变形并不消失,而弹性变形在外力去除后变形消失,物体恢复原状。
8.同素异晶转变——固态金属在不同的温度下具有不同的晶格类型的现象。
例如纯铁在912℃以下具有体心立方晶格,在912℃~1300℃之间具有面心立方晶格。
9.金属在结晶过程当中,晶粒的粗细与晶核数目的多少及晶核长大的速度有关。
10.固溶体:溶质原子融入溶剂晶格而保持溶剂晶格类型的金属晶体称之为固溶体。
化合物:指两个或两个以上的组元按一定的原子比相互化合而成的新物质。
机械混合物:组成合金的组元在互配的情况下既不溶解也不化合,而是按一定的重量比例,以混合的方式存在着,形成各组元晶体的机械混合物。
具有固溶体结构的金属材料其强度和硬度比纯金属高,而具有化合物结构的金属材料通常硬度很高,而且脆性大,具有机械混合物机构的金属材料不仅决定各组成的性能,还与各数量大小,形状及分布情况有关,通常它比单一固溶体强度、硬度高,塑性、韧性差。