機械加工工藝及裝備習(xí)題參考答案(已修改)

　

【正文】 《機械加工工藝與裝備》練習(xí)題參考答案習(xí)題參考答案第一章 總論1答案制造有兩種含意，狹義的制造是使原材料在物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)上發(fā)生變化而轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的過程；廣義的制造是指人類按照所需目的，運用主觀掌握的知識和技能，通過手工或可以利用的客觀的物質(zhì)工具與設(shè)備，采用有效的方法，將原材料轉(zhuǎn)化為有使用價值的物質(zhì)產(chǎn)品并投放市場的全過程。加工是指把原材料變成產(chǎn)品的直接物理過程。是制造系統(tǒng)的一個主要的子系統(tǒng)，是通過改變原材料（毛坯或半成品）的形狀、性質(zhì)或表面狀態(tài)，來達到設(shè)計所規(guī)定的技術(shù)要求。制造業(yè)是對原材料進行加工或再加工，對零部件進行裝配的工業(yè)的總稱。制造技術(shù)是完成制造活動所施行的一切手段的總和。2答案從制造業(yè)的發(fā)展歷史來看，加工制造業(yè)最基本的競爭方式就是成本價格的競爭。技術(shù)達到一定水平，質(zhì)量達到一定標(biāo)準(zhǔn)，如果產(chǎn)品之間沒有差異，價格競爭的最后結(jié)果就是沒有利潤。沿海一些發(fā)達地區(qū)，比如上海、廣東，一些加工制造企業(yè)發(fā)展到一定水平后，發(fā)現(xiàn)盡管占有的市場越來越大，但企業(yè)利潤越來越少，甚至處于盈虧的臨界點上。發(fā)達國家也是先經(jīng)歷過價格競爭的過程，往后就進入差異化競爭過程。裝備制造業(yè)的企業(yè)之間的競爭主要不是成本價格的競爭，而是性能、質(zhì)量、營銷、品牌等各方面差異的競爭，只有這些才能真正為企業(yè)帶來利潤，現(xiàn)在我國工業(yè)化發(fā)展已經(jīng)到了這個階段。一些企業(yè)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)加工制造業(yè)的發(fā)展空間越來越小，希望向裝備制造業(yè)升級。十六大報告提出產(chǎn)業(yè)升級問題，實際上也涉及制造業(yè)本身的發(fā)展。現(xiàn)在制造業(yè)正處于一個由以加工制造業(yè)為主逐步向裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)變的發(fā)展過程中。下一階段，我國工業(yè)應(yīng)該向裝備制造業(yè)方面發(fā)展，否則我國工業(yè)化發(fā)展帶來的實際經(jīng)濟效益和社會福利會受到很大的限制。3答案零件是機器的組成單元，裝配時機器是由零件單元逐一裝配而成，但在設(shè)計的時候卻是從整臺機器開始的。一種新產(chǎn)品（機器）的開發(fā)內(nèi)容包括概念設(shè)計、方案設(shè)計、詳細(xì)設(shè)計、樣機試制與評審、工藝設(shè)計、新產(chǎn)品鑒定、試銷、生產(chǎn)準(zhǔn)備、批量生產(chǎn)等。在方案設(shè)計階段往往需要設(shè)計多種方案，通過性能、成本等的對比，經(jīng)評審最后確定一種方案。在詳細(xì)設(shè)計階段，是從繪制產(chǎn)品（機器）的總裝圖開始，在完成產(chǎn)品的總裝圖設(shè)計后，再進行拆畫零件圖，在零件圖上除標(biāo)注正確的幾何尺寸外，還要根據(jù)機器的性能要求標(biāo)注出零件的精度要求。可見零件的精度要求來自于機器，其中如果有外購的零部件，必須設(shè)計好它們之間的連接形式以及具體尺寸、精度要求等。第二章 金屬切削基礎(chǔ)知識與刀具1答案切削運動可分為主運動和進給運動兩種。切削運動中直接切除工件上的切削層，使之轉(zhuǎn)變?yōu)榍行迹孕纬晒ぜ卤砻娴倪\動是主運動。一般來說，主運動是產(chǎn)生主切削力的運動，由機床主軸提供，其運動速度高，消耗的切削功率大。結(jié)合主運動把切削層不斷地投入切削，以完成對一個表面切削的運動是進給運動。2答案切削速度vc、進給量?和背吃刀量ap是切削用量三要素，主軸轉(zhuǎn)速n 單位為r/min或r/s。切削速度vc 單位為m/min或m/s進給速度符號是vf，單位為mm/r或mm/雙行程。每齒進給量fz。單位為mm/齒。進給量f。單位是mm/min。 3答案（1）在基面投影圖中注出已加工表面、待加工表面、過渡表面，刀具前面、主切削刃、主偏角、副偏角和正交平面。（參見教材圖2圖29）。（2）按投影關(guān)系作出正交平面，并注出基面、切削平面、前面、后面，=10176。、=6176。（參見教材圖210）。4答案（1）=90176。外圓車刀的幾何角度：kr=90176。、g o=15176。、ao=8176。、ls=5176。、=15176。、=8176。（參見教材圖2圖211）（2）＝45176。彎頭刀車端面，幾何角度：==45176。、=?5176。、==6176。、=?3176。（參見教材圖2圖211）（3）切斷刀的幾何角度：krL=90176。、=105176。、=15176。、=5176。、==1176。、=0176。、==1176。3039。（參見教材圖2圖211）。5答案（1）高硬度要實現(xiàn)切削加工，刀具材料必須具有比工件材料高的硬度，硬度的高低在一定程度上決定了刀具材料的應(yīng)用范圍。（2）高耐磨性耐磨性是刀具材料抵抗摩擦和磨損的能力，它是刀具材料應(yīng)具備的主要條件之一，是決定刀具耐用度的主要因素。一般來說，材料的硬度越高，耐磨性越好。（3）足夠的強度和韌性要使刀具在切削力作用下不致產(chǎn)生破壞，就必須具有足夠的強度，同時還要具備足夠的韌性，以承受著各種應(yīng)力、沖擊載荷和震動的作用。通常用材料的抗彎強度和沖擊韌度表示刀具的強度和韌度。（4）高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）耐熱性是指在高溫下材料保持硬度、耐磨性、強度和硬度的能力。切削過程中一般都會產(chǎn)生很高的溫度，刀具材料必須具有一定的耐熱性，以保證在高溫下仍然具有所要求的性能，耐熱性可用紅硬性或高溫硬度表示。（5）良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能刀具材料的導(dǎo)熱性越好，切削時產(chǎn)生的熱量越容易傳導(dǎo)出去，從而降低切削部分的溫度，減輕刀具的磨損，避免因熱沖擊產(chǎn)生刀具材料裂紋。（6）良好的工藝性為了便于制造，刀具切削部分材料應(yīng)具有良好的鍛造、焊接、熱處理和磨削加工等性能。6答案常見高性能高速鋼的牌號、主要化學(xué)成分、性能及用途如表25所示。表25 常用高速鋼的力學(xué)性能和應(yīng)用范圍牌 號硬度（HRC）抗彎強度（GPa）沖擊韌性（MJ/m2）600℃時硬度（HRC）主要性能和適用范圍普通高速鋼W18Cr4V（W18）63～66～～綜合性能好，通用性強，可磨削，適用于加工輕合金、碳素鋼、合金鋼、普通鑄鐵的精加工刀具和復(fù)雜刀具。如螺紋車刀、成形車刀、拉刀等W6Mo5Cr4V2（M2）63～66～～47～48強度和韌性略高于W18Cr4V，熱硬性略低于W18Cr4V，熱塑性好。適用于制造加工輕合金、碳鋼、合金鋼的熱成形刀具及承受沖擊、結(jié)構(gòu)薄弱的刀具W14Cr4VMnRe64～66～～切削性能與W18Cr4V相當(dāng)，熱塑性好，適用于制作熱軋刀具高性能高速鋼95W18Cr4V66～68～～51屬高碳高速鋼，常溫硬度和高溫硬度有所提高，適用于加工普通鋼材和鑄鐵，耐磨性要求較高的鉆頭、鉸刀、絲錐、銑刀和車刀等，但不宜受大的沖擊W6Mo5Cr4V3（M3）65～67～～屬高釩高速鋼，耐磨性很好，適合切削對刀具磨損較大的材料，如纖維、硬橡膠、塑料等，也用于加工不銹鋼、高強度鋼和高溫合金等W2Mo9Cr4VCo8（M42）67～69～～55屬含鈷高速鋼，有很高的常溫和高溫硬度，適合加工高強度耐熱鋼、高溫合金、鈦合金等難加工材料，可磨性好，適于作精密復(fù)雜刀具，但不宜在沖擊切削條件下工作W6Mo5Cr4V2Al（501）67～69～～屬含鋁高速鋼，切削性能相當(dāng)于W2Mo9 Cr4VCo8，適宜制造銑刀、鉆頭、鉸刀、齒輪刀具和拉刀等，用于加工合金鋼、不銹鋼、高強度鋼和高溫合金7答案表面涂層是在韌性較好的硬質(zhì)合金或高速鋼基體上，通過化學(xué)氣相沉積（CVD）或物理氣相沉積（PVD）法涂覆一薄層耐磨性很高的難熔金屬化合物。通過這種方法，使刀具既具有基體材料的強度和韌性，又具有很高的耐磨性，從而較好地解決強度韌性與硬度耐磨性的矛盾。8答案常用硬質(zhì)合金牌號及用途如表26所示。表26 硬質(zhì)合金的用途牌 號化學(xué)成分（%）性能比較適 用 場 合ISO國產(chǎn)wcTiCTaC(TbC)CoK01YG3X—3（至上而下）抗彎強度、韌性、進給量 依次降低，（至上而下）硬度、耐磨性、切削速度 依次升高鑄鐵、有色金屬及合金的精加工，也可用于合金鋼、淬火鋼等的精加工、不能承受沖擊載荷K10YG6X—6鑄鐵、冷硬鑄鐵、合金鑄鐵、耐熱鋼、合金鋼的半精加工、精加工K20YG694——6鑄鐵、有色金屬及合金的粗加工、半精加工K30YG892——8鑄鐵、有色金屬及合金、非金屬的粗加工，能適應(yīng)斷續(xù)切削P01YT306630—4碳鋼和合金鋼連續(xù)切削時的精加工P10YT157915—6碳鋼和合金鋼連續(xù)切削時的半精加工、精加工P20YT147814—8碳鋼和合金鋼連續(xù)切削時的粗加工、半精加工、精加工或斷續(xù)切削時的精加工P30YT5855—10碳鋼和合金鋼的粗加工，也可用于斷續(xù)切削M10YW184646不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼及其他難加工材料及普通鋼料、鑄鐵的半精加工和精加工M20YW282648不銹鋼、耐熱鋼、高錳鋼及其他難加工材料及普通鋼料、鑄鐵的粗加工和半精加工9答案（1）積屑瘤的形成原因主要是由于切削加工時，在一定的溫度和壓力作用下，切屑與刀具前面發(fā)生強烈摩擦，致使切屑底層金屬流動速度降低而形成滯流層，如果溫度和壓力合適，滯流層就與前刀面黏結(jié)而留在刀具前面上，由于黏結(jié)層經(jīng)過塑性變形硬度提高，連續(xù)流動的切屑在黏結(jié)層上流動時，又會形成新的滯留層，使黏結(jié)層在前一層的基礎(chǔ)上積聚，這樣一層又一層地堆積，黏結(jié)層愈來愈大，最后形成積屑瘤。（2）積屑瘤對切削過程的影響。① 增大實際前角。積屑瘤黏結(jié)在刀具前刀面刀尖處，可代替刀具切削，增大了刀具的實際前角。② 增大切入深度。積屑瘤前端伸出切削刃之外，加工中出現(xiàn)過切，使刀具切入深度比沒有積屑瘤時增大了Δ，因而影響了加工尺寸。③ 增大已加工表面粗糙度。由于積屑瘤很不穩(wěn)定，使切削深度不斷變化，導(dǎo)致實際前角發(fā)生變化，引起切削過程震動；積屑瘤脫落時的碎片可能黏附在已加工表面上；積屑瘤凸出刀刃部分，在已加工表面上形成溝紋，這些都可以造成已加工表面的粗糙度值增大。④ 影響刀具耐用度。積屑瘤覆蓋著刀具部分刃口和前面，對切削刃和前面有一定保護作用，從而減小了刀具磨損，但積屑瘤脫落時，又可能使黏結(jié)牢固的硬質(zhì)合金表面剝落，加劇刀具磨損。（3）影響積屑瘤的主要因素與控制。精加工時必須避免或抑制積屑瘤的生成。其措施有如下幾種。① 控制切削速度。盡量采用很低或很高的切削速度。② 降低工件材料塑性。通過熱處理降低材料塑性，提高硬度，可抑制積屑瘤生成。③ 其他措施。減小進給量、增大刀具前角，減小刀具前面的粗糙度值，合理使用切削液等，均可使切削變形減小，切削力減小，切削溫度下降，從而抑制積屑瘤的生成。10答案（1）工件材料對切屑變形的影響。工件材料的塑性是影響切屑變形的主要因素。如碳鋼的塑性越大，抗拉強度和屈服強度越低，越容易產(chǎn)生塑性滑移和剪切變形，在較小的應(yīng)力條件下就開始產(chǎn)生塑性變形。在相同的切削條件下，工件材料的塑性越大，切屑變形就越大。例如，1Cr18Ni9Ti和45鋼的強度近似，但前者延伸率大得多，切削時切屑變形大，易粘刀且不易斷屑。（2）刀具前角對切屑變形的影響。刀具前角越大，減小切屑沿前刀面流出的阻力越小，切屑變形越小。（3）切削速度對切屑變形的影響。在無積屑瘤的切削速度范圍內(nèi)（例如高速切削），切削速度越高，則變形越小。因為塑性變形的傳播速度較彈性變形慢。（4）切削厚度對切屑變形的影響。當(dāng)切削厚度增加時，摩擦系數(shù)減小，變形變小。切削厚度增加，切屑底層變形大，上層變形小且變形程度嚴(yán)重的金屬層，占切屑體積的百分比隨著切屑厚度增加而下降。因此，從切削層整體看，切屑的平均變形減小。反之，切屑越薄，變形量越大。11答案（1）工件材料的影響。工件材料的強度越大、硬度越高，切削時消耗的功越多，產(chǎn)生的切削熱越多，切削溫度升高。工件材料的熱導(dǎo)率大，熱量容易傳出，若產(chǎn)生的切削熱相同，則熱容量大的材料切削溫度低。工件材料的塑性越好，切削變形越大，切削時消耗的功越多，產(chǎn)生的切削熱越多，切削溫度升高。（2）切削用量的影響。切削用量中，切削速度對切削溫度影響最大。切削速度vc增加，切削的路徑增長，切屑底層與刀具前面發(fā)生強烈摩擦從而產(chǎn)生大量的切削熱，切削溫度顯著升高。進給量f對切削溫度有一定的影響。隨著進給量的增大，單位時間內(nèi)金屬的切除量增加，消耗的功率增大，切削熱增大，切削溫度上升。背吃刀量ap對切削溫度影響很小。隨著背吃刀量的增加，切削層金屬的變形與摩擦成正比例增加，產(chǎn)生的熱量按比例增加。但由于切削刃參加工作的長度也成比例增長，改善了刀頭的散熱條件，最終切削溫度略有增高。（3）刀具幾何角度的影響。刀具幾何參數(shù)對切削溫度影響較大的是前角和主偏角。前角go增大，切削變形及切屑與刀具前面的摩擦減小，產(chǎn)生的熱量小，切削溫度下降。反之，切削溫度升高。但是如果前角太大，刀具的楔角減小，散熱體積減小，切削溫度反而升高。主偏角kr增大，刀具主切削刃工作長度縮短，刀尖角er減小，散熱面積減少，切削熱相對集中，從而提高了切削溫度。反之，主偏角減小，切削溫度降低。（4）其他因素。刀具后面磨損較大時，會加劇刀具與工件的摩擦，使切削溫度升高，切削速度越高，刀具磨損對切削溫度的升高越明顯。切削液對降低切削溫度有明顯的效果，切削液的潤滑作用可減小摩擦，減少切削熱。12答案在使用刀具時，在刀具產(chǎn)生急劇磨損前必須重磨或更換新切削刃，這時刀具的磨損量稱為磨鈍標(biāo)準(zhǔn)或磨損限度。13答案刀具一次刃磨后從開始切削直到磨損量達到磨鈍標(biāo)準(zhǔn)為止的實際切削時間稱為刀具耐用度。刀具耐用度的大小表示刀具磨損的快慢，刀具耐用度大，表示刀具磨損慢；耐用度小，表示刀具磨損快。另外，刀具耐用度與刀具壽命是兩個不同的概念。刀具壽