《机械制造工程学》习题集.doc

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《机械制造工程学》习题集

第一章金属切削加工的基础知识

一、思考题

1.切削过程有何特征，用什么参数来表示？

是由刀具和工件的相对运动来实现的，称为切削运动。

用主运动和进给运动来表示。

主运动和进给运动的概念见教材。

2刀具.静止角度参考系的假定条件是什么？

假定运动条件：

进给量f=0

假定安装条件：

刀尖与工件回转中心等高；

刀杆方向与进给方向垂直。

3.切削层参数是什么？

如何定义的？

切削层：

主运动一个周期，相邻两加工表面（切削刃）之间的材料截面。

切削层公称厚度hD（老标准ac）：

hD=f·sinKr

切削层公称宽度bD（老标准aw）:

bD=ap/sinKr

切削层公称截面积AD：

AD=ap·f=bD·hD

4.试述正交平面、法平面、假定工作平面和背平面的定义，并分析它们的异同点和用途。

正交平面/主剖面Po：

⊥Ps⊥Pr同时垂直于切削平面Ps和基面

法剖面Pn：

Pn⊥S,（切削刃）。

假定工作平面、进给平面Pf：

Pf⊥Pr、∥f

背平面Pp：

Pp⊥Pr、∥ap

构成不同的参照系。

5.为什么基面、切削平面必须定义在主切削刃上的选定点处？

基面是通过主切削刃且与切削平面垂直的平面，是用来标注切削角度的的面，所以基面必须选定在主切削刃上的点并和切削平面垂直，才能有效的进行角度标注。

6试述刀具的标注角度与工作角度的区别，为什么横向切削时，进给量不能过大。

刀具的标注角度是在刀具标注角度参照系中定义的角度。

刀具标注角度参照系又称静止参考系，同工况没有关系。

刀具的工作角度是在刀具工作角度参照系中定义的角度，不同的工艺环境下，工作角度不同。

横向切削时，工作前角随进给量增大而增大，工作后角随进给量增大而减小。

过大的进给量会使后角变负，加工时工件会被挤断。

7.刀具切削部分材料必须具备那些性能？

为什么？

见教材P11.

8.试按下列条件选择刀具材料或编号。

⑴45钢锻件粗车；YT5（P30）

⑵HT200铸件精车；YG3X（K01）

⑶低速精车合金钢蜗杆；W18Cr4V（成形刀）

⑷高速精车调质钢长轴；YT30（P01）

⑸中速车削淬硬钢轴；YN10（P05）或K01（TiC+WC+Ni-MO）

⑹加工冷硬铸铁。

YG6X（K10）

A.YG3XB.W18Cr4VC.YT5D.YN10

E.YG8F.YG6XG.YT30

二、分析计算题

1.试画出图2-2所示切断刀的正交平面参考系的标注角度、、、、（要求标出假定主运动方向、假定进给运动方向、基面和切削平面）

图2-2图2-3

解：

2.绘制图2-3所示弯头车刀的正交平面参考系的标注角度（从外缘向中心车端面）：

，，，，。

解：

第二章金属切削过程的基本规律

一．思考题

1.何谓积屑瘤？

积屑瘤在切削加工中有何利弊？

如何控制积屑瘤的形成？

积屑瘤：

在切削速度不高而又能形成连续性切削的情况下，加工一般钢料或其他塑性材料时，常常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块。

它的硬度很高，通常是工件材料的2～3倍，在处于比较稳定的状态时，能够代替刀刃进行切削。

这块冷焊在前刀面上的金属称为积屑瘤或刀瘤

影响：

有利方面：

产生积屑瘤后，它包覆在切削刃上，由于其硬度比工件材料大，故可代替刀刃进行切削，对切削刃有一定的保护作用

积屑瘤使刀具实际前角增大，对切削过程有利

增大了切削厚度

不利方面：

⑴影响工件的尺寸精度

由于积屑瘤的前端伸出在切削刃之外，使切削厚度增加，因而对工件尺寸精度有影响

⑵积屑瘤使加工表面粗糙度值增大

积屑瘤的底部相对稳定一些，其顶部则很不稳定，容易破裂。

一部分粘附于切削底部而排出，一部分残留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面变得粗糙

⑶对刀具寿命的影响

积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高寿命的作用；但积屑瘤不稳定时，积屑瘤的破裂有可能导致硬质合金刀具颗粒剥落，使磨损加剧

控制：

控制切削速度，尽量采用低速或高速切削，避开中速区

采用润滑性能良好的切削液，以减小摩擦

增大刀具前角，以减小刀屑接触区的压力

适当提高工件材料的硬度，减小加工硬化的倾向

2.车削细长轴时应如何合理选择刀具几何角度（包括、、、）？

简述理由。

3.试说明被吃刀量和进给量对切削温度的影响，并与和对切削力的影响相比较，两者有何不同？

吃刀深度对切削温度的影响最小，进给量次之，切削速度影响最大。

因此，从控制切削温度的角度出发，在机床允许的情况下，选用较大的吃刀深度和进给量比选用大的切削速度更有利。

背吃刀量和进给量都会影响切削力大小，当进给量增大的时候，切削力的增大不成比例的增大，而背吃刀量增大的时候，切削力成比例的增大。

这样就对切削刀的影响是磨损就不同了。

还有就是对温度的影响！

进给量的影响比背吃刀量的大！

对刀具的耐用度也就产生影响也就不同了咯！

进给量大于背吃刀量啊！

4.增大刀具前角可以使切削温度降低的原因是什么？

是不是前角越大切削温度越低？

一方面增大前角，能使刀具锋利减小切削变形，并减轻刀–屑间的摩擦，从而减小切削力、切削热和功率消耗，减轻刀具磨损，削温度降低

另一方面，增大前角，还会使刀头的散热面积和容热体积减小，导致切削区温度升高，

5.刀具磨损有几种形式？

各在什么条件下产生？

磨料磨损，这种磨损在各种切削速度下都存在，但对低速切削的刀具而言，磨料磨损是刀具磨损的主要原因

粘结磨损（又称冷焊磨损）刀具材料与工件的亲和力大，则磨损严重

刀具材料与工件材料的硬度比小，则磨损加剧。

切削速度的大小，中等偏低的切削速度下粘结磨损严重。

扩散磨损温度是影响扩散磨损的主要因素，切削温度升高，扩散磨损会急剧增加；不同元素的扩散速度不同；扩散速度与接触表面的相对滑动速度有关，相对滑动速度愈高，扩散愈快；所以切削速度愈高，刀具的扩散磨损愈快。

化学磨损在一定温度下，刀具材料与某些周围介质（如空气中的氧、切削液中的添加剂硫、氯等）起化学作用，在刀具表面形成一层硬度较低的化合物；极易被工件或切削擦掉而造成磨损，这种磨损称为化学磨损。

6.何谓最高生产率耐用度和最低成本耐用度？

粗加工和精加工所选用的耐用度是否相同，为什么？

教材P37。

　　第一种方法是根据单工件时最小的原则来制定耐用度，称为最高生产率耐用度Tp：

第二种是根据每个工件工序成本最低原则来制定耐用度，称为最低成本耐用度Tc。

　　生产中一般多采用最低成本耐用度，只有当生产任务紧迫，或生产中出现不平衡的薄弱环节时，才选用最高生产率耐用度。

　　粗加工是以最高生产率为目的，所以使用最高生产率耐用度。

精加工时，为避免在加工同一表面时中途换刀，耐用度应规定得高一些，至少应该完成一次走刀，应采用最低成本耐用度。

7.何谓工件材料切削加工性？

改善工件材料切削加工性的措施有那些？

教材P46—P48.

工件材料的切削加工性是指材料被切削加工成合格零件的难易程度.

调整材料的化学成分

在不影响材料使用性能的前提下，在钢中添加一些能明显改善切削加工性的元素，如硫、铅等，可获得易切钢；在铸铁中适当增加石墨成分，也可改善其切削加工性

进行适当的热处理

同样化学成分、不同金相组织的材料，切削加工性有较大差异。

在生产中常对工件进行适当的热处理，除得到合乎要求的金相组织和力学性能外，也可改善其切削加工性能

采用新的切削加工技术，如加温切削，低温切削。

8.切削液的主要作用是什么？

切削加工中常用的切削液有哪几类？

如何选用？

在切削加工中，合理使用切削液的作用：

可以减小切屑、工件与刀具间的摩擦，降低切削力和切削温度，延长刀具使用寿命，并能减小工件热变形，抑制积屑瘤和鳞刺的生长，从而提高加工精度和减小已加工表面粗糙度值。

切削加工中常用的切屑液可分为三大类：

水溶液、乳化液、切削油

水溶液：

主要成分是水，再加入一定的防锈剂或添加剂，使其具有良好的冷却性能又有一定的防锈和润滑性能

乳化液：

乳化液是在切削加工中使用较广泛的切削液，它是水和乳化油的混合物，为了提高其防锈和润滑性能，往往会加入一定的添加剂

切削油：

非水溶性切削液，主要成份是矿物油，少数采用动植物油。

切削油主要起润滑作用

离子型切削液：

一种新型水溶性切削液，其母液由阴离子型、非离子型表面活性剂和无机盐配置而成。

能降低切削温度，提高刀具使用寿命。

选用：

粗加工时，金属切除量大，产生的热量多，因此应着重考虑降低切削温度，选用以冷却为主的切削液，如3％～5％的低浓度乳化液或离子型切削液

精加工时主要要求提高加工精度和加工表面质量，应选用具有良好润滑性能的切削液，如极压切削油或高浓度极压乳化液，它们可减小刀具与切屑之间的摩擦与粘接，抑制积屑瘤。

从工件材料方面考虑：

切削钢材等塑性材料时，需要用切削液；切削铸铁、黄铜等脆性材料时可不用切削液，其原因是切削液作用不明显，且会污染工作场地

从刀具材料方面考虑：

切削高强度钢、高温合金等难加工材料时，属于高温高压边界摩擦状态，宜选用极压切削油或极压乳化液

高速钢刀具耐热性差，应采用切削液；硬质合金刀具耐热性好，一般不用切削液，必要时可采用低浓度乳化液或水溶液，但应连续地、充分地浇注，否则刀片会因冷热不均而导致破裂

从加工方法方面考虑：

铰孔、拉削、螺纹加工等工序刀具与已加工表面摩擦严重，宜采用极压切削油或极压乳化液

成形刀具、齿轮刀具等价格昂贵，要求刀具使用寿命长，可采用极压切削油

磨削加工时温度很高，工件易烧伤，还会产生大量的碎屑及脱落的砂粒会划伤已加工表面，因此要求切削液应具有良好的冷却清洗作用，故一般常采用乳化液或离子型切削液。

9.前角和后角的功用分别是什么？

选择前后角的主要依据是什么？

前角的功用：

一方面增大前角，能使刀具锋利减小切削变形，并减轻刀–屑间的摩擦，从而减小切削力、切削热和功率消耗，减轻刀具磨损，提高了刀具使用寿命；还可以抑制积屑瘤和鳞刺的产生，减轻切削振动，改善加工质量，另一方面，增大前角会使切削刃和刀头强度降低，易造成崩刃使刀具早期失效，还会使刀头的散热面积和容热体积减小，导致切削区温度升高，影响刀具寿命，由于减小了切屑变形，也不利于断屑。

选用：

在刀具材料的抗弯强度和韧性较低，或工件材料的强度和硬度较高，或切削用量较大的粗加工，或刀具承受冲击载荷的条件下，为确保刀具强度，宜选用较小的前角，甚至可采用负前角。

当加工塑性大的材料，或工艺系统刚性差易引起切削振动时，或机床功率不足时，宜选较大的前角，以减小切削力。

对于成形刀具或自动化加工中不宜频繁更换的刀具情况，为保证其工作的稳定性和刀具使用寿命，宜取较小的前角。

后角的作用规律有以下方面：

增大后角，可增加切削刃的锋利性，减轻后刀面与已加工表面的摩擦，从而降低切削力和切削温度，改善已加工表面质量。

但也会使切削刃和刀头强度降低，减小散热面积和容热体积，加速刀具磨损

在同样的磨钝标准VB条件下，增大后角（α2＞α1），刀具材料的磨损体积增大，有利于提高刀具的使用寿命。

但径向磨损量NB也随之增大（NB2＞NB1），这会影响工件的尺寸精度

选择：

切削厚度较大或断续切削条件下，需要提高刀具强度，应减小后角

工件材料越软，塑性越大，刀具后角应越大

以尺寸精度要求为主时，宜减小后角，以减小径向磨损量NB值；若以加工表面质量要求为主，则宜加大后角，以减轻刀具与工件间的摩擦

工艺系统刚性较差时