船舶机械工艺学专业学位硕士生.docx

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船舶机械工艺学专业学位硕士生

三、选择题：

15分（每题1分；正确填“T”，错误填“F”）

（F）1.机械产品的生产过程是指与直接改变产品的尺寸和形状有关的全部劳动过程。

（T）2.在升速传动中，传动链中转速越低的传动元件，对传动精度影响越大。

（F）3.在机械加工工艺过程组成中，安装是指定位与夹紧。

（F）4.工艺系统的刚度是一个定值，与切削过程中工件在长度方向上的受力点位置变化无关。

（F）5.各种加工误差，按它们在一批零件中出现的规律来看，常值性误差有时也会引起加工尺寸的波动。

（F）6.一批零件加工后，其尺寸加工误差的大小、方向不变，这种加工误差称为变值性系统误差。

（T）7.在车床上加工整体式曲轴曲柄销时，须采用偏心夹具。

（F）8.加工原理误差会在工件的加工中产生尺寸、形状及位置误差。

因此，在加工时，不允许采用具有加工原理误差的加工方法。

（F）9.在夹具上，夹紧力的方向一般不须要垂直于主要定位基准面，只要确保工件定位准确就行。

（F）10.自激振动幅值的增大或减少取决于每一个振动周期中振动系统获得能量与消耗能量之比。

它与自由振动一样，也会因为加工系统有阻尼而迅速衰减。

（F）11.“先装轴系，后装主机”时，主机与轴系轴线对中绝对不可采用平轴法。

（T）12.磁粉探伤只能检查出工件的表面及近表面与磁力线垂直或成一定角度的缺陷。

（T）13.电刷镀时，加工工件接负极，镀笔接正极。

镀液中的金属正离子在电场作用下在阴极表面获得电子而沉积涂镀在阴极表面，满足工件尺寸和表面性能的要求。

（F）14.环氧树脂粘结剂适用于要求粘结强度高及使用温度高的场合。

（F）15.为了提高热喷涂层的使用性能，应对涂层进行封孔处理。

四、问答题：

（60分）

1.为什么说夹紧不等于定位?

（6分）

答：

工件的定位就是使同一批工件逐次放置到夹具中，都能占据同一正确位置。

为了保持工件在定位过程中获得既定的位置以及在加工过程中工件受到力的作用（如切削力、惯性力及重力等）而不发生移动．就必须把工件夹紧。

因此定位和夹紧有不同的概念。

工件被夹紧而不动了，并不能说它已定位了，还要看它是否在夹具中都能占据一个正确的位置。

一般来说，定位是在夹紧之前实现的，但也有在夹紧过程中同时实现的夹紧，如三爪卡盘等定心夹紧机构。

2.加工工艺规程制定的原则有哪些？

（6分）

答：

1）零件的工艺过程要能可靠地保证图纸上所有技术要求的实现。

（3分）

2）确保以最经济的办法获得所要求的年生产纲领，即人力、物力消耗最少而生产率足够高。

（3分）

3.零件表面粗糙度对零件的使用性能有何影响？

（8分）

答：

1）表面粗糙度过大，凸峰接触，压强大，油膜破坏，处于干摩擦状态；粗糙度过小，接触面间产生较大亲和力，润滑油储存困难，这两种情况都使磨损增大，因此，在摩擦副材料和工况一定时，有一个最佳的粗糙度值，一般Ra=0.32~1.2μm。

（2分）

2）表面粗糙度的增加一般会使两个金属材料表面之间产生或加剧电化学腐蚀、化学腐蚀和应力腐蚀，因此应降低粗糙度。

（2分）

3）表面粗糙度增加会使金属表面应力集中增加，零件的抗疲劳性能下降，因此应降低表面粗糙度。

（2分）

4）表面粗糙度的增加会影响零件的配合性能，如增加配合间隙或减少过盈量，因此应降低表面粗糙度。

（2分）

4.活塞为铸件，其内孔与外圆面严重不同轴（即壁厚不均匀），请分析加工时粗基准如何选择？

（6分）

答：

铸件活塞毛坯壁厚不均匀，机加工时应以不加工面，即活塞内腔为粗基准，加工外圆面，保证有均匀的壁厚。

这样使得活塞在气缸套中安装时具有良好的对中状态，否则会由于壁厚不均匀，导致重量分布不均匀，使得活塞安装后靠在气缸套的一侧，产生活塞环与缸套的不均匀磨损。

5.何谓“基准重合”与“基准统一”？

请各举一例，并画简图加以说明。

（10分）

答：

1）基准重合即指设计基准与定位基准重合。

例：

铣一缺口。

A为加工尺寸。

定位基准为工件D面，A尺寸标注起点也在D面，则设计基准与定位基准重合。

（4分）

2）基准统一即指尽可能用一基准加工多个表面，以减少基准变换带来的误差。

例：

铣平面E和C都采用D面作为定位基准，这种情况称之为基准统一。

（4分）

3）简图（2分）

6.试分析气缸套产生磨损的主要原因，并选择适当的修理工艺。

（12分）

答：

1）气缸套产生磨损的主要原因：

（6分）

（1）由于气缸套中存在磨粒导致磨料磨损：

它主要是由进气灰尘、滑油中的硬粒杂质、燃烧产物（积炭）等引起的。

（2）气缸套工作在腐蚀介质中导致腐蚀磨损：

燃油中含硫分，S燃烧生成SO2、SO3，它们遇水蒸汽后生成H2SO3、H2SO4腐蚀缸套。

在缸套上部SO2、SO3直接与金属作用，腐蚀缸套。

同时，腐蚀产物脱落又成为磨料，加剧磨料磨损。

（3）气缸套恶劣的润滑条件导致粘着磨损：

活塞环和缸套为边界摩擦和半干摩擦；又在高温高压下工作，油膜极易破坏，金属直接接触，形成局部高温，熔融粘着，撕裂。

2）气缸套产生磨损的修理工艺：

（6分）

（1）轻微的凸台、擦伤、划痕：

用手工刮削，风砂轮磨削，再用细砂布打。

（2）严重的凸台、擦伤、划痕，椭圆、锥形：

镗缸消除。

①镗缸后，配加大尺寸的活塞和活塞环。

②镗缸后，也可以镀铬、镀铁、热喷涂，恢复其原有尺寸或达到新的修理尺寸。

③镶套：

现在很少采用。

7．试述热喷涂的原理,并比较热喷涂涂层及喷熔层的结构特征。

（12分）

答：

1）热喷涂的原理:

（4分）

热喷涂是利用热源将喷涂材料加热到熔化或半熔化状态，借助于焰流或外加的推力将熔滴雾化或推动熔粒成喷射的粒束，以一定速度喷射到经过制备的基体表面形成某种功能的涂层。

在喷涂过程中或涂层形成后，对金属基体和涂层加热，使涂层在基体表面熔融，并和基体产生扩散或互熔，形成与基材冶金结合的喷熔层，称为热喷熔，这也是热喷涂的方法之一。

2）热喷涂涂层的结构特征：

（5分）

1涂层层状结构：

由大量相互平行的碟形粒子互相粘结而成；

2涂层的多孔结构：

粒子碰撞、变形和冷凝等过程的时间极短；

3涂层中氧化物夹杂：

其数量取决于热源，材料和喷涂条件；

4涂层的各向导性：

层状结构导致各向异性；

5涂层残余应力：

涂层中存在残余应力；

涂层与基体的结合机理：

机械结合为主，同时存在物理及显微冶金结合。

3）热喷熔层的结构特征：

（3分）

1涂层为无孔隙结构;

2涂层中无氧化物夹杂;

3涂层为均质铸态结构;

涂层与基体的结合机理为冶金结合。

五、计算（共25分）

1.在生产现场测量一批小轴的外圆（计4500件），其最大尺寸dmax＝300.03mm，最小尺寸dmin＝300.00mm。

若整批工件尺寸为正态分布，图纸要求该轴的外径为Ø

mm。

试求：

（8分）

1）画出尺寸分布图（包括公差带分布图）。

　　2）求合格率、废品率和废品件数？

3）废品能否修复？

若能，请在图上涂黑可修复部分。

Z

Φ（Z）

Z

Φ（Z）

1.3

0.4032

1.8

0.4641

1.4

0.4192

1.9

0.4713

1.5

0.4332

2.0

0.4772

1.6

0.4452

2.1

0.4821

1.7

0.4554

2.2

0.4861

解：

　1）画出尺寸分布图（包括公差带分布图）。

（2分）

2）求合格率及废品率（5分）

整批工件的尺寸分散范围为：

均方差

算术平均值

按图纸要求确定公差带中心尺寸

＝300.010士0.015

公差带中心与尺寸分布中心偏移值∆＝300.015–300.010＝0.005（mm）

分布图左边：

公差带＝0.015＋0.005>0.015（尺寸分布范围的一半），所以左边无废品。

分布图右边：

，查表可得Q

（2）＝0.4772，

废品率＝0.5—0.4772＝0.0228=2.28%，合格率=1-2.28%=97.72%

废品的件数n=0.0228×3000=69件

3）可修复废品（1分）

从图中可见废品尺寸都偏大，69件属于可修复废品。

2.下图所示为一批光轴铣键槽时的定位方式。

光轴直径为Ø

mm，键槽在垂直方向上的位置尺寸为Ａ与B，试求：

（7分）

1）尺寸Ａ与B的定位误差。

2）键槽相对Y轴的对称度是否有定位误差？

如有，误差为多少？

解：

1）尺寸A、B的定位误差（6分）

（1）尺寸A的定位误差∆A

①基准位移误差

②基准不重合误差

尺寸A的定位误差∆A，

（2）尺寸B的定位误差∆B

①基准位移误差

②基准不重合误差

2）键槽加工对称度误差（1分）

键槽加工有对称度误差，误差为

3.某一轴类零件的图纸要求：

外圆直径为Ø

mm，渗碳深度为0.5～0.8mm。

求渗碳前轴的外圆尺寸

（应画出尺寸链图并确定封闭环）。

（10分）

轴外圆加工工序如下：

1）渗碳前，将轴外圆直径车削到

；

2）对轴表面渗碳，渗碳层深度为0.80～1.0mm，

3）加工轴外圆，使其直径以及渗碳深度达到图纸要求，见右图所示。

解：

1）尺寸链图及封闭环（4分）

渗碳深度0.80～1.0mm可写成

mm，渗碳深度0.5～0.8mm可写成

mm。

mm是间接保证的尺寸，应为封闭环．并作出尺寸链计算图。

车削外圆的半径及公差（

）为组成环之一。

2）计算（6分）

计算

：

0.8＝1+60一Rmin,；Rmin＝60.2（mm）

0.5=0.8十59.975一Rmax，；Rmax＝60.275（mm）

故车削工序的直径尺寸及公差（

）应标注为；

（mm）。

三、选择题：

15分（每题1分；正确填“T”，错误填“F”）

（F）1.摩擦副的配对零件表面粗糙度越小，摩擦副的润滑效果越好。

（F）2.在机械加工中，机械加工工艺过程组成中的安装与工件在机床上的安装（即定位与夹紧）含义相同。

（F）3.任何零件的精加工工序一定要在机器装配前完成，绝不能安排在装配后进行，以免损坏零件。

（T）4.零件成批生产时，若δ（公差）≥6σ+Δ（均方根差+调整误差）时，可近似认为工件无废品。

（F）5.工件加工时，工件定位只要限制了六个自由度，就符合定位原理，否则，就是欠定位。

（F）6.工艺系统刚度是一个定值，与切削过程中工件在长度方向上的受力点位置变化无关。

（T）7.自激振动中没有外来周期性干扰力，但加工工艺系统产生自激振动前，有一个强迫振动为先导。

（T）8在机械加工中，强迫振动是在外界周期性干扰力作用下产生的，振动本身不会引起干扰力的变化。

（T）9.三级工艺能力系数表示工艺系统的加工精度不能满足公差要求，应该合理调整机床，使不可修复的废品率控制在一定百分比内。

（F）10.臂距差只在垂直平面上进行测量。

即曲轴的某一曲柄位于垂直平面上的两个相对位置（即上止点与下止点）时，两曲柄臂间距离的差值。

（T）11.等离子或氧乙炔喷涂陶瓷材料时，熔融状态的喷涂粒子与基本表面碰撞，其变形粒子与基体表面的的结合主要为机械咬合。

（F）12.磁粉探伤只适用于铁磁性工件，如铁；但对钴、镍及其合金不适用。

（F）13.曲轴弯曲的校直不能采用机械校直方法。

（T）14.热喷涂前，对零件进行粗化处理的目的在于增加涂层和基材表面间的接触面、提高涂层的结合强度、改变涂层中残余应力的分布。

（T）15.松孔镀铬处理时，零件表面形成许多网状或点状的沟纹，便于贮油。

四、问答题：

（60分）

1．阐述装配工艺规程制定的基本原则。

（6分）

答：

装配工艺规程制定的原则：

1）保证产品装配质量；

2）满足装配周期要求；

3）钳工装配工作量尽可能少，实现装配自动化；

4）减少装配成本。

2．活塞为铸件，其内孔与外圆面严重不同轴（即壁厚不均匀），请分析加工时粗基准如何选择？

（8分）

答：

铸件活塞毛坯壁厚不均匀，机加工时应以不加工面，即活塞内腔为粗基准，加工外圆面，保证有均匀的壁厚。

这样使得活塞在气缸套中安装时具有良好的对中状态，否则会由于壁厚不均匀，导致重量分布不均匀，使得活塞安装后靠在气缸套的一侧，产生活塞环与缸套的不均匀磨损。

3．夹具设计时，夹紧机构应满足哪些要求？

（6分）

答：

1）保证加紧可靠。

使工件与定位元件可靠接触，不会因为夹紧力而破坏工件的正确定位。

2）夹紧力合适。

夹紧力过大损坏表面或引起变形；过小易使工件移动、振动。

3）夹紧机构应结构简单、紧凑；操作安全省力，应具有适当机械化程度，制造容易，减轻劳动强度，缩短辅助时间，提高生产效率。

4．零件表面质量对零件的耐蚀性有何影响？

（6分）

答：

1）零件表面粗糙度对零件的耐蚀性有重要影响，粗糙度过大，凹谷易存储腐蚀物质；

2）残余应力容易引起应力腐蚀；

3）表面存在裂纹时，增加应力腐蚀敏感性，表面冷作硬化有利于阻止裂纹的萌生与发展。

5.为什么普通车床床身导轨在水平面的直线度要求高于垂直面的直线度要求？

（画图分析说明）（12分）

答：

由于在车床上车削零件时，其误差敏感方向在工件的法线方向上，即与水平面平行的方向上，见图所示。

（3分）

假定：

导轨的垂直面误差为δZ<<1，导致加工外圆的误差为δR。

（9分）

（R+δR）2=R2+（δZ）2

R2+2R.δR+（δR）2=R2+（δZ）2

δR=（δZ）2/2R

如果导轨在水平面的直线度误差也为δZ，

导致加工外圆的误差δR=δZ

计算结果表明，两者影响差别很大，所以普通车床床身导轨在水平面的直线度要求高于垂直面的直线度要求。

6.比较环氧树脂粘接剂与无机粘接剂的特点及使用场合。

（10分）

答：

1）环氧树脂粘结剂的特点（4分）

（1）粘结力极强：

环氧树脂粘结剂除了对部分材料如氟塑料、聚氯乙烯、聚乙烯等之外，对其他金属和非金属材料的粘结力极强。

（2）耐腐蚀性能好：

可抵抗一般酸、碱的腐蚀和有机溶剂，如汽油、苯、丙酮等的浸蚀。

（3）耐热性低：

耐温＜80℃,高于80℃软化。

2）无机粘结剂的特点（4分）

（1）耐高温：

能在500℃下长期工作,短期可耐700~800℃。

（2）有较强的粘结力。

（3）适用于金属特别是碳钢的粘结，不适用于非金属。

（4）适用于不需拆卸紧固套接件。

（5）不耐强酸、强碱和氨水。

3）适用范围（2分）

因此环氧树脂粘结法适合于需要高的粘结强度，使用温度不高的场合；无机粘结剂适合于需要粘结强度较低，使用温度高的场合。

7.叙述用两台光仪校中主机的过程。

（12分）

答：

两台光仪校中主机的过程如下：

1）用夹具，将两台光仪分别安装于主机前、后法兰上；

2）调整光仪位置，使光仪投射出的主光柱上的一点落在曲轴中线的延长线上。

（1）用一张白纸贴于基准点所在（或规定的）平面上；将光仪主光柱十字线中心投射到白纸上，得一点Ａ；

（2）旋转曲轴180º,在白纸上得点Ｂ；连接ＡＢ,平分ＡＢ,得中点C点；

3）用两个螺钉调整光仪位置，使光仪投射出的主光柱十字线中心与点C重合；

4）旋转曲轴180º,看光仪投射出的主光柱十字线中心与C点是否还重合，如不重合，再重复2），3）步骤，直至重合或误差在规定范围为止。

用另一个螺钉固定光仪不动。

5）调整主机位置，使两光仪投射出的十字线中心与两基准点重合。

五、计算（共25分）

1．在一自动车床上，加工一批孔类零件，其孔径尺寸公差δ=0.20mm。

孔径尺寸呈正态分布，其最大孔径Dmax=100.36mm，最小孔径Dmin=100.00mm。

公差带中心与分布曲线中心不重合，处于分布曲线中心的左边0.01mm。

1）在同一幅图中，画零件孔直径尺寸分布图与公差带分布图及相关尺寸标注。

2）求零件合格率、废品率和可修复废品率？

（8分）

Z

Φ（Z）

Z

Φ（Z）

1.3

0.4032

1.8

0.4641

1.4

0.4192

1.9

0.4713

1.5

0.4332

2.0

0.4772

1.6

0.4452

2.1

0.4821

1.7

0.4554

2.2

0.4861

解：

1）尺寸分布图与公差带分布图（2分）

2）合格率、废品率和可修复废品率（6分）

6σ=100.36-100.00

σ=0.06

Z1=X1/σ=0.11/0.06=1.833

Φ（Z1）=0.4662P1%=50-46.62=3.38

Z2=X2/σ=0.09/0.06=1.5

Φ（Z2）=0.4332P2%=50–43.32=6.68

合格率=Φ（Z1）+Φ（Z2）=89.94

废品率=P1%+P2%=10.06

可修复废品率=3.38

2．下图所示为一批光轴铣键槽时的定位方式。

光轴直径为

mm，光轴左侧面到圆心距离为85±0.05mm。

键槽在垂直方向上的位置尺寸为A与B，试求：

（7分）

1）尺寸A与B的定位误差。

2）键槽相对Y轴的对称度是否有定位误差？

如有，误差为多少？

解：

1）尺寸A、B的定位误差（6分）

（1）尺寸A的定位误差∆A

①基准位移误差

②基准不重合误差

③尺寸A的定位误差∆A

（2）尺寸B的定位误差∆B

①基准位移误差

②基准不重合误差

③尺寸B的定位误差∆B

2）键槽加工有对称度误差（1分）

键槽加工有对称度误差，误差为0.10mm。

3.加工主轴时，要求保证键槽深度

mm的有关工艺过程如下：

（1）车外圆至Ø

mm；

（2）在铣床上按尺寸

铣键槽；

（3）热处理；

（3）磨外圆至Ø

mm。

设磨后外圆与车后外圆的同轴度为Ø0.04mm，计算铣键槽尺寸

mm。

（10分）

解：

1）封闭环为

mm。

（4分）

2）计算（6分）

5.16=Hmax+0.02+15.025–（15.25-0.05）；Hmax=5.315（mm）

5.0=Hmin+15.005-0.02–15.25；Hmin=5.265（mm）