機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)作業(yè).doc
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1、2014-2015學(xué)年第二學(xué)期機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)作業(yè) 1、何謂切削用量三要素怎樣定義?如何計算?答:切削用量三要素:切削速度Vc、進(jìn)給量f、背吃刀量ap;切削速度Vc:主運(yùn)動的速度,大多數(shù)切削加工的主運(yùn)動采用回轉(zhuǎn)運(yùn)動。回旋體(刀具或工件)上外圓或內(nèi)孔某一點的切削速度計算公式如下: m/s或m/min式中 d工件或刀具上某一點的回轉(zhuǎn)直徑(mm); n 工件或刀具的轉(zhuǎn)速(r/s或r/min)。進(jìn)給量f:進(jìn)給速度Vf是單位時間的進(jìn)給量,單位是mm/s (mm/min)。進(jìn)給量是工件或刀具每回轉(zhuǎn)一周時兩者沿進(jìn)給運(yùn)動方向的相對位移,單位是mm/r。對于刨削、插削等主運(yùn)動為往復(fù)直線運(yùn)動的加工,雖然可以不規(guī)定
2、進(jìn)給速度卻需要規(guī)定間歇進(jìn)給量,其單位為mm/d.st(毫米/雙行程)。對于銑刀、鉸刀、拉刀、齒輪滾刀等多刃切削工具,在它們進(jìn)行工作時,還應(yīng)規(guī)定每一個刀齒的進(jìn)給量fz,季后一個刀齒相對于前一個刀齒的進(jìn)給量,單位是mm/z(毫米/齒)。 Vf = f .n = fz . Z . n mm/s或mm/min背吃刀量ap:對于車削和刨削加工來說,背吃刀量ap為工件上已加工表面和待加工表面的垂直距離,單位 mm。外圓柱表面車削的切削深度可用下式計算: mm對于鉆孔工作 ap = mm 上兩式中 為已加工表面直徑mm; 為待加工表面直徑mm。2、刀具標(biāo)注角度參考系有哪幾種?它們是由哪些參考平面構(gòu)成?試給這
3、些參考平面下定義答:刀具標(biāo)注角度的參考系主要有三種:即正交平面參考系、法平面參考系和假定工作平面參考系。構(gòu)成:即正交平面參考系:由基面Pr、切削平面Ps和正平面Po構(gòu)成的空間三面投影體系稱為正交平面參考系。由于該參考系中三個投影面均相互垂直,符合空間三維平面直角坐標(biāo)系的條件,所以,該參考系是刀具標(biāo)注角度最常用的參考系。法平面參考系:由基面Pr、切削平面Ps和法平面Pn構(gòu)成的空間三面投影體系稱為法平面參考系。假定工作平面參考系:由基面Pr、假定工作平面Pf和背平面Pp構(gòu)成的空間三面投影體系稱為假定工作平面參考系。定義:基面Pr:過切削刃選定點,垂直于主運(yùn)動方向的平面。通常,它平行(或垂直)于刀具
4、上的安裝面(或軸線)的平面。例如:普通車刀的基面Pr,可理解為平行于刀具的底面;切削平面Ps:過切削刃選定點,與切削刃相切,并垂直于基面Pr的平面。它也是切削刃與切削速度方向構(gòu)成的平面;正交平面Po:過切削刃選定點,同時垂直于基面Pr與切削平面Ps的平面;法平面Pn:過切削刃選定點,并垂直于切削刃的平面;假定工作平面Pf:過切削刃選定點,平行于假定進(jìn)給運(yùn)動方向,并垂直于基面Pr的平面;背平面Pp:過切削刃選定點,同時垂直于假定工作平面Pf與基面Pr的平面。3、刀具切削部分材料應(yīng)具備哪些性能? 為什么?答:刀具切削材料應(yīng)具備的性能:高的硬度和耐磨性;足夠的強(qiáng)度和韌度;高的耐熱性;良好的工藝性;滿
5、足良好的經(jīng)濟(jì)性。原因:在切削過程中,刀具直接切除工件上的余量并形成已加工表面。切削加工時,由于摩擦與變形,刀具承受了很大的壓力和很高的溫度,因此在選擇刀具材料時應(yīng)該要考慮材料的硬度、耐磨性、強(qiáng)度、韌度、耐熱性、工藝性及經(jīng)濟(jì)性。刀具材料對金屬切削的生產(chǎn)率、成本、質(zhì)量有很大的影響,因此要重視刀具材料的正確選擇和合理使用。4、 刀具材料與被加工材料應(yīng)如何匹配?怎樣根據(jù)工件材料的性質(zhì)和切削條件正確選擇刀具材料?答:如何匹配:加工工件與刀具之間力學(xué)性能的匹配:切削刀具與加工工件材質(zhì)的力學(xué)性能匹配主要是指刀具與工件材質(zhì)材料的強(qiáng)度、韌性及硬度等力學(xué)性能參數(shù)應(yīng)相互匹配。 加工工件材質(zhì)與刀具材料的物理性能匹配:
6、切削刀具與加工對象的物埋性能匹配主要是指刀具與工件材料的熔點、彈性模量、導(dǎo)熱系數(shù)、熱膨脹系數(shù)相抗熱沖擊性能等物埋性能參數(shù)應(yīng)相互匹配?;瘜W(xué)性能的匹配:刀具的磨損是機(jī)械磨損和化學(xué)磨損綜合作用的結(jié)果。切削刀具與加工對象的化學(xué)性能匹配主要是指刀具與工件材料的化學(xué)親和性、化學(xué)反應(yīng)、擴(kuò)散、粘著和溶解等化學(xué)性能參數(shù)應(yīng)相互匹配。選擇刀具材料:不同力學(xué)性能的刀具(如高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具和超硬刀具等)所適合加工的工件材質(zhì)有所不同。通常,刀具材料的硬度必須高。通常,刀具材料的硬度,刀具硬度一般要求在60 HRC以上。高硬度的工件材料必須用更高硬度的刀具來加工。 具有不同物埋性能的刀具(如高導(dǎo)熱和低熔點的高速鋼刀
7、具、高熔點和低熱脹的陶瓷刀具、高導(dǎo)熱和低熱脹的金剛石刀具等)所適合加工的工件材料有所不同。加工導(dǎo)熱性差的工件時,應(yīng)采用導(dǎo)熱性較好的刀具,以使切削熱可迅速傳出而降低切削溫度。 金剛石的導(dǎo)熱系數(shù)為硬質(zhì)合金的1.5 9 倍,為銅的26 倍,由于導(dǎo)熱系數(shù)及熱擴(kuò)散率高,切削熱容易散出,故刀具切削部分溫度低。金剛石的熱膨脹系數(shù)比硬質(zhì)合金小幾倍,約為高速鋼的1/10,因此金剛石刀具不會產(chǎn)生很大的熱變形,這對尺寸精度要求很高的精密加工刀具來說尤為重要。立方氮化硼(CBN)的導(dǎo)熱性雖不及金剛石,但卻大大高于高速鋼和硬質(zhì)合金。隨切削溫度的提高,CBN 刀具的導(dǎo)熱系數(shù)逐漸增加,可使刀尖處切削溫度降低,減少刀具的擴(kuò)散
8、磨損并有利于高速精加工時加工精度的提高。CBN 的耐熱性可達(dá)到1 4001 500 C ,比金剛石的耐熱性(700800 C)幾乎高一倍。高速加工鋼和鑄鐵等黑色金屬時,最高切削速度只能達(dá)到加工鋁合金時的1/31/5 ,其原因是切削熱易使刀尖發(fā)生熱破損。在高速切削低導(dǎo)熱性及高硬度材料(如鈦合金和耐熱鎳基合金、高硬度合金鋼等)時,易形成鋸齒狀切屑,而高速銑削過程中則會產(chǎn)生厚度變化的斷續(xù)切屑,它們都會導(dǎo)致刀具內(nèi)的熱應(yīng)力發(fā)生高頻率的周期變化,從而加速刀具的磨損。5、 闡明金屬切削形成過程的實質(zhì)?哪些指標(biāo)用來衡量切削層金屬的變形程度?它們之間的相互關(guān)系如何?它們是否真實的反映了切屑形成過程的物理本質(zhì)?為
9、什么?答:金屬切削過程形成過程的實質(zhì):是如果忽略了摩擦、溫度和應(yīng)變速度的影響,金屬切割過程如同壓縮過程,切削層受刀具擠壓后也會產(chǎn)生彈性變形、塑性變形、晶格剪切滑移直至破裂,最終完成切削,完成切削過程。切削層金屬的變形程度指標(biāo):相對滑移、變形系數(shù)h。切削變形程度主要受到前角、剪切角的影響。如果增大前角和剪切角,使和h減小,則切削變形減小。4.只能近視地表示切削變形程度。因為h主要從塑形壓縮方面分析;而主要從剪切變形考慮。所以和h都只能近似地表示剪切變形程度。6、試描述積屑瘤現(xiàn)象及成因。積屑瘤對切削過程有哪些影響?答:在切削速度不高而又能形成連續(xù)切削,加工一般鋼材或其他塑性材料,常在前刀面切削處粘
10、著一塊剖面呈三角狀的硬塊,稱為積屑瘤。其硬度很高,為工件材料的23倍,處于穩(wěn)定狀態(tài)時可代替刀尖進(jìn)行切削。 成因:在中低速切削塑性金屬材料時,刀屑接觸表面由于強(qiáng)烈的擠壓和摩擦而成為新鮮表面,兩接觸表面的金屬原子產(chǎn)生強(qiáng)大的吸引力,使少量切屑金屬粘結(jié)在前刀面上,產(chǎn)生了冷焊,并加工硬化,形成瘤核。瘤核逐漸長大成為積屑瘤,且周期性地成長與脫落。影響:積屑瘤粘結(jié)在前刀面上,減少了刀具的磨損;積屑瘤使刀具的實際工作前角大,有利于減小切削力;積屑瘤伸出刀刃之外,使切削厚度增加,降低了工件的加工精度;積屑瘤使工件已加工表面變得較為粗糙。由此可見:積屑瘤對粗加工有利,生產(chǎn)中應(yīng)加以利用;而對精加工不利,應(yīng)以避免。7
11、、分別說明切削速度、進(jìn)給量及背吃刀量的改變對切削溫度的影響?答:(1)切削速度v 的影響隨著切削速度的提高,切削溫度將顯著上升。這是因為:切屑沿前刀面流出時,切屑底層與前刀面發(fā)生強(qiáng)烈摩擦從而產(chǎn)生大量切削熱;由于切削速度很高,在一個很短的時間內(nèi)切屑底層的切削熱來不及向切屑內(nèi)部傳導(dǎo),而大量積聚在切屑底層,從而使切屑溫度顯著升高。另外,隨著切削速度的提高,單位時間內(nèi)的金屬切除量成正比例地增加,消耗的功增大,切削熱也會增大,故使切削溫度上升。(2)進(jìn)給量f的影響隨著進(jìn)給量的增大,單位時間內(nèi)的金屬切除量增多,切削熱增多,使切削溫度上升。但切削溫度隨進(jìn)給量增大而升高的幅度不如切削速度那么顯著。這是因為:單
12、位切削力和單位切削功率隨增大而減小,切除單位體積金屬產(chǎn)生的熱量減少了,同時增大后切屑變厚,切屑的熱容量增大,由切屑帶走的熱量增多,故切削區(qū)的溫度上升不甚顯著。(2)背吃刀量ap 的影響背吃刀量 對切削溫度的影響很小。這是因為,增大以后,切削區(qū)產(chǎn)生的熱量雖增加,但切削刃參加工作的長度增加,散熱條件改善,故切削溫度升高并不明顯。切削溫度對刀具磨損和耐用度影響很大。由以上規(guī)律,可知,為有效控制切削溫度以提高刀具耐用度,選用大的背吃刀量或進(jìn)給量,比選用大的切削速度有利。8、 說明高速鋼刀具在低速、中速產(chǎn)生磨損的原因,硬質(zhì)合金刀具在中速、高速時產(chǎn)生磨損的原因?答:低速、中速高速鋼磨損的原因:磨粒磨損對高
13、速鋼作用較明顯。在切削過程中有一些比刀具材料硬度更高的碳化物、氧化物、氮化物和積屑瘤碎片等硬顆粒起著磨粒切削的作用,造成磨損,是低速時磨損的主要原因。粘結(jié)磨損,由于接觸面滑動,在粘結(jié)處產(chǎn)生破壞造成的。在低速切削時,溫度低,在壓力作用的接觸點處產(chǎn)生塑性變形;在中速切削時,溫度較高,促使材料軟化和加速分子間運(yùn)動,更容易造成粘結(jié)。相變磨損:在中速切削時,溫度較高,當(dāng)超過相變溫度時,刀具表面金相組織發(fā)生變化。 中速、高速硬質(zhì)合金磨損的原因:粘結(jié)磨損,在高溫作用下鈦元素之間的親和作用,會造成粘結(jié)磨損。擴(kuò)散磨損:在高溫作用下,切削接觸面間分子活動能量大,合金過元素相互擴(kuò)散,降低刀具材料力學(xué)性能,經(jīng)摩擦作用
14、,加速刀具磨損。氧化磨損:在溫度較高時,硬質(zhì)合金中WC、Co與空氣中的O2化合成脆、低強(qiáng)度的氧化膜WO2,受到氧化皮、硬化層等摩擦和沖擊作用,形成了邊界摩損。9、什么叫工件材料的切削加工性?評定材料切削加工性有哪些指標(biāo)?如何改善材料的切削加工性? 答: 工件材料的切削加工性是指工件材料被切削成合格的零件的難易程度。主要指標(biāo):刀具耐用度指標(biāo)、加工表面粗糙度指標(biāo)。措施:(1)調(diào)整化學(xué)成分。(2)材料加工前進(jìn)行合適的熱處理。(3)選擇加工性好的材料狀態(tài)。(4)采用合適的刀具材料,選擇合理的刀具幾何參數(shù),合理制定切削用量與選用切削液等。10、什么是機(jī)械加工工藝過程?什么叫機(jī)械加工工藝規(guī)程?工藝規(guī)程在生
15、產(chǎn)中起什么作用?答:機(jī)械加工工藝過程:用機(jī)械加工的方法,直接改變原材料或毛坯的形狀、尺寸和性能等,使之變?yōu)楹细窳慵?。機(jī)械加工工藝規(guī)程:規(guī)定產(chǎn)品或零部件制造工藝過程和操作方法等的工藝文件。作用:(1)工藝規(guī)程是指導(dǎo)生產(chǎn)的主要技術(shù)文件(2)工藝規(guī)程是生產(chǎn)組織和生產(chǎn)管理工作的依據(jù)(3)工藝規(guī)程是新建、擴(kuò)建或改建機(jī)械制造廠的主要技術(shù)文件。11、加工階梯軸如下圖,試列表制訂加工工藝過程(包括定位)。單件小批生產(chǎn)。 答:工序號工序名稱及內(nèi)容定位基準(zhǔn)1下料,棒料3535外圓表面2夾左端,車右端面,打中心孔;35外圓表面3車35外圓至30,車外圓24,留磨削余量,車退刀槽2*0.3,35外圓表面,右中心孔4夾
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