机械制造技术基础作业

2014-2015学年第二学期机械制造技术基础作业1、何谓切削用量三要素怎样定义?如何计算?答：切削用量三要素：切削速度Vc、进给量f、背吃刀量ap；切削速度Vc：主运动的速度，大多数切削加工的主运动采用回转运动。

回旋体（刀具或工件）上外圆或内孔某一点的切削速度计算公式如下： m/s或m/min式中d——工件或刀具上某一点的回转直径（mm）;n——工件或刀具的转速（r/s或r/min）。

进给量f：进给速度Vf是单位时间的进给量，单位是mm/s (mm/min)。

进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是mm/r。

对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然可以不规定进给速度却需要规定间歇进给量，其单位为mm/d.st（毫米/双行程）。

对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进给量fz，季后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是mm/z(毫米/齿)。

Vf = f .n = fz . Z . n mm/s或mm/min背吃刀量ap:对于车削和刨削加工来说，背吃刀量ap为工件上已加工表面和待加工表面的垂直距离，单位 mm。

外圆柱表面车削的切削深度可用下式计算： mm对于钻孔工作 ap = mm上两式中——为已加工表面直径mm；——为待加工表面直径mm。

2、刀具标注角度参考系有哪几种?它们是由哪些参考平面构成?试给这些参考平面下定义｡答：刀具标注角度的参考系主要有三种：即正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系。

构成：⑴即正交平面参考系：由基面Pr、切削平面Ps和正平面Po构成的空间三面投影体系称为正交平面参考系。

由于该参考系中三个投影面均相互垂直，符合空间三维平面直角坐标系的条件，所以，该参考系是刀具标注角度最常用的参考系。

⑵法平面参考系：由基面Pr、切削平面Ps和法平面Pn构成的空间三面投影体系称为法平面参考系。

⑶假定工作平面参考系：由基面Pr、假定工作平面Pf和背平面Pp构成的空间三面投影体系称为假定工作平面参考系。

定义：⑴基面Pr：过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。

通常，它平行（或垂直）于刀具上的安装面（或轴线）的平面。

例如：普通车刀的基面Pr，可理解为平行于刀具的底面；⑵切削平面Ps：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。

它也是切削刃与切削速度方向构成的平面；⑶正交平面Po：过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr与切削平面Ps的平面；⑷法平面Pn：过切削刃选定点，并垂直于切削刃的平面；⑸假定工作平面Pf：过切削刃选定点，平行于假定进给运动方向，并垂直于基面Pr的平面；⑹背平面Pp：过切削刃选定点，同时垂直于假定工作平面Pf与基面Pr的平面。

3、刀具切削部分材料应具备哪些性能? 为什么?答：刀具切削材料应具备的性能：高的硬度和耐磨性；足够的强度和韧度；高的耐热性；④良好的工艺性；⑤满足良好的经济性。

原因：在切削过程中，刀具直接切除工件上的余量并形成已加工表面。

切削加工时，由于摩擦与变形，刀具承受了很大的压力和很高的温度，因此在选择刀具材料时应该要考虑材料的硬度、耐磨性、强度、韧度、耐热性、工艺性及经济性。

刀具材料对金属切削的生产率、成本、质量有很大的影响，因此要重视刀具材料的正确选择和合理使用。

4、刀具材料与被加工材料应如何匹配?怎样根据工件材料的性质和切削条件正确选择刀具材料?答：如何匹配：加工工件与刀具之间力学性能的匹配:切削刀具与加工工件材质的力学性能匹配主要是指刀具与工件材质材料的强度、韧性及硬度等力学性能参数应相互匹配。

加工工件材质与刀具材料的物理性能匹配:切削刀具与加工对象的物埋性能匹配主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导热系数、热膨胀系数相抗热冲击性能等物埋性能参数应相互匹配。

化学性能的匹配：刀具的磨损是机械磨损和化学磨损综合作用的结果。

切削刀具与加工对象的化学性能匹配主要是指刀具与工件材料的化学亲和性、化学反应、扩散、粘着和溶解等化学性能参数应相互匹配。

选择刀具材料：不同力学性能的刀具(如高速钢刀具、硬质合金刀具和超硬刀具等)所适合加工的工件材质有所不同。

通常，刀具材料的硬度必须高。

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须用更高硬度的刀具来加工。

具有不同物埋性能的刀具(如高导热和低熔点的高速钢刀具、高熔点和低热胀的陶瓷刀具、高导热和低热胀的金刚石刀具等)所适合加工的工件材料有所不同。

加工导热性差的工件时，应采用导热性较好的刀具，以使切削热可迅速传出而降低切削温度。

金刚石的导热系数为硬质合金的1.5 ~9 倍，为铜的2~6 倍，由于导热系数及热扩散率高，切削热容易散出，故刀具切削部分温度低。

金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍，约为高速钢的1/10，因此金刚石刀具不会产生很大的热变形，这对尺寸精度要求很高的精密加工刀具来说尤为重要。

立方氮化硼(CBN)的导热性虽不及金刚石，但却大大高于高速钢和硬质合金。

随切削温度的提高，CBN 刀具的导热系数逐渐增加，可使刀尖处切削温度降低，减少刀具的扩散磨损并有利于高速精加工时加工精度的提高。

CBN 的耐热性可达到1 400~1 500 C ，比金刚石的耐热性(700~800 C)几乎高一倍。

高速加工钢和铸铁等黑色金属时，最高切削速度只能达到加工铝合金时的1/3~1/5 ，其原因是切削热易使刀尖发生热破损。

在高速切削低导热性及高硬度材料(如钛合金和耐热镍基合金、高硬度合金钢等)时，易形成锯齿状切屑，而高速铣削过程中则会产生厚度变化的断续切屑，它们都会导致刀具内的热应力发生高频率的周期变化，从而加速刀具的磨损。

5、阐明金属切削形成过程的实质？哪些指标用来衡量切削层金属的变形程度？它们之间的相互关系如何？它们是否真实的反映了切屑形成过程的物理本质？为什么？答：金属切削过程形成过程的实质：是如果忽略了摩擦、温度和应变速度的影响，金属切割过程如同压缩过程，切削层受刀具挤压后也会产生弹性变形、塑性变形、晶格剪切滑移直至破裂，最终完成切削，完成切削过程。

切削层金属的变形程度指标：相对滑移ε、变形系数Λh。

切削变形程度主要受到前角、剪切角的影响。

如果增大前角和剪切角，使ε和Λh减小，则切削变形减小。

4.只能近视地表示切削变形程度。

因为Λh主要从塑形压缩方面分析；而ε主要从剪切变形考虑。

所以ε和Λh都只能近似地表示剪切变形程度。

6、试描述积屑瘤现象及成因。

积屑瘤对切削过程有哪些影响？答：在切削速度不高而又能形成连续切削，加工一般钢材或其他塑性材料，常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块，称为积屑瘤。

其硬度很高，为工件材料的2——3倍，处于稳定状态时可代替刀尖进行切削。

成因：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。

影响：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。

7、分别说明切削速度、进给量及背吃刀量的改变对切削温度的影响？答：（1）切削速度v 的影响随着切削速度的提高，切削温度将显著上升。

这是因为：切屑沿前刀面流出时，切屑底层与前刀面发生强烈摩擦从而产生大量切削热；由于切削速度很高，在一个很短的时间内切屑底层的切削热来不及向切屑内部传导，而大量积聚在切屑底层，从而使切屑温度显著升高。

另外，随着切削速度的提高，单位时间内的金属切除量成正比例地增加，消耗的功增大，切削热也会增大，故使切削温度上升。

（2）进给量f的影响随着进给量的增大，单位时间内的金属切除量增多，切削热增多，使切削温度上升。

但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那么显著。

这是因为：单位切削力和单位切削功率随增大而减小，切除单位体积金属产生的热量减少了，同时增大后切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增多，故切削区的温度上升不甚显著。

（2）背吃刀量ap 的影响背吃刀量对切削温度的影响很小。

这是因为，增大以后，切削区产生的热量虽增加，但切削刃参加工作的长度增加，散热条件改善，故切削温度升高并不明显。

切削温度对刀具磨损和耐用度影响很大。

由以上规律，可知，为有效控制切削温度以提高刀具耐用度，选用大的背吃刀量或进给量,比选用大的切削速度有利。

8、说明高速钢刀具在低速、中速产生磨损的原因，硬质合金刀具在中速、高速时产生磨损的原因？答：低速、中速高速钢磨损的原因：磨粒磨损对高速钢作用较明显。

在切削过程中有一些比刀具材料硬度更高的碳化物、氧化物、氮化物和积屑瘤碎片等硬颗粒起着磨粒切削的作用，造成磨损，是低速时磨损的主要原因。

粘结磨损，由于接触面滑动，在粘结处产生破坏造成的。

在低速切削时，温度低，在压力作用的接触点处产生塑性变形；在中速切削时，温度较高，促使材料软化和加速分子间运动，更容易造成粘结。

相变磨损：在中速切削时，温度较高，当超过相变温度时，刀具表面金相组织发生变化。

中速、高速硬质合金磨损的原因：粘结磨损，在高温作用下钛元素之间的亲和作用，会造成粘结磨损。

扩散磨损：在高温作用下，切削接触面间分子活动能量大，合金过元素相互扩散，降低刀具材料力学性能，经摩擦作用，加速刀具磨损。

氧化磨损：在温度较高时，硬质合金中WC、Co与空气中的O2化合成脆、低强度的氧化膜WO2，受到氧化皮、硬化层等摩擦和冲击作用，形成了边界摩损。

9、什么叫工件材料的切削加工性?评定材料切削加工性有哪些指标？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难易程度。

主要指标：刀具耐用度指标、加工表面粗糙度指标。

措施：（1）调整化学成分。

（2）材料加工前进行合适的热处理。

（3）选择加工性好的材料状态。

（4）采用合适的刀具材料，选择合理的刀具几何参数，合理制定切削用量与选用切削液等。

10、什么是机械加工工艺过程？什么叫机械加工工艺规程？工艺规程在生产中起什么作用？答：机械加工工艺过程：用机械加工的方法，直接改变原材料或毛坯的形状、尺寸和性能等，使之变为合格零件。

机械加工工艺规程：规定产品或零部件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件。

作用：（1）工艺规程是指导生产的主要技术文件（2）工艺规程是生产组织和生产管理工作的依据（3）工艺规程是新建、扩建或改建机械制造厂的主要技术文件。

11、加工阶梯轴如下图，试列表制订加工工艺过程（包括定位）。