20172018学年第一学期机械制造技术基础作业(1)

2017-2018学年第一学期机械制造技术基础作业1、切削用量三要素包含哪些？请分别解释它们的定义，并说明如何计算。

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：错误！未找到引用源。

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：错误！未找到引用源。

mm对于钻孔工作ap=错误！未找到引用源。

mm上两式中错误！未找到引用源。

——为已加工表面直径mm；错误！未找到引用源。

——为待加工表面直径mm。

2、试绘图表示端面车刀的六个基本角度。

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：①高的硬度和耐磨性；②足够的强度和韧度；③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：①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。

②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。

③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：①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。

②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、金属切削过程的实质是什么？哪些指标用来衡量切削层金属的变形程度？由此如何减少切削变形？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。

（3）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：①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。

②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。

③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：①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。

②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。

③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？什么是工序、工位、和工步？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。

工序：一个(或一组)工人同，在一个固定的工作地点(一台机床或一个钳工台)，对一个(或同时对几个)工件所连续完成的那部分工艺过程，称为工序。

它是工艺过程的基本单元，又是生产计划和成本核算的基本单元。

工序的安排的组成与零件的生产批量有关(单件、小批、大批、大量)。

安装工件在加工前，在机床或夹具中相对刀具应有一个正确的位置并给予固定，这个过程称为装夹，一次装夹所完成的那部分加工过程称为安装。

安装是工序的一部分。

在同一工序中，安装次数应尽量少，既可以提高生产效率，又可以减少由于多次安装带来的加工误差。

工位：为减少工序中的装夹次数，常采用回转工作台或回转夹具，使工件在一次安装中，可先后在机床上占有不同的位置进行连续加工，每一个位置所完成的那部分工序，称一个工位。

工步：工步是工序的组成单位。

在被加工的表面，切削用量(指切削速度，背吃刀量和进给量)，切削刀具均保持不变的情况下所完成的那部分工序，称工步。

当其中有一个因素变化时，则为另一个工步。

当同时对一个零件的几个表面进行加工时，则为复合工步。

划分工步的目的，是便于分析和描述比较复杂的工序，更好地组织生产和计算工时。

11、加工阶梯轴如下图，试列表制订加工工艺过程（包括定位）。

单件小批生产。

答：工序号工序名称及内容定位基准1 下料，棒料Φ35 Φ35外圆表面2 夹左端，车右端面，打中心孔；Φ35外圆表面3 车Φ35外圆至Φ30，车外圆Φ24，留磨削余量，车退刀槽2*0.3，Φ35外圆表面，右中心孔4 夹右端，车左端面，保证长度250，打中心孔；Φ30外圆表面5 车Φ35外圆至Φ30，车外圆Φ24，留磨削余量，车退刀槽2*0.3，Φ30外圆表面，右中心孔6 铣键槽Φ30外圆表面+左端面7 磨外圆Φ24 两端中心孔8 去毛刺9 检验，入库。

12、下图示柱塞杆零件，如何选择其粗基准？（提示：φA部分余量较φB部分大）答：根据粗基准选择原则：对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理分配各加工表面的加工余量。

（1）应保证各主要表面都有足够的加工余量。

为满足这个要求，应选择毛坯余量最小的表面作为粗基准，如图，应选φB外圆表面作为粗基准。