機械制造技術基礎習題及答案3

第3章練習題1.填空題直角自由切削，是指沒有參加切削，并且刃傾角的切削方式。在一般速度范圍內，第Ⅰ變形區(qū)的寬度僅為0.02～0.2mm靠前刀面處的變形區(qū)域稱為變形區(qū)，這個變形區(qū)主要集中在和前刀面接觸的切屑底面一薄層金屬內。在已加工表面處形成的顯著變形層（晶格發(fā)生了纖維化），是已加工表面受到切削刃和后刀面的擠壓和摩擦所造成的，這一變形層稱為變形區(qū)。從形態(tài)上看，切屑可以分為帶狀切屑、、和崩碎切屑四種類型。在形成擠裂切屑的條件下，若減小刀具前角，減低切削速度，加大切削厚度，就可能得到。在形成擠裂切屑的條件下，若加大刀具前角，提高切削速度，減小切削厚度，就可能得到。經(jīng)過塑性變形后形成的切屑，其厚度hch通常都要工件上切削層的厚度hD，而切屑長度Lch通常切削層長度Lc。切削過程中金屬的變形主要是剪切滑移，所以用的大小來衡量變形程度要比變形系數(shù)精確些。相對滑移是根據(jù)純剪切變形推出的，所以它主要反映變形區(qū)的變形情況，而變形系數(shù)則反映切屑變形的綜合結果，特別是包含有變形區(qū)變形的影響。切屑與前刀面的摩擦與一般金屬接觸面間的摩擦不同，因為切屑與前刀面之間的壓力很大（可達1.96～2.94GPa以上），再加上幾百度的高溫，致使切屑底面與前刀面發(fā)生現(xiàn)象。在粘結情況下，切屑與前刀面之間的摩擦是切屑粘結部分和上層金屬之間的摩擦，即切屑的。根據(jù)摩擦情況不同，切屑與前刀面接觸部分可分為兩個摩擦區(qū)，即和滑動區(qū)。切屑與前刀面粘結區(qū)的摩擦是變形區(qū)變形的重要成因。硬脆材料與金屬材料的切除過程有所不同，其切除過程以為主。磨削時砂輪表面的微小磨粒切削刃的幾何形狀是不確定的，通常有較大的負（－60°～－85°）和刃口楔角（80°～145°），以及較大的半徑。砂輪磨粒切削刃的排列（刃距、高低）是分布的，且隨著砂輪的磨損不斷變化。切削時作用在刀具上的力，由兩個方面組成：1）三個變形區(qū)內產(chǎn)生的變形抗力和塑性變形抗力；2）切屑、工件與刀具間的。由于切削變形復雜，用材料力學、彈性、塑性變形理論推導的計算切削力的理論公式與實際差距較大，故在實際生產(chǎn)中常用經(jīng)驗公式計算切削力的大小。切削熱的直接來源是切削層的變形以及切屑與刀具、工件與刀具之間的，因而三個變形區(qū)是產(chǎn)生切削熱的三個熱源區(qū)。在切削塑性材料時，切削區(qū)溫度最高點是在前刀面上處。切削脆性材料時，由于形成崩碎切屑，故最高溫度區(qū)，位于靠近刀尖的的小區(qū)域內。目前比較成熟的測量切削溫度的方法有自然熱電偶法、熱電偶法和紅外測溫法。利用自然熱電偶法可測得的溫度是切削區(qū)的，紅外測溫法可測刀具及切屑側面。工件平均溫度指磨削熱傳入工件而引起的，它影響工件的形狀和尺寸精度。積屑瘤是在切削速度加工塑性材料條件下的一個重要物理現(xiàn)象。積屑瘤是變形區(qū)在特定條件下金屬變形摩擦的產(chǎn)物。殘余應力是在未施加任何外力作用的情況下，在材料內部保持而存在的應力。刀具正常磨損的主要表現(xiàn)形式為前刀面磨損、后刀面磨損和磨損。刀具的非正常磨損是指刀具在切削過程中突然或過早產(chǎn)生損壞現(xiàn)象，主要表現(xiàn)為兩種形式：和卷刃。一次磨刀之后，刀具進行切削，后刀面允許的最大磨損量（VBB），稱為，或者叫做磨損限度。形成刀具磨損的原因非常復雜，它既有磨損，又有、化學作用的磨損，還有由于金相組織的相變使刀具硬度改變所造成的磨損。刀具耐用度是指刀具從開始切削至達到為止所使用的切削時間，用T表示。切削用量優(yōu)化模型的目標函數(shù)視優(yōu)化目標不同，可以有多種形式，常見的有以下幾種：按最高生產(chǎn)率標準評定的目標函數(shù)，按標準評定的目標函數(shù)和按最大利潤率標準評定的目標函數(shù)。2.判斷題在一般速度范圍內，第Ⅰ變形區(qū)的寬度僅為0.02～0.2mm切削時出現(xiàn)的積屑瘤、前刀面磨損等現(xiàn)象，都是第Ⅲ變形區(qū)的變形所造成的。第Ⅲ變形區(qū)的變形是造成已加工表面硬化和殘余應力的主要原因。由于大部分塑性變形集中于第Ⅰ變形區(qū)，因而切削變形的大小，主要由第Ⅰ變形區(qū)來衡量。在形成擠裂切屑的條件下，若減小刀具前角，減低切削速度，加大切削厚度，就可能得到崩碎切屑。在形成擠裂切屑的條件下，若加大刀具前角，提高切削速度，減小切削厚度，就可能得到帶狀切屑。切屑形態(tài)的變化反映了切削變形程度的不同，如帶狀切屑是切削層沿剪切面滑移變形尚未達到斷裂程度而形成的。切屑形態(tài)的變化反映了切削變形程度的不同，如擠裂切屑是切削層沿剪切面滑移變形完全達到斷裂程度而形成的。切屑形態(tài)的變化反映了切削變形程度的不同，如單元切屑是切削層沿剪切面滑移變形完全達到斷裂程度而形成的。經(jīng)過塑性變形后形成的切屑，其厚度hch通常都要小于工件上切削層的厚度hD，而切屑長度Lch通常大于切削層長度Lc。用相對滑移的大小來衡量變形程度要比變形系數(shù)精確些。相對滑移反映切屑變形的綜合結果，特別是包含有第二變形區(qū)變形的影響。切屑與前刀面的摩擦與一般金屬接觸面間的摩擦不同，不是一般的外摩擦，而是切屑粘結部分和上層金屬之間的摩擦，即切屑的內摩擦。內摩擦實際就是金屬內部的滑移剪切，同粘結面積和法向力有關。切屑與前刀面粘結區(qū)的摩擦是第Ⅱ變形區(qū)變形的重要成因。硬脆材料與金屬材料的切除過程有所不同，其切除過程以斷裂破壞為主。磨削是利用砂輪表面上由結合劑剛性支承著的極多微小磨粒切削刃進行的切削加工。磨削時砂輪表面的微小磨粒切削刃的幾何形狀是不確定的，且通常有較大的前角和刃口楔角，以及較大的刃口鈍圓半徑。主切削力Fc是計算機床功率及設計夾具、刀具的主要依據(jù)。吃刀抗力可能引起工件的彎曲與振動，影響加工質量。進給抗力Ff是設計和校驗機床進給機構強度的重要依據(jù)。由于切削變形復雜，在實際生產(chǎn)中常用理論公式計算切削力的大小。切削功率主要是主運動和主切削力所消耗的功率。影響切削力的因素很多，其中最主要的是刀具材料、刀具磨損、冷卻潤滑液。切削溫度是切削過程的一個重要物理量，主要影響刀具磨損和積屑瘤的產(chǎn)生，但對表面質量沒有影響。切削熱由切屑、工件、刀具和周圍介質（如空氣、切削液）傳散出去。不同的加工方法其切削熱傳散的比例是相同。切削溫度的高低不僅取決于熱源區(qū)產(chǎn)生熱量的多少，而且還取決于散熱條件的好壞。凡影響切削變形、切削抗力及功率消耗的因素，都對生熱有影響。切削用量增加，功率消耗加大，切削熱的生成加多，切削溫度升高。在切削塑性材料時，切削區(qū)溫度最高點是在刀刃處。切削脆性材料時，由于形成崩碎切屑，故最高溫度區(qū)位于靠近刀尖的后刀面上的小區(qū)域內。人工熱電偶法可用于測量切削區(qū)的平均溫度，紅外測溫法可用于測量刀具及切屑側面溫度場。控制與降低磨削溫度，是保證磨削質量的重要措施。工件平均溫度與磨削燒傷和磨削裂紋的產(chǎn)生有密切關系。磨粒磨削點溫度是引起磨削刃的熱損傷、砂輪的磨損、破碎和粘附等現(xiàn)象的重要因素。磨削區(qū)溫度影響工件的形狀和尺寸精度。工件表面層的溫度分布與加工表面變質層的生成機理、磨削裂紋的產(chǎn)生以及工件的使用性能等有關。積屑瘤是在中等切速加工塑性材料條件下的一個重要物理現(xiàn)象。在精加工時，積屑瘤對切削過程是有利的，應設法利用這一點提高已加工表面質量。積屑瘤的形成與摩擦條件有關，而影響摩擦條件的主要因素是接觸面壓力。當切削塑性材料、切削速度v較高、切削厚度hD較大時易發(fā)生前刀面磨損。當切削塑性金屬材料時，若切削速度較低，切削厚度較薄，則易發(fā)生后刀面磨損。當切削脆性金屬時，由于形成崩碎切屑，會出現(xiàn)后刀面磨損。當切削塑性金屬，采用中等切速及中等進給量時，常出現(xiàn)前后刀面同時磨損。刀具磨損過程可分為兩個階段即初期磨損階段和正常磨損階段。磨粒磨損只在低速切削條件下都存在，對低速切削的刀具而言，磨粒磨損往往是刀具磨損的主要原因。粘結磨損一般在中等偏低的切削速度下比較嚴重。擴散磨損在高溫作用下發(fā)生。擴散磨損其實質是一種物理性質磨損。切削用量中切削速度對刀具耐用度的影響最大，其次為切削深度，而進給量對刀具耐用度的影響最小。傳統(tǒng)上選擇切削用量的基本原則是：在保證刀具一定耐用度的前提下，優(yōu)先考慮采用最大的切削深度ap，其次考慮采用大的進給量f，最后根據(jù)刀具耐用度的要求選定（計算或查表）合理的切削速度v。3.單項選擇題直角自由切削，是指沒有副刃參加切削，并且刃傾角（）的切削方式。①λs＞0②λs＝0③λs＜0切削加工過程中的塑性變形大部分集中于（）。①第Ⅰ變形區(qū)②第Ⅱ變形區(qū)③第Ⅲ變形區(qū)④已加工表面切屑類型不但與工件材料有關，而且受切削條件的影響。如在形成擠裂切屑的條件下，若減小刀具前角，減低切削速度或加大切削厚度，就可能得到（）。①帶狀切屑②單元切屑③崩碎切屑切屑類型不但與工件材料有關，而且受切削條件的影響。如在形成擠裂切屑的條件下，若加大前角，提高切削速度，減小切削厚度，就可能得到（）。①帶狀切屑②單元切屑③崩碎切屑內摩擦實際就是金屬內部的滑移剪切，同粘結面積有關。這部分的摩擦力Ffi約占切屑與前刀面總摩擦力的（）。①55％②65％③75％④85％切屑與前刀面粘結區(qū)的摩擦是（）變形的重要成因。①第Ⅰ變形區(qū)②第Ⅱ變形區(qū)③第Ⅲ變形區(qū)切削用量對切削力影響最大的是（）。①切削速度②切削深度③進給量切削用量對切削溫度影響最小的是（）。①切削速度②切削深度③進給量在切削塑性材料時，切削區(qū)溫度最高點是在（）。①刀尖處②前刀面上靠近刀刃處③后刀面上靠近刀尖處④主刀刃處磨削區(qū)溫度是砂輪與工件接觸區(qū)的平均溫度，一般約有500～800℃，它影響（）①工件的形狀和尺寸精度②磨削刃的熱損傷、砂輪的磨損、破碎和粘附等③磨削燒傷和磨削裂紋的產(chǎn)生④加工表面變質層、磨削裂紋以及工件的使用性能積屑瘤是在（）切削塑性材料條件下的一個重要物理現(xiàn)象。①低速②中低速③中速④高速切削用量對刀具耐用度影響最大的是（）。①切削速度②切削深度③進給量4.多項選擇題主切削力Fc垂直于基面，與切削速度方向一致，作用于工件切線方向，是（）的主要依據(jù)。①計算機床功率②設計夾具③設計刀具④設計和校驗機床進給機構強度影響切削力的因素很多，其中最主要的是（）。①工件材料②切削用量③刀具材料④刀具幾何形狀與幾何角度切削過程中影響散熱的因素有（）。①工件材料的導熱系數(shù)②刀具材料的導熱系數(shù)③冷卻潤滑液④刀具主刀刃與工件接觸長度磨削是工件表面溫度可達1000℃以上，在工件表層形成極大的溫度梯度（600～1000℃①尺寸形狀偏差②表面燒傷③加工硬化④殘余應力合理地控制切削條件、調整切削參數(shù)，盡量不形成中溫區(qū)就能較有效地抑制或避免積屑瘤形成。一般可采用的措施包括（）①控制切削速度②減小刀具前角③使用高效切削液當工件材料塑性過高，硬度很低時，可進行適當熱處理，提高其硬度，降低其塑性殘余應力產(chǎn)生的原因有（）。①塑性變形效應②里層金屬彈性恢復③表層金屬的相變④熱變形當（）時易發(fā)生前刀面磨損。①切削塑性材料②切削速度較高③切削厚度較大④切削深度較大當（）時易發(fā)生后刀面磨損。當（）時，由于形成崩碎切屑，也會出現(xiàn)后刀面磨損。①切削脆性金屬②切削塑性材料③切削速度較低④切削厚度較薄決定粘結磨損程度的因素主要有（）。①接觸面間分子活動能量②刀具材料與工件材料的硬度比③中等偏低的切削速度④刀具材料與工件的親和能力視優(yōu)化目標不同，常見的切削用量優(yōu)化模型的目標函數(shù)有（）。①按最高生產(chǎn)率標準評定的目標函數(shù)②按最大刀具耐用度標準評定的目標函數(shù)③按最大利潤率標準評定的目標函數(shù)④按最低成本標準評定的目標函數(shù)5.問答題5-1如何表示切屑變形程度？5-2影響切削變形有哪些因素？各因素如何影響切削變形？5-3三個切削分力是如何定義的？各分力對加工有何影響？5-4刀具磨損過程有哪幾個階段？為何出現(xiàn)這種規(guī)律？5-5刀具破損的主要形式有哪些？高速鋼和硬質合金刀具的破損形式有何不同？5-6工件材料切削加工性的衡量指標有哪些？5-7說明最大生產(chǎn)效率刀具使用壽命和經(jīng)濟刀具使用壽命的含義及計算公式。5-8切削液有何功用？如何選用？5-9磨粒粒度是如何規(guī)定的？試說明不同粒度砂輪的應用。5-10試述高速磨削、強力磨削和砂帶磨削的特點和應用。第3章練習題答案1.填空題副刃，λs＝0愈高第Ⅱ第Ⅲ擠裂切屑、單元切屑單元切屑帶狀切屑大于，小于相對滑移第Ⅰ，第Ⅱ粘結內摩擦粘結區(qū)（或內摩擦區(qū)第Ⅱ斷裂破壞前角,刃口鈍圓隨機彈性；摩擦力經(jīng)驗公式摩擦?？拷度泻蟮睹嫔先斯?。平均溫度，溫度場工件溫