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《机械加工工艺与装备》练习题参考答案人民邮电出版社1习题参考答案第一章总论1制造有两种含意，狭义的制造是使原材料在物理性质和化学性质上发生变化而转化为产品的过程；广义的制造是指人类按照所需目的，运用主观掌握的知识和技能，通过手工或可以利用的客观的物质工具与设备，采用有效的方法，将原材料转化为有使用价值的物质产品并投放市场的全过程。加工是指把原材料变成产品的直接物理过程。是制造系统的一个主要的子系统，是通过改变原材料（毛坯或半成品）的形状、性质或表面状态，来达到设计所规定的技术要求。制造业是对原材料进行加工或再加工，对零部件进行装配的工业的总称。制造技术是完成制造活动所施行的一切手段的总和。2从制造业的发展历史来看，加工制造业最基本的竞争方式就是成本价格的竞争。技术达到一定水平，质量达到一定标准，如果产品之间没有差异，价格竞争的最后结果就是没有利润。沿海一些发达地区，比如上海、广东，一些加工制造企业发展到一定水平后，发现尽管占有的市场越来越大，但企业利润越来越少，甚至处于盈亏的临界点上。发达国家也是先经历过价格竞争的过程，往后就进入差异化竞争过程。装备制造业的企业之间的竞争主要不是成本价格的竞争，而是性能、质量、营销、品牌等各方面差异的竞争，只有这些才能真正为企业带来利润，现在我国工业化发展已经到了这个阶段。一些企业已经发现加工制造业的发展空间越来越小，希望向装备制造业升级。十六大报告提出产业升级问题，实际上也涉及制造业本身的发展。现在制造业正处于一个由以加工制造业为主逐步向装备制造业转变的发展过程中。下一阶段，我国工业应该向装备制造业方面发展，否则我国工业化发展带来的实际经济效益和社会福利会受到很大的限制。3零件是机器的组成单元，装配时机器是由零件单元逐一装配而成，但在设计的时候却是从整台机器开始的。一种新产品（机器）的开发内容包括概念设计、方案设计、详细设计、样机试制与评审、工艺设计、新产品鉴定、试销、生产准备、批量生产等。在方案设计阶段往往需要设计多种方案，通过性能、成本等的对比，经评审最后确定一种方案。在详细设计阶段，是从绘制产品（机器）的总装图开始，在完成产品的总装图设计后，再进行拆画零件图，在零件图上除标注正确的几何尺寸外，还要根据机器的性能要求标注出零件的精度要求。可见零件的精度要求来自于机器，其中如果有外购的零部件，必须设计好它们之间的连接形式以及具体尺寸、精度要求等。答案答案答案《机械加工工艺与装备》练习题参考答案人民邮电出版社2第二章金属切削基础知识与刀具1切削运动可分为主运动和进给运动两种。切削运动中直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，以形成工件新表面的运动是主运动。一般来说，主运动是产生主切削力的运动，由机床主轴提供，其运动速度高，消耗的切削功率大。结合主运动把切削层不断地投入切削，以完成对一个表面切削的运动是进给运动。2切削速度vc、进给量ƒ和背吃刀量ap是切削用量三要素，主轴转速n单位为r/min或r/s。切削速度vc单位为m/min或m/s进给速度符号是vf，单位为mm/r或mm/双行程。每齿进给量fz。单位为mm/齿。进给量f。单位是mm/min。3（1）在基面投影图rp中注出已加工表面、待加工表面、过渡表面，刀具前面、主切削刃、主偏角、副偏角和正交平面。（参见教材图2-4、图2-9）。（2）按投影关系作出正交平面，并注出基面、切削平面、前面、后面，o=10°、oa=6°。（参见教材图2-10）。4（1）r=90°外圆车刀的几何角度：r=90°、o=15°、ao=8°、s=5°、r=15°、oa=8°。（参见教材图2-10、图2-11）（2）r＝45°弯头刀车端面，几何角度：r=r=45°、o=−5°、oa=oa=6°、s=−3°。（参见教材图2-10、图2-11）（3）切断刀的几何角度：rL=90°、rR=105°、o=15°、oa=5°、rL=rR=1°、答案答案答案答案《机械加工工艺与装备》练习题参考答案人民邮电出版社3s=0°、oL=oL=1°30'。（参见教材图2-10、图2-11）。5（1）高硬度要实现切削加工，刀具材料必须具有比工件材料高的硬度，硬度的高低在一定程度上决定了刀具材料的应用范围。（2）高耐磨性耐磨性是刀具材料抵抗摩擦和磨损的能力，它是刀具材料应具备的主要条件之一，是决定刀具耐用度的主要因素。一般来说，材料的硬度越高，耐磨性越好。（3）足够的强度和韧性要使刀具在切削力作用下不致产生破坏，就必须具有足够的强度，同时还要具备足够的韧性，以承受着各种应力、冲击载荷和震动的作用。通常用材料的抗弯强度和冲击韧度表示刀具的强度和韧度。（4）高的耐热性（热稳定性）耐热性是指在高温下材料保持硬度、耐磨性、强度和硬度的能力。切削过程中一般都会产生很高的温度，刀具材料必须具有一定的耐热性，以保证在高温下仍然具有所要求的性能，耐热性可用红硬性或高温硬度表示。（5）良好的热物理性能和耐热冲击性能刀具材料的导热性越好，切削时产生的热量越容易传导出去，从而降低切削部分的温度，减轻刀具的磨损，避免因热冲击产生刀具材料裂纹。（6）良好的工艺性为了便于制造，刀具切削部分材料应具有良好的锻造、焊接、热处理和磨削加工等性能。6常见高性能高速钢的牌号、主要化学成分、性能及用途如表2-5所示。表2-5常用高速钢的力学性能和应用范围牌号硬度（HRC）抗弯强度（GPa）冲击韧性（MJ/m2）600℃时硬度（HRC）主要性能和适用范围普通高速钢W18Cr4V（W18）63～663.0～3.40.18～0.3248.5综合性能好，通用性强，可磨削，适用于加工轻合金、碳素钢、合金钢、普通铸铁的精加工刀具和复杂刀具。如螺纹车刀、成形车刀、拉刀等W6Mo5Cr4V2（M2）63～663.5～4.00.30～0.4047～48强度和韧性略高于W18Cr4V，热硬性略低于W18Cr4V，热塑性好。适用于制造加工轻合金、碳钢、合金钢的热成形刀具及承受冲击、结构薄弱的刀具W14Cr4VMnRe64～66～4.0～0.3150.5切削性能与W18Cr4V相当，热塑性好，适用于制作热轧刀具答案答案《机械加工工艺与装备》练习题参考答案人民邮电出版社4高性能高速钢95W18Cr4V66～683.0～3.40.17～0.2251属高碳高速钢，常温硬度和高温硬度有所提高，适用于加工普通钢材和铸铁，耐磨性要求较高的钻头、铰刀、丝锥、铣刀和车刀等，但不宜受大的冲击W6Mo5Cr4V3（M3）65～67～3.2～0.2551.7属高钒高速钢，耐磨性很好，适合切削对刀具磨损较大的材料，如纤维、硬橡胶、塑料等，也用于加工不锈钢、高强度钢和高温合金等W2Mo9Cr4VCo8（M42）67～692.7～3.80.23～0.3055属含钴高速钢，有很高的常温和高温硬度，适合加工高强度耐热钢、高温合金、钛合金等难加工材料，可磨性好，适于作精密复杂刀具，但不宜在冲击切削条件下工作W6Mo5Cr4V2Al（501）67～692.84～3.820.23～0.30属含铝高速钢，切削性能相当于W2Mo9Cr4VCo8，适宜制造铣刀、钻头、铰刀、齿轮刀具和拉刀等，用于加工合金钢、不锈钢、高强度钢和高温合金7表面涂层是在韧性较好的硬质合金或高速钢基体上，通过化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）法涂覆一薄层耐磨性很高的难熔金属化合物。通过这种方法，使刀具既具有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性，从而较好地解决强度韧性与硬度耐磨性的矛盾。8常用硬质合金牌号及用途如表2-6所示。表2-6硬质合金的用途牌号化学成分（%）性能比较适用场合ISO国产wcTiCTaC(TbC)CoK01YG3X96.5—0.53（至上而下）抗弯强度、韧性、进给量依次降低，（至上而下）硬度、耐磨性、切削速度依次升高铸铁、有色金属及合金的精加工，也可用于合金钢、淬火钢等的精加工、不能承受冲击载荷K10YG6X93.5—0.56铸铁、冷硬铸铁、合金铸铁、耐热钢、合金钢的半精加工、精加工K20YG694——6铸铁、有色金属及合金的粗加工、半精加工K30YG892——8铸铁、有色金属及合金、非金属的粗加工，能适应断续切削P01YT306630—4碳钢和合金钢连续切削时的精加工P10YT157915—6碳钢和合金钢连续切削时的半精加工、精加工P20YT147814—8碳钢和合金钢连续切削时的粗加工、半精加工、精加工或断续切削时的精加工P30YT5855—10碳钢和合金钢的粗加工，也可用于断续切削M10YW184646不锈钢、耐热钢、高锰钢及其他难加工材料及普通钢料、铸铁的半精加工和精加工答案答案《机械加工工艺与装备》练习题参考答案人民邮电出版社5M20YW282648不锈钢、耐热钢、高锰钢及其他难加工材料及普通钢料、铸铁的粗加工和半精加工9（1）积屑瘤的形成原因主要是由于切削加工时，在一定的温度和压力作用下，切屑与刀具前面发生强烈摩擦，致使切屑底层金属流动速度降低而形成滞流层，如果温度和压力合适，滞流层就与前刀面黏结而留在刀具前面上，由于黏结层经过塑性变形硬度提高，连续流动的切屑在黏结层上流动时，又会形成新的滞留层，使黏结层在前一层的基础上积聚，这样一层又一层地堆积，黏结层愈来愈大，最后形成积屑瘤。（2）积屑瘤对切削过程的影响。①增大实际前角。积屑瘤黏结在刀具前刀面刀尖处，可代替刀具切削，增大了刀具的实际前角。②增大切入深度。积屑瘤前端伸出切削刃之外，加工中出现过切，使刀具切入深度比没有积屑瘤时增大了Δ，因而影响了加工尺寸。③增大已加工表面粗糙度。由于积屑瘤很不稳定，使切削深度不断变化，导致实际前角发生变化，引起切削过程震动；积屑瘤脱落时的碎片可能黏附在已加工表面上；积屑瘤凸出刀刃部分，在已加工表面上形成沟纹，这些都可以造成已加工表面的粗糙度值增大。④影响刀具耐用度。积屑瘤覆盖着刀具部分刃口和前面，对切削刃和前面有一定保护作用，从而减小了刀具磨损，但积屑瘤脱落时，又可能使黏结牢固的硬质合金表面剥落，加剧刀具磨损。（3）影响积屑瘤的主要因素与控制。精加工时必须避免或抑制积屑瘤的生成。其措施有如下几种。①控制切削速度。尽量采用很低或很高的切削速度。②降低工件材料塑性。通过热处理降低材料塑性，提高硬度，可抑制积屑瘤生成。③其他措施。减小进给量、增大刀具前角，减小刀具前面的粗糙度值，合理使用切削液等，均可使切削变形减小，切削力减小，切削温度下降，从而抑制积屑瘤的生成。10（1）工件材料对切屑变形的影响。工件材料的塑性是影响切屑变形的主要因素。如碳钢的塑性越大，抗拉强度和屈服强度越低，越容易产生塑性滑移和剪切变形，在较小的应力条件下就开始产生塑性变形。在相同的切削条件下，工件材料的塑性越大，切屑变形就越大。例如，1Cr18Ni9Ti和45钢的强度近似，但前者延伸率大得多，切削时切屑变形大，易粘刀且不易断屑。（2）刀具前角对切屑变形的影响。刀具前角越大，减小切屑沿前刀面流出的阻力越小，切屑变形越小。（3）切削速度对切屑变形的影响。在无积屑瘤的切削速度范围内（例如高速切削），切削速度越高，则变形越小。因为塑性变形的传播速度较弹性变形慢。（4）切削厚度对切屑变形的影响。当切削厚度增加时，摩擦系数减小，变形变小。切削厚度增加，切屑底层变形大，上层变形小且变形程度严重的金属层，占切屑体积的百分比随着切屑厚度增加而下降。因此，从切削层整体看，切屑的平均变形减小。反之，切屑越薄，变形量越大。答案答案《机械加工工艺与装备》练习题参考答案人民邮电出版社611（1）工件材料的影响。工件材料的强度越大、硬度越高，切削时消耗的功越多，产生的切削热越多，切削温度升高。工件材料的热导率大，热量容易传出，若产生的切削热相同，则热容量大的材料切削温度低。工件材料的塑性越好，切削变形越大，切削时消耗的功越多，产生的切削热越多，切削温度升高。（2）切削用量的影响。切削用量中，切削速度对切削温度影响最大。切削速度vc增加，切削的路径增长，切屑底层与刀具前面发生强烈摩擦从而