第9章机械加工质量作业

1第9章机械加工质量作业1．零件的加工质量包含哪些内容？答：零件包括机械加工精度和机械加工表面质量。机械加工精度是指零件的实际几何参数(尺寸、形状和位置)与理想几何参数的符合程度。机械加工表面质量又包括表面粗糙度、表面波度、宏观几何形状偏差等表面几何形状误差和表面层冷作硬化、表面层金相组织变化及表层残余应力等物理力学性能。2．简述机械加工表面质量对零件使用性能的影响。答：(1)降低表面粗糙度值可以提高零件的耐磨性、抗疲劳强度、耐腐蚀性以及提高零件的过盈配合强度；(2)零件表层的冷作硬化在一定程度上可以提高零件的表面硬度，使耐磨性提高，有助于提高疲劳强度和耐腐蚀性，但会破坏过盈配合强度；冷作硬化程度过高时，可能会出现较大的脆性裂纹反而降低了疲劳强度。同时冷作硬化程度过高，在过盈配合中，有可能造成表面层金属与内部金属脱离的现象而破坏配合性质。(3)表面层的残余压应力可部分地抵消工作载荷引起的拉应力，因而可提高零件的疲劳强度；而残余拉应力，则会降低零件的疲劳强度。残余应力将会使零件产生变形，从而影响配合精度和配合性质。3．车削加工时，导轨误差对加工精度有何影响？答：在车削加工时，当导轨在水平面内存在直线度误差时，会使工件被加工表面产生鞍形、鼓形或锥形等圆柱度误差；在垂直面内存在直线度误差时，会使工件被加工表面形成双曲旋转面等圆柱度误差；两导轨在垂直方向上的平行度误差(扭曲度)，工件也会产生圆柱度误差。4．在车床上加工圆盘端面时，有时会出现如图9-24a、b所示的形状，度分析是什么原因造成的？答：图a是由于中拖板导轨与车床主轴的中心线不垂直，造成横向进刀时，刀具不能垂直于主轴中心线进给；另外一个原因是用90°车刀加工端面时，刀刃不直引起。图b的误差是由于机床主轴轴向窜动引起。5．三批工件在三台车床上加工外圆，加工后经测量分别有如图9-25的形状误差：a为鼓形，b为鞍形，c为锥形，分别分析可能产生上述形状误差的主要图9-242原因。答：产生a的原因是：（1）车床导轨在水平面内存在直线度误差；（2）工件刚度过小，远远小于机床刚度；（3）误差复映现象。产生b的原因是：（1）车床纵导轨在水平面内的直线度误差。（2）车床纵导轨与工件回转轴线在垂直面内不平行（3）工件刚度远远大于车床刚度。（4）误差复映现象。产生c的原因是：（1）车床纵导轨在水平面内的直线度误差；（2）刀具线性磨损；（3）车床纵导轨与工件回转轴线在水平面内不平行；（4）误差复映。6．如图9-26a，b的工件，在拉孔或铰孔后产生了圆柱度误差和圆度误差，试分析其原因。答：由于在拉削或铰削时，开始时产生的热量少，工件变形不严重，随着后续的加工，工件上产生的热量会越大，热膨胀量也越大，加工后随着工件的冷缩会引起工件孔径缩小，由于在加工过程中工件热膨胀量不均匀使孔径形成如图a所示的圆柱度误差。图a、b均是由于工件的壁厚不均匀，在拉削或铰削时，由于加工中产生的热量作用使工件发生变形，而加工后，变形恢复，由于热量分布不均造成变形不均，从而使内孔产生圆度误差。7．若工件为一长方形薄钢板（假设上、下面是平直的），当磨削平面A后，图9-25习题5图图9-26习题6图3工件产生弯曲变形，如图9-27所示。试分析工件产生变形的原因？答：由于磨削时，由于表层温度下表面高，在上表面产生高温使上表面产生热膨胀较下表面大，当表面温度超过材料的弹性变形范围时，就会产生热塑性变形，磨削结束后，表层金属冷却收缩又会受到下层的阻碍，使表层产生残余拉应力，由于是薄板状工件，在表层拉应力的作用下，工件会发生变形，结果就出现象图9-27所示形状。8．横磨工件时，设横向磨削力为100N，床头和尾座的刚度分别为K前=50000N/mm，K后=40000N/mm，加工工件尺寸如图9-28所示，求加工后工件的锥度是多大？解：由于磨床床头和床尾的刚度相差较大，在磨削力的作用下，磨削后会使工件锥形。由图可得：mmKFLXLY41067.6/前法头图9-27习题7图图9-28习题8图Y头Y尾F头aF头F法LX4mmKFLXY310667.1/尾法尾51033.0tg加工后工件的锥角为2a，则锥度为：1：1500009．举例说明常值系统误差、变值系统误差及随机误差。答：当顺次加工一批零件时，若产生的误差大小和方向都保持不变或按一定的规律变化，这种误差为系统误差。前者为常值系统误差，后者为变值系统误差。顺次加工一批零件时，产生的误差大小和方向均是无规律地变化，这种误差称为随机误差。如用比工件规定加工尺寸小0.02mm的铰刀铰孔，若不考虑其它因素，铰出的每一个孔在直径上都将小0.02mm，这一误差就是常值系统误差。又如，刀具的磨损使一批工件的尺寸依次有规律的变化，这一误差就是变值系统误差。如用一把铰刀加工一批工件，加工条件不变，但加工出的孔径尺寸仍在一定范围内分散。这可能是由于毛坯加工余量不均匀、材料硬度不均匀、内应力重新分布和定位夹紧等引起的。10．在自动车床上加工一批直径mm03.008.018为的小轴抽检25件其尺寸如下：17.89，17.92，17.93，17.93，17.94，17.95，17.97，17.95，17.97，17.96，17.97，17.96，17.98，17.96，17.98，17.99，17.98，18.01，18.02，17.99，18.02，18.00，18.04，18.00，18.05。试根据以上数据：（1）绘制实际尺寸分布曲线。（2）计算合格品率、废品率及可修复的废品率，并判断产生废品的原因。（3）若仍采用这种加工方法，但欲把不可修复的废品率控制在1%，应如何补充调整机床？答：（1）实际尺寸分布曲线见题10图1所示。（2）由抽检的工件尺寸可得:平均值mmx9744.17，mm03787.0，公差带中心尺寸为17.975mm，公差为0.11mm,尺寸分散范围为：0.16mm。则该批零件的废品率为3/25=12%，合格率为22/25=88%；可修复的废品率为2/25=8%.由于尺寸分散范围大于公差带范围，所以产生废品的原因是机床加工能力不足造成的。5（3）若要把不可修复的废品率控制在1%，则可调整机床，使尺寸分散中心右移x。计算如下：由题10图2，当F=49%时，不可修复的废品率在1%以内，查正态分布积分表得：17.9017.9217.9417.9617.9818.0018.0218.0401234数量/个直径/mm柱状图高斯分布曲线题10图1y17.974417.97517.9744+ΔxΔxx17.92F题10图26328.292.179744.17x，解之得：Δx=0.03376mm即使车刀再伸长0.0168mm可保证不可修复的废品率在1%以内。11．简述影响一般机械加工表面粗糙度的因素。答：（1）残留面积：减小进给量f、主偏角kr、副偏角k′r或增大刀尖圆弧半径r，残留面积高度Rmax便会减小，从而减小表面粗糙度值Ra；（2）工件材料性质：切削脆性材料时，由于切屑的崩碎在加工表面上留下很多麻点,使表面粗糙度增大。切削塑性材料时，随着挤压变形的同时切屑与工件分离而产生金属的撕裂，使表面粗糙度增大。（3）积屑瘤和鳞刺：正确地选择切削速度，提高刀具刃磨质量和适当的冷却润滑，可防止积屑瘤的产生。鳞刺就是在已加工表面上出现的鳞片状毛刺，可使已加工表面变得很粗糙。在用钝刀切削时，这种现象更明显。对于低碳钢进行正火或调质以提高硬度，及时磨刀并调整切削速度等，可以避免鳞刺的出现。（4）加工时的振动：当切削加工发生振动时，会在工件表面产生明显的振痕，使粗糙度上升，表面质量恶化。所以在加工中应采取措施减小振动。（5）切削液：切削液的冷却和润滑作用，可降低切削区的温度并减少摩擦，使表面粗糙度数值减小，改善表面质量。12．何为磨削烧伤？它对零件的使用性能有何影响？如何减轻或避免磨削烧伤？答：磨削烧伤是指在磨削加工中，工件表面层金相组织的变化，使表面层硬度下降，并伴随出现残余应力和产生细微裂纹，同时出现彩色的氧化膜的现象。磨削烧伤分为回火、退火和淬火烧伤三种，回火和退火烧伤使工件硬度降低，淬火烧伤使工件硬度升高。磨削烧伤使零件的性能和使用寿命降低，甚至不能使用，所以要避免出现磨削烧伤。减轻或避免烧伤的方法有：增大砂轮线速度并相应地增大工件线速度或增加纵向进给量；充分的冷却润滑；采用内冷却砂轮、高压大流量冷却或喷雾冷却等冷却方式；13．磨削加工时，影响加工表面粗糙度的主要因素有哪些？答：（1）砂轮（粒度、硬度、磨粒）：砂轮的粒度越细，单位面积上的磨粒就越多，7磨削表面的刻痕就越细密均匀，粗糙度值就越小。但磨粒太细砂轮易堵塞，使工件表面温度增高塑性变形增大,粗糙度反而增加，同时还容易引起加工表面磨削烧伤。砂轮硬度太高，钝化的磨粒不易脱落；砂轮太软，磨粒虽易脱落，但难以保证刃口等高。这两种情况都会使加工表面粗糙度值增大。砂轮的硬度主要根据工件的材料和硬度选取。砂轮的修整主要是使砂轮工作表面形成锐利而等高的微刃，从而使磨削的工件表面粗糙度值小。（2）磨削用量：提高砂轮线速度或降低工件线速度，都会使每颗磨粒切去的金属厚度减小，则残留面积减小，粗糙度降低；纵向进给量小，则工件表面上同一点的磨削次数多，粗糙度值小；采用较小的横向进给量和最后无进给的光磨，加工表面塑性变形小，表面粗糙度值小，光磨次数越多，粗糙度越低。（3）工件材料：工件材料的性质对磨削粗糙度的影响也很大，太硬、太软、太韧的材料都不易磨光。工件材料太硬时磨粒很快钝化；工件材料太软砂轮又很容易被堵塞；而韧性太大且导热性差的工件材料又容易使磨粒早期崩落。以上均不利于获得较低的表面粗糙度值。（4）切削液：磨削时的冷却润滑液对减少砂轮磨损、减少磨屑与磨粒间的化学亲和作用、减少磨擦及磨削热等方面都有良好的效果。选用较好的切削液可以降低表面粗糙度值。14．表面强化工艺为什么能改善表面质量？生产中常用的各种表面强化工艺方法有哪些？答：表面强化工艺通过冷压方法使零件表面层金属产生塑性变形，提高表面硬度，并使表面层产生残余压应力，提高抗疲劳性能，同时还将微观凸峰压平，降低表面粗糙度的数值，故能改善表面质量。生产中常用滚压加工、挤压加工、喷丸处理等进行表面强化加工。滚压加工是用经过淬硬和精细抛光并可自由旋转的滚柱或滚珠，对金属零件表面进行挤压，使表面硬度提高，粗糙度值变小，并产生残余压应力。滚压方式有滚柱滚压和滚珠滚压。挤压加工是用截面形状与零件孔的截面形状相同的挤压工具，在有一定过盈量的情况下，推孔或拉孔强化零件表面。喷丸强化是用压缩空气或机械离心力将小珠丸高速喷出，打击零件表面，使其表面层产生冷作硬化层和残余压应力，提高零件的疲劳强度和使用寿命。