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《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

14、为什么铸造合金常选用接近共晶点的合金?为什么要进行压力加工的合金常选用单相固溶体成分的合金?

近共晶点的合金熔点低,结晶范围小,铸造性能好。单相固溶体成分的合金具有良好的塑性和小的变形抗力,可锻性好。

15、何谓α、γ、Fe3C、C、P、A、L d、(L d `)?它们的结构、组织形态、力学性能有何特点?

α为铁素体,Fe3C为渗碳体,C为碳元素,P为珠光体,γ、A为奥氏体,L d为高莱氏体,(L d `)为低温莱氏体。α为体心立方结构,溶碳量低,强度、硬度低,塑性、韧性好。γ、A是碳在γ—Fe中形成的间隙固溶体,为面心立方结构,溶碳量较大,是高温组织,硬度较低,塑性较高,易于成形。Fe3C是铁和碳的金属化合物,含碳量6.69%,硬度很高,脆性很大,塑性和韧性几乎为零。P是铁素体与渗碳体的机械混合物,碳的分数为0.77%,具有良好的力学性能。L d是奥氏体与渗碳体的机械混合物,(L d `)是珠光体与渗碳体的机械混合物,含碳量 4.3%,力学性能与渗碳体接近。

16、碳钢与铸铁两者的成分、组织和性能有何差别?并说明原因。

碳含量小于2.11%是碳钢,大于2.11%是铸铁;碳钢中的碳与铁以金属化合物的形式存在,而铸铁中的碳以游离石墨的形式存在;碳钢的力学性能较好,其硬度、强度随含碳量的增加而增加,塑性、韧性随含碳量的增加而下降,铸铁的力学性能取决于石墨的形状、大小及分布;铸铁的铸造性能优于碳钢;铸铁不能进行压力加工,其焊接性能远不及碳钢。

17、分析碳的质量分数分别为0.20%、0.60%、0.80%、1.0%的铁碳合金从液态缓慢冷至室温时的结晶过程和室温组织。指出这四种成分组织与性能的区别。

碳的质量分数为0.20%、0.60%的铁碳合金均属于亚共析钢,从液态缓慢冷至室温时的结晶过程为:经过AC线时从液态中结晶出A,经过AE线时全部结晶为A,经过GS线时由于贫碳有F析出,经过PSK线时剩余的A转变为P,室温组织为P+F。并随碳的质量分数的增加P增加,F减少。

碳的质量成分分别为0.80%、1.0%的铁碳合金均属于过共析钢,从液态缓慢冷至室温时的结晶过程为:经过AC 线时从液态中结晶出A,经过AE线时全部结晶为A,经过ES线时由于富碳有Fe3CⅡ析出,经过PSK线时剩余的A 转变为P,室温组织为P+ Fe3CⅡ。并随碳的质量分数的增加Fe3CⅡ增加,P减少。

由于F、P、Fe3CⅡ,的力学性能上的差异,随碳的质量分数的增加铁碳合金的强度和硬度增加,而塑性和韧性下降。

18、渗碳体有哪5种基本形态,它们的来源和形态有何区别?

一次渗碳体是从液体中直接析出,呈长条形;二次渗碳体从奥氏体中析出,沿晶界呈网状;三次渗碳体从铁素体中析出,沿晶界呈小片或粒状;共晶渗碳体是同奥氏体相关形成,在莱氏体中为连续的机体;共析渗碳体同铁素体相关形成,呈交替片状。

19、根据Fe- Fe3C相图,说明产生下列现象的原因。

(1)碳的质量分数为1.0%的钢比碳的质量分数为0.5%的钢硬度高。

(2)低温莱氏体的塑性比珠光体的塑性差。

(3)捆扎物体一般用铁丝,而起重机起吊重物却用钢丝绳。

(4)一般要把钢材加热到高温下(1000~1250℃)进行热轧或锻造。

(5)钢适宜于通过压力成形,而铸铁适宜于通过铸造成形。

(1)钢随碳的质量分数的增加铁素体减少,而渗碳体增加。渗碳体的硬度比铁素体的硬度高。

(2)低温莱氏体由珠光体和渗碳体组成,珠光体塑性较好,而渗碳体的塑性几乎为零。

(3)捆扎物体需材料有一定的塑性,而起吊重物需材料有一定的强度和硬度。钢材随碳的质量分数的增加强度、硬度增加,塑性、韧性下降。

(4)把钢材加热到高温下(1000~1250℃),钢为单相奥氏体组织。其塑性好,变形抗力小。

(5)加热到高温下(1000~1250℃),钢为单相奥氏体组织。其塑性好,变形抗力小利于压力成形;而钢的流动性差,在冷却的过程中收缩率大,铸造性能比铸铁差。铸铁结晶温度范围窄,流动性好,在冷却的过程中收缩率小,铸造性能好;但其属于脆性材料,不能压力成形。

第三章金属热处理及表面改性(40)

1、钢的热处理的基本原理是什么?其目的和作用是什么?

钢的热处理是将钢在固态下、在一定的介质中施以不同的加热、保温和冷却来改变钢的组织,从而获得所需性能的一种工艺。原理:同素异构转变;其目的和作用:充分发挥材料的潜力,提高零件使用性能,延长使用寿命。改善材料的加工性能。。

2、什么是连续冷却与等温冷却?两种冷却方式有何差异?试画出共析钢过冷奥氏体的这两种冷却方式的示意图,并说明图中各个区域、各条线的含义。

等温冷却:先将已奥氏体化的钢快冷至A1线以下一定温度,成为过冷奥氏体。进行保温,使奥氏体在等温下进行组织转变。转变完后再冷却至室温。

连续冷却:将已奥氏体化的钢冷却,使其在温度连续下降的过程中发生组织转变。

等温冷却所得组织单一,分为珠光体、贝氏体和马氏体。连续冷却所得组织不均匀,是几种转变产物的复合。

示意图见书P30、P32。

3、A在等温冷却转变时,按过冷度的不同可以获得哪些组织?

可以获得:珠光体、索氏体、托氏体(屈氏体)、贝氏体和马氏体。

4、退火的主要目的是什么?常用的退火方法有哪些?

退火的主要目的(1)降低钢的硬度,使其易于切削加工;(2)提高钢的塑性和韧性,以易于切削和冷变形加工;(3)消除钢中的组织缺陷,为热锻、热轧或热处理作好组织准备;(4)消除前一工序中所产生的内应力,以防变形或开裂。

常用的退火方法:完全退火、等温退火、球化退火(不完全退火)、均匀化退火(扩散退火)、去应力退火和再结晶退火等。

5、完全退火与不完全退火在加热规范、组织转变和运用上有何不同?为什么亚共析钢一般不采用不完全退火,共析钢不采用完全退火?

完全退火:将钢加热至Ac3以上30℃—50℃,保温一定时间,缓慢冷却的工艺。奥氏体转变为珠光体和铁素体。适用于亚共折成分的中碳钢和中碳合金钢的铸、锻件及热轧型材。目的:细化晶粒,消除内应力,降低硬度和改善切削加工性能。

不完全退火:将钢加热到Ac1以上20℃—30℃,保温后,缓慢冷却的工艺。适用于。共析或过共析钢。使P中的片状Fe3C和网状二次Fe3C球化,转变成球状Fe3C目的:降低钢的硬度,改善切削加工性,并减少随后淬火时的形变、开裂倾向,为淬火作组织准备。

6、正火与退火的主要区别是什么?如何选用?

正火的冷却速度比退火稍快,过冷度稍大。组织较细,强度、硬度较高。

选用:(1)从切削加工性方面考虑,低碳钢用正火提高硬度,而高碳钢用退火降低硬度,以便于切削加工。(2)从使用性能上考虑,对零件性能要求不高,可用正火作为最终热处理;当零件形状复杂、厚薄不均时,采用退火;对中、低碳钢,正火比退火力学性能好。(3)从经济上考虑,正火冷却不占用设备,操作简便,生产周期短,能耗少,故在可能条件下,应优先考虑正火处理。

7、淬火的目的是什么?常用的淬火方法有哪几种?

淬火目的:提高钢的强度、硬度和耐磨性。方法有:单液淬火、双液淬火、分级淬火、等温淬火等。

8、为什么要进行表面淬火?常用的淬火方法有哪些?各用在什么场合?

为使零件表面具有高的硬度和耐磨性。分为感应加热淬火和火焰淬火。感应加热淬火适宜大批量生产,火焰淬火适宜单件或小批量生产的大型零件和需要局部表面淬火的零件。

9、淬透性与淬硬深度、淬硬性有哪些区别?影响淬透性的因素有哪些?

淬透性指钢在淬火时获得M的能力,在规定的淬火条件下决定着钢材淬硬深度和硬度分布。而淬硬深度虽然取决于钢的淬透性,但规定条件改变,淬硬深度改变。淬硬性是指钢在淬火时所获得的最高硬度,反映钢材在淬火时的硬化能力取决于M的碳的质量分数。影响淬透性的因素有钢材的化学成分和A化条件(临界冷却速度)。

10、回火的目的是什么?常用的回火操作有哪些?试指出各种回火操作得到的组织、性能及运用范围?

回火的目的:(1)降低脆性;(2)消除或减少内应力,防止变形和开裂;(3)获得工件所要求的使用性能;(4)稳定组织;

低温回火:150 ~ 250 ℃。回火马氏体。高硬耐磨。刃具,轴承,冷作磨具等。

中温回火:350 ~ 500 ℃。回火屈氏体。高的屈服极限,弹性极限和韧性。弹簧,热作磨具。

高温回火(调质处理):500 ~ 650 ℃。回火索氏体。较好的综合机械性能。连杆,轴,齿轮等。

11、什么是调质?调质的主要目的是什么?钢在调质后是什么组织?

调质:淬火后高温回火。目的:使钢得到综合的力学性能。调质后的组织为索氏体。

12、指出下列工件的淬火及回火温度,并说明回火后获得的组织及其大致硬度。

(1)45钢小轴(要求综合性能)

淬火温度Ac3以上30~50℃,回火温度500~650℃,回火后获得的组织为索氏体,硬度大致为25~30HRC。

(2)60弹簧钢

淬火温度Ac3以上30~50℃,回火温度250~500℃,回火后获得的组织为贝氏体,硬度大致为40~50HRC。

(3)T12锉刀

淬火温度Ac1以上30~50℃,回火温度150~250℃,回火后获得的组织为马氏体,硬度大致为62~65HRC。

13、化学热处理的基本过程是什么?常用的化学热处理方法有哪些?其目的是什么?

过程:奖工件放在一定的活性介质中加热,保温,使介质中的活性原子渗入工件的表层,从而改变表层的化学成分、组织和性能。常用的化学热处理方法有渗碳、渗氮和碳氮共渗。目的是使工件心部有足够的强度和韧性,而表面具有高的硬度和耐磨性;提高工件的疲劳强度和表面耐蚀性、耐热性等。

14、渗碳、渗氮的目的是什么?试述其应用范围。

渗碳的目的:提高工件表面的硬度、耐磨性和疲劳强度等。多用于低碳钢和低碳合金钢制成的齿轮、活塞销、轴类零件等重要零件。

渗氮的目的:提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性和疲劳强度等。常用于在交变应力下工作的各种结构件。15、机床摩擦片用于传动或主轴刹车,要求耐磨性好。选用15钢渗碳后淬火,要求渗碳层0.4~0.5mm,淬火后硬度为40~45HRC。加工工艺路线如下,试说明其中各热处理工序的目的。

下料→机加工→先渗碳后淬火及回火→机加工→回火

渗碳后淬火提高表面的硬度和耐磨性;第一次回火得到回火索氏体,得到所需的力学性能;;第二次回火消除加工硬化和残余应力并使摩擦片定型。

16、金属的氧化处理、磷化处理和钝化处理的目的是什么?试述他们在工业上的实际运用情况。

氧化处理目的是:防止金属腐蚀及机械磨损,装饰产品;消除内应力。用于精密仪器、仪表、工具、模具。

磷化处理目的是:使金属表面的吸附性、耐蚀性及减摩性得到改善。用于钢铁制品油漆层的底层、冷加工过程中的减摩及零件的防锈。

钝化处理的目的是:提高金属表面耐蚀性及装饰效果。用于电镀层的处理工艺。

17、电火花表面强化和喷丸表面强化的目的和基本原理是什么?

电火花表面强化的目的:使金属表面物理和化学性能得到改善。基本原理:在电极与工件间接上电源,由于振动器的作用使电极与工件间的放电间隙频繁变化,电极与工件间不断产生火花放电,从而使使电机电极的材料黏结、覆盖在工件上,在工件表面形成强化层。

喷丸表面强化的目的:提高材料的屈服强度及抗疲劳性能。基本原理:将大量高运动的弹丸喷射到工件表面,使其表面产生强烈的塑性变形和压应力从而获得一定厚度的强化层表面》

18、离子注入的基本原理是什么?试说明离子注入的应用情况。

基本原理:将工件放入离子注入机中,在几十至几百千伏的电压下,把所需元素的离子注入到工件表面。应用情况:提高工件的使用寿命、降低磨损速度和耐蚀能力。

第四章钢铁材料及其用途(P53)

1、碳钢按质量和用途可分为几类?试举例说明。

按钢中含碳量分为:低碳钢、中碳钢和高碳钢,低碳钢Wc≤0.25%,中碳钢Wc在0.25%~0.6%之间,高碳钢Wc ≥0.6%。

按钢的质量分为:普通碳素钢,Ws≤0.055%,Wp≤0.045%;优质碳素钢,Ws≤0.040% Wp≤0.040%;高级优质碳素钢,Ws≤0.030%,Wp≤0.035%。

按用途可分为:碳素结构钢和碳素工具钢,碳素结构钢如15、25、40等,碳素工具如T7、T8等,碳的质量分数

一般在0.60%以上。

2、分析说明优质碳素结构钢中,为什么碳的质量分数的差异会造成较大的性能差异?

优质碳素结构钢由F、P、组成,而这两种组元力学性能差异很大,随碳的质量分数的增加F减少,P增加,导致性能的差异。

3、合金钢中经常加入的合金元素有哪些?这些合金元素对钢的力学性能和热处理工艺有何影响?

合金钢中经常加入的合金元素有锰、硅、铬、镍、钼、钨、钒、钛、硼、磷和稀土等。这些合金元素对钢的力学性能的作用:1)固溶强化铁素体;2)第二相强化;3)细晶强化。对钢的热处理工艺的作用:1)提高钢的淬透性;2)提高钢的回火稳定性;3)使钢获得特殊性能。

4、什么是合金调质钢?其主要用途是什么?其所含主要合金元素有哪些?

合金调质钢:其碳的质量分数在0.3%~0.6%,经过淬火+高温回火热处理后得到回火索氏体的合金钢。主要用途:制造受力复杂,要求具有综合力学性能的重要零件。所含主要合金元素有:Cr、Mn、Ni、Mo等。

5、优质碳素钢的牌号是如何规定的?45钢的化学成分、抗拉强度、屈服强度分别是多少?

优质碳素钢的牌号是两位数,表示该钢号平均的碳的质量分数的百分数。45钢的化学成分为碳的质量分数在

0.42~0.50%之间,Si在0.17~0.37之间,Mn在0.50~0.80之间。抗拉强度600Mpa,屈服强度355Mpa。

6、什么是合金渗碳钢和合金弹簧钢?常用的钢种有哪些?

合金渗碳钢:Wc在0.15~0.25%,热处理方式渗碳后淬火加低温回火,常用钢种20Cr、20CrMnSi。合金弹簧钢:碳的质量分数在0.5~0.85%之间,经淬火、中温回火后使用的钢种,,常用钢种65Mn、50CrV。

7、试述不锈钢、耐热钢以及耐磨钢的主要合金元素。

不锈钢主要合金元素:Cr、Ni、Ti。耐热钢合金元素:Cr、Si、Al。耐磨钢合金元素:Mn。

9、指出下列合金钢的类别、用途和各合金元素的质量分数及主要作用。

(1)40CrNiMo——合金调质钢,用作制造综合力学性能良好的零件,各合金元素的质量分数均小于1.5%。

(2)60Si2Mn——合金弹簧钢,用作制造弹性极限和疲劳极限要求高的零件,Si质量分数为2%,Mn质量分数均小于1.5%。

(3)9SiCr——低合金工具钢,用作制造手工工具量具等,各合金元素的质量分数均小于1.5%。

(4)Cr12MoV——高合金工具钢,用作制造刀具,Cr质量分数为12%,Mo、V质量分数均小于1.5%。

(5)37CrNi3——合金调质钢,用作制造综合力学性能良好的零件,Cr质量分数均小于1.5%,Ni质量分数为3%,10、灰口铸铁可分哪几类?影响其组织和性能的因素有哪些?

分为:灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁特、蠕墨铸铁。

影响其组织的因素主要是工艺方法(在浇注前加入硅铁)。影响其性能的因素有:基体组织,石墨的形态、数量、大小和分布。

11、试述灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁的主要用途?并说明为什么石墨的差异会带来性能上的差异?

灰铸铁因石墨的存在,如同在钢的机体上分布有无数的孔洞,石墨的形态、数量、大小和分布,决定其性能,石墨片越多越粗大,分布越集中,影响越大;

12、三块形状和颜色完全相同的铁碳合金,分别为15钢、60钢和白口铸铁,用什么简便方法可迅速区分它们?

用划痕法比较它们的硬度,硬度从低到高分别为15钢、60钢和白口铸铁。

13、灰铸铁中石墨是以什么形态存在于钢的基体上?对铸铁的使用性能有何影响?

灰铸铁中石墨以片状存在于钢的基体上,因石墨的力学性能较低,如同在钢的机体上分布有无数的孔洞,致使灰铸铁的抗拉强度、塑性、韧性比钢低得多。

14、什么是石墨化过程?影响石墨化过程的因素主要有哪些?

石墨化过程:碳以石墨的形式析出的过程。即铸铁中石墨形成的过程。影响石墨化过程的因素主要有:化学成分和冷却速度。

15、灰铸铁按基体组织的差异可分为哪三种?性能上有何差异?

按基体组织的差异可分为:铁素体灰铸铁、珠光体灰铸铁和珠光体-铁素体灰铸铁。珠光体灰铸铁力学性能最好,珠光体-铁素体灰铸铁次之,铁素体灰铸铁性能最差。

17、如何使铸铁中的石墨的形态成团絮状形式存在?可锻铸铁是否可锻?

用碳、硅含量较低的铁液浇注成白口铁铸件,再经过长时间的高温退火形成。不可锻。

18、如何通过“球化处理”使铸铁中石墨以球状形态存在?球墨铸铁常用的热处理工艺有哪些?

在浇注前向铁液中加入适量的球化剂和孕育剂,使碳呈球状析出。球墨铸铁常用的热处理工艺——回火。

19、什么是合金铸铁?耐蚀铸铁主要添加了哪些合金元素?

向铸铁中加入某些合金元素,从而获得具有特殊性能的铸铁。耐蚀铸铁主要添加了Al、Si、Cr等合金元素。

第六章失效及选材(P79)

4、零件的使用要求包括哪些?以车床主轴为例说明其使用要求。

包括力学性能、工作温度、工作介质及其它特殊性能。

车床主轴:1)受弯曲、扭转。2)承受的应力和冲击不大,运转平稳。3)滑动轴承、锥孔、外圆锥面处应有一定的耐磨性。

5、试确定下列齿轮的材料,并确定热处理方式。

(1)承受冲击的高速齿轮:选用20CrMnTi钢。锻造后正火,机加工后进行渗碳+高频淬火+低温回火,以提高表面硬和耐磨性。

(2)小模数表用无润滑小齿轮:选用45,调质。

(3)农用受力小、无润滑大型直齿圆柱齿轮:选用QT500-7,正火。

6、分析断裂韧度在选材中的意义。

断裂韧度是材料抵抗裂纹扩展的能力。一般零件在制造过程中都会或多或少的存在某种缺陷和裂纹,有的重要零件或生产周期长、生产成本高的零件,为保证安全及减少废品率,应选择断裂韧度好的材料。

7、今有一储存液化气的压力容器,工作温度为-196℃,试回答下列问题,并说明理由。

(1)低温压力容器要求材料具有哪些力学性能?

低温下保持一定的韧性和强度,以满足容器的使用要求。

(2)在下列材料中选择何种材料较为合适?

低温合金高强度钢:奥氏体不锈钢:变形铝合金;黄铜;钛合金;工程塑料。

选择低温合金高强度钢(奥氏体不锈钢、变形铝合金),因此压力容器为低温压力容器,在-196℃时要承受一定压力,需材料在低温下具有较高的强度和韧性,低温合金高强度钢(奥氏体不锈钢)具有这种性能。。

第七章铸造(P109)

5、生产上经常采用哪些方法来确定缩孔的位置?

合理的安置冒口和冷铁的位置,使铸件按预定方向顺序凝固。

9、球墨铸铁在化学成分、力学性能和铸造工艺方面有何特点?

化学成分:wc=3.7~4.0%.Wsi=2.0~2.8%、wMn=0.6~0.8%,ws<0.04%,wP<0.1%,wRe=0.03~0.05%。力学性能:抗拉强度、塑性、韧性、疲劳强度较高。

铸造性能良好,在浇注前需向铁液中加入适量的球化剂和孕育剂,使碳呈球状析出。

10、分析如图7-49所示的槽型铸件的热应力形成过程,标出最终热应力状态,并用虚线画出铸件的变形方向。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

在固态收缩过程中,由于下部温度下降得快,上部与下部收缩不均匀,所以产生热应力。最终热应力为上拉下压。变形方向为沿对称轴向上凸。

11、铸造工艺图包括哪些内容?试确定如图7-50所示的机床床身的分型面和浇注位置,并说明原因。

铸造工艺图包括:铸件的浇注位置,分型面,型芯的数量、形状及固定方法,加工余量,起模斜度、收缩率,浇注

系统,冒口,冷铁的尺寸及布置,砂箱形状及尺寸等。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

12、图7-51所示的三种铸件应采用何种手工造型方法?试确定它们的分型面和浇注位置。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

13、熔模铸造有何优缺点?和实型铸造相比有哪些不同?

优缺点:(1)可生产形状复杂及薄壁铸件;(2)铸件尺寸精度高、表面质量好;(3)适应性广;(4)工艺过程复杂、不易控制,生产周期长,铸型的制造费用高,铸件不宜太大。

与实型铸造相比,工艺较复杂,需要两次造型,两次浇注,且不易控制;使用和消耗的材料较贵。

15、离心浇注有何优缺点?主要适用于哪些场合

优点:工艺简单,铸件组织致密,无缩孔、气孔、夹渣等缺陷,力学性能好,便于铸造“双金属”铸件,铸造合金的种类不受限制。缺点:铸件内表面质量差,孔的尺寸不易控制。

主要适用于大批量生产灰铸铁及球墨铸铁管、汽缸套及滑动轴承等中空件,也可浇注刀具、齿轮等成形铸件。16、在大批量生产时,铝活塞、照相机机身、机床机身、大直径铸铁管、汽轮机叶片和薄壁波导管最适宜采用哪一种铸造方法?

铝活塞、汽轮机叶片适宜采用反压铸造;照相机机身适宜采用压力铸造;机床机身适宜采用砂型铸造;大直径铸铁管、薄壁波导管适宜采用离心铸造

18、为什么要设计铸件的结构圆角?图7-52铸件的结构设计是否合理?如不合理,在不改变分型面和浇注位置的前提下加以修改。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

为便于造型,避免铸件在尖角处产生裂纹和应力集中,避免因尖角在浇注时造成冲砂、砂眼和黏砂等缺陷。图7-52铸件的结构设计不合理,孔不应该有上部圆角,或者不铸出孔。

19、指出如图7-53所示铸件结构不合理之处,并加以改正。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

20、为什么要设计铸件的结构斜度?铸件的结构斜度与起模斜度有何异同?

为方便起模和避免损坏砂型。铸件的结构斜度是从使用角度考虑设计的,而起模斜度是考虑铸造工艺要求附加的,如铸件的结构斜度大于起模斜度,可不在考虑与起模斜度。

第八章压力加工(151)

1、常用的金属压力加工方法有哪些?各有何特点?

(1)轧制:使金属坯料通过一对回转轧辊间的空隙产生变形。

(2)挤压:使金属坯料从挤压模的模孔中挤出而变形。

(3)拉拔:将金属坯料从拉拔模的模孔中拉出而变形。

(4)自由锻:将金属坯料放在上下砧板间受冲击力或压力而变形。

(5)模锻:将金属坯料放在模锻模膛内受冲击力或压力而变形。

(6)板料冲压:利用冲模,使金属板料产生分离或变形。

2、为什么弹簧丝都采用冷拉、冷卷成形?在拉制过程中为什么被拉过模孔而截面缩小的钢丝其截面不会再缩小,也不会被拉断?

冷拉簧丝在冷拉过程中受挤压,表面形成压应力,有利于提高疲劳强度。弹簧主要受剪应力,而冷拉簧丝纤维组织沿轴向分布,垂直于剪应力方向,有利于承受剪应力。

冷卷成形是为了保持冷拉簧丝的特点。

被拉过模孔而截面缩小的钢丝其截面不会再缩小,也不会被拉断,是因为在模孔的挤压下,金属发生冷变形,,材料的强度、硬度提高,塑性和韧性下降的原因。

3、纤维组织是如何形成的?它的存在有何利弊?设计零件时如何合理利用纤维组织?

通过热变形时材料内部的夹杂物及其他非基体物质,沿塑性变形方向形成纤维组织。它使材料顺纤维方向的强度、塑性和韧性增加,垂直纤维方向的同类性能下降,力学性能出现各向异性。设计零件时应使纤维组织沿拉最大正应力方向,而最大剪应力垂直于纤维方向,并尽可能使纤维方向沿零件的轮廓分布而不被切断。

4、何谓冷变形和热变形?纯铅丝和纯铁丝反复折弯会发生什么现象?为什么?

材料在再结晶温度以下变形称为冷变形,反之为热变形。纯铅丝和纯铁丝反复折弯会发生加工硬化(即强度、硬度增加,塑性、韧性下降)现象。这是因为金属在外力作用下产生塑性变形,晶体与晶体间发生位移,使位错阻力增加所至。

5、何谓金属的可锻性?影响可锻性的因素有哪些?

金属的可锻性(锻造性能):是衡量材料压力加工难易程度的工艺性能。包括塑性和变形抗力。

影响可锻性的因素有:(1)金属的化学成分;(2)金属的组织结构;(3)变形温度;(4)变形速度;(3)应力状态。

6、为什么锻件的力学性能常优于铸件?

因为热变形可使金属的致密度提高,细化组织,提高其力学性能。

7、为什么重要的轴类锻件在锻造过程中均安排有鐓粗工序?

为提高零件的锻造比,以提高纤维组织的明显程度及材料的致密度,破碎铸造状态下的树枝状组织,细化晶粒,达到提高其力学性能的目的。

8、在图8-54所示的两种砧铁上拔长时,其效果有何不同?

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

图a比图b效果好,图a材料在V型砧铁作用下受压面较多,有利于纤维组织的形成和阻碍内部缺陷的产生和扩展。图b材料在平砧铁材料表面层在两侧处于拉应力状态,容易产生垂直方向的裂纹。

9、试述自由锻、胎模锻和模锻的特点及适用范围。

自由锻特点:锻造时,金属能够沿上、下砧块向没有受到锻造工具工作表面限制的各方向流动。(2)工具简单,应用广泛,对设备要求低,生产周期短;生产率低,尺寸精度不高,表面粗糙度高,对工人操作水平要求高,自动化程度低。用于单件、小批量生产。

胎模锻特点:介于自由锻与模锻之间(1)不需用昂贵的设备,可扩大自由锻的范围。(2)操作灵活,可局部成形。(3)胎模结构简单,制造容易。(4)胎模锻尺寸精度不高,工人劳动强度大,胎模容易损坏,生产率不高。。用于中、小批量的小型锻件的生产。

模锻的特点:(1)锻件质量较好,力学性能较高。(2)锻件形状复杂,尺寸精度高,表面质量较好。(3)生产率高,劳动强度小,操作简便,对工人技术要求低,容易实现机械化。(4)节约金属材料,锻件加工余量和公差较小。适用于中、小型锻件的成批和大量生产。

10、对于如图8-55所示的零件采用自由锻制坯,试定性绘出锻件图,选择自由锻工序,并绘出变形简图。

11、图8-56所示模锻零件的设计有哪些不合理的地方?应如何改进?

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

图示模锻零件的设计不合理的地方:φ90的外圆表面为不加工面,但它没有倒角、圆弧过度和拔模斜度等,齿轮齿形及外圆更不能不加工。

12、图8-57所示三种零件若分别进行单件、小批量和大批量生产时,应选用哪种锻造方法制造?试定性绘出锻件图。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

13、下列零件应选用何种锻造方法制坯?

(1)活扳手(大批量):模锻

(2)大六角螺钉(成批);模锻

(3)铣床主轴(成批);自由锻

(4)起重机吊钩(单件)。自由锻

14、如何确定冲孔模和落料模的刃口尺寸?用直径50mm的冲孔模具来生产直径50mm的落料件能否保证冲压件的精度?为什么?

冲孔模和落料模要求凸模和凹模间有合理的间隙,其间隙一般为板厚的5%~10%。用直径50mm的冲孔模具来生产直径50mm的落料件不能保证冲压件的精度,因为工件上孔的尺寸取决于凸模的尺寸,而外形尺寸取决于凹模尺寸。

15、板料拉深时,如何防止工件拉裂和边缘起皱?

①凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角;②凸凹模间隙要合理;③控制拉深系数;④设置压边圈;⑤涂润滑油。

16、冲模结构分为哪几类?各有何特点?

按每一次冲程完成工序的多少可分为简单模、连续模和复合模。

简单模一次冲程只能完成一道工序,结构简单,成本低,生产率较低,主要用于简单冲裁件的批量生产;连续模在一次冲程内在模具的不同位置上可以同时完成两道以上的工序,但结构复杂,成本高。适用于大批量生产精度要求不高的中小型零件;复合模在一次冲程内在模具的同一位置上可同时完成两道以上的工序,零件加工精度,高生产率高,但模具制造复杂,成本高,适用于大批量生产。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

17、试述如图所示冲压件的生产过程。

落料、冲孔、折弯

18、超塑成型与普通塑性成型有何区别?常用的超塑成型方法有哪些?

超塑成型是利用材料在特定的条件下所表现出的异常高的伸长率(超过100%)的能力来成形的,它比普通塑性成型所需载荷低得多,能成型出普通塑性成型不能成形的高质量、高精度的薄壁、薄腹板、高筋件和其他复杂件。常用方法有超塑性模锻、超塑性无模拉拔、超塑性气压涨形和超塑性涨形与扩散连接复合工艺等。

19、简述摩擦压力机的工作原理。为什么摩擦压力机上不宜进行多模膛锻造?

摩擦压力机靠飞轮旋转所积蓄的能量转化为金属的变形能进行锻造的。电动机经带轮、摩擦盘、飞轮和螺杆带动滑块做上、下往复运动,操纵机构控制左、右摩擦盘分别与飞轮接触,利用摩擦力改变飞轮转向。因传动效率低,滑块上没有特殊的安装上模的装置,多模膛锻造时易错边,所以不宜进行多模膛锻造。

20、何谓精密锻模?它与普通锻模相比有何特点?

精密锻模精度比普通锻模高,用它可直接锻造出所需的产品零件。与普通锻模相比没有飞边槽。

第九章焊接(177)

1、什么是焊接电弧?它由哪几个区域组成?各区产生的热量和温度如何?什么是正接和反接?

焊接电弧:由焊接电源供给的,具有一定电压的两电极间或电极与焊件间,在气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。电弧由阴极区、阳极区和弧柱区三部分组成。阳极区热量约占43%,温度约为2600K;阴极区热量约占36%,温度约为2400K;弧柱区热量约占21%,温度可达6000~8000K。直流电源焊接时,正接:工件为正极,焊条为负极;反接工件为负极,焊条为正极。

2、焊条由哪几部分组成?各部分作用如何?其中为什么含有锰铁?在其他电弧焊工艺中,有无类似材料和作用?焊条由金属焊芯和药皮两部分组成。焊芯的作用:①作为电级,起导电作用:②作为焊缝的填充金属,与母材一起组成焊缝。药皮的作用:①稳定电弧;②产生保护气体;③造渣,保护焊缝;④补充合金元素,提高焊缝金属的力学性能。锰铁在焊接冶金过程中起脱气、去硫、渗合金等作用。在其他电弧焊工艺中,有类似材料和作用,如钎焊中的钎剂。

3、什么是焊接热影响区?熔焊时低碳钢的焊接热影响区一般分为那几个区?它们对焊接接头质量有何影响?可采用什么措施来减少或消除热影响区?

热影响区:在焊接过程中,焊缝两侧金属因焊接热作用而产生组织和性能变化的区域。低碳钢的焊接热影响区分为溶合区、过热区、正火区和部分相变区。溶合区:成分和组织极不均匀,强度下降塑性很差,是产生裂纹及局部脆性破坏的发源地。过热区:具有过热组织或晶粒显著粗大的区域。过热区的塑性、韧性差,容易产生焊接裂纹。正火区:具有正火组织的区域。空冷后,金属发生重结晶,晶粒细化,其力学性能优于母材。部分组织发生相变的区域。该区的晶粒大小不均匀,力学性能稍差。对热影响区的大小、组织和性能可以通过不同的焊接方法,焊接规范等工艺措施加以控制,如减少焊接电流,但无法消除。

4、什么是酸性焊条和碱性焊条?各有何特点?焊后焊接接头质量有何影响?各在何种场合使用?

酸性焊条和碱性焊条区别在药皮的化学成分,酸性焊条药皮熔渣的主要成分是酸性氧化物,碱性焊条药皮熔渣的主要成分是碱性氧化物。酸性焊条特点是氧化性较强,易烧损合金元素,但电弧稳定,对焊件上的油污、铁锈不敏感,工艺性较好;熔渣熔点较低,流动性好,有利于脱渣和焊缝的形成,但难以有效清除熔池中的硫、磷杂质,容易形成偏析,焊缝塑性和韧性稍差,渗合金作用弱,热裂倾向大。酸性焊条适合各种电源,常用于一般钢结构件的焊接。碱性焊条氧化性弱,脱硫、磷能力强,抗裂性好,但对油污、水锈等敏感性较大,易产生气孔,工艺性较差。一般需要采用直流反接,主要用于压力容器等重要结构件的焊接。

5、产生焊接应力和变形的原因是什么?焊接应力是否一定要消除?如何消除,可采取哪些措施来消除?

焊接过程中,对焊件进行不均匀加热和冷却,是产生焊接应力和变形的根本原因。焊接应力一定要消除。消除焊接应力措施有:选择合理的焊接顺序,尽量使焊缝自由收缩;锤击焊缝;加热减应区;焊前预热和焊后缓冷;焊后去应力退火。

6、焊接变形的基本形式有哪些?预防和减少焊接变形常采用哪些措施?如产生变形如何校正?

变形的形式:收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形、扭曲变形等。

预防和减少焊接变形常采用的措施:(1)合理选择焊件结构;(2)焊前预热,焊后缓冷:(3)焊前组装时,采用反变形法;(4)刚性固定法;(5)预留收缩变形量;(6)加热“减应区”;(7)安排合理的焊接顺序;(8)锤击焊缝法;(9)焊后热处理。校正方法有:(1)机械矫正法;(2)火焰矫正法。

7、埋弧自动焊与手工电弧焊相比有何优点?

优点:(1)生产率高;(2)焊接质量高且稳定;(3)劳动条件好。

8、氩弧焊可分为哪几种?有何特点?适合于焊接哪些材料?

按使用电极不同可分为不熔化极氩弧焊和熔化极氩弧焊。不熔化极氩弧焊易于实现机械化和自动化焊接,但通过的电极的电流不易过大,常用于焊接厚度小于6mm的薄板。熔化极氩弧焊,可采用较大的焊接电流。为使电弧稳定,通常采用直流反接。适宜焊接25mm以下的板材。

9、电阻焊的基本形式有哪几种?各有何特点?

电阻焊的基本形式有点焊、缝焊和对焊。点焊是利用柱状电极加压通电在搭接工件接触面间形成一个个焊点的焊接方法,适于焊接薄板壳体或型钢构件。缝焊与点焊原理近似,用圆盘状滚动电极代替了柱状电极,并配合断续通电,形成连续重叠的焊点,适于焊接有密封要求的薄壁容器。对焊是利用电阻热使两个工件在整个接触面上焊接起来的一种方法,分为电阻对焊和闪光对焊,适于焊接杆状零件。

10、电渣焊有何特点?适用于什么场合?

可一次焊接较大厚度的工件,生产率高,焊缝金属较纯净,焊时不开坡口,节省钢材和焊接材料,但焊接接头晶粒粗大。主要用于碳钢、低合金钢、不锈钢等厚大工件的立焊位置的焊接,以及铸-焊、锻-焊组合构件的焊接。11、钎焊和熔焊的实质有何区别?钎焊分哪几类,各有何特点和运用?

钎焊:采用比母材熔点低的金属材料作钎料,将焊件和钎料加热到高于钎料熔点、低于母材熔点的温度,利用液态钎料润湿母材,填充接头间隙并与母材相互扩散实现连续的焊接方法。而溶焊温度较高,在焊接中母材也溶化成为焊缝的一部分。

钎焊分为软钎焊和硬钎焊。软钎焊:钎料熔点低于450℃,钎焊接头强度小于70Mpa,但导电性优异。适应于焊接力不大、工作温度较低的电子工业,如电子元器件、仪器、仪表、导线等。硬钎焊:钎料熔点高于450℃,钎焊接头强度大于200Mpa。常用于受力较大及工作温度较高的结构件的焊接。

12、下列制品应选用什么焊接方法?

自行车车架(钢)、自行车车圈(钢)、铝合金自行车车架、钢窗、家用液化气罐主焊缝、电子电路板、锅炉壳体、焊缝钢管、不锈钢储罐、硬质合金刀片与刀杆。

自行车车架(钢)、自行车车圈(钢)、钢窗、焊缝钢管选用手工电弧焊;铝合金自行车车架、不锈钢储罐选用等离子弧焊;家用液化气罐主焊缝、锅炉壳体选用气体保护焊;电子电路板、硬质合金刀片与刀杆选用钎焊。

13、何谓金属的焊接性?何谓碳当量?

金属的焊接性指金属材料对焊接工艺的适应性,即金属材料在一定的焊接工艺条件下获得优质焊接接头的难易程度。碳当量指碳的质量分数和其他合金元素的质量分数对焊接性能的影响折算成碳的影响的折算量的总和。

14、低合金结构钢焊接时有哪些特点?为保证焊接接头质量应采取哪些措施?

低碳钢塑性好,通常无淬硬倾向,焊接性能良好,容易获得优质焊接接头,适用各种焊接方法,通常不需要采取特殊的工艺措施。但在0℃以下低温焊接厚件时需预热焊件;对厚度超过50mm时,焊后需进行热处理,以消除内应力;电渣焊后需进行正火处理,以细化晶粒。

15、铸铁焊补方法如何分类?各有何特点?常用的铸铁焊条有哪几种?

可分为热焊法和冷焊法。热焊法可防止工件产生马氏体、白口铁组织和裂纹,焊补质量好焊补处可进行机械加工。但需加热设备,成本高,生产率低,劳动条件差。冷焊法操作方便,劳动条件好,生产率高,但焊补质量不如热焊补,焊接处切削加工性较差。常用的铸铁焊条有钢芯、铸铁芯、镍基和铜基等铸铁焊条。

16、铜合金和铝合金常用的焊接方法有哪些?

铜合金焊接方法有:氩弧焊、气焊、手工电弧焊和钎焊等。铝合金焊接方法有:氩弧焊、电阻焊钎焊和气焊等。17、陶瓷材料、高分子材料和复合材料的焊接性怎样?它们常用什么方法焊接?

陶瓷常用的焊接方法有:钎焊、固相扩散焊、超声波压焊、摩擦压焊、过渡液相连接、微波连接黏接、反向成形与反应烧结连接等。

高分子材料焊接方法有:热固性高分子材料只能黏接和机械连接;热塑性高分子材料可采用气焊、热板焊、内藏加热元件的电阻加热或感应加热焊、红外或激光焊、介电或微波加热焊、摩擦焊或超声波焊等。

复合材料焊接方法有:

18、手工电弧焊接头的基本形式有哪几种?有何特点?焊接较厚板材时为什么有开坡口?

手工电弧焊接头的基本形式有:对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头。对接接头受力均匀,焊接质量易于保证。角接接头和T形接头受力情况复杂,但接头呈一定角度时必须采用。搭接接头受力时焊缝处易产生应力集中和附加弯矩,一般应避免选用。开坡口是为了保证焊透。

19、指出如图所示的焊接结构设计或焊接顺序的不合理之处,说明理由并加以修正。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

(a) 封头焊缝不应该在圆弧和直线的交点处;中间两道环焊缝在纵焊缝处不应该相连,其右面一道上部不应该与接口焊缝重叠。

(b)几块板的相交处焊缝密集。

(c)焊缝1不合理,应最后焊接。

20、如图9-32所示,图a不等厚板焊接和图b有孔板上焊接圆管件,请指出图示结构中设计不合理之处,说明理由并改正之。

图a不合理之处在于两板厚度相差太大,焊接接头处焊接应力很大。将厚板在接头处加工成斜坡,其薄处于薄板同。图b不合理之处在于焊接接头处焊接应力很大,焊缝不牢固;板孔与圆管件在焊接时很难同心。将孔板的孔加工成与圆管件外径相同,将圆管件插入板孔中焊接。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

21、在不改变图9-33中ABCDEF六小块板材的尺寸和焊接面积的前提下,试将图中交叉焊缝连接改为T型连接,并标注其焊缝的焊接顺序。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

第11章毛坯成形方法选择及质量控制(P200)

1、毛坯选择成形工艺的原则是什么?

(1)保证零件的使用性能(功能性原则);(2)满足零件的工艺性能要求、符合生产条件(可行性原则);(3)降低制造成本(经济性原则)

2、零件的使用要求包括哪些?以机床主轴为例说明其使用要求。

零件的使用要求包括:包括力学性能、工作温度、工作介质及其它特殊性能。

机床主轴:1)受弯曲、扭转。2)承受的应力和冲击不大,运转平稳。3)滑动轴承、锥孔、外圆锥面处应有一定的耐磨性。要求其综合力学性能好,采用45号钢或40Cr钢。调质处理,滑动轴承、锥孔、外圆锥面处采用表面淬火+低温回火的热处理方法。

3、在选择毛坯成形方法时,首先应该考虑的是什么?

零件的使用要求。

4、为什么轴杆类零件一般采用锻件毛坯,而箱体类零件多采用铸件作毛坯?

因为轴杆类零件一般受力比较复杂且大多为台阶轴,内应力为拉应力和剪应力,希望其纤维组织沿轴线分布,锻件能满足其使用要求。而箱体类零件一般受力不大,且形状复杂,铸造能满足其要求,且铸造成本较低。

5、为什么齿轮大多是锻件为毛坯,而带轮、飞轮则多用铸件为毛坯?

因为齿轮复杂,轮齿要受接触应力、摩擦力和弯曲应力等作用,需要较好的力学性能。而带轮和飞轮受力不大,成本较低的铸件完全可满足要求。

6、下列零件选用何种成形方法制造毛坯比较合理?

形状复杂要求减振的大型机座:铸造;大批量产生的重载中、小型齿轮:模锻

薄壁杯状的低碳钢零件:焊接;形状复杂的铝合金构件:铸造

7、试为下列齿轮选择材料及成形方法。

(1)承受冲击的高速重载齿轮,φ200mm,批量2万件;合金渗碳钢20CrMnTi,模锻。

(2)不承受冲击的低速中载齿轮,φ250mm,批量50件;合金调质钢40Cr,自由锻。

(3)小模数仪表无润滑小齿轮,φ30mm,批量3000万件;38CrMoAlA,扎制。

(4)卷扬机大型人字齿轮,φ1500mm,批量5件;可锻铸铁KTZ540-06,铸造。

(5)钟表用小模数传动齿轮,φ15mm,批量10万件;38CrMoAlA,扎制。

8、砂型铸造的常见缺陷有哪些?其中哪些缺陷与合金流动性有关?

常见缺陷有:气孔、缩孔、砂眼、渣眼、冷隔、夹砂、偏芯、浇不到、错箱、热裂、冷裂等。与合金流动性有关的有:冷隔和浇不到。

9、过热和过烧对锻件的质量有何影响?生产中采取何种措施消除过热所带来的不利影响?

过热对锻件质量的影响:其组织晶粒粗大,力学性能下降,生产中避免加热温度过高和高温加热时间过长,碳钢还可通过锻造和正火细化晶粒等措施消除过热所带来的不利影响。过烧对锻件质量的影响:严重过烧的毛坯一击就裂。

10、冲压件主要缺陷是什么?在生产上如何避免?

冲压件主要缺陷是冲裂,生产上采用保证材料质量、将毛坯加热到足够的温度、一次冲孔的变形量不能太大、把冲头预热到规定的温度及冲头与凹模尺寸设计合理,配合适当等措施加以避免。

11、常见焊接缺陷有哪些?其中对焊接接头性能危害最大的有哪几种?

常见焊接缺陷有:烧穿、未焊透、夹渣、气孔和裂纹等。对焊接接头性能危害最大的是裂纹和气孔。

12、毛坯件常用的无损探伤方法有哪些?试述其工作原理及适用性。

1)着色试验:采用低黏度的染色液处理毛坯表面,再将毛坯彻底漂净并干燥。在裂纹等表面缺陷处存在残留色液,刷悬浮白垩粉显示出裂纹形貌。适用于毛坯表面检验。

2)磁力探伤:在被测表面上均匀地撒上铁粉,将被检件放于磁力探伤机的磁铁两级,当毛坯有缺陷时磁感线将绕过发生弯曲现象(漏磁)。适用于毛坯近表面检验。

3)射线照相法:将毛坯件暴露在合适的放射源(X 或γ)的辐射下毛坯件内的缺陷处射线强度大,胶片感光强,在缺陷处显示出黑色条纹和斑点。适用于零件内部缺陷检验。

4)超声波检测:超声波具有被固体传输和被内表面存在处反射的性能。有缺陷处反射波波形及波长发生变化。适用于零件内部缺陷检验。

13、简述锻压件的质量检验方法。

一般锻压工艺有助于零件内部缺陷的缩小,提高零件的质量,所以仅需进行外观质量的检验。包括目测和用量具测量外形尺寸等。成批或大批量生产时可用专用量具进行检验。对于形状复杂的锻件还可用专用仪器来检验。

第13章 切削加工基础知识(P248)

1、试述切削加工的分类,特点及发展方向。

1) 机械加工:包括车削、钻削、镗削、铣削、刨削、磨削等。2)钳工:包括划线、鏨削、锯割、锉削、刮削、钻

孔、扩孔、铰孔、攻螺纹、套螺纹、机械装配和设备维修等。

主要特点: 1)精度高,表面粗糙度值低;2)运用广泛; 3)生产率高;4)刀具和工件具有一定强度和刚度,刀具材料硬度比工件材料硬度高。

发展方向:与计算机、自动化系统论、控制论及人工智能、计算机辅助设计与制造、计算机集成等高新技术及理论相融合,向精密化、柔性化、智能化方向发展。

2、试述合理选用切削用量三要素的基本原则。

考虑加工精度及生产率,粗加工以生产率为主选用小的切削速度,大的进给量和背吃刀量。精加工以精度为主选用大的切削速度,小的进给量和背吃刀量。

3、试说明下表中几种切削加工方法的主运动和进给运动方式是转动还是移动,并说明是由刀具还是由工件实现的。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

4、车削外圆时,已知工件转速n=320r/min ,v t =64mm/min ,d m =94mm ,d w =100mm ,求切削速度v c 、进给量f 、背吃刀量a p 。

s m dn

v c /675.160000320

100601000=??=?=ππ

r m m n v f t /2.0320

64===

m m d d m w p 32

941002=-=-=α 5、车削外圆时,工件转速n=360r/min ,v c =150m/min ,测得此时电动机功率Pc=3kw ,设机床转动效率η=0.8,试求工件直径dw 、主切削力Fz 。

解:dw=1000v/(n π)=1000×150/(360×3.14)=133mm

Fz=1000Pc η/ v c =1000×3×0.8×60/150=960N

6、请说明为什么现在常用高速钢制造拉刀和齿轮刀具这类形状复杂的刀具,而不采用硬质合金。

因为高速钢可进行冷热加工成形,刃磨性能好,热处理变形小,适于制作形状复杂的刀具。而硬质合金系粉末冶金成形,成形后加工难度较大,多镶片使用,且性能较脆,蹦刃后不能修复,所以不宜制作形状复杂、成本高的刀具。

7、已知下列车刀的主要角度,试画出它们切削部分的示意图。

(1)外圆车刀:γa =10°,α0=8°,k τ=60°,k`τ=10°,λs =4°;

(2)端面车刀:γa =15°,α0=10°,k τ=45°,k`τ=30°,λs =-5°;

(3)切断刀:γa =10°,α0=10°,k τ=90°,k`τ=2°,λs =0°;

8、切削力是如何产生的?影响切削力的因素有哪些?

在切削过程中,切屑和工件已加工表面产生弹性—塑性变形,其变形抗力垂直作用于刀具的前面和后面;同时切屑沿前刀面流出、后刀面与工件已加工表面摩擦,产生摩擦力,上述力的合力—切削力。影响切削力的因素:工件材料、切削用量、刀具角度及切削液。

9、切削热是如何产生,又如何转散的?对切削加工有何影响?

切削热来源:切削层金属发生弹性变形和塑性变形的热量以及切屑与前刀面、工件与后刀面之间摩擦产生的热。并通过切屑、工件、刀具和周围的介质传散。

切削热的影响:使工件产生热变形,影响工件的精度。加速刀具的磨损。

10、如何评价材料切削加工性能的好坏?改善材料切削加工性的途径有哪些?

评价材料切削加工性能好坏的指标:在一定刀具耐用度下的切削速度vr 和相对加工性Kr 。

改善工件材料切削加工性的途径:1.调整材料的化学成分;2.热处理改善显微组织。

11、单一产品大批量生产时,通常采用的自动化措施有哪些?

可采用专用设备、专用流水线、和自动线等刚性自动化措施。

12、为什么采用数控机床对多品种、小批量生产实现自动化非常有利?

因为数控机床通用性强,生产准备时间短,生产效率高,适应性强。当加工对象改变时,只需更换刀具和新的控制介质即可。

13、切断刀如图13-25所示,试分别标出切削平面、基面、主剖面及γ0、α0、κτ、κ·τ。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

14、图13-26所示传动系统中的传动结构中,当轴1的转速n 1=100r/min 时,螺母的移动速度v f 是多少? min /33.413

455252524556553822626266028554100mm p n v f =????????????????==Ⅷ

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

15、图13-27所示为某车床主轴的传动图。

(1)写出主运动链;

(2)确定主轴V 转速的级数;

(3)计算主轴最大转速。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

(2)主轴V 转速的级数:N=3×2=6级;

(3)min /12.4760

4035240250551201440r n =??????=Ⅴ

零件表面的加工方法

1、常用的车床类型有哪些?在车床上能完成哪些工作?

常见的车床有卧式、立式、转塔、自动、数控等。

主要功能:各种回转面及其断面的加工。

2、为什么车削运用广泛?车削能够达到的经济精度和表面粗糙度范围是多少?

车削运用广泛是因其工艺特点所决定:它易于保证各加工表面的位置精度、切削过程平稳、适用于非金属零件的精加工和刀具简单。能够达到的经济精度是IT8-IT7,表面粗糙度值是1.6~0.8μm 。

3、在车床上钻孔,若钻头引偏对所加工的孔有何影响?

使孔径变大。

4、铣平面时,为什么端铣比周铣优越?

用端铣刀谈削时,同时参加切削的刀齿数较多。周铣刀同时参加切削的刀齿较少,从同时参加切削的刀齿数分析,端铣优于周铣,当铣削大平面时更为有利。

从刀齿的工作条件看,端铣的刀齿刚刚切入时.切削厚度不等于零,有利于减轻刀尖与加工表面的强烈摩擦,可以提高刀具的耐用度。同时,端铣时,有副刀刃对加工表面起修光作用,可以减少工件表面粗糙度。而圆柱铣刀使已加工表面由许多圆弧所组成。

5、何谓顺铣和逆铣?它们各有何特点?分别适合于何种场合?

顺铣:铣刀和工件接触部分的旋转方向与工件的进给方向相同。

逆铣:铣刀和工件接触部分的旋转方向与工件的进给方向相反。

逆铣时,每个刀齿上的切削厚度是由零变到最大。由于刀齿的刃口不能磨得绝对锋利,所以刀刃在开始时不能立刻切人工件,而是挤压加工表面,在其上滑行一段很小的距离后,才能切人工件。这样,会使工件加工表面的加工硬化现象加重,影响工件的表面质量,同时也加剧了刀齿后刀面的磨损。反之,在顺铣时,每齿的切削厚度是由最大变到零,因而就没有逆铣时的这种缺点。只要工件的待加工表面上没有硬表皮,顺铣时,可以获得比逆铣较高的表面质量,同时还可以提高刀具耐用度。

逆铣时,刀齿对工件有向上抬起的垂直分力,不利于工件的夹紧;顺铣时则相反,刀齿对工件的垂直分力是向下的,有利于工件的夹紧。

顺铣时水平分力入与工作台的移动方向(进给方向)是一致的,而且铣刀的切削速度大于工作台的移动速度,所以顺铣时水平分力有把丝扦及工作台沿进给方向朝前(左)推的趋势。又因丝杆与螺母之间有间隙,当F H力足够大时,就可以将工作台向前推过一个距离,于是就使丝杆与螺母的左侧接触,当铣刀的前一刀齿已切离工件、下一刀齿尚未切人工件的瞬间,水平分力F H减少或中断,此时进给丝杆旋转时,使其牙形又恢复到右侧接触,这样丝扦与螺母之间会造成突然窜动、停止和产生新的窜动,使切削过程不平稳,会造成啃力、打刀甚至损坏机床等事故。

逆铣时,由于刀齿作用在工件上的水平分力F H与进给方向相反,因而使丝杆和螺母

在传动过程中始终在牙形的一个侧面接触,铣削时不会发生工作台左右窜动的情况。

综上所述,顺铣有利于提高刀具耐用度和工件夹持的稳固性,从而可以提高工件的加

工质量。但它只能应用在装有消除间隙装置的铣床上,对表面无硬皮的工件进行加工。而

在一般铣床上,由于没有消除间隙的装置,还是多采用逆铣。

6、简述铣削的工艺特点和应用。

工艺特点:生产率高、铣削是容易产生振动、刀齿散热条件较好。可用来加工平面、成形面、齿轮、沟槽及孔。7、刨削加工的工艺特点是什么?

(1)机床与刀具简单,通用性好;(2)加工精度低;(3)生产率低。

8、镗床上可加工哪些工件?镗削加工的工艺特点是什么?

镗床上可加工的工件较多,主要加工箱体、机架等大型和复杂零件上的孔和控系。特点:(1)镗床是加工机座、箱体和机架等外形复杂的大型零件的主要设备;(2)加工范围广泛;(3)能获得较高的加工精度和较小的表面粗糙度值;(4)生产率低。

9、镗削加工的切削运动与车削加工的切削运动有何不同?

在车床上镗孔,工件旋转,刀具做进给运动。在镗床上镗孔有工件固定,刀具旋转并做进给运动;刀具旋转,工件做进给运动两种。

10、拉削加工有何特点?其切削运动与一般机械加工方法有何不同?

特点:(1)加工精度高,表面粗糙度小;(2)生产率高,一次行程即可完成粗、精加工;(3)不能纠正孔的位置误差;(4)对孔的前道工序要求不高;(5)拉刀的制造及刃磨复杂,成本高;(6)用于大批量生产,不能加工盲孔深孔和阶梯孔。

拉削加工时主运动为拉刀做直线运动,无进给运动,孔的加工和整形靠不同的刀齿完成

11、磨削加工的精度和表面粗糙度一般可达到什么范围?

精度一般可达到,IT8~IT5,表面粗糙度值一般可达到1.6~0.2。

12、外圆表面磨削时,磨削用量包括哪几个要素?怎样合理选择磨削要素?

磨削用量包括(以纵磨法为例):砂轮的转动(主运动)、工件的转动、工作台带动工件一起的往复运动。粗加工选择小的砂轮的转动速度,大的工件转动速度及纵向进给速度,精加工反之。

13、为什珩磨不能提高孔的位置精度?

由于珩磨头与机床主轴是浮动连接,固不能提高孔的位置精度。

14、试述特种加工的分类方法,以及电火花加工、电解加工、超声加工、激光加工的特点和运用范围。

特种加工一般按能源形式和作用原理进行分类。

电火花加工特点:(1)可加工任何高硬度、高韧性、高脆性以及高纯度的导电材料;(2)加工时无明显的机械力;( 3)脉冲参数可调;( 4)生产效率低;( 5)部分能量消耗在工具电极上,导致电极损耗,影响成形精度。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

16、列表比较车削、铣削、磨削的加工精度、表面粗糙度、生产率、加工成本及适用性。

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第15章机械零件的结构工艺性(P287)

1、零件的结构设计在生产中有什么意义?

能在同样的生产条件下,采用高效率、低消耗和低成本的方法制造出来。

2、要使零件的切削加工过程中具有良好的结构工艺性,除满足使用性能要求外,还应遵循的基本原则是什么?

在满足使用要求的前提下,尽可能使毛坯生产、切削加工、热处理和装配调试等各个阶段都具有良好的结构工艺性。即:便于零件安装、加工,提高切削效率,减少切削加工量和易于保证加工质量。

3、试举例说明零件必须设置退刀槽的结构。

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

4、试举例说明零件加工面积应该减少的结构。

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5、铣削牙嵌式离合器时,为什么铣四齿不如铣五齿省工,试绘图进行分析。

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如图:铣五齿仅需五个工位,五次走刀。铣四齿需八个工位,八次走刀。

6、指出图15-1所示零件难以加工或无法加工的部位,并提出改进意见。

(a) T型槽无法加工。将其改为通槽。

(b) 圆孔竖直段无法加工。将其改为通孔,再将上下用螺钉堵上。

(c) 两小齿轮无法加工。增加退刀槽。

(d) 槽我法加工。各面间增加圆弧过渡,并增加退刀槽。

(e) 圆锥表面加工困难。在小端部分增加砂轮越程槽。

(f) 螺纹尾部加工困难。增加退刀槽。

(g) 箱体内部孔加工困难。将两孔改为同直径。

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第16章机械加工工艺过程的基础(315)

1、何谓生产过程、工艺过程、机械加工工艺过程、工序?

生产过程:由原材料制成零件并装配成机器的全过程。

工艺过程:生产过程中,直接改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等,使其成为成品或半成品的过程。

机械加工工艺过程:利用机械加工方法,使毛坯逐步改变形状和尺寸而成为合格零件的全部过程。

工序:一个或一组工人,在一个工作地(机械设备上)对同一个或同时对几个工件所连续完成的那一部分工艺过程。

2、生产类型有哪几种?汽车、电视机、金属切削机床、大型轧钢机的生产各属于那种生产类型?各有何特征?

生产类型有单件生产、小批量生产、中批量生产、大批量生产和大量生产等几种。汽车、电视机属于大量生产,在现代化生产中它们的生产量都很大,用流水线生产;金属切削机床是中型设备,生产量不大,中批量生产;大型轧钢机虽属重型设备,但需要量不大,属小批量生产。

3、图16-29所示小轴30件,毛坯为φ32×104的圆钢料,若用两种方案加工:

(1)先整体车出大端和外圆,随后仍在该机床上整批车出小端的端面和外圆;

(2)在一台车床上逐件进行加工,即每个工件车好大端后,立即掉头车小端。

试问这两种方案分别是几道工序?那种方案较好?为什么?

《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

(1)两道工序;(2)一道工序。象这种小轴,批量不大,属小批量生产,以第二种方法为好,可减少工人的搬运时间及劳动力。

4、何谓工件的六点定位原理?工件的定位方式有几种?

空间任何一个自由刚体,都有六个自由度,即沿空间三个坐标轴的移动和绕三个坐标轴的转动。用合理分布的六个点来限制这六个自由度,称为六点定位原理。定位方式有:完全定位、不完全定位、欠定位和过定位等。

5、什么是夹具?按使用范围的不同,夹具分为哪几类?各适用于什么场合?

在切削加工中,为完成某道工序,用来正确、迅速安装工件的装置叫夹具。分为:通用夹具、专用夹具、可调夹具及组合夹具。通用夹具广泛应用于单件、小批量生产。专用夹具适用于产品固定、工艺相对稳定、批量大的零件的加工。可调夹具主要用于形状相近、尺寸相近的工件,多用于中、小批量生产。组合夹具适合于单件、小批量、多品种生产。

6、一般夹具由哪几个部分组成?各起什么作用?

夹具由定位元件、夹紧机构、导向元件、夹具体和其他部分组成。定位元件用来确定工件正确位置。夹紧机构夹紧工件,以承受切削力等。导向元件用来对刀及引导刀具进入正确位置。夹具体用来连接并固定定位元件、夹紧机构和导向元件等使之成为一个整体,并通过它将夹具安装在机床上。其他部分完成分度、平衡等特殊要求。

7、试分析如图16-30所示的各种安装方法工件的定位情况,各限制了工件的那些自由度?属于哪种定位?

(1)限制了沿x、y、z三个方向的移动和绕y、z两轴的转动。属于不完全定位。

(2)限制了沿x、y、z三个方向的移动和绕x、y、z两轴的转动。属于完全定位。

(3)限制了沿x方向的移动和绕z轴的转动。属于欠定位。

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《工程材料及机械制造基础》部分习题参考答案

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8、何谓基准?根据作用的不同,基准分为哪几种?

在零件的设计和制造过程中,用来确定一些点、线或面的位置所依据的那些点、线或面称为基准。根据作用的不同,基准分为设计基准和工艺基准(定位基准、测量基准和装配基准)。

9、何谓粗基准和精基准?如何选择?