1、机械制造基础作业 11、工程材料分类2、描述金属材料力学性能的指标，填写其使用的符号和内涵a)强度 ：金属材料在外载荷的作用下抵抗塑性变形的能力称为强度，强度可分为屈服强度 、抗拉强度 等。sbb)塑性：金属材料在外载荷作用下产生断裂前所能承受最大塑性变形的能力称为塑性。衡量指标有伸长率 和断面收缩率 。c)硬度：指金属材料抵抗比它更硬的物体压入其表面的能力，即抵抗局部变形的能力。衡量指标有：布氏硬度（HBS、HBW） 、洛氏硬度（HRA、HRB 、HRC ）d)冲击韧性 ：金属抵抗冲击载荷作用而不被破坏的能力称为冲击韧性。kve)疲劳强度 ：金属材料经受无数次交变载荷作用而不引起断裂的最大应
2、力1值称为材料的疲劳强度。3、填写材料拉伸曲线图中的特征点的符号，并描述其含义a)横坐标表示：变形量b)纵坐标表示：载荷c)S 点：屈服点，即当载荷加到 FS 时，在曲线上开始出现水平线段，表示载荷不增加，试样却继续伸长，这种现象称为屈服，其应力值用表示。sd)b 点：抗拉强度，材料被拉断前承受最大载荷时的应力值，用 表示。be)k 点：当载荷降低到 k 点的应力值时，试样将在颈缩处被拉断。f)屈服点以后出现的规律：载荷超过 FS 后，试样的伸长量又随载荷的增加而增大，此时试样已产生较大的塑性变形，材料的抗拉强度明显增加（冷拉强化） 。4、当钢的标准试件直径为 10mm、标距长度为 50mm。
3、拉伸试验时测出试样在 26KN 时，其标距长度为 51mm，出现的最大载荷为 45KN。拉断后的标距长度为 58mm，断口处直径为 7.75mm。试计算试样的 、 。2.0b解： MPaKNSFb25.73410520.62025、HR 是零件设计中常用的表示材料硬度指标。请回答下表中硬度表示的有效范围和应用范围：硬度符号 有效值范围 主要应用范围HRA 7085 硬质合金、表面淬火、渗碳等HRB 25100 有色金属、退火、正火等HRC 2067 淬火钢、调质钢HR 和 HB 有什么差别？答：洛氏硬度试验过程简单、迅速，适用的硬度范围广。由于压痕较小，可以用来测量成品件或较薄工件的硬度。但是
4、，洛氏硬度的测量结果不如布氏硬度精确。这是因为洛氏硬度试验的压痕小，容易受到金属表面不平或材料内部组织不均匀的影响，故一般需要在被测金属的不同部位测量数点，取其平均值。布氏硬度压痕面积较大，能反映较大范围内金属各组成相综合影响的平均性能，而不受个别组成相和微小不均匀度的影响，因此试验结果稳定、准确。但布氏硬度试验不够简便，又因压痕大，对金属表面损伤较大，故不宜测试薄件和成品件。6、参照教材 17 图补充铁碳相图缺少的内容（标注相应的数据和材料相符号） ，思考每个线条和线条包容区域内金属相符号的特点。1）AC 线为：液相线，该线以上为完全液相。2）A cm 线为：加热时的奥氏体化温度3）A C3
5、 线为：加热时的奥氏体化温度4）A 表示：表示奥氏体5）F 表示：铁素体6）P 表示：珠光体7）Ld 表示：莱氏体8）Fe 3C 表示：渗碳体9）含碳 0.77%为：共析钢10）导致过共析钢种材料脆性很高的主要原因是：7、假定有含碳量为 0.80%的材料从液态逐渐缓慢冷却，请说明其随温度下降的组织变化。答：当温度降至 AC 线时，液体中开始出现奥氏体晶核，这时是 液体与奥氏体晶核共存；当温度继续下降至 AE 线时，液体全部结晶成奥氏体。温度继续下降，奥氏体组织不变，但晶体的大小将出现变化，即奥氏体晶体变大。当温度降至 ES 线，奥氏体中首先析出二次渗碳体组织，这时出现奥氏体和二次渗碳体共存的状
6、态。随着二次渗碳体的不断析出，奥氏体中的含碳量不断降低，当到达 S 点，温度下降至共析线时，剩余的奥氏体同时析出铁素体和二次渗碳体。温度继续下降，组织不变，即其组织为铁素体和二次渗碳体。9、钢的热处理主要包括：淬火、退火、回火、调质处理和渗碳。它们的主要特点是按照热处理温度、冷却速度、热处理目的或用途、工艺过程安排特点考虑的。请描述它们的特点。答：淬火：将钢加热到 Ac3 或 Ac1 以上，保温后快速冷却以获得马氏体的热处理工艺。淬火的目的：对于工具钢等，是为了得到高硬度、高耐磨性的马氏体组织，再配以低温回火，提高硬度和耐磨性；对于优质结构钢，淬火后配合适当的回火，可以得到不同力学性能的钢。退
7、火：退火大多属于预备热处理，目的主要是为了调整钢的硬度，以便于进行切削加工；或者是为了消除残余应力，防止钢件的变形和开裂；也可以达到细化晶粒，提高钢的机械性能的目的；对一些要求不高的零件，也可以作为最终热处理。退火有不同的种类，不同的退火种类，加热温度不一样，冷却速度也不同。回火：回火和淬火是密不可分的，经过淬火的零件，一般都需要进行回火。回火的目的：1）降低脆性，消除或降低内应力；2）调整硬度，获得所需要的性能；3）稳定工件的尺寸；4）对于退火难以软化的某些合金钢，在淬火后常采用高温回火，以降低硬度，利于切削。回火可分为低温回火、中温回火、高温回火。调质：淬火以后又进行高温回火，称调质处理。
8、渗碳：渗碳是向零件表面渗入碳原子的过程。它是将工件置于含碳的介质中加热和保温，使活性碳原子渗入钢的表面，以达到提高钢的表面含碳量的热处理。渗碳零件必须用低碳钢或低碳合金钢来制造。10、请回答 0.77%碳钢和 1.0%碳钢的细化晶粒温度。例如：一批碳钢试样组织晶粒大小不均匀，需采用退火处理。应采用的工艺设计应该是：缓慢加热至 Ac1 以上 3050，保温足够时间，随炉冷却至室温。问：为什么要保温足够的时间，为什么要缓慢冷却？答：保温足够的时间是为了使材料彻底奥氏体化。缓慢冷却是为了得到组织均匀的珠光体组织。11、现有 40Cr 钢制造的机床主轴，心部要求有良好的韧性（200300HBS） ，轴
9、径处要求硬而耐磨（5458HRC） ，试问：（1）应进行哪种预备热处理和最终热处理？（2）热处理后获得什么组织？（3）热处理工序在加工工艺路线中的位置如何安排？答：（1）预备热处理是退火或正火，也可进行调质处理。最终热处理是调质处理+表面淬火和低温回火。（2）热处理后的组织：表面组织为回火马氏体、未熔碳化物和残余奥氏体，心部为珠光体和铁素体的亚共析组织。（3）热处理工序的安排为：下料、锻造、预备热处理、粗加工、最终热处理、精加工。12、铸铁是制造机器零件毛坯的主要黑色金属材料之一，请说明常用铸铁的基本特征。 （牌号、石墨形态、铸造性能、成本等）答：1）灰铸铁：牌号为 HT ，石墨呈片状，铸造性
10、能非常好，所以生产工艺最简单，成本最低。灰铸铁的抗拉强度很低，塑性、韧性几乎为零，但抗压强度好，吸振性能好。2）球墨铸铁：牌号为 QT ，石墨呈球状，铸造性能类似于灰铸铁，因为要加球化剂和孕育剂，所以成本比灰铸铁高。因为石墨呈球状，所以它的强度、塑性、韧性比较好。3）蠕墨铸铁：牌号为 RuT ，石墨为蠕虫状，由于进行了蠕化处理，所以它兼备了灰铸铁和球墨铸铁的优点，具有良好的综合性能。4）可锻铸铁：牌号为 KTH ，石墨为团絮状，与灰铸铁相比，它具有较高的力学性能，尤其是塑性和韧性。与球墨铸铁相比，可锻铸铁具有铁水处理简单，质量稳定等优点。13、为了获得优良的铸件毛坯，在结构工艺方面需注意哪些原
11、则。答：1 、合理设计铸件壁厚（1）铸件壁厚应适当（2）铸件的壁厚应尽量均匀（3）当铸件的壁厚有差别时，应使其顺序凝固2、铸件壁与壁的连接（1）设计结构圆角（2）应避免锐角连接（3）铸件壁从厚到薄或从薄到厚的连接应逐步过渡（4）铸件壁与壁之间应避免交叉连接3、与合金铸造性能相关的问题（1）避免大面积的水平面（2）细长、易挠曲的梁形铸件截面应对称（3）设计加强筋14、按照碳含量将碳钢分为低、中、高碳钢，参考教材中图 32 归纳碳钢的力学性能随含碳量的变化规律。答：随着含碳量的增加，从低碳钢，到中碳钢，到高碳钢的力学性能变化规律为：抗拉强度 ：随着含碳量的增大而增大b屈服应力 ：随着含碳量的增大而
12、增大s塑性（ 、 ）：随着含碳量的增大而减小韧性（ ）：随着含碳量的增大而减小ka硬度：随着含碳量的增大而增加15、合金钢包括合金结构钢和合金调质钢，说明下列元素对材料力学性能的影响。硬度 强度 屈服点 伸长率 冲击韧性Mn 增加 增加 增加 不清楚 不清楚Cr 明显增加 明显增加 明显增加 10%时，增加；否则相反 同伸长率Si 增加 增加 明显增加 下降 下降Mo 增加 增加 增加 下降 增加B 增加 增加 增加 不清楚 不清楚V 增加 增加 增加 不清楚 增加W 增加 增加 增加 下降 不清楚16、在毛坯冲压成型中，过大的变形量（通常是拉伸）将产生毛坯缺陷甚至导致报废，因此需增加热处理工
13、序，请描述工艺设计的基本原则。答：1）拉延模的凸模与凹模的边缘应该做出圆角，而不是锋利的刃口。2）凸模与凹模之间的间隙要比落料模大，一般为板厚的 1.11.3 倍。3）拉伸后成品的直径与拉伸前坯料的直径之比，一般为板厚的 0.50.8 倍。4）拉伸时，要使用润滑剂。17、电焊条由哪些部分组成？其作用是什么？答：一般电焊条的组成由焊芯和药皮两部分组成。焊芯起导电和填充焊缝的作用，药皮则起到保护焊接顺利进行并使焊缝具有一定的化学成分和力学性能的作用。18、选择零件毛坯的二个基本原则是什么？答：选择毛坯的两个基本原则是：1）适用性原则：即满足零件的使用性能。不同的零件，其工作时的受力情况不同，零件的
14、重要性也不同，毛坯的选择也不同，重要性高的选用锻件。2）经济性原则：即指在满足零件使用性能的前提下，选择成本最低的方案。这里所指的成本最低并不指毛坯成本，而是整体的生产成本。机械制造基础作业 2（公差与技术测量部分）1、什么是基准制？为什么要规定基准制？在那些情况下采用基轴制？答：基准制是指同一极限制的孔和轴组成配合的一种制度。即以两个相配合的零件中的一个零件为基准件，并选定标准公差带，而改变另一个零件（即非基准件）的公差带位置，从而形成各种配合的一种制度。规定基准制可以使加工有所依据。在下列情况下使用基轴制：1）直接使用有一定公差等级（IT8IT11 ）而不再进行机械加工的冷拔钢材做轴（是按
15、基准轴的公差带制造的） 。2）加工尺寸小于 1mm 的精密轴比同级孔要难加工，这时采用基轴制比较经济。3）根据结构上的需要，在同一基本尺寸的轴上装配有不同配合要求的几个孔件时应采用基轴制。2、什么叫配合？配合的特征由什么来表示？答：配合指基本尺寸相同的、相互结合的孔和轴公差带之间的关系。配合的特征由孔和轴的公差带的相互位置来表示。配合有三种：间隙配合、过盈配合、过渡配合。3、形位公差特征共有几种？其名称和符号是什么？答：形位公差特征共有 14 种。形状公差有：1）直线度，符号为“” 。2）平面度，符号为“ ”。3）圆度，符号为“ ”。4）圆柱度，符号为“ ”。5）线轮廓度，符号为“ ”。6）面
16、轮廓度，符号为“ ”。位置公差有：1）平行度，符号为“ ”。2）垂直度，符号为“ ”。3）倾斜度，符号为“ ”。4）位置度，符号为“ ”。5）同轴度，符号为“ ”。6）对称度，符号为“ ”。7）圆跳动，符号为“ ”。8）全跳动，符号为“ ”。4、用查表法确定下列各配合的孔、轴的极限偏差，计算极限间隙量（或过盈量），并画出公差带图。孔的极限偏差 轴的极限偏差 极限间隙（过盈） 公差带图7H8/20f0.033 0 -0.020 -0.041 0.074 0.020/3hF0.053 0.020 0 -0.021 0.074 0.0206/714r0.018 0 0.034 0.023 -0.00
17、5 -0.0345/0hP-0.026 -0.045 0 -0.013 -0.013 -0.045/64JS0.008 -0.008 0 -0.011 0.019 -0.00870tH0.025 0 0.064 0.048 -0.023 -0.0645、试解释图 1 注出的各项形位公差（说明被测要素、基准要素、公差带形状、大小和方位）答：（答时，一定要根据图来回答）：被测圆柱面必须位于半径差为公差值 0.01mm 的两同轴圆柱面内。：被测轴线（ ）必须位于直径为公差值 0.02mm，且平行于？基准轴线 A-B 的圆柱面内。：被测面绕 A-B（基准轴线）作无轴向移动旋转一周时，在任一测量圆柱面上
18、的跳动量均不得大于 0.025mm。：被测键槽中心平面必须位于距离为公差值 0.025mm，且相对基准轴线 G 对称配置的两平行平面内。：被测面绕 C-D 中心孔（基准轴线）作无轴向移动旋转一周时，在任一测量圆柱面上的跳动量均不得大于 0.025mm。：被测圆柱面必须位于半径差为公差值 0.006mm 的两同轴圆柱面内。6、将下列形位公差要求标注在图上：1）圆锥截面圆度公差为 0.006mm；2）圆锥面对 轴线的斜向圆跳动公差为 0.02mm；3）右端面对左端面的平行度H780公差为 0.005mm7、表面粗糙度的含义是什么？对零件的工作性能有何影响？答：无论用什么方法加工零件表面，都不可能是
19、绝对光滑的，零件表面总会存在着由较小间距的峰谷组成的微量高低不平的痕迹。它是一种微观几何形状误差，微观几何特性可用它的特征量表面粗糙度来表示。表面粗糙度对零件工作性能的影响有：1）影响零件的耐磨性；2）影响配合性质的稳定性；3）影响疲劳强度；4）影响抗腐蚀性。8、选择表面粗糙度参数值时，应考虑哪些因素？答：表面粗糙度参数值的选用原则是在满足功能要求的前提下，参数的允许值尽量大，以减小加工困难，降低生产成本。参数选用时要考虑：1）零件的耐磨性要求；2）要考虑配合性质的稳定性要求；3）要考虑对零件的疲劳强度要求；4）要考虑零件对耐腐蚀性的要求。9、常用的表面粗糙度测量方法有哪些？各种方法适用于哪些
20、评定参数？答：常用的表面粗糙度测量方法有：1）比较法：使用简单，只能作定性分析比较。2）光切法：常采用光切显微镜测量表面粗糙度。通常适用于测量RZ=0.580um 的表面。3）针触法：可以测定 R 为 0.0255 um 的表面。4）干涉法：适用于 RZ 值来评定的表面粗糙度，测量范围为 0.050.8 um 的表面。10、在一般情况下， 和 相比， 和 相比，哪个H74085H6/40j5/6s应选用较小的粗糙度值？答：因为 比 的基本尺寸小，所以 的粗糙度值应该小一点。7是过渡配合， 是过盈配合，所以 （过盈配合）5H6/40j5/640s 5/640s粗糙度应该小一点。11、将图示轴承套
21、标注的表面粗糙度的错误之处改正过来。 （绿的改过了）12、已知零件的配合关系为 ，请确定相关的参数，并填在表中。6H7/25p极限尺寸 极限偏差 极限间隙（过盈）配合件的尺寸基本尺寸D（d）最大Dmax(dmax)最小Dmin(dmin)上偏差ES下偏差 EI（eiXmax(Ymin)Xmin(Ymax)尺寸公差IT配合公差Tf公差配合图（es） 解25.021 25.00 0.021 0 0.0216H725p25.035 25.022 0.035 0.022-0.001 -0.0350.0130.034 图在下面机械制造基础作业 3（切削原理及机床部分）1、以车床的外圆加工为例，描述构件上
22、的 3 个加工表面。答：待加工表面：指工件上即将被切除的表面。过渡表面：工件上由切削刃正在切削着的表面。已加工表面：指工件上被刀具切削后形成的表面.2、实现对零件的切削加工需要哪些基本运动，它们在切削中的作用是什么？对于车削、铣削、刨削加工来说主运动是什么？在上图标出车床加工的主运动和进给运动方向。答：实现对零件的切削加工需要主运动和进给运动。主运动直接切除工件上的切削层，使之转变为切屑，从而形成工件新的表面。主运动是最基本的运动，其特征是速度最高、所消耗的功率最大。进给运动是不断的把切削层投入切削，以逐渐切出整个工件表面的运动。对于车削：主运动是工件的旋转运动，进给运动是刀具的移动。对于铣削
23、：主运动是铣刀的旋转运动，进给运动是铣刀的移动（或工件的移动） 。对于刨削：主运动是刨刀的直线运动，进给运动是工件的周期性移动。3、什么是切削层参数？切削用量三要素是什么？试分析多切削刃刀具的铣削中的切削层参数变化。答：切削层的尺寸称为切削层参数。切削用量三要素指：切削速度、进给量、背吃刀量。4、从影响切削加工的角度，刀具材料需具备哪些基本性能要求？归纳教材中列举材料的特点。答：刀具应该具备的性能包括：1）高硬度2）高耐磨性3）有足够的强度和韧性4）热硬性碳素工具钢的特点：淬火后硬度可达 6165HRC，价格低廉，热硬温度较低：200250。用于锉刀等手工刀具。合金工具钢：热硬温度为 3504
24、00，淬火后硬度达 6165HRC。用于低速刀具，如铰刀、丝锥等。高速工具钢：热硬温度达 600左右，淬火后硬度达 6266HRC，允许切削速度为 0.831.67m/s。用于钻头、成形车刀等。硬质合金：切削用硬质合金分三类，即 P 类、K 类、M 类。硬质合金热硬温度达 1000左右，硬度可达 8993HRA，允许切削速度为1.675m/s。主要用于制作简单刀具，如车刀。5、以外圆车刀为例，画图说明刀具的正交参考系，描述刀具的角度 、 、 的定义。rK刀具的正交参考系在正交参考系中标注的几个刀具角度：后角（见上图）：在正交平面内度量的后刀面与切削平面之间的夹角。0：楔角（见上图） ，在正交平
25、面内度量的前刀面与后刀面之间的夹角。：主偏角（见上图） ，指主切削刃在基面上的投影与进给方向的夹角。rK：刀尖角（见上图） ，在基面内度量的主切削刃与副切削刃之间的夹角。6、什么是积屑瘤？试述其成因、对加工的影响和精加工中避免产生积屑瘤的技术方案？答：在切削塑性金属材料时，在前刀面上靠刃口处粘结的一小块很硬的金属楔块称积屑瘤。在中速（v=0.33m/s ）切削塑性材料时，在一定的切削条件下，随着切屑与刀具前刀面温度的提高，压力、摩擦力的增大，使接近刀具前刀面切削刃处的切屑塑性变形层流速减慢，愈接近刀具前刀面处的切屑，流速愈慢。当温度和压力增加到一定程度时，底层金属层与刀具前刀面产生粘结，产生所
26、谓的“积屑瘤” 。对加工的影响有：1）使刀具的实际前角增大，减小了切削力；2）增大了切削厚度；3）使加工表面粗糙度增加；4）减少了刀具的磨损，增加了刀具的寿命。在精加工中避免产生积屑瘤的技术方案：1）降低切削速度，使温度较低，粘结现象不易发生；2）采用高速切削，使切削温度高于产生积屑瘤的温度；3）采用润滑性能好的切削液，减小摩擦；4）增加刀具前角，以减小切屑与前刀面的压力；5）适当提高工件材料的硬度。7、切削热对切削过程有什么影响？它是如何产生和传送的？答：切削热使切削区的温度升高，引起工件的热变形，影响工件的加工精度，加速了刀具的磨损。切削热源于切削层金属产生的弹性变形和塑性变形所做的功；同
27、时，刀具前、后刀面与切屑和工件加工表面间消耗的摩擦功，也转换为热能。因此，三个变形区也是三个热源。其中，变形热主要来源于第一变形区，摩擦热主要来源于第二、第三变形区。切削热主要通过切屑带走，其次通过刀具带走，再其次通过工件带走，最后是周围介质带走。8、刀具磨损的三个阶段，每个阶段有什么特点？在加工中应该怎样考虑刀具磨损因素？答：刀具磨损分三个阶段：1）初期磨损阶段：磨损后的切削刃和刀面凹凸不平，接触面积小。2）正常磨损阶段：刀具经过初期磨损后，刀面平整，光洁，摩擦力小。磨损随时间的增加而增加，但比较平缓。3）急剧磨损阶段：经过正常磨损阶段后，刀具与工件之间的接触状况恶化，切削力、摩擦力及切削温度急剧上升，刀具磨损急剧增加。
