课程综合实验与设计答案

页眉1/7江南大学现代远程教育考试大作业考试科目:《课程综合实验（专科）》一、刀具、切削力实验简答题1、刀具几何角度的参考系有哪些？答：刀具几何角度的参考系分为静止参考系和工作参考系两类，有正交平面参考系，法平面参考系，假定工作平面参考系。为了保证切削加工的顺利进行，获得合格的加工表面，所用刀具的切削部分必须具有合理的几何形状。刀具角度是用来确定刀具切削部分几何形状的重要参数。为了描述刀具几何角度的大小及其空间的相对位置，可以利用正投影原理，采用多面投影的方法来表示。用来确定刀具角度的投影体系，称为刀具角度参考系，参考系中的投影面称为刀具角度参考平面。用来确定刀具角度的参考系有两类：一类为刀具角度静止参考系，它是刀具设计时标注、刃磨和测量的基准，用此定义的刀具角度称为刀具标注角度；另一类为刀具角度工作参考系，它是确定刀具切削工作时角度的基准，用此定义的刀具角度称为刀具的工作角度。1)刀具角度参考平面：用于构成刀具角度的参考平面主要有：基面、切削平面、正交平面、法平面、假定工作平面和背平面。⑴基面Pr：过切削刃选定点，垂直于主运动方向的平面。通常，它平行（或垂直）于刀具上的安装面（或轴线）的平面。例如：普通车刀的基面Pr，可理解为平行于刀具的底面；⑵切削平面Ps：过切削刃选定点，与切削刃相切，并垂直于基面Pr的平面。它也是切削刃与切削速度方向构成的平面；⑶正交平面Po：过切削刃选定点，同时垂直于基面Pr与切削平面Ps的平面；⑷法平面Pn：过切削刃选定点，并垂直于切削刃的平面；⑸假定工作平面Pf：过切削刃选定点，平行于假定进给运动方向，并垂直于基面Pr的平面；⑹背平面Pp：过切削刃选定点，同时垂直于假定工作平面Pf与基面Pr的平面。2)刀具角度参考系:刀具标注角度的参考系主要有三种：即正交平面参考系、法平面参考系和假定工作平面参考系。⑴即正交平面参考系：由基面Pr、切削平面Ps和正平面Po构成的空间三面投影体系称为正交平面参考系。由于该参考系中三个投影面均相互垂直，符合空间三维平面直角坐标系的条件，页眉2/7所以，该参考系是刀具标注角度最常用的参考系。⑵法平面参考系：由基面Pr、切削平面Ps和法平面Pn构成的空间三面投影体系称为法平面参考系。⑶假定工作平面参考系：由基面Pr、假定工作平面Pf和背平面Pp构成的空间三面投影体系称为假定工作平面参考系。2、金属切削加工有哪几种切削运动？答：在切削加工中刀具与工件的相对运动，称为切削运动。按其功用分为主运动和进给运动。（一）主运动由机床或人力提供的主要运动，它促使刀具和工件之间产生相对运动，从而使刀具前刀面接近工件，从工件上直接切除金属，它具有切削速度最高，消耗功率最大的特点。如车削时工件的旋转运动，刨削时工件或刀具的往复运动，铣削时铣刀的旋转运动等。在切削中必须有一个主运动、且只能有一个主运动。（二）进给运动由机床或人力提供的运动，它使刀具和工件之间产生附加的相对运动，使主运动能够继续切除工件上多余金属，以便形成所需几何特性的已加工表面。进给运动可以是连续的，如车削外圆时车刀平行于工件轴线的纵向运动；已可以是步进的，如刨削时工件或刀具的横向移动等。在切削中可以有一个或多个进给运动，也可以不存在进给运动。由主运动和进给运动合成的运动，称为合成切削运动。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称为该点的合成切削运动方向，其速度称为合成切削速度ve。3、车刀的前角和后角是这样形成的，规定在哪个平面测量，车刀切削刃上各点的前角和后角是否相同，为什么？答:不相同副前角:车刀副切削刃一般不是直线，但可以以车刀上平面与水平面的夹角来确定副前角；副后角:车刀副切削刃所在的刀体纵面与垂直平面的夹角我们称之为副后角。其主要作用是控制切屑流向及确定刀头强度；车刀的前角是车刀前面与基面的夹角，其主要作用是使车刀刃口锋利，减少切削变形，使切削省力，切屑易排出。4、切削力的来源？影响切削力的主要因素是什么？页眉3/7答：来源：（1）切削变形所产生的热量（2）切屑与刀具前面之间的摩擦产生的热量（3）工件与刀具前面之间的摩擦产生的热量影响切削力的因素是：(1)工件材料的影响。(2)切削用量的影响。(3)刀具的影响。(4)切削液的影响。二、热处理及金相实验简答题1.热处理工艺中淬火温度是如何确定的？答：淬火温度又叫淬火加热温度，是指对将进行淬火处理的工件进行加热所达到的最高温度，也是其进行冷却处理时的初始温度，其在临界温度以上。通常亚共析钢的淬火温度为Ac3以上30~50度；共析钢或过共析钢的淬火温度为Ac1以上30~50度。之所以这样确定，因为对亚共析钢来说，若加热温度低于Ac3，则加热状态为奥氏体与铁素体二相组成，淬火冷却后铁素体保存下来，使得零件淬火后硬度不均匀，强度和硬度降低。比Ac3点高30—50℃的目的是为了使工件心部在规定加热时间内保证达到Ac3点以上的温度，铁素体能完全溶解于奥氏体中，奥氏体成分比较均匀，而奥氏体晶粒又不致于粗大。对过共析钢来说，淬火加热温度在Ac1～Ac3之间时，加热状态为细小奥氏体晶粒和未溶解碳化物，淬火后得到隐晶马氏体和均匀分布的球状碳物。这种组织不仅有高的强度和硬度、高的耐磨性，而且也有较好的韧性。如果淬火加热温度过高，碳化物溶解，奥氏体晶粒长大，淬火后得到片状马氏体(孪晶马氐体)，其显微裂纹增加，脆性增大，淬火开裂倾向也增大。由于碳化物的溶解，奥氏体中含碳量增加，淬火后残余奥氏体量增多，钢的硬度和耐磨性降低。高于Ac1点30—50℃的目的和亚共析钢类似，是为了保证工件内各部分温度均高于Ac1。需要注意的是：确定淬火加热温度时，尚应考虑工件的形状、尺寸、原始组织、加热速度、冷却介质和冷却方式等因素。在工件尺寸大、加热速度快的情况下，淬火温度可选得高一些。因为工件大，传热慢，容易加热不足，使淬火后得不到全部马氏体或淬硬层减薄。加热速度快，工件温差大，也容易出现加热不足。另外，加热速度快，起始晶粒细，也允许采用较高加热温度。在这种情况下，淬火温度可取Ac3+(50—80℃)，对细晶粒钢有时取Ac3+100℃。对于形状较复杂，容易变形开裂的工件，加热速度较慢，页眉4/7淬火温度取下限。考虑原始组织时，如先共析铁素体比较大，或珠光体片间距较大，为了加速奥氏体均匀化过程，淬火温度取得高一些。对过共析钢为了加速合金碳化物的溶解，以及合金元素的均匀化，也应采取较高的淬火温度。例如高速钢的Ac1点为820—840℃，淬火加热温度高达1280℃。考虑选用淬火介质和冷却方式时，在选用冷却速度较低的淬火介质和淬火方法的情况下，为了增加过冷奥氏体的稳定性，防止由于冷却速度较低而使工件在淬火时发生珠光体型转变，常取稍高的淬火加热温度。2.试述金相样品的制备过程答:步骤：取样、镶样、磨制、抛光、侵蚀等工序。取样：显微试样的选取应根据研究的目的，取其具有代表性的部位。用切割机把试样截下，采用直径20mm，高15mm的圆柱体。切取过程中不宜使试样的温度过于升高，以免引起金属组织的变化，影响分析结果。镶样：当试样尺寸太小时，直接用手磨制很困难，用试样镶嵌机把试样镶嵌在胶木粉中。磨制：分为粗磨和细磨两道工序。粗磨：粗磨的目的是为了获得一个平整的表面。通常在砂轮机上进行，但在磨制时应主意：试样对砂轮的压力不宜过大，否则会在试样表面形成很深的磨痕，增加精磨和抛光的难度；要随时用水冷却试样，以免受热引起组织变化；试样边缘的棱角若无保存表要，可先行磨圆（倒角），以免在细磨及抛光时撕破砂纸或抛光布，甚至造成试样从抛光机上飞出伤人。细磨：经粗磨后试样表面虽较平整，但仍还存在有较深的磨痕。细磨的目的就是为了消除这些磨痕，以得到平整而光滑的磨面，为下一步的抛光做好准备。细磨是在一套粗细程度不同的金相砂纸上，由粗到细一次顺序进行的。细磨时将砂纸贴在带有旋转圆盘的预磨机上，手指紧握试样，并使磨面朝下，均匀用力向下压在砂纸上。每更换一号砂纸时，须将试样的研磨方向调转90度。抛光：抛光的目的是去除细磨时遗留下来的细微磨痕而获得光亮的镜面，制备时采用机械抛光，在专用的抛光机上进行。抛光机主要由电动机和抛光圆盘组成，抛光圆盘转速为300~500转/分。抛光盘上铺以细帆布、呢绒、丝绸等。抛光时在抛光盘上不断滴注抛光液。抛光液通常采用A1203、Mg0或Cr203等细粉末（粒度约为0.3~1um）在水中的悬浮液。机械抛光就是靠极细的抛光粉与磨面间产生相对磨削和滚压作用来消除磨痕的。操作时将试样磨面均匀地在旋转的抛光盘上，并沿盘的边缘到中心不断作径向往复运动。抛光时间一般为3~5分钟。抛光结束后，试样表面看不出任何磨痕而呈光亮的镜面。页眉5/7浸蚀：经抛光后的试样若直接放在显微镜下观察，只能看到一片亮光，除某些非金属夹杂物（如MnS及石墨等）外，无法辨别出各种组成物及其形态特征。必须使用浸蚀剂对试样表面进行“浸蚀”，才能清楚地显示出显微组织的真是情况。钢铁材料最常用的浸蚀剂为3~4%硝酸酒精溶液。浸蚀的方法是将试样磨面浸入浸蚀剂中，活用棉花沾上浸蚀剂擦拭表面。浸蚀时间要适当，一般试样磨面发暗时就可停止，如果浸蚀不足可重复浸蚀。浸蚀完毕后立即用清水冲洗，接着用酒精冲洗，最后用吹风机吹干。这样制的金相试样即可在显微镜下进行观察和分析研究。3.试述不同的回火温度（高温，中温，低温）对材料硬度的影响是怎样的？答：回火（tempering）是使淬火组织向平衡状态转变的一种热处理工艺。回火温度越高，材料越快能达到该回火温度的平衡状态。通常随着回火温度的升高，硬度和强度降低，延性或韧性逐渐增高。一般回火分为高温，中温和低温回火三种。（1）低温回火：低温回火得到马氏体，保留了高的硬度及耐磨性，但是应力大。工件在150~250℃进行的回火。目的是保持淬火工件高的硬度和耐磨性，降低淬火残留应力和脆性。回火后得到回火马氏体，指淬火马氏体低温回火时得到的组织。力学性能：58～64HRC，高的硬度和耐磨性。应用范围：刃具、量具、模具、滚动轴承、渗碳及表面淬火的零件等。（2）中温回火：中温回火的工件硬度适中，具有较好的弹性，仍存在很大的应力。工件在350～500℃之间进行的回火。目的是得到较高的弹性和屈服点，适当的韧性。回火后得到回火托氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着极其细小球状碳化物（或渗碳体）的复相组织。力学性能：35～50HRC，较高的弹性极限、屈服点和一定的韧性。应用范围：弹簧、锻模、冲击工具等。（3）高温回火：高温回火能得到良好的综合机械性能，应力小，硬度偏低。工件在500℃以上进行的回火。目的是得到强度、塑性和韧性都较好的综合力学性能。回火后得到回火索氏体，指马氏体回火时形成的铁素体基体内分布着细小球状碳化物（包括渗碳体）的复相组织。力学性能：200～350HBS，较好的综合力学性能。应用范围：广泛用于各种较重要的受力结构件，如连杆、螺栓、齿轮及轴类零件等。三、力学实验简答题1.低碳钢做拉伸实验时，测定哪些力学性能指标?答:(1)、屈服强度页眉6/7(2)、抗拉强度(3)、延伸率(4)、断面伸长率(5)、断后收缩率(6)、硬化系数(7)、硬化指数其中前三项为是拉伸试验最重要的指标。2.低碳钢拉伸实验时，如何计算它的延伸率？答:伸长率=(L1-L0)/L0X100%其中：L0是试件原始标距长度，L1是断裂试件拼合后标距长度~3.低碳钢压缩时会断裂吗？铸铁压缩时会断裂吗？并简述之。答:低碳钢压缩时不会断裂，铸铁压缩后会断裂。低碳钢压缩曲线也有明显的屈服点，但由于试样很短屈服阶段与拉伸相比短的多，进入强化阶段后塑性变形越来越大，因三向应力状态限制了端面附近的变形，因此试样的变形呈鼓形。随着变形的增长，承载面积、三向应力状态的影响越来越大，试样继续变形的抗力不断增长P-h曲线开始上翘，而且上翘程度越来越陡。最后，低碳钢只能压扁而不会发生断裂，因此低碳钢压缩时只有屈服极限sc而没有强度极限。铸铁受压时不存在拉应力的影响，随着载荷的增长，45°截面的最大剪应力能够不断增长，因而产生明显的塑性变形，使压缩曲线与拉伸曲线相比明显变弯。试样变形后呈