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從零開始學機械2018.7.141.金屬拉伸試驗，整個過程解釋.并描述其原理。 暫以低碳鋼桿件為試驗材料解：在鋼桿兩端緩慢施加載荷，使鋼桿工作部分受軸向拉力，引起鋼桿沿軸向伸長直至拉斷為止。（桿件在拉伸試驗時，宏觀上可以看到桿件逐漸被均勻拉長，然后在某一界面處變細，直到在該處斷裂。述過程一般可分解為6個階段1.彈性變形oa：桿件變形是彈性的，載荷與伸長量呈正比例直線關系，如果卸除拉力，則桿件的伸長變形會消失，恢復到原來的樣子。2.滯彈性變形ab：此時的變形仍然是彈性的，此階段很短一般不易觀察到。3.屈服前微塑性變形bc：此時開始出現(xiàn)連續(xù)均勻地微小塑性變形，這種變形在卸除拉力后也不會完全消失，這階段也很短不易與滯彈性變形準確區(qū)分。4.屈服變形cde：此時，桿件受拉伸外力的作用產生較大塑性變形，這種拉力不增加而變形仍能繼續(xù)增加的現(xiàn)象，可以看作是金屬材料從彈性變形到塑性變形的一個明顯標志。5.均勻塑性變形ef：過了屈服點，必須進一步增大載荷，才能使桿件繼續(xù)被拉長，這一階段，隨著桿件變形量的增加，其材料本身也會被不斷強化，直到達到強度極限，這現(xiàn)象叫應變硬化。6.局部塑性變形fg：在拉力的繼續(xù)作用下，應變硬化趕不上變形量，此時會在某個截面產生大量局部變形，使該截面積快速縮小，產生了縮頸現(xiàn)象，此時雖然外力不斷下降，但縮頸部位面積迅速減小，因此縮頸處的實際應力仍在不斷增長，縮頸部位的材料繼續(xù)被拉長，直至拉斷。出現(xiàn)此變形的開始點f所對應的力為Fm，是拉伸過程所能承受的最大外力。2.金屬斷裂和應力有什么關系？解：金屬材料有一定的抗拉強度，在桿件某一截面受到的應力超過抗拉強度，達到斷裂點，就會產生斷裂。3.受力大，金屬一定會斷裂嗎？在什么情況下會斷裂？解：受力大并不一定會使金屬斷裂，只有受力超過強度極限，達到斷裂點金屬才會斷裂。4.避免金屬零件斷裂有哪幾種方法？（至少回答5種以上）解：1.首先思考機械的承載能力，選擇適合的金屬材料制造合適的零件。 2.考慮作用在材料上的力（同樣的橫截面，載荷作用于縱向時抗彎折能力更強。） 3.從材料形狀及重量思考，采用中空的環(huán)狀梁不僅減輕重量，雖然橫截面積減少，但可以保證其強度指標。4.避免金屬零件有切口裂紋或小孔存在，不然，應力會集中在這些地方，使其容易斷裂。5.盡量避免應力集中。6.盡量避免其承受集中載荷，若不是必須，可使其盡量承受均布載荷。7.對金屬零件進行表面強化，如淬火，噴丸，滲，鍍等。8.減少金屬零件內部缺陷。9.采用金屬基體復合材料10.調整合適的使用時限 5.什么是復合材料？舉出5個復合材料的例子，并解釋該例子中為什么使用復合材料，有哪些好處？解：復合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質不同的物質組合而成的一種多相固體材料，使各種材料在性能上互相取長補短，產生協(xié)同效應，使其綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。 基體材料分為金屬和非金屬兩大類。復合材料=基體材料+增強材料金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、石墨、橡膠、陶瓷、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、石棉纖維、碳化硅纖維、晶須、金屬絲和硬質顆粒等。復合材料的特征：1.材料結構的可設計性 2.機構整體性能好3.抗疲勞性能好4.破壞安全性好5.成型工藝簡單靈活復合材料的性能不足之處：1.橫向拉伸強度和層間剪切強度低 2.斷裂伸長率低，沖擊韌性有時不好 3.制造時產品性能不穩(wěn)定，分散性大， 質檢困難。 4.老化性能不好 5.機械連接困難 6.成本太高實例：1.下水道井蓋1.自重輕，玻璃鋼井蓋僅為鐵蓋的1/4，使用啟閉輕便靈活。2.強度高，抗沖擊、振動、疲勞、斷裂性能優(yōu)于鋼、鐵等材料，用作承力結構的井蓋，強度安全條件比鐵井蓋更易滿足。4.防盜失，玻璃鋼產品無廢品回收利用價值，用作井蓋可避免鋼鐵井蓋常被偷盜作廢品賣的隱患，從而預防井蓋盜失造成人、車掉入或卡在井內的交通事故，減少業(yè)主的經(jīng)濟損失和事故責任。5.耐腐蝕，玻璃鋼材料天然耐腐蝕，用作酸、堿、鹽、污水等腐蝕介質環(huán)境的井蓋，具有技術、經(jīng)濟競爭優(yōu)勢2.汽車可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成形，故可用于制造汽車車身、受力構件、傳動軸、發(fā)動機架及其內部構件。3. 化工、紡織和機械制造有良好耐蝕性的碳纖維與樹脂基體復合而成的材料，可用于制造化工設備、紡織機、造紙機、復印機、高速機床、精密儀器等。4. 醫(yī)學領域碳纖維復合材料具有優(yōu)異的力學性能和不吸收X射線特性，可用于制造醫(yī)用X光機和矯形支架等。碳纖維復合材料還具有生物組織相容性和血液相容性，生物環(huán)境下穩(wěn)定性好，也用作生物醫(yī)學材料。5. 航空航天領域復合材料熱穩(wěn)定性好，比強度、比剛度高，可用于制造飛機機翼和前機身、衛(wèi)星天線及其支撐結構、太陽能電池翼和外殼、大型運載火箭的殼體、發(fā)動機殼體、航天飛機結構件等。6.強度有幾種？硬度和強度有關系嗎？硬度高的物體，強度一定高嗎？解： 首先，材料機械零件和構件抵抗外力而不失效的能力叫做強度。 強度包括材料強度和結構強度兩方面。 材料強度 材料強度是指材料在不同影響因素下的各種力學性能指標，影響因素包括材料的化學成分、加工工藝、熱處理制度、應力狀態(tài)、載荷性質、加載速率、溫度和介質等。 按材料性質又分為脆性材料強度、塑性材料強度、帶裂紋材料強度。 按載荷性質，材料強度又分為靜強度、沖擊強度、疲勞強度。 按環(huán)境條件，材料強度又可分為高溫強度、低溫強度和腐蝕強度等。高溫強度又可分為蠕變強度和持久強度。結構強度 結構強度是指機械零件和構件的強度。涉及力學模型簡化、應力分析方法、材料強度，強度準則和安全系數(shù)。 金屬材料在外力作用下抵抗永久變形和斷裂的能力稱為強度。 根據(jù)受力種類的不同又可分為1. 抗壓強度材料承受壓力的能力2. 抗拉強度材料承受拉力的能力、3. 抗彎強度材料對致彎能力的承受能力4. 抗剪強度材料承受剪切力的能力5. 屈服強度材料發(fā)生屈服現(xiàn)象時的屈服極限強度和硬度是本質上不同的概念。金屬材料的各種硬度值之間，硬度值與強度值之間具有近似的相應關系。因為硬度值是由起始塑性變形抗力和繼續(xù)塑性變形抗力決定的，材料的強度越高，塑性變形抗力越高，硬度值也就越高。但各種材料的換算關系并不一致。如玻璃等硬而脆的物質雖然硬度大（變形與外力之比?。┑珡姸刃。ㄔ跀嗔阎澳艹惺艿目偼饬π。?.有哪些加工方法？能理解并解釋其原理。解：零件都是具有一定形狀和性能的，是材料從不是所需要的外形和性能，變?yōu)樗枰男螤詈托阅?，這一過程通常稱之為材料成型。材料成型方法有鑄造、焊接、鍛造和沖壓等。機械加工也是方法之一。按照零件由原材料或毛胚制造成為零件的過程中質量的變化可以分為以下三種原理。質量小于零-材料去除原理（如雕刻，削蘋果等）質量等于零-材料基本不變原理（注塑，壓鑄等）質量大于零-材料累加成型原理（快速成型，焊接技術等）不同原理采用不同的成型工藝方法。機械制造可分為手工加工和機器加工兩大類。手工加工又可分為劃線工序、定心工序、切斷加工、彎曲加工、銼削加工、鉆孔加工、螺紋加工等。1. 劃線工序：為了精確標記剪斷位置，使用記號筆或被稱為藍色清漆的專用顏料在工件的劃線部位涂上顏料，然后用劃針在涂層位置劃出淺痕，這就非常清楚地標明了剪斷位置，畫圓時，則需要只用劃線專用的劃規(guī)。2. 定心工序：為了使鉆頭刀箭對準所需位置，需要預先打好樣沖眼。（如果斷面為正方形或長方形的棒料，則只需要用劃針劃出對角線，在其兩線交點處預先打好樣沖眼即可。）要想在斷面為圓形的棒料的中心處打出樣沖眼，需要使用劃針盤，并配有90度V形槽的V形鐵和劃針，將要劃線的圓棒料放入V形鐵的槽內，平行移動劃針槽內的劃針，并使工件數(shù)次旋轉，進行劃線操作。（劃線平臺必須獲得平面基準保證）劃線工作完成后，就用具有兩面鉗口的虎鉗夾緊工件，在標記位置放好中心沖，用榔頭敲打中心沖，沖出樣沖眼。3. 切斷加工：厚重工件可使用弓形鋸進行切斷。（使用弓形鋸的方法雙手握緊，重要的是鋸切過程要施加壓力。鋸切工件時不僅僅是用腕力，而是收緊雙腋，利用身體移動的重心進行鋸切加工，另外，隨著鋸切深度加大，鋸切接觸面積變大時，應改變鋸切角度，以減少鋸切接觸面積。）若想將薄金屬板直線狀剪斷時，應使用剪板機，腳踏式剪板機是將工件夾在適當位置利用腳踏踏板開關進行剪斷，如果鋼板太厚，即使剪斷也會使切口發(fā)生變形。因此要選擇，適宜的的厚度。4. 彎曲加工：某些工件可使用適當大小的圓板，經(jīng)過榔頭敲擊就能使工件光滑的彎曲。再板的彎曲加工中，若板材比較薄，則可使用長木塊敲擊金屬薄板即可完成加工。若金屬工件較厚則需要使用液壓彎曲機，將工件夾在液壓彎曲機的V形槽中，進行彎曲加工。若彎曲中空的管時，有時斷面形狀會發(fā)生畸變，這時可采取再管內灌入沙子緩慢彎曲等措施。5. 銼削加工：手工作業(yè)中，必不可少的是使用鋼制銼刀來去除工件表面的凹凸不平，或銼去工件切斷后留下的毛刺等。鋼制銼刀按銼齒的大小分為粗齒銼、中齒銼、細齒銼及油光銼等，按斷面形狀分為平銼、方銼、圓銼、半圓銼、三角銼等不同類型。進行銼削加工時首先使用虎鉗牢固的固定住工件，鋼銼刀的使用方法與弓形鋸一致，雙手握緊鋼銼，擺動整個身體，一邊施加壓力一邊進行銼削加工。6. 鉆孔加工：在塑料或木材上鉆孔，只需使用手動鉆頭即可，若想在金屬工件上鉆孔，則需使用電鉆，為確定加工的準確位置，需要將工件固定在支撐臺上進行加工。在進行精度要求高的鉆孔加工時，采用使加工臺與鉆頭在桌子上成為一體的臺式鉆床，其鉆頭在旋轉的同時，通過上下的進給運動，在工件上完成鉆孔加工。另外，為了使鉆頭鉆出的孔表面光滑且尺寸進度高，需要使用在圓筒形或圓錐形的本體上帶有幾條刀刃的鉸孔刀，用鉸孔刀替換手搖鉆或臺式鉆床的鉆頭，就能進行鉸孔加工。7. 螺紋加工：是指在工件上加工內螺紋或外螺紋的方法，外螺紋使用板牙進行套螺紋，內螺紋使用絲錐進行攻螺紋。板牙套螺紋加工要事先準備好與工件直徑相匹配的板牙，加工時，一邊將板牙壓向工件，一邊旋轉，這樣就能套出螺紋。攻螺紋加工需要準備與工件內圓孔徑相匹配的絲錐。絲錐通常由三只組成一套，分為頭錐、二錐及精準錐，適當?shù)慕粨Q就能攻出螺紋。另外為了攻螺紋，需要事先在工件上鉆出螺紋底孔。螺紋底孔直徑是由所需螺紋直徑乘以0.800.85獲得。例如，用絲錐加工直徑為6mm的螺孔時，應選擇直徑為5mm的螺紋底孔。機器加工1. 車削：工件旋轉作主運動，車刀作進給運動的切削加工方法。主要使用車床進行加工。在車床上還可使用鉆頭、鉸刀、絲錐、板牙等工具進行相應加工。主要用于加工軸、盤、套、和其他具有回轉表面的工件。其特點是1易于保證工件各加工面的的位置精度。2切削過程平穩(wěn)，允許采用較大的切削用量，高速切削，提高生產率。3適用于有色金屬零件的精加工。4刀具簡單，車刀制造、刃磨和安裝均較方便。2. 銑削：銑刀旋轉做主運動。工件或銑刀做進給運動的切削加工方法。工件也可固定，由銑刀同時作主運動和進給運動。銑削的特點1銑刀各刀齒周期性的參與間斷切削。2每個刀齒在切削過程中的切削厚度是變化的。3每齒進給量（毫米/齒），表示銑刀每轉過一個刀齒的時間內工件的相對位移量。銑削又分順銑與逆銑，在加工中，銑刀旋轉方向一般不變，但進給方向是變化的。順銑/逆銑銑刀與工件接觸部位的旋轉方向與工件進給方向相同/相反。順銑特點順銑時，銑刀刀刃的切削厚度由最大到零，不存在滑行現(xiàn)象，刀具磨損較小，工件冷硬程度較輕。切削時震動大，但表面光潔，適合精加工。逆銑特點逆銑時銑刀刀刃不能立刻切入工件，而是在工件加工表面滑行一段距離。刀具磨損加劇，工件表面產生冷硬現(xiàn)象，切削平穩(wěn)，振動小。表面粗糙度較差，適合粗加工。1.機床精度好、剛性好、精加工，較適應順銑，反之則適應逆銑。2.零件內拐角處精加工強烈建議要用順銑3.粗加工選逆銑，精加工選順銑。3. 刨削：刨刀與工件作水平方向相對直線往復運動的切削加工方法。主運動滑枕帶動刨刀的直線往復運動。進給運動工作臺帶動工件的橫向間歇直線運動。刨削的特點1.刨床結構簡單，使用方便，通用性好。2.其主運動為直線往復運動，反向時受慣性力影響，限制速度的提高。而且刨刀為單刃刀具，返程時又為空行程，生產率低。4. 鉆削：鉆削是用鉆頭或擴孔鉆在工件上加工孔的方法。在鉆床上加工，工件固定不動，刀具作旋轉運動（主運動）的同時沿軸向移動（進給運動）。鉆床主要類型有臺式鉆床、立式鉆床、搖臂鉆床等。1.臺式鉆床簡稱臺鉆。鉆削中、小型工件上小孔。2mm、6mm、12mm、16mm、20mm、單件小批量生產。2.立式鉆床加工中小型工件，用于單件小批量生產。3.搖臂鉆床在大型工件上鉆孔，工件不動，鉆床主軸能任意調整其位置?？杉庸ぃㄣ@孔、擴孔、鉸孔、攻螺紋、锪沉頭孔、锪端面）。5. 鏜削：也叫鏜孔，是車削加工的一種，車削內孔的加工工藝叫鏜孔。分為一般鏜孔和深孔鏜孔，一般鏜孔在普通車床就可以，把鏜刀固定在車床尾座或固定在小刀架上。深孔鏜孔則需要專用的深孔鉆鏜床，鏜刀要加上鏜稈，還要加上液壓泵站利用冷卻把鐵屑排除。6. 磨削：磨具以較高的線速度旋轉，對工件表面進行加工的方法。經(jīng)熱處理淬火的碳素工具鋼和滲碳淬火鋼零件，在磨削時，與磨削方向基本垂直的表面常常會出現(xiàn)磨削裂紋，不但影響美觀，更影響質量。磨削通常用于半精加工或精加工。7. 齒面加工：成形法用與被切齒輪齒槽法向截面形狀相符的成形刀具切出齒形。展成法（包絡法、范成法）：利用齒輪刀具與被切齒輪的嚙合運動，在專用齒輪加工機床上切出齒形的一種方法。加工方法1.銑削直齒圓柱齒輪，其特點是生產成本低、加工精度低、生產率低。2.插齒法，（展成法）插齒運動插齒刀上下往復運動作主運動，強制插齒刀與齒輪坯之間保持一對齒輪的嚙合關系作分齒運動。徑向進給運動-切出齒深。圓周進給運動-插齒刀的旋轉運動。讓刀運動-防止擦傷。內孔和端面適合大批量生產，外圓和端面適合單件小批生產。插齒法適用于內外直齒圓柱齒輪、間距小的雙聯(lián)和多聯(lián)齒輪、內外螺旋齒輪。3.滾齒法滾齒機與齒輪滾刀。齒輪滾刀相當于一個右旋螺旋齒輪。輪齒原理展成法。滾齒運動1.主運動：滾刀旋轉。2.分齒運動：n工/n刀=K/Z。3.垂直進給運動：切出整個齒寬。4.徑向進給運動；切出整個齒深。8.電火花成形加工：利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產生的電蝕作用蝕除導電材料的特種加工方法，又稱放電加工或電蝕加工。9.線切割加工：線切割是電火花加工的另外一種形式，也叫電火花線切割。但是線切割使用的電極是導線，通過電極絲與工件發(fā)生脈沖放電，對工件進行切割。電極線一般為，鉬絲，鎢絲或銅絲。10.電解加工：利用金屬在電解液中產生陽極溶解的電化學原理，對工件進行程序加工的方法。特點1.工作電壓?。?24v），工作電流大（50020000A）2.能以簡單進給運動一次加工出形狀復雜的型面或型腔。3.可加工難加工材料。4.生產效率高，約為電火花加工的510倍。5.加工時無機械切削力或切削熱，適用于易變形或薄壁零件的加工。6.平均加工公差可達+-0.1mm左右。7.附屬設備多，占地面積大，造價高。8.電解液既腐蝕機床，又污染化境。主要用于加工型孔、型腔、復雜型面、小直徑深孔、膛線以及進行去毛刺、刻印等。11.激光加工：通過光學系統(tǒng)使激光聚焦成一個極小的光斑，從而獲得極高的能量密度和極高溫度。在此高溫下，任何堅硬的材料都將瞬時急劇熔化和蒸發(fā)，并產生強烈的沖擊波，使熔化的物質爆炸式的噴射去除。激光加工特點1.幾乎對所有金屬和非金屬材料都可進行加工。2.激光能聚焦成極小的光斑，可進行微細和精密加工，如微細窄縫和微型孔的加工。3.可用反射鏡將激光束送往遠離激光器的隔離室或其他地點進行加工。4.加工時無需刀具，屬于非接觸加工，無機械加工變形。5.無需加工工具和特殊環(huán)境，便于自動控制連續(xù)加工，加工效率高，加工變形和熱變形小。12.超聲波加工：利用超聲頻振動的工具端面沖擊工作液中的懸浮磨粒，由磨粒對工件表面撞擊拋磨實現(xiàn)對工件的加工。超聲波加工適宜加工各種硬脆材料，特別是電火花和電解加工無法加工的不導電材料和半導體材料。8. 加工一個圓孔有幾種方法？請舉出至少5種不同的加工方法。解：鉆孔、鉸孔、磨孔、拉孔、鏜孔、擴孔、锪孔等。 1.鉆孔是孔的粗加工方法，對于精度要求不高的孔，如螺栓的貫穿孔、油孔以及螺紋底孔，可直接采用鉆孔。 2.擴孔是孔的半精加工方法，為減小鉆削力及扭矩，提高孔的質量，一般用鉆頭鉆出底孔，再用擴孔鉆進行擴孔，則可較好的保證孔的精度和控制表面粗糙度，且生產率比直接用大鉆頭一次鉆出時還要高。 3.鉸孔的鉸削過程不完全是一個切削過程，而是包括切削、刮削、擠壓、熨平和摩擦等效應的一個綜合作用過程。鉸孔是孔的精加工方法，鉸刀是定尺寸刀具，切削液在鉸削過程中起著重要作用。 4.鏜孔可針對不同孔徑的孔進行粗、半精、和精加工，并且可以修正前工序造成的孔軸線的彎曲、偏斜等形狀位置誤差。 5.拉孔拉削生產率高，精度高，質量穩(wěn)定，拉削成本低，經(jīng)濟效益高，拉刀是定尺寸、高精度、高生產率專用刀具，制造成本很高，所以拉削加工只適用于批量生產，最好是大批量生產，一般不宜用于單件小批量生產。 6.磨孔，磨削是零件精加工的主要方法之一，可加工較硬的金屬材料和非金屬材料，如淬火鋼、硬質合金和陶瓷等。內圓磨削表面會略顯粗糙，生產率低，磨削接觸面積較大，砂輪容易堵塞，散熱和切削液沖刷困難。因此內孔磨削一般僅適用于淬硬工件的精加工，在單件、小批生產中和在大批量生產中都有應用。9.什么是螺紋?請舉出至少10個應用螺紋的例子。解：螺紋是指在零件的圓柱或圓錐表面上，按一定的牙形加工成螺旋形的凸峰和凹谷相間的結構。在外圓面上的叫外螺紋，在內圓面上的叫內螺紋，一般外螺紋叫螺栓，內螺紋叫螺母。螺紋是由一個與軸線共面的平面圖形三角形、梯形、繞圓柱面作螺旋運動則得到圓柱螺旋體，也就是螺紋。例：1.飲料瓶口 2.飲料瓶蓋 3.管道連接口 4.螺絲釘 5.螺母 6.盤山公路 7.手擰固體膠棒 8.燈泡和燈頭 9.水龍頭 10.老式手電筒 11.紅酒開瓶器 12.旋轉筆帽 13.門口放的自動擰干拖把 14.活動扳手10.如何加工或制造有螺紋的零部件？至少舉出5種不同的方法（提示：除了常規(guī)方法，還有鑄造，增材制造等方法）解：1.車削車