机械制造技术基础作业

机械制造技术基础作业

1.何为金属切削加工？

答：金属切削加工是利用刀具切去工件毛坯多余的金属层，以获得具有一定的几何精度和表面质量的机械零件的机械加工方法。

第二章 金属切削原理与刀具

2.切削运动可分哪两类，各有什么特点？

答：切削运动可分为主运动和进给运动两种。

①主运动，它是切除多余金属层所必需的最基本的活动。在切削运动中，主运动的速度最高，消耗的功率最大。主运动在切削过程中只能有一个。 ②进给运动，它是指使多余材料不断投入切削，从而加工出完整表面所需的运动。一般情况下，此运动的速度较低、消耗功率较小，是形成已加工表面的辅助运动。进给运动可以有一个或几个。

3.切削用量的主要参数有哪些，各自含义是什么？

答：主要参数包括切削速度、进给量和背吃刀量三要素。切削速度指切削加工时，刀具切削刃上选定点相对工件的主运动的速度。进给量指在主运动每转一转或每一行程时或单位时间内，刀具和工件之间在进给运动方向上的相对位移。背吃刀量指在垂直于主运动方向和进给运动方向的工作平面内测量的刀具切削刃和工件切削表面的接触长度。

4.试述车刀前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角的作用，并指出如何选择？

答:前角对切削的难易程度有很大的影响；后角是为了减小后刀面与工件之间的摩擦和减小后刀面的磨损；主偏角其大小影响切削条件、刀具寿命和切削分力大小等；副偏角的作用是为了减小副切削刃和副后刀面与工件已加工表面之间的摩擦，以防止切削时产生震动；刃倾角主要影响切削刃的强度和切屑的流出方向。前角的选择原则：①粗加工、断续切削、刀材强度韧性低、材强度硬度高，选较小的前角；②工材塑韧性大、系统刚性差，易振动或机床功率不足，选较大的前角；③成形刀具、自动线刀具取小前角；后角的选择原则：①粗加工、断续切削、工材强度硬度高，选较小后角, 已用大负前角应增加α0 ；②精加工取较大后角，保证表面质量；③成形、复杂、尺寸刀具取小后角；④系统刚性差，易振动，取较小后角；⑤工材塑性大取较大后角，脆材减小α0；主偏角的选择原则：①主要看系统刚性。若刚性好，不易变形和振动，κr取较小值；若刚性差（细长轴），κr取较大值；②考虑工件形状、切屑控制、减小冲击等，车台阶轴，取90 °；镗盲孔＞90 °；κr小切屑成长螺旋屑不易断较小κr，改善刀具切入条件，不易造成刀尖冲击；副偏角的选择原则：系统刚性好时，取较小值，系统刚性差时，取较大值；刃倾角的选择原则：①粗加工、有冲击、刀材脆、工材强度硬度高，λs取负值；②精加工、系统刚性差（细长轴），λs取正值；③微量极薄切削，取大正刃倾角。

5.车外圆时，车刀装得过高或过低、刀杆轴线偏左或偏右，刀具角度会发生哪些变化？什么情况下可以利用这些变化？

答;车刀装得过高时工作前角增大，工作后角减小；过低时工作前角减小，工作后角增大；刀偏左时车刀的工作主偏角减小，副偏角增大；刀偏右时车刀的工作主偏角增大，副偏角减小。

7.列举外圆车刀在不同参考系中的主要标准角度及其定义。

答：在正交平面参考系中的主要标准角度有前角、后角、主偏角、副偏角和刃倾角。前角是在正交平面内测量的前刀面与基面之间的夹角；后角是在正交平面内测量的主后刀面与切削平面之间的夹角；主偏角是在基面内测量的主切削刃在基面内的投影与进给方向的夹角；副偏角是在基面内测量的副切削刃在基面内的投影与进给方向的反方向的夹角；刃倾角是在切削平面内测量的主切削刃与基面之间的夹角。

8主偏角的大小对刀具耐用度和三个切削分力有何影响？当车削细长轴时，主偏角应选的较大还是较小？为什么？

答：对耐用度影响：主偏角越小,刀具耐用度越高,相对容易引起振动,（主要用于硬度高的工件）。 主偏角越大,刀具耐用度略低,相对切削轻快（主要用于细长轴和台阶轴）。对切削力影响：主偏角增大，Fx，Fy减小，Fz增大。切削细长轴会增大主偏角，轴向力增大，其他力较小，震动减小，相对切削轻快。

9试述刀具的标注角度与工作角度的区别。为什么横向切削时，进给量不能过大？

答：刀具的标注角度是指在刀具工作图中要标注出的几何角度，即在标注角度参考系中的几何角度。它是制造和刃磨刀具必须的，并在刀具设计图上予以标注的角度；以切削过程中实际的切削平面、基面和正交平面为参考平面所确定的刀具角度成为刀具的工作角度，又称实际角度。 因为横向切削时若进给量过大，即刀具背吃刀量过大，使得在切削时工件受挤压严重，甚至是挤断工件，从而影响工件加工质量，同时也降低刀具使用寿命。

10.试分析钻孔时的切削厚度、切削宽度及其进给量、被吃刀量的关系。

答：因为钻头有两对称切削刃，故有：

切削层公称宽度b： b=ap/ 2sinKr 公称厚度h ：h=2fsinKr 式中Kr为主偏角，f为进给量，ap为背吃刀量。

11.常用的刀具材料有哪些？各有什么特点？

答：常用刀具材料有工具钢，高速钢，硬质合金，陶瓷和超硬刀具材料。1.高速钢有较高的耐热性，有较高的强度，韧性和耐磨性。广泛用于制造中速切削及形状复杂的刀具。2.硬质合金的硬度，耐磨性，耐热性都很高。但抗弯性比高速钢低，冲击韧性差，切削时不能承受大的振动和冲击负荷。3.陶瓷刀具有很高的硬度和耐磨性，有很高的耐热性和化学稳定性，有较低的摩擦系数，可应用范围广。4.超硬材料刀具常用的有金刚石刀具和立方氮化硼。金刚石刀具不宜于切削铁及其合金工件。立方氮化硼是高速切削黑色金属的较理想刀具材料。

12.刀具的工作条件对刀具材料提出哪些性能要求，何者为主？

答：1，高的硬度和耐磨性，2足够的强度和韧性。3高的耐热性。4.更好的热物理性能和耐热冲击性能。在不同的工作条件下各有偏倚。

13.试述各类硬质合金的性能和适用范围。举例说明选用不同牌号时要考虑的问题

答 切削用硬质合金分为三类切削用硬质合金分为三类：1.P类。此类硬质合金硬度高，耐热性好，在切削韧性材料时的耐磨性较好，但韧性较差。一般适用于加

工钢件。2.K类。此类硬质合金的韧性较好，耐磨性较差。它适用于加工铸铁，有色金属及合金材料。也可用于加工高强度钢，耐热合金等难加工材料。3.M类。抗弯性能，疲劳强度，冲击韧性，高温硬度和强度，抗氧化能力和耐磨性等较好。既可用于加工铸铁，也可用于加工钢。

选用不同牌号要考虑其加工精度。如：加工钢件时YT5用于粗加工，YT30用于精加工。

14.按以下工件材料及切削条件合理选择刀具材料（供选刀具材料：YG3，YG8，YT5，YT30，W18Cr4V）,并说明理由。

①粗铣铸铁箱体平面。②精镗铸铁箱体孔。③齿轮加工的剃齿工序。④45钢棒料的粗加工。⑤精车40Cr工件外圆。

答：①选用YG8。此牌号类刀具常用于粗加工铸铁类工件。②选用YG3。此牌号类刀具常用于精加工铸铁类工件。③选用W18Cr4V。齿轮加工工具常用高速钢刀具。④选用YT5 。此牌号类刀具常用于粗加工钢件。⑤选用YT30。此牌号类刀具常用于精加工钢件。

15.切削过程的三个变形区各有何特点? 它们之间有什么关联？

答：第一变形区特征：沿滑移线的剪切变形，以及随之产生的加工硬化。第二变形区特征：使切削底层靠近前刀面处纤维化，流动速度减慢，甚至滞留在前刀面上；切屑弯曲；由摩擦产生的热量使切屑与刀具接触面温度升高。第三变形区特征：已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压与摩擦，产生变形和回弹，造成纤维化和加工硬化。这三个变形区相互关联、 相互影响、 相互渗透。

16.有哪些指标可用来衡量切削层的变形程度？它能否真实反映出切削过程的全部变形实质？他们之间有什么样的关系？

答：（1）、相对滑移ε；（2）、切削厚度压缩比Λh；（3）剪切角Φ。它们间的关系不大。

17.什么是积屑瘤？积屑瘤产生的条件是什么？如何抑制积屑瘤？

答：积屑瘤是在加工材料时，而在前刀面处黏着一块剖面有呈三角状的硬块。积屑瘤产生是由于冷焊产生，具体是切屑和前刀面在一定的温度与压力下产生黏结，这便是冷焊。防止积屑瘤产生的主要方法有：①降低切削速度，使切削温度降低，黏结不易产生。②增大切削速度，使切削温度提高，黏结不在产生。③采用润滑性能好的切削液。④增大刀具前角，以减小切屑与前角接触区的压力。⑤适当改变工件材料的加工特性，减小加工硬化倾向。

18.结合切削的形成分析切削力的来源？

答：切削时，刀具使被加工材料发生变形并成为切、切削所需的力，即为切削力，而根据切削变形分析知切削力的来源有两方面：①是切削层金属，切屑和工件表

面金属的弹性变形，塑性变形所以产生的抗力；②是刀具与切屑，工件表面间的摩擦阻力。

19.车削时切削力Fr为什么常分为三个相互垂直的分力？说明这三个分力的作用。

答：为了便于测量和应用，F可分解为相互垂直的Fx，Fy，Fz三个分力。 Fz——主切削力或切向力。它的方向与过渡表面相切并与基面垂直。Fz是计算车刀强度，设计机床零件，确定机床功率所必需的。 Fx——进给力，轴向力。它是处于基面内并与工件轴线平行与进给方向相反的力。Fx是设计进给机构，计算车刀进给功率所必需的。

Fy——背向力。它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。Fy用来确定与工件加工精度有关的工件挠度，计算机床零件和车刀强度。工件在切削过程中产生的振动往往与Fy有关。

20.影响切削力的因素有哪些，分析是如何影响的？

答：1）被加工材料的影响。

被加工材料强度越高，硬度越大，切削力就越大。但切削力的大小不单纯地受材料原始强度和硬度的影响，它还受到材料的加工硬化能力大小的影响。 化学成分会影响材料的物理力学性能，从而影响切削力的大小。 同一材料的热处理状态不同，金相组织不同也会影响切削力的大小。 铜，铝等金属强度低，虽塑性较大，但变形时的加工硬化小，因而切削力也较低。加工铸铁及其他脆性材料时，切削层的塑性变形很小，加工硬化小。此外，铸铁等脆性材料切削时，形成崩碎切屑，且集中在刀尖，切屑与前刀面的接触面积小，摩擦力也小。因此，加工铸铁时切削力比钢小。 2）切屑用量对切削力的影响

（1）背吃刀量ap增大，进给量f增大都会使切削面积Ac增大，从而使变形力增大，摩擦力增大，切削力也随之而增大。背吃刀量对主切屑力Fz的影响成正比关系，对于背向力Fy和进给力Fx的影响和对Fz相似，不过影响程度稍有不同。

切削力的增大与f不成正比。

（2）当v<50m/min时，由于积屑瘤的产生和消失，使车刀的实际前角增大或减小，导致了切削力的变化。当v>50m/min时，随着切削速度的增大，切削力减小。另一方面，切削速度v增高，切削温度也增高，使被加工金属的强度和硬度降低，也会导致切削力的降低。

3）刀具几何参数对切削力的影响

（1）前角每变化一度，主切削力约改变15%。 加工钢时，切削力随前角增大而减小。

加工脆性金属（铸铁，青铜等）时，由于切屑变形和加工硬化很小，所以前角对切削力的影响不显著。

（2）在正前角相同时，对有负倒棱的车刀，由于切削时变形比无负倒棱的大，所以切削力有所提高。

（3）主偏角对切削力的影响

a,对主切削力的影响。当切削面积不变时，主偏角增大，切削厚度也随之增大，切屑变厚，切削层的变形将减小，因而主切削力也随主偏角的增大而减小。但当主偏角增大到60度~75度之间时，主切削力又逐渐增大。

主偏角增大，副刃前角则随之减小，因此也增大了副刃上的切削力。

加工脆性材料时，由于塑性变形小，所以刀刃曲线部分长度的增加，对切削力无大影响。故切削力随主偏角的增加而减小。 b,Fy随主偏角增大而减小，Fx随它增大而增大。

（4）在背吃刀量，进给量和主偏角一定的情况下刀尖圆弧半径增大，切削刃曲线部分的长度和切削宽度也随之增大，但切削厚度减薄，曲线刃上各点的主偏角减小，切削变形增大，切削力增大。

（5）刃倾角在很大范围（-40度~40度）内变化均对主切削力没什么影响。但随之刃倾角的增大，Fy减小，Fx增大。

4）在同样的切削条件下，陶瓷刀的切削力最小，硬质合金次之，高速钢刀具的切削力最大。

5）切削液的润滑性能愈高，切削力的降低愈益显著。 6）刀具磨损增加时，作用在前后刀面的切削力也增大。

21.为什么要研究切削热的产生和传出？仅从切削热的产生多少能否说明切削区的温度？

答：大量的切削热使得切削温度升高，这将直接影响刀具前刀面上的摩擦系数，积削瘤的形成和消退，刀具的磨损，工件加工精度和已加工表面质量等，所以研究切削热和切削温度是分析工件加工质量和刀具寿命的重要内容。

切削区的切削温度的高低不仅与产生的切削热多少有关，还与由刀具、切屑、工件及周围介质传出的热量多少有关。所以，仅以切削热产生的多少不能决定切削区的温度。

22.背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响是否一样?为什么?如何运用这—规律指导生产实践?

答：背吃刀量增大，进给量增大都会使切削面积增大，从而使变形力增大，摩擦力增大，切削力也随之而增大。背吃刀量对主切削力的影响成正比关系，对于背向力和进给力的影响和对相似，不过影响程度稍有不同。 切削力的增大与进给量不成正比。 从切削刀具上的载荷和能量消耗来看，用大的进给量工作比用大的背吃刀量工作更为有利。

背吃刀量变化时，散热面积和产生的热量亦作相应变化，故背吃刀量对切削温度的影响很小。因此为了有效地控制切削温度以提高刀具寿命，在机床允许条件下，选用较大的背吃刀量和进给量，比选用大的切削速度跟有利。

23.增大前角可以使切削温度降低的原因是什么?是不是前角愈大，切削温度愈低?

答：前角加大，变形和摩擦减小，因而切削热减少。但前角不能过大，否则刀头部分的楔角减小使散热体积减小，不利于切削温度的降低。

24.刀具磨损的形态有哪几种？刀具正常磨损的原因有哪些？

答：刀具磨损的形态有前刀面磨损（月牙洼磨损），后刀面磨损，边界磨损，塑性破损，脆性破损。 刀具磨损的原因：

（1） 硬质点磨损（机械磨损或摩擦磨损） （2） 黏结磨损 （3） 扩散磨损

（4） 化学磨损（包括氧化磨损） （5） 热电磨损

25.什么叫刀具磨钝标准？刀具磨钝标准和那些因素有关？

答：刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。磨钝

标准与工件的加工质量、工件的切削加工性、加工条件和刀具类型有关。

26.什么叫刀具使用寿命？刀具使用寿命于哪些因素有关？

答：一把新刀从开始使用直至达到磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具寿

命。影响的因素有：切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具材料,其它因素。

27.何谓最高生产率耐用度和最低成本耐用度？粗加工和精加工可选

用的刀具耐用度是否相同？为什么？

答：最高生产率耐用度是以单位时间生产最多数量产品或加工每个零件所消耗的生产时间最少来指定的；最低成本耐用度是以每件产品或工序的加工费用最低为原则来指定的。

粗加工和精加工可选用的刀具耐用度不同，因为粗加工主要考虑效率问题，所用刀具制造简单，而精加工主要注重表面粗糙度等问题，所用刀具要求较高，所以前者用最高生产率耐用度，后者用最低成本耐用度。

28.选择切削用量的原则是什么？从刀具寿命出发时，按什么顺序选

择切削用量？从机床动力出发时，按什么顺序选择切削用量？为什么？

答：选择切削用量的原则是要综合考虑生产率、加工质量和加工成本。从刀具的寿命出发，首先选尽可能大的背吃刀量，其次选尽可能大的进给量，最后选尽可能大的切削速度。从机床的动力出发，首先选择尽可能大的切削速度，其次选尽可能大的进给量，最后选尽可能大的背吃刀量。

29.工件材料切削加工性的含义是什么？为什么说它是相对的？

答：工件材料切削加工性是指在一定的切削条件下，对工件材料进行切削加工的难易程度。因为切削加工的具体情况和要求不同，不同情况下的衡量指标也不相同，这就使得难易程度不同，所以说工件材料切削加工性是一个相对概念。

30.试述改善材料切削加工性的途径。

答：影响工件材料切削加工性的因素包含有物理力学性能、化学成份、金相组织以及加工条件等方面，生产实际中常考虑以下两方面：（1）调整材料的化学成分（2）采用热处理改善材料的切削加工性。