现代切削加工技术与刀具习题(第一部分答案)

（习题集答案）

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机械工程学院

2013年3月

模块一 切削加工理论及应用

第1章 切削加工理论

一、简答题

1. 写出车外圆、钻孔、拉孔、镗孔及铣削平面这几种加工方法的主运动和进给运动。 【答题要点】

2. 刀具角度有哪些作用？主偏角r κ与刃倾角s λ确定了刀具哪一结构的空间位置？ 【答题要点】

刀具角度作用：（1）确定刀刃和刀面在空间的位置及关系；（2）确定刀具的切削性能。主偏角r κ与刃倾角s λ确定了住切削刃的空间位置。

3. 在定义切削速度、刀具参考系和刀具角度时，为何要强调“切削刃上选定点”这一表达？ 【答题要点】

由于大多数刀具的切削刃是曲线，因此切削刃上不同点的位置、直径、切线不同，因此在定义切削速度、刀具参考系和刀具角度时，必须要强调切削刃上选定点。

4. 刀具法平面参考系和正交平面参考系有何异同？在法平面n P 和正交平面o P 内的前角和后角有何关系？什么情况下n P 与o P 重合？ 【答题要点】

法平面是垂直于切削刃上选定点的切线的平面，不一定垂直于基面，正交平面是垂直于切削刃上选定点的的切线在基面上投影线的平面，二者均垂直于切削平面。

法平面和正交平面内的前角和后角有关系：s o n cos tan tan λγγ=，s o n cos cot cot λαα=；当刃倾角s λ=0°时，n P 与o P 重合。 5. 刀具切削部分材料应具备哪些性能？ 【答题要点】

刀具切削部分应具备：（1）较高的硬度和耐磨性；（2）较高的强度和韧性；（3）较高的耐热性和化学稳定性；（4）较好的工艺性和经济性。 6. 下列牌号的刀具材料有何特性？适用于何种场合？

【答题要点】

（1）W9Mo3Cr4V ：热稳定性能高于M2；碳化物均匀性接近M2，良好的热塑性；脱碳倾向小于M2；耐用度较高；磨削加工性好。适合于制造比较精密的复杂刀具。

（2）YG6X ：属细颗粒合金，耐磨性优于 YG6，强度接近YG6。适合于铸铁、冷硬铸铁、合

金铸铁、耐热钢、合金钢的半精加工、精加工。

（3）W6Mo5Cr4V2Al (501)。铝高速钢是无钴高速钢，是在W6Mo5Cr4V2 的基础上增加铝、碳的含量，以提高钢的耐热性和耐磨性，并使其强度和韧性不降低。常温硬度7HRC ～69HRC ，具有良好的综合性能。因V 含量不高，可磨性良好，生产成本较低。

（4）YT15：耐磨性和红硬性较好，但抗冲击能力差。适用于碳钢、合金钢连续切削时的半精加工和精加工

7. 试根据切屑变形模型分析三个变形区的特征。

【答题要点】

第一变形区，位于始滑移面和终止滑移面之间，主要特点是产生剪切变形； 第二变形区发生于切屑底面和前刀面的接触处，主要特点是产生纤维化； 第三变形区发生于以加工表面上，主要特点是产生纤维化和加工硬化。

8. 切削塑性金属时，容易在前刀面上产生积屑瘤，切削速度对其有何影响？它对切削过程有何积极影响和消极影响， 【答题要点】

对每一种塑形金属，在其他条件不变的情况下，总存在一个εv ，当εv v c 时，不产生积屑瘤。积极影响：（1）代替刀刃切削，提高刀具耐用度；（2）增大刀具实际前角吧，减小切削变形，减小切削力；消极影响：（1）降低零件的尺寸精度；（2）使切削过程不稳定，降低已加工表面质量。

9. 简述影响切削变形的因素。 【答题要点】

分别从（1）工件材料；（2）切削速度；（3）切削厚度；（4）刀具前角四个方面阐述。 10. 试分析在常规切削速度条件下加工塑形金属时，切削用量三要素对切削力、切削温度、刀具耐用度的影响规律，这些规律对于生产实际有何指导意义？

【答题要点】

（1）切削用量三要素对切削力的影响规律：背吃刀量与进给量增大，切削力增大，但背吃刀量对切削力的影响更大。无积屑瘤的切削速度范围内，切削速速增大，切削力减小；有积屑瘤的切削速度的范围内，切削速度增大，切削力先减小后增大。对生产实践的指导意义：在工艺系统刚性不定的前提下，为了提高生产率，优先选用较大的进给量和较高的切削速度，选用较小的背吃刀量。

（2）切削用量三要素对切削温度和刀具磨损的影响规律：切削用量增大，切削温度均升高，刀具磨损均增大，影响程度为切削速度>进给量>背吃刀量。对生产实践的指导意义：在保证刀具耐用度的前提下，优先选用较大的切削用量，其次是进给量，然后再确定切削速度。 11. 以硬质合金刀具和高速钢刀具为例，分析影响刀具磨损的主要原因。

【答题要点】

影响刀具磨损的因素最主要的是切削温度，但对于高速钢和硬质合金又有不同。对于高速钢，低速切削时，以磨粒磨损为主，高速切削时，以粘接、扩散、化学磨损为主；对于硬质合金，低速切削时，容易发生破损，中速切削时，以粘接、扩散磨损为主，高速切削时，以发生塑形破裂为主。 12. 切削塑形金属时，有哪些切削类型？它们之间是怎样相互转换的？

【答题要点】

类型：带状切屑，挤裂（节状）切屑，单元切屑（粒状）。

普通切削条件下，通过增大背吃刀量、减小刀具前角和切削速度可以实现带状切屑向单元切屑的转变。高速切削时，增大切削速度，切屑均由带状切屑转化为单元切屑。

二、作图题

13.作图表示外圆车刀的几何角度：r κ=45°、'r κ=5°、o γ=15°、o α=15°、s λ=5°、'

o α=10°。 【答题要点】参考课本

14. 作图表示切断刀的几何角度：r κ=90°、'

r κ=2°、o γ=5°、o α=12°、s λ=0°。 【答题要点】参考课本

三、计算与综合

15. 车削直径为80mm ，长200mm 的棒料外圆，若选用p a =4mm ，f =0.5mm/r ，n =240r/min 。 （1）试计算切削速度c v 、切削机动时间m t 及材料切除率Q ; 【答题要点】

切削速度：min /32.601000

240

801000

m dn

v c =⨯⋅=

=ππ

机动时间：min 67.15

.0432.6010004

200801000=⨯⨯⨯⨯⨯⋅=

=

ππf

a v dlA

t p c m

材料去除率：min /12064032.605.0410*******

mm fv a Q c p =⨯⨯⨯==

（2）若使用车刀的主偏角为r κ=75°，试计算切削厚度D h 、切削宽度D b 及切削层公称面积D A 。 【答题要点】

切削厚度：r sin κf h D ==0.5sin75°=0.483（mm ） 切削宽度：r p sin /κa b D ==4/sin75°=4.141（mm ） 切削面积：p fa A D ==4×0.5=2（mm 2）

16. 已知用r κ=90°、'

r κ=2°、o γ=5°、o α=12°、s λ=0°的切断刀切断直径为50mm 的棒料。 （1）若切削刃安装时高于中心0.2mm ，不考虑进给运动的影响，试计算切断后，工件端面留下的

剪断心柱直径； 【答题要点】

在车床上进行切断加工时，若切削刃安装高于工件中心，加工过程中会使工作后角减小，若减