2014第二学期机械制造技术基础作业

2014-2015学年第二学期机械制造技术基础作业

1、何谓切削用量三要素怎样定义？如何计算？

答：切削用量三要素：切削速度 Vc 、进给量f 、背吃刀量ap ；

切削速度Vc ：主运动的速度，大多数切削加工的主运动采用回转运动。回旋体（刀具或工件）上

Kc = —

外圆或内孔某一点的切削速度计算公式如下： ：、迤! m/s 或m/min 式中

d ――工件或刀具上某一点的回转直径（mm ；

n ------ 工件或刀具的转速（r/s 或r/min ）。

进给量f :进给速度Vf 是单位时间的进给量，单位是 mm/s （mm/min ）。

进给量是工件或刀具每回转一周时两者沿进给运动方向的相对位移，单位是 mm/r 。

对于刨削、插削等主运动为往复直线运动的加工，虽然可以不规定进给速度却需要规定间歇进给量, 其单位为mm/d.st （毫米/双行程）。

对于铣刀、铰刀、拉刀、齿轮滚刀等多刃切削工具，在它们进行工作时，还应规定每一个刀齿的进 给量fz ，季后一个刀齿相对于前一个刀齿的进给量，单位是 mm/z （毫米/齿）。

Vf = f .n = fz . Z . n mm/s

背吃刀量ap:对于车削和刨削加工来说，背吃刀量 ap 为工件上已加工表面和待加工表面的垂直距

离，单位mm 。

dv^dn

即二 ~~

L mm

2、刀具标注角度参考系有哪几种？它们是由哪些参考平面构成？试给这些参考平面下定义?

答：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。 构成：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， 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。

定义：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 上的安装面对于钻孔工作 ap = dm

2 mm

上两式中 dm 为已加工表面直径 mm

dw 为待加工表面直径 mm 或 mm/min 外圆柱表面车削的切削深度可用下式计算:

（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。

3、刀具切削部分材料应具备哪些性能？为什么？

答：刀具切削材料应具备的性能：高的硬度和耐磨性；足够的强度和韧度；高的耐热性；

④良好的工艺性；⑤满足良好的经济性。

原因：在切削过程中，刀具直接切除工件上的余量并形成已加工表面。切削加工时，由于摩擦与变形，刀具承受了很大的压力和很高的温度，因此在选择刀具材料时应该要考虑材料的硬度、耐磨性、强度、韧度、耐热性、工艺性及经济性。刀具材料对金属切削的生产率、成本、质量有很大的影响，因此要重视刀具材料的正确选择和合理使用。

4、刀具材料与被加工材料应如何匹配？怎样根据工件材料的性质和切削条件正确选择刀具材料？答：如何匹配：加工工件与刀具之间力学性能的匹配：切削刀具与加工工件材质的力学性能匹配主要是指刀具与工件材质材料的强度、韧性及硬度等力学性能参数应相互匹配。

加工工件材质与刀具材料的物理性能匹配：切削刀具与加工对象的物埋性能匹配主要是指刀具与工件材料的熔点、弹性模量、导热系数、热膨胀系数相抗热冲击性能等物埋性能参数应相互匹配。

化学性能的匹配：刀具的磨损是机械磨损和化学磨损综合作用的结果。切削刀具与加工对象的化学性能匹配主要是指刀具与工件材料的化学亲和性、化学反应、扩散、粘着和溶解等化学性能参数

应相互匹配。选择刀具材料：不同力学性能的刀具（如高速钢刀具、硬质合金刀具和超硬刀具等）所适合加工的

工件材质有所不同。通常，刀具材料的硬度必须高。通常，刀具材料的硬度，刀具硬度一般要求在60 HRC以上。高硬度的工件材料必须用更高硬度的刀具来加工。

具有不同物埋性能的刀具（如高导热和低熔点的高速钢刀具、高熔点和低热胀的陶瓷刀具、高导热和低热胀的金刚石刀具等）所适合加工的工件材料有所不同。加工导热性差的工件时，应采用导热性较好的刀具，以使切削热可迅速传出而降低切削温度。金刚石的导热系数为硬质合金的1.5 ~9 倍，为铜的2~6倍，由于导热系数及热扩散率高，切削热容易散出，故刀具切削部分温度低。金刚石的热膨胀系数比硬质合金小几倍，约为高速钢的1/10，因此金刚石刀具不会产生很大的热变

形，这对尺寸精度要求很高的精密加工刀具来说尤为重要。立方氮化硼（CBN）的导热性虽不及金刚石，但却大大高于高速钢和硬质合金。随切削温度的提高，CBN刀具的导热系数逐渐增加，可使刀

尖处切削温度降低，减少刀具的扩散磨损并有利于高速精加工时加工精度的提高。CBN的耐热性可

达到1 400~1 500 C，比金刚石的耐热性（700~800 C）几乎高一倍。高速加工钢和铸铁等黑色金属时，最

高切削速度只能达到加工铝合金时的1/3~1/5 ，其原因是切削热易使刀尖发生热破损。在高速切削低导热性及高硬度材料（如钛合金和耐热镍基合金、高硬度合金钢等）时，易形成锯齿状切屑，而高速铣削过程中则会产生厚度变化的断续切屑，它们都会导致刀具内的热应力发生高频率的周期变化，从而加速刀具的磨损。

5、阐明金属切削形成过程的实质？哪些指标用来衡量切削层金属的变形程度？它们之间的相互

关系如何？它们是否真实的反映了切屑形成过程的物理本质？为什么？答：金属切削过程形成过程的实质：是如果忽略了摩擦、温度和应变速度的影响，金属切割过程如同压缩过程，切削层受刀具挤压后也会产生弹性变形、塑性变形、晶格剪切滑移直至破裂，最终完成切削，完成切削过程。

切削层金属的变形程度指标：相对滑移&、变形系数A h o

切削变形程度主要受到前角、剪切角的影响。如果增大前角和剪切角，使&和A h减小，则切削变

形减小。

4.只能近视地表示切削变形程度。因为A h主要从塑形压缩方面分析；而&主要从剪切变形考虑。

所以&和A h都只能近似地表示剪切变形程度。

6、试描述积屑瘤现象及成因。积屑瘤对切削过程有哪些影响？

答：在切削速度不高而又能形成连续切削，加工一般钢材或其他塑性材料，常在前刀面切削处粘着一块剖面呈三角状的硬块，称为积屑瘤。其硬度很高，为工件材料的2——3 倍，处于稳定状态时可代替刀尖进行切削。

成因：在中低速切削塑性金属材料时,刀—屑接触表面由于强烈的挤压和摩擦而成为新鲜表面, 两接触表面的金属原子产生强大的吸引力,使少量切屑金属粘结在前刀面上,产生了冷焊,并加工硬化, 形成瘤核。瘤核逐渐长大成为积屑瘤，且周期性地成长与脱落。

影响：积屑瘤粘结在前刀面上，减少了刀具的磨损；积屑瘤使刀具的实际工作前角大，有利于减小切削力；积屑瘤伸出刀刃之外，使切削厚度增加，降低了工件的加工精度；积屑瘤使工件已加工表面变得较为粗糙。由此可见：积屑瘤对粗加工有利，生产中应加以利用；而对精加工不利，应以避免。

7、分别说明切削速度、进给量及背吃刀量的改变对切削温度的影响？答：（1）切削速度v 的影响

随着切削速度的提高，切削温度将显著上升。这是因为：切屑沿前刀面流出时，切屑底层与前刀面发生强烈摩擦从而产生大量切削热；由于切削速度很高，在一个很短的时间内切屑底层的切削热来不及向切屑内部传导，而大量积聚在切屑底层，从而使切屑温度显著升高。另外，随着切削速度的提高，单位时间内的金属切除量成正比例地增加，消耗的功增大，切削热也会增大，故使切削温度上升。

（2）进给量f的影响

随着进给量的增大，单位时间内的金属切除量增多，切削热增多，使切削温度上升。但切削温度随进给量增大而升高的幅度不如切削速度那么显著。这是因为：单位切削力和单位切削功率随增大而减小，切除单位体积金属产生的热量减少了，同时增大后切屑变厚，切屑的热容量增大，由切屑带走的热量增多，故切削区的温度上