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机械制造技术基础(作业拟定答案)
2-2 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：三个变形区的特点：第一变形区为塑性变形区，或称基本变形区，其变形量最大，常用它来说明切削过程的变形情况；第二变形区为摩擦变形区，切屑形成后与前面之间存在压力，所以沿前面流出时必然有很大摩擦，因而使切屑底层又产生一次塑性变形；第三变形区发生在工件已加工表面与后面接触的区域，已加工表面受到切削刃钝圆部分与后刀面的挤压和摩擦产生变形。

关联：这三个变形区汇集在切削刃附近，应力集中且复杂；它们实质上都是因为挤压和摩擦产生变形，第一变形区主要由挤压沿剪切线产生剪切变形，第二变形区主要由挤压和摩擦产生切屑的变形，第三变形区主要由挤压和摩擦产生加工表面变形。

2-3 分析积屑瘤产生的原因及其对加工的影响，生产中最有效的控制积屑瘤的手段是什么？
答：积屑瘤产生的原因：在切削速度不高又能形成连续切削的情况下，加工塑性材料时，刀面和切屑表面由于挤压和摩擦使得接触表面成为新鲜表面，少量切屑金属粘结在前刀面上，产生了冷焊，并形成加工硬化和瘤核。

瘤核逐渐长大形成积屑瘤。

对加工的影响：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角度增大，有利于减小切削力；积屑瘤伸出刀刃之外，使得切削厚度增加，降低了工件的加工表面精度并使加工表面粗糙度增加。

生产中控制积屑瘤的手段：在粗加工中，可以采用中低速切削加以利用，保护刀具。

在精加工中应避免采用中低速从而控制积屑瘤的产生，同时还可以增大刀具前角，降低切削力，或采用好的切削液。

2-7 车削时切削合力为什么常分解为三个互相垂直的分力来分析？试说明这三
个分力的作用？
答：分解成三个互相垂直力的原因：切削合力的方向在空间中是不固定的，与切削运动中的三个运动方向均不重合，而切削力又是设计和性能分析的一个重要参数。

为了便于分析和实际应用，将切削力沿车削时的三个运动方向分解成三个力。

三个切削运动分别为：主运动(切削速度)、进给运动(进给量)、切深运动(背吃刀量)。

三个运动的方向在车削时是互相垂直的，所以车削时将切削力分解成沿三个运动方向、互相垂直的力。

三个分力的作用：
z F ：切削力或切向力。

它是计算车刀强度、设计机床主轴系统、确定机床功率
所必须的。

x F ：进给力、轴向力。

它是设计进给机构，计算车刀进给功率所必须的。

y F ：切深抗力或背向力。

它是计算工件挠度、机床零件和车刀强度的依据。

工
件在切削过程中产生的主动往往与y F 有关。

2-9切削热是如何产生和传出的？仅从切削热产生的多少能否说明切削区温度的
高低？
答：被切削的金属在刀具的作用下，发生弹性和塑性变形而耗功，这是切削热的
一个重要来源。

此外，切屑与前面、工件与后面之间的摩擦也要耗功，也产生大
量的热量。

所以，切削热的来源就是切屑变形功和前后面的摩擦功。

切削区域的
热量被切屑、工件、刀具和周围介质传出。

不能仅从切削热产生的多少来说明切削区温度的高低。

切削温度收到多方面的影
响：切削用量、刀具几何参数、工件材料、刀具磨损和切削液。

如材料的导热性
很好，但是强度硬度高，其切削热变多，但是由于导热性好所以切削温度有所降
低。

因此不能从切削热产生的多少来衡量切削温度。

2-11 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
用这一规律指导生产实践？
答：根据切削力的经验公式，
p
a 的系数大于f 的系数，因而背吃刀量对切削力的影响大于进给量；根据切削温度的经验公式，f 的系数大于p a 的系数，因而进给量对切削温度的影响大于背吃刀量。

指导生产实践：生产实践中常用刀具寿命、生产效率、加工质量作为考虑因素。

由于切削温度增加，刀具寿命降低，并且背吃刀量对刀具寿命的影响比进给量小，
这一点跟刀具寿命经验公式吻合。

而刀具寿命降低对产品加工质量也有很大影
响，因此在刀具寿命和加工质量这两方面，增大背吃刀量有优势。

而在切削力方
面，背吃刀量的影响比进给量大，对所需机床的功率有所影响。

提高生产率要通
过提高切削速度来实现。

综合考虑，在实际加工过程中，一般先考虑尽可能大的
背吃刀量，其次选尽可能大的进给量。

2-12 增大前角可以使切削温度降低的原因是什么？是不是前角越大切削温度越
低？
答：前角加大，变形和摩擦减小，因而切削热少。

但前角不能过大，否则刀头部
分散热体积减小，不利于切削温度的降低。

2-15 什么是刀具寿命？刀具寿命和磨钝标准有什么关系？磨钝标准确定后，刀
具寿命是否就确定了？为什么？
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，成为刀具寿
命。

确定了磨顿标准后可以定义刀具寿命。

但不能仅靠磨顿标准来确定刀具寿命。

因
为刀具寿命受到工件、刀具材料、刀具几何形状和切削参数的影响。

2-18 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：综合切削用量三要素对刀具寿命、生产率和加工质量的影响，选择切削用量
的顺序应为：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。

从刀具寿命出发，切削速度对刀具寿命影响最大，进给量次之，背吃刀量最小。

因此应选择较大的背吃刀量和进给量，选择较小的切削速度。

从机床动力出发，应保证有足够的切削力，因此较大的切削速度同时选择较小的
背吃刀量和进给量。

2-21 提高切削用量可采取哪些措施？
答：1. 采用新型刀具材料；
2.改善工件材料加工性；
3.改进刀具结构；
4.改善冷却润滑条件。

2-22 在CA6140车床上粗车、半精车一套筒的外圆，材料为45钢(调质)，抗拉
强度681.5b MPa σ=，硬度为200~300HBW ，毛坯尺寸80350w w d l mm mm ⨯=⨯，
车削后的尺寸为(750.25)d mm φ=-，340L mm =，表面粗糙度值均为 3.2Ra m μ。

试选择刀具类型、材料、结构、几何参数及切削用量。

答：
本题选择直头外圆车刀，刀片材料为硬质合金15YT ，结构为焊接刀具。

刀杆尺
寸为1625mm mm ⨯。

几何参数015γ=︒，08α=︒，75r k =︒，10r k '=︒，6s λ=︒，
1r mm ε=；
因表面粗糙度要求，故分粗车和半精车两道工序。

1、粗车工步
(1)确定背吃刀量p a ：单边加工余量为2.5mm ，粗车取12p a mm =，半精车取
20.5p a mm =。

(2)确定进给量f ：根据工件材料、刀杆截面尺寸、工件直径和背吃刀量，从表
中查出0.5~0.9/f mm r =。

按机床说明书中实有的进给量，取0.51/f mm r =
(3)确定切削速度：切削速度可通过v v v
v x y m p c v K T a f =计算，也可查表，本题查表取
110/min v m =
主轴转速10001000110438/min 3.1480
w v n m d π⨯===⨯ 按机床书说明书取450/min n r =，实际切削速度为113/min 1000w d n v m π=
=
2、半精工步
(1)确定背吃刀量p a ：20.5p a mm =。

(2)确定进给量f ：根据表面粗糙度和刃口圆角半径，并预估切削速度
50/min m >，从表中查出0.3~0.35/f mm r =。

按机床说明书中实有的进给量，
取0.3/f mm r =。

(3)根据p a 与f ，查表取130/min v m =。

计算主轴转速10001000130545/min 3.1476
w v n r d π⨯===⨯ 按说明书取560/min n r =，实际切削速度为134/min 1000w d n
v m π==
2-23 刀具材料应具备那些性能？常用的刀具材料有哪些？各有何优缺点？
答：刀具材料应满足以下基本要求：
1. 高的硬度；
2. 高的耐磨性；
3. 高的耐热性；
4. 足够的强度和韧性
5. 良好的热物理性能和耐热冲击性能。

常用的刀具材料：
1. 碳素工具钢和合金工具钢：碳素工具钢淬火后有较高的硬度，价格低廉，
但耐热性较差，淬火时容易产生变形和裂纹。

合金工具钢与其相比热处理
变形有所减少，耐热性也有所提高。

但两者的耐热性都比较差。

2. 高速钢：与前者相比，具有较高的耐热性，强度、韧性和工艺性都较好但
温度超过600摄氏度以后热硬性变差。

3. 硬质合金：耐磨耐热性好，强度和韧性比高速钢低，工艺性差。

4. 新型材料：陶瓷——硬度高，化学性能好，耐氧化，但强度低，韧性差；
立方氮化硼——硬度很高，具有很好的热稳定性；人造金刚石——高硬度，
很高的耐磨性，热稳定性差，不易加工钢铁件。

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