“金属切削原理”模拟试题参考答案

“金属切削原理”模拟试题参考答案一、外圆车刀标注图(见附图3)。

①法平面内与正交平面(主剖面)内的角度换算公式为前角γo: tan γn = tanγo cos λs后角αn：cot αn =cot αn cos λs②垂直基面的任意剖面与正交平面(主剖面)内的角度换算公式为前角γi: tan γi = tanγo sin τi + tan λs cos τi后角αi：cot αi =cot αo sin τi + tan λs cos τi③假定工作平面(进给剖面)和背平面(切深剖面)与正交平面(主剖面)内的角度换算公式为：当τi=1808－κr时，可得假定工作平面的前角和后角与正交平面内前角、后角的换算公式：前角γf: tan γf = tanγo sin κr + tan λs cos κr后角αf：cot αf =cot αo sin κr + tan λs cos κr当τr=908－κr，时，可得背平面的前角和后角与正交平面内的前角、后角换算公式：前角γp: tan γp = tanγo cos κr + tan λs sin κr后角αp：cot αp =cot αp cos κr + tan λs sin κr当已知γp、αp和γf、αf时，可得γo、αp及λstan γo = tanγp cos κr + tan γf sin κrcot αo =tan αp cos κr +cot αf sin κrtanλs= tanγp sin κr －tg γf cos κr④最大前角、最小后角及方位角的计算公式为：一、1．YG8国际标准为K类，屑钨钴类(WC—Co)硬质合金。

Y——硬质合金，G——钨钴类，8——含钴量8％。

适于铸铁、有色金属及其合金与非金属材料加工，不平整断面和间断切削时的粗车、粗刨、粗铣，一般孔和深孔的钻孔、扩孔。

YTl5国际标准为P类，属钨钴钛类(WC—TiC—Co)硬质合金。

T——钨钴钛类，15——含碳化钛(TiC)15％。

适于碳钢和合金钢加工，连续切削时的半精车及精车，间断切削时的小断面精车，旋风车螺纹，连续面的半精铣及精铣，孔的精扩及粗扩。

2．主要区别(1)单晶金刚石具有各向异性的特点，每个晶面的硬度、耐磨程度、摩擦系数等性质都不相同。

聚晶金刚石是由无数微小金刚石晶粒随机取向聚合而成，没有各向异性的缺点，做刀具材料时，可以任意取向刃磨。

(2)聚晶金刚石具有比单晶金刚石高的强度及抗冲击性。

由于聚晶金刚石晶粒是随机取向的，所以没有固定的解理面，当一个晶粒解理或破裂时，相邻晶粒将起阻碍作用，阻止任何因扩散而引起的破碎。

无论每个晶粒的方面性如何，作为一个整体，聚晶金刚石原机械性能是不变的。

表现出比单晶金刚石更优良的抗冲击性和抗振性能。

(3)加工工件精度低，聚晶金刚石是以聚合体形式存在的金刚石，刀具表面不易磨成单晶金刚石那样高的表面质量，所以加工质量低。

三、切削力的计算有理论公式和经验公式。

理论公式计算所得的切削力数值往往和实际切削力相差很大。

根据试验可得出在固定切削条件(工件材料、刀具材料及几何参数等) 下的切削力经验公式。

所得的经验公式数学模型为该公式中的Y Fz和X Fz分别代表了进给量f和背吃刀量αp对切削力F z的影响。

通常情况下X Fz接近于1，Y Fz接近于0．8，这就是说背吃刀量对切削力的影响是成正比的。

即背吃刀量增加1倍，切削力增加1倍。

进给量对切削力的影响不成正比。

即进给量增加1 倍，切削力不会增加1倍。

这是因为背吃刀量o，增大、进给量厂增大，都会使切削面积A c(A c=αp f)增大，从而使变形力增大，摩擦力增大，因此切削力也随之而增大。

但是进给量增大，切削厚度αc也成正比增大(αc= f sin κr)，而αc增大，变形系数芒减小，摩擦系数也降低，又会使切削力减小。

综合效果为切削力增大，但与进给量厂不成正比。

背吃刀量αp增大，切削厚度αc不变，而切削宽度αw则随αp的增大成正比增大(αw=αp／sin κr)。

由于切削宽度的变化几乎与摩擦系数μ和变形系数ϕ无关。

因此，背吃刀量αp对切削力的影响成正比关系。

四、所谓相对加工性是以强度σb=0．637 GPa的45钢之v60作为基准，写作(v60)j，其它被切削的工件材料的V60与之相比的数值，记作是。

，即相对加工性k v=v60／(v60)j各种工件材料的相对加工性k v乘以T=60min时的45钢的切削速度(v60)j，则可得出切削各种工件材料的可用切削速度v60。

目前常用的工件材料，按相对加工性可分为8级，k v越大，切削加工性越好；是。

越小，切削加工性越差。

改善工件材料切削加工性的措施有：(1)在大批量生产中，通过调整工件材料的化学成分，以改善切削加工性。

工件材料的化学成分能影响切削加工性，若在钢中适当添加一些化学元素(如S、Pb等)，能使钢的切削加工性得到改善，这样的钢就成为易切钢。

(2)通过热处理改善工件材料的金相组织和物理力学性能，以改善切削加工性。

高碳钢和工具钢的硬度偏高，且有较多的网状和片状渗碳体组织，较难切削。

通过球化退火，可以降低它的硬度，并能得到球状渗碳体组织，因而改善了切削加工性。

低碳钢的塑性过高，也不好切削。

通过冷拔或正火处理，可以适当降低塑性，提高硬度，使其切削性得到改善。

马氏体不锈钢通常要通过调质处理，以便降低塑性，使其切削加工性变好。

热轧状态的中碳钢，组织不均匀，有时表面还有硬皮，也不容易切削。

通过正火处理可以使其组织和硬度均匀，改善其切削加工性。

有时中碳钢也可退火后加工。

铸铁件一般在切削前都要进行退火，目的是降低表层硬度，消除内应力，以求改善其切削加工性。

五、已加工表面的形成过程，如附图4。

当切削层金属以速度v逐渐接近刀刃时，便发生压缩与剪切变形，最终沿剪切面OM方向剪切滑移而成为切屑。

但由于有刀刃钝圆半径rβ，的关系，整个切削层厚度αc中，将有∆αc一层金属无法沿OM方向滑移，而是从刀刃钝圆O点下面挤压过去，即切削层金属在O点处分离为两部分，O点以上的部分成为切屑并沿前刀面流出，O点以下的部分经过刀刃挤压而留在已加工表面上，该部分金属经过刀刃钝圆部分B点之后，又受到后刀面上VB一段棱面的挤压并相互摩擦，这种剧烈的摩擦又使工件表层金属受到剪切应力，随后开始弹性恢复的高度为∆h，则已加工表面在CD长度上继续与后刀面摩擦。

影响已加工表面粗糙度的因素有：(1)刀具方面。

为了减小残留面积，刀具应采用较大的刀尖圆弧半径r s、较小的主偏角κr、副偏角κr9。

尤其是使用κr9=08的修光刃，对减小表面粗糙度甚为有效；但修光刃不能过长，否则会引起振动，反而使表面粗糙度增大，一般只要比进给量稍大一些即可。

对于塑性大的材料，使用大前角的刀具是减少积屑瘤和鳞刺进而减小表面粗糙度的有效措施。

刀面及切削刃的表面粗糙度对工件表面粗糙度有直接影响。

由于刀具表面粗糙度的减小，有利于减小摩擦，从而可抑制积屑瘤和鳞刺的生成，因此，刀具前刀面与后刀面的粗糙度必须小于工件所要求的表面粗糙度。

刀具材料不同时，由于与工件材料的亲和力不同，因而产生积屑瘤的难易程度不同，而且导热系数及前刀面摩擦系数的不同，又将使切削温度发生变化。

因此，积屑瘤的成长程度也不同；故凡是刀具材料与工件材料间摩擦系数大，粘结情况严重者，工件加工表面粗糙度就较大。

此外，刀具的强烈磨损及破损，也都将使已加工表面粗糙度增大，尤其是副切削刃上的边界磨损，对加工表面粗糙度的影响更为严重。

(2)工件方面。

在工件材料性质中，对表面粗糙度影响较大的是材料的塑性和金相组织。

材料的塑性愈大，积屑瘤和鳞刺愈易生成，故表面粗糙度愈大。

此外，工件材料的韧性愈大，加工时材料的隆起将愈大，从而使已加工表面粗糙度愈大。

(3)切削条件方面。

切削塑性材料时，在低、中切削速度的情况下，易产生积屑瘤及鳞刺，导致表面粗糙度较大；提高切削速度可以使积屑瘤和鳞刺减小甚至消失，并可减小工件材料的塑性变形，因而可以减小表面粗糙度。

切削脆性材料时，由于不产生积屑瘤，故切削速度对表面粗糙度基本上没有明显影响。

减小进给量，不仅可以减小残留面积，而且可以减小积屑瘤和鳞刺的高度，故可以减小加工表面粗糙度。

采用高效切削液，可以减小工件材料的变形和摩擦，也是抑制积屑瘤和鳞刺的产生，减小表面粗糙度的有效措施；但随着切削速度的提高，其效果将随之减小。

六、刀具的磨损过程分为三个阶段(见附图5)。

为避免刀具发生急剧磨损，人为的对刀具后刀面磨损量作了规定——磨钝标准。

磨钝标准是刀具后刀面磨损的量值。

这一量值在加工过程中因不易测量而导致难以控制，为此提出间接的测量量——刀具使用寿命：由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到刀具磨钝标准所经过的总切削时间。

利用刀具使用寿命这一指标可以：(1)衡量工件材料加工性。

(2)衡量刀具材料的性能。

(3)衡量刀具几何参数设计是否合理。

(4)衡量切削用量选择是否合理。

由v、f、 p中任何一项增大，都要使刀具使用寿命下降。

但由于x>y>z，所以，对刀具使用寿命影响最大的是切削速度v，其次是进给量f，影响最小的是背吃刀量αp。

由此可以得出结论，从刀具使用寿命出发，在选择切削用量时，应首先采用最大的背吃刀量，再选用大的进给量，然后根据确定的刀具使用寿命选择切削速度。

这样的选择才能最大程度地提高生产率。

七、前角是刀具上重要的几何参数之一，前角的大小决定着切削刃的锋利程度和强固程度。

它对切削过程的影响有：(1)增大刀具的前角，可减小切屑变形，从而使切削力和切削功率减小，切削时产生的热量减小，使刀具使用寿命得以提高。

(2)增大前角会使楔角减小，这样一方面使刀刃强度降低，容易造成崩刃；另一方面会使刀头散热体积减小，刀头能容纳热量的体积减小，致使切削温度增高。

因此，刀具的前角太大时，刀具使用寿命也会下降。

(3)影响切屑形态和断屑效果。

若减小前角，可以增大切屑的变形，使之易于脆断；(4)影响加工质量。

对于各种材料作成的刀具，前角太大或太小，刀具使用寿命都较低。

在一定的加工条件下，存在一个刀具使用寿命为最大的前角——通常称为合理前角／opto按以下几个方面正确选择刀具合理前角：(1)刀具材料的强度及韧性较高时可选择较大的前角。

例如，高速钢的强度高、韧性好；硬质合金脆性大、怕冲击、易崩刃。

因此，高速钢刀具的前角可比硬质合金刀具选得大一些，可大58～108如附图6。

陶瓷刀具的脆性更大，故前角得比硬质合金刀具还要小一些。

(2)工件材料的种类和性质(见附图7)：①加工塑性材料(如钢)时，应选较大的前角；加工脆性材料(如铸铁)时，应选较小的前角。

切削钢料时，切屑变形很大，切屑与前刀面的接触长度较长，刀屑之间的压力和摩擦力都很大，为了减小切屑的变形和摩擦，宜选较大的前角。