机械制造技术基础课后答案——第二章

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。