金属学第八章习题答案

思考题与习题

8-1.切削加工由哪些运动组成?它们各有什么作用?

答：切削运动按其作用不同可分为主运动和进给运动。

（1）主运动 切下切屑所必需的基本运动称为主运动。在切削运动中，主运动的速度最高，消耗功率最大。

（2）进给运动 使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进给运动。

8-2.切削用量三要素是什么?它们的单位是什么？

答：切削用量包括切削速度、进给量、背吃刀量三个要素。

切削速度 （m/min 或m/s ）；车削时进给量的单位是r mm /，刨削的主运动为往复直线运动，其间歇进给的进给量为mm /双行程；背吃刀量（mm ）。

8-3. 车外圆时，工件加工前直径为62mm ，加工后直径为56mm ，工件转速为4r/s ，刀具每

秒钟沿工件轴向移动2mm ，求Vc 、f 、p a 。

答：见公式，略。

8-4.刀具正交平面参考系由哪些平面组成?它们是如何定义的?

答：正交平面参考系由以下三个平面组成：

基面r P 是过切削刃上某选定点，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般来说其方位要垂直于假定的主运动方向。车刀的基面都平行于它的底面。

主切削平面Ps 是过切削刃某选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。

正交平面o p 是过切削刃某选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。

8-5.常用刀具的材料有哪几类?各适用于制造哪些刀具?

答：刀具材料种类很多，常用的有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢（如Tl0A 、T12A ）和合金工具钢（9SiCr 、CrWMn ），因其耐热性较差，仅用于低速、手工工具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼由于太脆、工艺性差及价格高等原因，使用范围较小，目前用得最多的还是高速钢和硬质合金。 高速钢是应用较广泛的刀具材料，尤其用于制造结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具等。

硬质合金能采用比高速钢高几倍甚至十几倍的切削速度；它的不足之处是抗弯强度和冲击韧度较高速钢低，刃口不能磨得象高速钢刀具那样锋利。

8-6.切屑类型有哪四类?各有哪些特点?

答：常见的切屑种类大致有四类：带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑。

1）在切削过程中，切削层变形终了时，若金属的内应力还没有达到强度极限时，就会形成连绵不断的切屑，切屑靠近前刀面的一面很光滑，另一面呈毛茸状，是带状切屑。当切削塑性较大的金属材料（碳素钢、合金钢、铜和铝合金）或刀具前角较大，切削速度较高时，经常出现这类切屑。

2）在切屑形成过程中，若切屑变形较大，其剪切面上局部所受到的剪应力达到材料的强度极限时，则剪切面上的局部材料就会破裂成节状，但与前刀面接触的一面互相连接而未被折断，这就是挤裂切屑。工件材料塑性越差或用较大进给量低速切削钢材时，较容易得到这类切屑（又称节状切屑）。

3）在切屑形成过程中，若整个剪切面上所受到的剪应力均超过材料的破裂强度时，则切屑就成为粒状切屑（又称单元切屑），形状似梯形。

4）切削铸铁、黄铜等脆性材料时，切削层几乎不经过塑性变形阶段就产生崩裂，得到的切屑呈现不规则的粒状是崩碎切屑，工件加工后的表面也极为粗糙。

8-7.切削热是如何产生的?它对切削过程有什么影?

答：切削过程中，由于切削层变形及刀具与工件、切屑之间的摩擦产生的热称为切削热。 切削热是切削过程的重要物理现象之一。切削热对切削加工的影响是加快刀具的磨损；导致工件的膨胀，引起工件变形，影响加工精度。

8-8试述背吃刀量p a 、进给量f 对切削温度的影响规律。

答：c v 增加一倍，切削温度升高20%～30%；f 增加一倍，切削温度升高10%；p a 增加一倍，切削温度只升高3%。为了有效地控制切削温度，选用大的背吃刀量和进给量比选用大的切削速度有利。刀具角度中，增大前角，可使变形和摩擦减小；减小主偏角可增加主切削刃的工作长度，改善散热条件，两者均可降低切削温度。但前角不可过大，以免刀头散热面积减小，不利于降低切削温度。

8-9简述刀具磨损的原因。高速钢刀具、硬质合金刀具在中速、高速时产生磨损的主要原因是什么?

答：进行金属切削加工时，刀具一方面将切屑切离工件，另一方面自身也要发生磨损或破损。磨损是连续的、逐渐的发展过程；而破损一般是随机的、突发的破坏(包括脆性破损和塑性破损)。

刀具磨损不同于一般的机械零件的磨损，因为与刀具表面接触的切屑底面是活性很高的新鲜表面，刀面上的接触压力很大(可达2~3GPa)、接触温度很高(如硬质合金加工钢材，可达800~1000℃以上)，所以刀具磨损存在着机械、热和化学的作用，既有工件材料硬质点的刻划作用而引起的磨损，也有粘结、扩散、腐蚀等引起的磨损。

在各种切削速度下，刀具都存在磨料磨损。在低速切削时，其他各种形式的磨损还不显著，磨料磨损便成为刀具磨损的主要原因。一般可以认为磨料磨损量与切削路程成正比。

粘结磨损是硬质合金刀具在中等偏低切削速度时磨损的主要原因。

扩散磨损是硬质合金刀具在高温（800~1000℃）下切削产生磨损的主要原因之一。一般从800℃开始，硬质合金中的Co 、C 和W 等元素会扩散到切屑中被带走，同时切屑中的Fe 也会扩散到硬质合金中，使刀面的硬度和强度下降，脆性增加，磨损加剧。不同元素的扩散

速度不同，例如Ti的扩散速度比C、Co、W等元素低得多，故YT类硬质合金抗扩散能力比YG类强。

氧化磨损是当切削温度达700℃~800℃时，空气中的氧与硬质合金中的钴、碳化钨、碳化钛等发生氧化作用，生成松脆多孔的氧化物。这些氧化物容易被运动着的切屑和工件带走，加速了刀具磨损。

相变磨损是用高速钢刀具切削时，当切削温度超过其相变温度（500℃~600℃）时，刀具材料的金相组织会发生变化，使刀具材料硬度降低，磨损加快。

8-10.切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损和刀具寿命之间存在着什么关系?

答：刀具寿命反映了刀具磨损的快慢程度。刀具寿命长表明刀具磨损速度慢；反之表明刀具磨损速度快。影响切削温度和刀具磨损的因素都同样影响刀具寿命。切削用量对刀具寿命的影响较为明显，切削速度对刀具寿命影响最大，进给量次之，背吃刀量最小。这与三者对切削温度的影响顺序完全一致，反映出切削温度对刀具寿命有重要的影响。

刀具寿命是一个具有多种用途的重要参数，如用来确定换刀时间；衡量工件材料切削加工性和刀具材料切削性能优劣；判定刀具几何参数及切削用量的选择是否合理等，都可用它来表示和说明。

8-11.说明前角和后角的大小对切削过程的影响。

答：前角对刀具的切削影响最大。增大前角使刃口锋利，但会使刃口强度削弱。选择前角的原则是既要保证刃口锋利，也要保证其强度。用硬质合金车削钢材时可取10°～25°；车削灰铸铁可取5°～15°；车削铝合金可取30°～35°。强力切削时，为增强刀具的强度，则采用负的前角。

后角用来减小主后面与工件过渡表面之间的摩擦，并与前角共同影响刃口的锋利程度与强度。后角的选择原则是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，尽可能取小值。一般粗加工时切削力较大，为保证刃口的强度，后角应小些(可取6°～8°)；精加工时切削力较小，为减小摩擦提高表面加工质量，应取较大的后角(10°～12°)。

8-12.说明刃倾角的作用。

答：刃倾角主要作用是影响刀尖的强度和控制切屑的流向。当刃倾角为正时，刀尖的强度较差，切屑流向待加工表面；刃倾角为负时，刀尖强度较高，切屑流向已加工表面。刃倾

λ=-5°～0°，角为零时，切屑从垂直切削刃的方向流出。粗车一般钢材和灰铸铁时，常取

s

λ=0°～5°，以防止切屑划伤已加工表面。

以提高刀尖强度；精车时常取

s

8-13.常用切削液有哪几种?各适用什么场合?

答：常用切削液的种类与选用：

1）水溶液的主要成分是水，其中加入了少量具有防锈和润滑作用的添加剂。水溶液的冷却效果良好，多用于普通磨削加工。