金属切削原理与刀具考试题.pdf

一、填空题(作业、考试、实验报告和考试名单)1刀具材料的种类很多，常用的金属材料有碳素工具钢、高速钢、硬质合金；非金属材料有金刚石、立方氮化硼等。3切削用量要素包括切削速度、进给量、切削深度三个。4切屑类型有带状切屑、节状切屑、粒状切屑和崩碎切屑四种基本态。这通过切削速度、切削深度、刀具前角等可加以控制。5刀具的磨损有正常磨损的非正常磨损两种。其中正常磨损有前刀面磨损、后刀面磨损和前后刀面同时磨损三种。6防止积削瘤形成，切削速度可采用高速或低速加以避免。7常用的切削液有：水溶液、乳化液和切削油三大类。采用硬质合金刀具时，由于刀具红硬性，故一般不使用切削液。8乳化液主要起冷却作用，油溶液主要起润滑作用。9切削液的作用有_冷却作用 _、_润滑作用 _、_防锈作用 _和_清洗和排屑作用_等。10用圆柱铣刀加工平面时有：逆铣和 顺铣两种铣削方式。其中顺铣方式可以提高刀具耐用度；逆铣 方式多用于粗加工。11车床的切削时的三个切削分力FZ、FX和FY，在一般情况下，FZ、FY、FX力最大。磨削呢？径向分力大于切向分力(FP=(1.6-3.2)Fc)，Fc 大于轴向分力Ff(Ff=(0.1-0.2)Fc)。12麻花钻切削性能最差的部位是在横处；钻头最易磨损部位是在刀尖处。钻削加工时轴向力主要是由横刃产生。二、判断题1钨钴类硬质合金（YG）因其韧性、磨削性能和导热性好，主要用于加工脆性材料，有色金属及非金属。（）2刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关。（）3安装在刀架上的外圆车刀切削刃高于工件中心时，使切削时的前角增大，后角减小。（）4刀具磨钝标准VB表中，高速钢刀具的VB值均大于硬质合金刀具的VB值，所以高速钢刀具是耐磨损的。（）5刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金属切削刀具的三项基本内容。（）6由于硬质合金的抗弯强度较低，冲击韧度差，所取前角应小于高速钢刀具的合理前角。（）7积屑瘤的产生在精加工时要设法避免，但对粗加工有一定的好处。（）8刀具主切削刃上磨出分屑槽目的是改善切削条件，提高刀具寿命，可以增加切削用量，提高生产效率。（）9所谓前刀面磨损就是形成月牙洼的磨损，一般在切削速度较高，切削厚度较大情况下，加工塑性金属材料时引起的。（）10刀具材料的硬度越高，强度和韧性越低。（）11立方氮化硼是一种超硬材料，其硬度略低于人造金刚石，但不能以正常的切削速度切削淬火等硬度较高的材料。（）12当粗加工、强力切削或承冲击载荷时，要使刀具寿命延长，必须减少刀具摩擦，所以后角应取大些。（）15切屑形成过程是金属切削层在刀具作用力的挤压下，沿着与待加工面近似成45夹角滑移的过程。（）16切削铸铁等脆性材料时，切削层首先产生塑性变形，然后产生崩裂的不规则粒状切屑，称为崩碎切屑。（）18刀具的寿命等于刀具的耐用度。（）三、选择题1在中等背吃刀量时，容易形成“C”形切屑的车刀卷屑槽宜采用。（外斜式平行式内斜式）2刀具产生积屑瘤的切削速度大致是在范围内。（低速中速高速）3切削过程中，车刀主偏角r增大，切削力FP。（增大不变减小）5当切屑变形最大时，切屑与刀具的摩擦也最大，对刀具来说，传热不容易的区域是在，其切削温度也最高。（刀尖附近前刀面后刀面）6背吃刀量ap 增大一倍时，切削力FC也增大一倍；但当进给量f 增大一倍时，切削力FC约增大倍。（0.5 0.8 1.0）7切削用量对刀具寿命的影响，主要是通过切削温度的高低来影响的，所以影响刀具寿命最大的是切削速度其次是进给量。（背吃刀量进给量切削速度）8车削时切削热主要是通过和进行传导的。（切屑工件刀具周围介质）9刀具磨钝标准通常都按后刀面的磨损值制订值的。（月牙洼深度 KT 后刀面 VB 月牙洼深度 KB）10刀具磨损过程的三个阶段中，作为切削加工应用的是阶段。（初期磨损正常磨损急剧磨损）11车削细长轴类零件时，为了减小径向力Fp 的作用，主偏角r，采用角度为宜。（小于 30 30 45大于 60）12切削刃形状复杂的刀具有（）材料制造较合适。A、硬质合金B、人造金刚石C、陶瓷D、高速钢14碳钢精车时宜用牌号为（）的硬质合金作为刀具材料。A、YT5 B、YT30 C、YG3 D、YG8 15车削时为降低表面精糙度，可采用（）的方法进行改善。A、增大主偏角 B、增大进给量 C、增大副偏角 D、增大刀尖圆弧半径16枪钻属于（）。A、外排屑深孔钻 B、内排屑深孔钻 C、喷吸钻 D、BTA钻17粗车时，切削速度的增大，主要受（）限制。A、表面粗糙度 B、尺寸精度 C、刀具角度 D、刀具耐用度18加工一些大直径的孔，()几乎是唯一的刀具。麻花钻深孔钻饺刀镗刀19当工件表面有硬皮时，不宜采用()方式。顺铣逆铣20粗加工时（）切削液更合适，精加工时（）切削液更合适。A，水B，低浓度乳化液C，高浓度乳化液D，矿物油22金属切削中多数以什么刀面的磨损量来制定刀具的磨钝标准。A.前刀面的磨损 B.边界磨损C.后刀面的磨损23判别工件材料的切削加工性的优劣时，所采用的基准是：。（A）正火状态下的45 钢（B）淬火状态下的45 钢（C）回火状态下的45 钢四、问答题：1为 什 么 圆 体 成 形 车 刀 的 加 工 精 度 低 于 棱 体 成 形 车 刀？答：圆 体 成 形 车 刀 的 加 工 误 差，等 于 圆 体 成 形 车 刀 本 身 的 双 曲 线 误 差，加 上 由 于 刀刃 与 工 件 母 线 不 重 合 产 生 的 产 生 的 双 曲 线 误 差。而 棱 体 成 形 车 刀 本 身 不 存 在 双 曲 线误 差，只 有 刀 刃 和 工 件 母 线 不 重 合（当 p 0）而 产 生 的 误 差。因 此，圆 体 成 形 车刀 的 加 工 精 度 低 于 棱 体 成 形 车 刀。2（前）后角的功用是什么？粗、精 时 加 工 时，如 何 选 择？答：前 角的功用有：(1)直接影响切削区域的变形程度（增大前角，切削刃锋利，变形程度降低，因而切削力和切削功率随前角增大而降低）；(2)直接影响刀刃强度，受力性质和散热条件（o刀刃强度散热条件恶化；o过大，改变刀刃和刀头的受力状态，过大的o使刀刃承受弯曲应力减小，造成崩刀）；(3)直接影响切屑形态和断屑效果（较小的前角使切屑变形增大，切屑易于脆化断裂）；(4)影响已加工表面质量（o与切削振动密切相关，o减小，振幅急剧增大）。粗加工时：特别是断续切削、承受冲击载荷，在有硬皮的锻铸件上进行粗加工时，为保证刀刃有足够的强度（如采用负倒棱和负的刃倾角），应减小o。但在采取刀刃强化措施之后也可增大o至合理数值。工艺系统刚性差时，取o大。后角的功用有：(1)后角可以减少后刀面与加工表面之间的摩擦；(2)在前角一定时，可使刀具切削刃愈锋利；(3)在磨钝标准一定的条件下，后角增大，允许磨出的金属体积增大、刀具的耐用度提高，但会使工件尺寸精度下降过大；(4)后角增大，又会使刀刃和刀头部分强度削弱，散热体积减少，刀具耐用度下降。粗加工时：强力（大进给量）切削及承受冲击载荷的刀具，加固刀刃是首要任务，这时应该选取较小的后角。精加工时则应该选取较大的后角。尺寸精度要求高时：刀具应选用小后角，以减少刃磨后的尺寸变化。3刀具主偏角、刃倾角的功用如何？（如：s如何控制切屑流出方向？对切削分力Fx、Fy如何影响？）答：刀具主偏角可以使刀具强度提高，散热条件好，加工表面粗糙度小。刃倾角s能控制切屑流出流向，s为正时流向未加工表面，s为负时流向已加工表面，s等于 0 时偏向于已加工表面。4简述切削速度与主切削力（表面粗糙度、切屑变形等）的关系？答：在有积屑瘤阶段:随 v 积屑瘤高度o变形程度F随 v 积屑瘤高度o变形程度F在无积屑瘤阶段:随v 温度升高摩擦系数(变形程度)F 切削速度与表面粗糙度切削速度为中速和低速时易形成积屑瘤和鳞次，导致表面粗糙度增加。但是在高速时，如果系统性好，刀具材料好表面粗糙度切削速度与切削变形主要通过切削温度和积屑瘤影响切削变形：随 V T 摩擦因素变形随 V T 摩擦因素变形随着 V进一步切应力摩擦因素变形5深孔加式的主要有哪些问题？答：主要问题有：断屑、排屑、冷却、润滑以及导向。6刀具材料的基本要求有哪些？其硬度、耐磨性、强度之间有什么联系？答：应具备高的硬度和耐磨性、高的强度和较好的韧性、较好的耐磨性和耐热性、以及较好的工艺性和经济性；刀具材料硬度越高，其耐磨性就越好，但强度下降。7砂轮磨损有那几种形式？答：磨粒变钝、磨粒溃落、表面堵塞、轮廓失真。8试述切削过程三个变形区的变形特点？答：第一变形区：从 OA线开始发生塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成，这一区域（I）称为第一变形区。该区产生剪切滑移变形，特点是：消耗的功率大、产生的热量多。第二变形区：切屑沿前刀面进一步受到前刀面的挤压和摩擦，使靠近前刀面处的金属沿前刀面方向拉长，基本上和前刀面相平行。纤维化的变形。第三变形区：已加工表面受到切削刃钝园部分与后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化与加工硬化。9积屑瘤是如何形成的？它对切削过程有何影响？若要避免产生积屑瘤要采取哪些措施？（见下T16）10切削液有何作用？有哪些种类？答：作用：冷却作用、润滑作用、防锈作用、清洗作用和排屑。种类：（1）水溶性切削液（水溶液，乳化液，合成切削液）（2）油溶性切削液（切削油，极压切削油）（3）固体润滑剂11刀具磨损的原因有哪些？答：（1）硬质点磨损；（2）粘结磨损；（3）扩散磨损；（4）化学磨损；（5）相变磨损；（6）热电磨损。12简述硬质合金的性能特点，常见类型（YG类合金、YT类合金）及其常用于何种材料的加工。答：特点有：硬度、耐磨性、耐热性很高，高温硬度（红硬性）好，抗弯强度比高速钢低，断裂韧度也较差，以及不能承受大的切削振动和冲击负荷。常见 类 型 及 其 用 途：（1）YG类合金：主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料。（2）YT类合金：适于加工钢料。13简述机械加工时，切削液如何选择？答：（1）精加工时：应选用润滑性较好的切削液；（2）粗加工时：应选用以冷却性能为主的切削液；（3）硬质合金刀具一般不用切削液。必要时，采用低溶度乳化液或水溶性切削液，但必须是充分连续浇注；（4）加工脆性材料时，一般不用切削液；（5）加工合金钢时：如铝、铜合金时，不能选用含硫的切削液，因为硫具有腐蚀这些材料。14在切削用量三要素中，对刀具耐用度影响如何？切削力呢？答：对刀具耐用度：切削 速 度 影 响 最 大，其 次 是 进 给 量；再 是 背 吃 到 量对 切 削 力 影 响 最 大 的 是：切 削 深 度，其 次 是：进 给 量。15切屑的类型的种类？它们的形成条件及对加工的影响？答：切屑的形状归纳起来有：带状切屑、挤裂切屑、单元切屑和崩碎切屑。带状切屑：它的内表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，一般常得到这类切屑。挤裂切屑：这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。单元切屑：一般，如进一步减小前角，降低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见。假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，减低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。反之，则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。掌握了它的变化规律，就可以控制切屑的变形、形态和尺寸，以达到卷屑和断屑的目的。崩碎切屑：一般情况下，加工脆性材料时的切屑属该种类型的切屑。这是属于脆性材料的切屑。这种切屑的形状是不规则的，加工表面是凸凹不平的。它的切削过程很不平稳，容易破坏刀具，也有损于机床，已加工表面又粗糙，因此在生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度，使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以增加工件材料的塑性。16积屑瘤的是如何形成的？它对切削加工有何影响？如何避免？答：在切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属时，切削速度不高（中速），而又能形成带状切屑的条件下产生。积屑瘤的形成是切屑在前刀面粘结而成。在一定的切削条件下，随着切屑和前刀面的温度和压力的增大，内摩擦力增大，使近前刀面切削层金属流速减慢，产生滞流现象，当温度和压力一定时，滞流层和前刀面粘结，切屑底层和刀具的内摩擦力大于金属材料的剪切强度时，金属被剪下来，并粘结在前刀面上，该粘结层由于受到剧烈的塑性变形而硬度提高，继续切削时，硬的粘结层又剪断软金属层，层层堆积，形成积屑瘤。它对切削加工的主要有害影响有：降低尺寸精度、增大已加工表面粗糙度。对刀具耐用度的影响，在相对稳定时，可替代刀刃切削，有减少刀具磨损、提高耐用度的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下，使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。说法不一，通常认为：切屑在前刀面粘结而成，在一定的切削条件下，随着切屑和前刀面的温度和压力的增大，内摩擦力增大，使近前刀面切削层金属流速减慢，产生滞流现象，当温度和压力一定时，滞流层和前刀面粘结，切屑底层和刀具的内摩擦力大于金属材料的剪切强度时，金属被剪下来，并粘结在前刀面上，该粘结层由于受到剧烈的塑性变形而硬度提高，继续切削时，硬的粘结层又剪断软金属层，层层堆积，形成积屑瘤。形成积屑瘤的主要条件是切削温度 中温。积屑瘤对切削过程的影响（积极、消极）：（1）实际前角增大：o变形减小切削力（2）增大切削厚度ac：积屑瘤的产生、成长与脱落是一个带有一定的周期性的动态过程；ac值是变化的，因而有可能引起振动。（3）使加工表面粗糙度增大：积屑瘤容易破裂，一部分连附于切屑底部而排出，一部分留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，在精加工时应设法避免产生积屑瘤。（4）对刀具耐用度的影响：在相对稳定时，可替代刀刃切削，有减少刀具磨损、提高耐用度的作用。但在积屑瘤较不稳定的情况下，使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能导致硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。防止措施：（1）v（低速）；（2）v（高速）；（3）减少摩擦（加切削液）；（4）o；（5）提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。等等17磨削加工铸铁、黄铜、软青铜或非金属材料的工件时，选用何种磨料的砂轮合适?为什么？答：选用黑碳化硅砂轮因为碳化硅的硬度很大，具有优良的导热性能好，化学性能稳定，耐磨性能好。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，按什么顺序选择切削用量？为什么？答：制定合理的切削用量，就是确定具体切削工序的背吃刀量ap、进给量 f 和切削速度v。制定时，要综合考虑生产率、加工质量和加工成本。刀具寿命：首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后确定合理的切削速度。19砂轮的五因素有哪些？答：磨料，粒度，结合剂，组织(表示砂轮中磨料、结合剂和气孔间的体积比例)，硬度。20氧化物系磨料，碳化物系磨料的特点及应用。答：氧化物系磨料，由于其强度高、韧性大、与钢铁不发生反应，主要用于磨削钢类零件。碳化物系磨料，由于其硬度高，但强度低、韧性较差，故不宜磨削钢类零件。而主要适用于磨削铸铁、硬质合金、宝石等硬而脆的材料。但脆性也较大。它的刃口很锋利，易破碎形成新刃口。其导热性能较好，砂轮也不易堵塞，适于磨削硬而脆的材料。其中黑碳化硅主要用于磨削铸铁、黄铜、软青铜及非金属材料等，绿碳化硅主要用于磨削硬质合金。碳化硅不适合磨削钢及耐热台金，因为这时会产生强烈的化学磨损。21了解磨削厚度的计算公式？(略)22降低表面烧伤的主要措施？答：合理选用砂轮；合理选用磨削用量；采用良好的冷却措施；改进磨床结构。CCFCFCFCFnCyxPFCKvfaCFN22548.0100/14.04279515.075.0TCv favp52 250 75.课后习题答案2-6 答：YG类有：粗晶粒、中晶粒、细晶粒、超细晶粒之分。常用牌号有：YG3X、YG6X、YG6、YG8等，含钴量分别为：3、6、6、8，主要用于加工铸铁及有色金属。具有较高的抗弯强度及冲击韧性，导热性较好，主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料（加工这类材料时，切屑显崩碎壮，故对刀具冲击很大，切削力和切削热都集中在刀尖附近）。磨加工性较好，可以磨出较锐的切削刃，因此适于加工有色金属和纤维层压材料。YT类有：除WC 外，还含有530的 TiC，常用牌号：YT5、YT14、YT15、YT30，TiC 含量分别为：5、14、15、30，相应的钴含量为：10、8、6、4，YT类的突出优点是耐磨性好，主要用于加工钢料。T 碳化钛，其后数字表示TiC 含量。适于高速切削钢料。加工钢料时，金属塑性变形很大，摩擦很剧烈，切削温度很高。YT类合金具有较高的硬度和耐磨性，特别是有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力好。因此在加工钢时，刀具磨损较小，刀具耐用度较高。但在低速切削钢料时，由于切削过程不太平稳，YT类合金的韧性较差，容易崩刀，这时用YG类合金反而较适宜。钴含量增多（WC、TiC 含量减小）时，其抗弯强度和冲击韧度增高（硬度及耐热性降低），适合于粗加工。含钴量减小（WC、TiC 含量增加）时，其硬度、耐磨性及耐热性增加（强度及韧性降低）、适于精加工。在加工淬硬钢、高强度钢、奥氏体钢和高温合金时，由于切削力很大，切屑与前刀面接触长度很短，切削力集中在切削刃附近，易造成崩刀，因而不宜采用强度较低、脆性较大的YT类合金，而宜采用韧性较好的YG类合金。3-1 答：剪切角、相对滑移系数、变形系数。SyB CC Byctgtgooo()cossincos()chclcchallaa3-3 答：o切屑变形愈小。aP的影响：ap不明显Fz成比例。f 的影响：fFz影响大faFcz影响小。综合：fFz不成比例。3-4 答：背吃刀量增加一倍导致Fc 增加一倍进给量增加一倍导致Fc增加较少，一般为70%80%。3-5 主偏角K的影响（1）Kr对Fz的影响KraFcz切削刃接触长度增大Fz加工脆性材料：KFrz（2）Kr对Fx、Fy影响FFKxNrsinKrFxFFKyNrcosFy在生产在，车削细长轴时，常采用Kr较大的车刀（Kr900或750），减少Fy，从而使工件免于产生变形和振动。3-8 前角oo（ozF）单位切削力所产生的切削热o从101800，因o刀刃的切割作用加强，前刀面对切削层金属的推挤作用，同时也相应减少了切屑与前刀面的摩擦，因而由塑性变形与摩擦所产生的热量都会减少，故使。但若o太大，则由于契角减少，散热体积减少，主偏角KrKr切削宽度aw,切削厚度ac使切削热相对地集中，刀尖角增大3-9 答：在机械应力和热应力冲击作用下，经常发生以下几种形式的脆性破损：1崩刃 是指在切屑刃上产生小的缺口；2碎断 指在切削刃上发生小块碎裂或大块断裂，不能继续正常切削；3剥落 指在前、后刀面上几乎平行于切削刃而剥下一层碎片；4裂纹破损 指在较长时间连续切削后，由于疲劳而引起裂纹的一种破损。正常磨损：前刀面磨损，主后面磨损，前后面同时磨损破损形式：崩碎，崩刃，热裂，塌陷。4-1 答：切屑形状：带状，节状，粒状，崩碎。带状的最理想。4-8 答：(1)水溶性水溶液：用于粗加工和普通磨削加工乳化液：用于粗加工和普通磨削加工，高浓度时用于精加工和复杂刀具加工中合成切削油：用于难加工材料的钻孔，铁削，攻螺纹。（2）油溶性切削油：V低的精加工，普通精车，螺纹精车极压切削油：用于难加工材料切削。（3）固体润滑剂4-12 见思考题 T2 4-13 主偏角增加，刀具强度增大，散热条件好，表面质量好主偏角增加，Fp 减小，切削平稳。大的主偏角，切削厚度增大，断屑性能好。