《机械制造技术基础》部分习题参考解答第二章 金属切削过程2-1什么是切削用量三要素?在外圆车削中,它们与切削层参数有什么关系? 答:切削用量三要素是指切削速度 v、进给量 f、背吃刀量 ap(切削深度)。在外圆车削中,它们与切削层参数的关系是:⏺rε= 0.5mm;切削用量为:ap=3mm, f=0.4mm/r,vc=8m/min。试求切削力 Fc、Ff、Fp 及切削功率。解:根据已知条件,查教材p39 表 2-3,得到⏺CFc  900,CFp  530,xFc  1.0,xFp  0.9,yFc  0.75,yFp  0.75,nFc  0;nFp  0;⏺CFf 450,xFf 1.0,yFf 0.40,nFf  0⏺代入p39 公式(2-20),可得F  C aFc f Fc vFc K  900  3  0.4  80 1.0  1358Nc Fc p c s FcF  C aFp f Fp vFp K  530  3  0.4  80 1.5  1075Np Fp p c s FpF  C aFf f Ff vFf K  450  3  0.4  80  0.75  702Nf Ff p c s Ff再根据p38 公式(2-17),可得切削功率P  F v 10  1358 80 / 60 10  1.81 KWc c c2-11影响切削力的主要因素有哪些?试论述其影响规律。答:(P41-42)影响切削力的主要因素有工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、切削液和刀具材料。工件材料的影响:工件材料强度、硬度越高,切削力越大;切削用量的影响:背吃刀量 a 影响最大,几乎成正比;f 次之,v 最小。⏺刀具几何参数的影响:前角增大,切削力减小;主偏角变化,影响 F 和 F 比例。刀具磨损增加会使切削力增大。润滑性能好的切削液可减小切削力。2-12影响切削温度的主要因素有哪些?试论述其影响规律。答:(P44-46)影响切削温度的主要因素有切削用量、刀具几何参数、工件材料性能、刀具磨损和切削液。切削用量的影响:v 最大,f 次之,ap 最小;刀具几何参数的影响:前角增大,切削温度减小;主偏角减小,会改善散热条件; 工件材料强度、硬度越高,产生的切削热越多;刀具磨损变钝,摩擦加剧,切削温度上升; 切削液可以明显减少切削热的影响。2-13试分析刀具磨损四种磨损机制的本质与特征,它们各在什么条件下产生?答:(P47)刀具磨损四种磨损机制的本质和特征:硬质点划痕:工件材料有硬质点,造成机械磨损,有划痕、划伤。冷焊磨损:即粘接磨损,在高压高温作用下,刀具材料被粘接、撕裂,导致磨损。扩散磨损:在高温下刀具材料中金属原子扩散,导致材料软化磨损。化学磨损:由于化学腐蚀、氧化作用产生的磨损。2-14什么是刀具的磨钝标准?制定刀具磨钝标准要考虑哪些因素?答:(P48)刀具磨损达到一定限度就不再使用,这个限度叫做刀具的磨钝标准。制定刀具磨钝标准要考虑的因素有:磨损量便于测量检验,生产的具体情况(如加工精度要求、刀具调整的方便性、刀具的复杂程度、刀具材料和工件材料等)。2-15什么是刀具寿命和刀具总寿命?试分析切削用量三要素对刀具寿命的影响规律。答:(P49-52)刀具寿命——刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的总切削时间。刀具总寿命——刀具寿命乘以刃磨次数。切削用量三要素对刀具寿命的影响规律是:切削用量三要素任意参数增大,都会导致刀具寿命降低,其中 v 的影响最大,f 次之,a 最小。2-16什么是最高生产率刀具寿命和最小成本刀具寿命?怎样合理选择刀具寿命?⏺答:(P50)最高生产率刀具寿命——按单件时间最短的原则确定的刀具寿命; 最小成本刀具寿命——按单件工艺成本最低的原则确定的刀具寿命。一般情况下,应采用最小成本刀具寿命,再生产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时可选用最高生产率刀具寿命。2-17试述刀具破损的形式及防止破损的措施。答:(P51)刀具破损的形式有脆性破损(崩刃、碎断、剥落、裂纹破损)、塑性破损。防止破损的措施有:合理选择刀具材料、合理选择刀具几何参数、保证刀具的刃磨质量、合理选择切削用量、提高工艺系统[1]的刚度、对刀具状态进行实时监控。2-18试述前角的功用及选择原则。答:(P57)前角的功用:前角增大可减小切削变形、降低切削力和切削温度,但前角过大会削弱刀刃的强度。选择原则:工件材料强度、硬度较低时选择较大前角,否则较小前角;加工塑性材料,选择较大的前角;刀具材料韧性好时选择较大的前角;粗加工选择较小的前角。2-19试述后角的功用及选择原则。答:(P57-58)后角的功用:减小刀具后刀面与工件之间的摩擦,提高已加工表面质量。选择原则:切削厚度较小时,选取较大的后角;粗加工选取较小的后角;工件材料塑性较大时取较大的后角;工件材料强度硬度高时,取较小的后角。2-20在CA6140 型车床上车削外圆。已知:工件毛坯直径为70 mm,加工长度为400mm;加工后工件尺寸为60 mm,表面粗糙度为Ra3.2μm;工件材料为 40Cr(σ=700MPa);采用焊接式硬质合金外圆车刀(牌号为 YT15),刀杆截面尺寸为 16mm 25mm,刀具切削部分几何参数为:γ=10°,α=6°,κ=45°,κ ’=10°,λ=0° ,r= 0.5mm,γ=-10°,b=0.2mm。试为该工序确定切削用量(CA6140 型车床纵向进给机构允许的最大作用力[2]为 3500N)。解答:(参照P52-57 例题 2-2)2-21试论述切削用量的选择原则。答:(P52)首先选取尽可能大的背吃刀量 a;其次根据机床进给机构强度、刀杆⏺刚度等限制条件(粗加工时域已加工表面粗糙度要求(精加工时),选取尽可能大的进给量 f;最后根据“切削用量手册”查取或根据公式(2-29)计算确定切削速度 v。2-22什么是砂轮硬度?如何正确选择砂轮硬度?答:(P60)砂轮硬度——磨粒在磨削力的作用下,从砂轮表面上脱离的难易程度。砂轮硬度越高,磨粒越不容易脱离。正确选择砂轮硬度:(1)磨削硬材,选软砂轮;磨削软材,选硬砂轮;(2)磨导热性差的材料,不易散热,选软砂轮以免工件烧伤;(3)砂轮与工件接触面积大时,选较软的砂轮;(4)成形磨精磨时,选硬砂轮;粗磨时选较软的砂轮。2-23为什么磨削外圆时磨削力的三个分力中以 Fo 值最大,而车外圆时切削力的三个分力中 Fo 值为最大?答:因为砂轮上的磨粒为自然形成的负前角,磨粒较钝,同时参与磨削的磨粒较多, 磨削时单位磨削力较大,故造成外圆磨削时磨削力的三个分力中以径向磨削力 Fγ 值最大,而车削车刀为人工刃磨的前角,切削刃锋利,故切向切削力最大。2-24粗磨一直径为50 mm 的外圆,工件材料为 45 钢,其硬度为 228~255HB,砂轮速度为 50m/s,试确定所用的砂轮特性。答:根据已知条件,砂轮特性选择应为:磨粒为棕刚玉,粒度为 F30—F60,陶瓷结合剂,砂轮硬度为中硬 Q,砂轮组织为疏松 9—12 号,平形砂轮。切削层公称厚度:hD f sinr⏺切削层公称宽度:bD  ap / sinr⏺切削层公称横截面积:

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第二章 金属切削过程

2-1什么是切削用量三要素?在外圆车削中,它们与切削层参数有什么关系? 答:切削用量三要素是指切削速度 v、进给量 f、背吃刀量 ap(切削深度)。在外圆车削中,它们与切削层参数的关系是:

⏺

rε= 0.5mm;切削用量为:ap=3mm, f=0.4mm/r,vc=8m/min。试求切削力 Fc、Ff、Fp 及切削功率。

解:根据已知条件,查教材p39 表 2-3,得到

⏺

CFc  900,

CFp  530,

xFc  1.0,

xFp  0.9,

yFc  0.75,

yFp  0.75,

nFc  0;

nFp  0;

⏺

CFf

 450,

xFf

 1.0,

yFf

 0.40,

nFf  0

⏺

代入p39 公式(2-20),可得

F  C aFc f Fc vFc K  900  3  0.4  80 1.0  1358N

c Fc p c s Fc

F  C aFp f Fp vFp K  530  3  0.4  80 1.5  1075N

p Fp p c s Fp

F  C aFf f Ff vFf K  450  3  0.4  80  0.75  702N

f Ff p c s Ff

再根据p38 公式(2-17),可得切削功率

P  F v 10  1358 80 / 60 10  1.81 KW

c c c

2-11影响切削力的主要因素有哪些?试论述其影响规律。

答:(P41-42)影响切削力的主要因素有工件材料、切削用量、刀具几何参数、刀具磨损、切削液和刀具材料。

工件材料的影响:工件材料强度、硬度越高,切削力越大;

切削用量的影响:背吃刀量 a 影响最大,几乎成正比;f 次之,v 最小。

⏺

刀具几何参数的影响:前角增大,切削力减小;主偏角变化,影响 F 和 F 比例。刀具磨损增加会使切削力增大。

润滑性能好的切削液可减小切削力。

2-12影响切削温度的主要因素有哪些?试论述其影响规律。

答:(P44-46)影响切削温度的主要因素有切削用量、刀具几何参数、工件材料性能、刀具磨损和切削液。

切削用量的影响:v 最大,f 次之,ap 最小;

刀具几何参数的影响:前角增大,切削温度减小;主偏角减小,会改善散热条件; 工件材料强度、硬度越高,产生的切削热越多;

刀具磨损变钝,摩擦加剧,切削温度上升; 切削液可以明显减少切削热的影响。

2-13试分析刀具磨损四种磨损机制的本质与特征,它们各在什么条件下产生?

答:(P47)刀具磨损四种磨损机制的本质和特征:

硬质点划痕:工件材料有硬质点,造成机械磨损,有划痕、划伤。

冷焊磨损:即粘接磨损,在高压高温作用下,刀具材料被粘接、撕裂,导致磨损。扩散磨损:在高温下刀具材料中金属原子扩散,导致材料软化磨损。

化学磨损:由于化学腐蚀、氧化作用产生的磨损。

2-14什么是刀具的磨钝标准?制定刀具磨钝标准要考虑哪些因素?

答:(P48)刀具磨损达到一定限度就不再使用,这个限度叫做刀具的磨钝标准。制定刀具磨钝标准要考虑的因素有:磨损量便于测量检验,生产的具体情况(如加

工精度要求、刀具调整的方便性、刀具的复杂程度、刀具材料和工件材料等)。

2-15什么是刀具寿命和刀具总寿命?试分析切削用量三要素对刀具寿命的影响规

律。

答:(P49-52)刀具寿命——刃磨后的刀具自开始切削直到磨损量达到磨钝标准为

止的总切削时间。

刀具总寿命——刀具寿命乘以刃磨次数。

切削用量三要素对刀具寿命的影响规律是:切削用量三要素任意参数增大,都会导致刀具寿命降低,其中 v 的影响最大,f 次之,a 最小。

2-16什么是最高生产率刀具寿命和最小成本刀具寿命?怎样合理选择刀具寿命?

⏺

答:(P50)最高生产率刀具寿命——按单件时间最短的原则确定的刀具寿命; 最小成本刀具寿命——按单件工艺成本最低的原则确定的刀具寿命。

一般情况下,应采用最小成本刀具寿命,再生产任务紧迫或生产中出现节拍不平衡时可选用最高生产率刀具寿命。

2-17试述刀具破损的形式及防止破损的措施。

答:(P51)刀具破损的形式有脆性破损(崩刃、碎断、剥落、裂纹破损)、塑性破

损。

防止破损的措施有:合理选择刀具材料、合理选择刀具几何参数、保证刀具的刃磨

质量、合理选择切削用量、提高工艺系统^[1]的刚度、对刀具状态进行实时监控。

2-18试述前角的功用及选择原则。

答:(P57)前角的功用:前角增大可减小切削变形、降低切削力和切削温度,但前角过大会削弱刀刃的强度。

选择原则:工件材料强度、硬度较低时选择较大前角,否则较小前角;加工塑性材料,选择较大的前角;刀具材料韧性好时选择较大的前角;粗加工选择较小的前角。

2-19试述后角的功用及选择原则。

答:(P57-58)后角的功用:减小刀具后刀面与工件之间的摩擦,提高已加工表面质量。

选择原则:切削厚度较小时,选取较大的后角;粗加工选取较小的后角;工件材料塑性较大时取较大的后角;工件材料强度硬度高时,取较小的后角。

2-20在CA6140 型车床上车削外圆。已知:工件毛坯直径为70 mm,加工长度为

400mm;加工后工件尺寸为60 mm,表面粗糙度为Ra3.2μm;工件材料为 40Cr(σ

=700MPa);采用焊接式硬质合金外圆车刀(牌号为 YT15),刀杆截面尺寸为 16mm 25mm,刀具切削部分几何参数为:γ=10°,α=6°,κ=45°,κ ’=10°,λ=0° ,r= 0.5mm,γ=-

10°,b=0.2mm。试为该工序确定切削用量(CA6140 型车床纵向进给机构允许的最大作用力^[2]为 3500N)。

解答:(参照P52-57 例题 2-2)

2-21试论述切削用量的选择原则。

答:(P52)首先选取尽可能大的背吃刀量 a;其次根据机床进给机构强度、刀杆

⏺

刚度等限制条件(粗加工时域已加工表面粗糙度要求(精加工时),选取尽可能大的进给量 f;最后根据“切削用量手册”查取或根据公式(2-29)计算确定切削速度 v。

2-22什么是砂轮硬度?如何正确选择砂轮硬度?

答:(P60)砂轮硬度——磨粒在磨削力的作用下,从砂轮表面上脱离的难易程度。砂轮硬度越高,磨粒越不容易脱离。

正确选择砂轮硬度:

(1)磨削硬材,选软砂轮;磨削软材,选硬砂轮;

(2)磨导热性差的材料,不易散热,选软砂轮以免工件烧伤;

(3)砂轮与工件接触面积大时,选较软的砂轮;

(4)成形磨精磨时,选硬砂轮;粗磨时选较软的砂轮。

2-23为什么磨削外圆时磨削力的三个分力中以 Fo 值最大,而车外圆时切削力的三个分力中 Fo 值为最大?

答:因为砂轮上的磨粒为自然形成的负前角,磨粒较钝,同时参与磨削的磨粒较多, 磨削时单位磨削力较大,故造成外圆磨削时磨削力的三个分力中以径向磨削力 Fγ 值最大,而车削车刀为人工刃磨的前角,切削刃锋利,故切向切削力最大。

2-24粗磨一直径为50 mm 的外圆,工件材料为 45 钢,其硬度为 228~255HB,砂轮速度为 50m/s,试确定所用的砂轮特性。

答:根据已知条件,砂轮特性选择应为:

磨粒为棕刚玉,粒度为 F30—F60,陶瓷结合剂,砂轮硬度为中硬 Q,砂轮组织为疏松 9—12 号,平形砂轮。

切削层公称厚度:

hD 

f sinr

⏺

切削层公称宽度:

bD  ap / sinr

⏺

切削层公称横截面积: