机械制造技术基础课后答案——第二章

1、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

2、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

3、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

4、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：Fz :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。Fx :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。Fy :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 Fy 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

5、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， ap 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

6、；根据切削温度的经验公式， 的系数大于 ap 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

7、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

8、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 6140车床上粗车、半精车一套

9、筒的外圆， 材料为 45钢（ 调4 / 7质)，抗拉强度b 681.5MPa，硬度为200300HBW，毛坯尺寸 dw lw 80mm 350mm，车削后的尺寸为 d (75 0.25)mm, L 340mm, 表面粗糙度值均为Ra3.2 m。试选择刀具类型、材料、结构、几 何参数及切削用量。本题选择直头外圆车刀，刀片材料为硬质合金 YT15，结构为焊接 刀具。刀杆尺寸为16mm 25mm。几何参数0 15 ， 0 8，kr 75， kr 10 ， s 6 ， r 1mm ；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ap :单边加工余量为2.5mm，粗车取a“

10、 2mm， 半精车取ap2 0.5mm。(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f 0.5 0.9mm/r。按机床说明书中实有的 进给量，取f 0.51mm/ r(3)确定切削速度:切削速度可通过vCvm xaPKv计算，也可查表，本题查表取v 110m/min主轴转速n1000v1000 110438m /mindw 3.14 80按机床书说明书取n 450r/min，实际切削速度为v -dwn 113m/min10002、半精工步(1) 确定背吃刀量ap: ap2 0.5mm。(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

11、 50m/ min，从表中查出f 0.3 0.35mm/ r。按机床说明书中 实有的进给量，取f 0.3mm/r。(3) 根据ap与f，查表取v 130m/min。1000v1000 130545r / min计算主轴转速ndw3.14 76按说明书取n 560r/min，实际切削速度为v 134m/ min 10002-23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