金属切削原理试题与答题技巧

“金属切削原理”愚机械设汁制造及我自动化专业本、专科学生的专业基融课，亦是机械制造及其自动化、机械设计及理论、机械电子工程等学科招收硕士研究生的专业基础课考试科目。门前，虽有关“金属切削原理”的教材较多，但还没有一本与教材对应的复习应考指导书，给学生复习、总结和应试带来一定困难C随着我国跨世纪教育改革的不断深入和素质教育的全面推进，课程内容大为增加，而教学时数又大大压缩，这就要求学生能够抓住重点'攻克难点,尽快掌握课程的内容。而精选例题，并在答题技巧上给予指导，不失为一种帮助学生提出问题、分析问题、巩固所学知识、提高总结郎力的有效方法另外，每年都有不少考研的学生要求办考试辅导班，并要求购买历质的考研试题和复习参考资料，而多数又是外地考生c由于客观条件限制，一直无法满足这一需求，随着招生名额的扩大，选个”金属切削原理”的考生人数大大增加，编写一本能有效地指导和帮助学生复刊、备考的指导书势在必行。正是为了适应上述要求，我们编写了这本《金属切削原理试题精选与答题技巧》。本指导书所述内容的依据是本科生“金属切削原理”课程教学大纲,针对的教材是华中理工大学陈日曜主编的《金属切削原理》，其主要特点是：.内容全面。包览了金属切削原理基本内容所对应的试题。.亘点突出。聚紧围绕更习总结,结合典型范例进行r必要的分析和解答..指导性强。对各部分应掌握的内容和程度作了突出的说明，并在附录中给出研究生入学考试的模拟试题和本科生课程考试模拟试题，以便于考生自测。.针对性好°给出了2000年“金属切削原理”考研大纲和1998年、1999年两届考研试题及本专科复习思考题、历届考试试题，以使考生有针对性地复习。本书由哈尔黑工业大学王娜君主编，王杨任副主编，韩荣第主审“书中第一章~第四章、第八章及附录由王娜君编巧,第五章、第七章、第九阜-第十二章由曲存景编写，第六章由.三杨编写，全书由王娜君统编定稿C由于编者水平所限，加之时间仓促，书中难免有琉漏和不妥之处，敬请读者批评指正.作者1999年9月第一章基本定义TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"必备知识和考试要点 (1)\o"CurrentDocument"典型范例和答题技巧 (1)第二章刀具材料\o"CurrentDocument"必备知识和考试要点 (8)\o"CurrentDocument"典型范例和答题技巧 (8)第三章金属切削变形过程\o"CurrentDocument"必备知识和考试要点 (12)\o"CurrentDocument"典型范例和答题技巧 (13)第四章切削力\o"CurrentDocument"必备知识和考试要点 (19)\o"CurrentDocument"典型范例和答题技巧 (20)第五章切削热和切削温度\o"CurrentDocument"必备知识和考试要点 (24)\o"CurrentDocument"典型范例和答题技巧 (24)第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度\o"CurrentDocument"必备知识和考试要点 (27)\o"CurrentDocument"典型范例和答题技巧 (27)第七章工件材料切削加工性I必备知识和号试要点 (30)\o"CurrentDocument"7.2典型范例和答题技巧 (30)第八章切削液TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1必备知识和考试要点 C32)\o"CurrentDocument"8.2典型柩例和答题技巧 (32)|第九章已加工表面质量\o"CurrentDocument".1必备知识和考试要点 (35)\o"CurrentDocument"9.2典型范例和答题技巧 1.35)第十章刀具合理几何参数的选择\o"CurrentDocument"必备知识和考试要点 - (40)\o"CurrentDocument"典里范例和答题技巧 (40)第十一章切削用量的制定\o"CurrentDocument"必备知识和考试要点 (44)\o"CurrentDocument"112典型范例和答题技巧 (44)第十二章磨削\o"CurrentDocument"12.1必备知识和考试要点 (49)\o"CurrentDocument"12.2典型范例和答题技巧 (49)附录；附录I 研究生入学考试模拟试题及参考答案…(52)\o"CurrentDocument"附录JJ杂分研究生入学考试试题 (57)\o"CurrentDocument"附录HI 2000年研究生入学考试复习大纲 (59)\o"CurrentDocument"附录N 本科生习题和思考题汇编 (60)附录V本科生课程结业考试模拟试题及参考答案……

(63)\o"CurrentDocument"附录VI部分本、专科生考试试题汇编 (72)第一章基本定义必备知识和考试要点切削运动与切削用量.掌握切削过程中所必需的切削主动的概念，r解主运动、进给运动的特点。.明确切削过程中匚件七形成的已加工表面、待加工表面、加工表面.3,熟悉切削用量三要素的概念、许号及放量单信。1.1.2刀具的几何参数.「解刀具切削部分的构成，熟悉表示各表面和刀刃的符号。.逮悉刀具标注角度的参考平面(培面、切削平面)的定义、符号。.然悉刀具标注角度不同参考系的构成及各参考系中测址平面的定义、符号°.熟悉刀具标注角度的定义、符号及正负,并能对派生角度进行计算。.能够根据已知条件正确画出刀具标注角度。.明确刀具工作角度和标注年度的区别“.掌握法平面与正交平面前、后用的换◎关系。.掌握垂直基面的任意剖面与正交平面前、后用的换算关系“9,熟悉切削层参数的定义、符号及与切削用址之间的计算关系.10.「解自由切削与非自由切削斜角切削和直角切削。1.2典型范例和答题技巧例图L1车削端而工作图【例1.1】图1」为用端而军〃切削工件端面。已知:吟=75、 =y；=10",rtll=5例图L1车削端而工作图(i)标注端面车刀各角度，(2)求最大前角73，并标示出所在位置(r皿卜(3)标出。》、f、a*、acf.I分析：l.判定刀具切削时的进给方向。端面车刀的

进给方向与外圆车刀涧进给方向不以。外圆车刀的进给方向平

行于工件的轴线,而端面车〃的进给方向则垂宜于工件轴线。刀具标注角度中的主偏角入、副偏角K的定义分别是主、副切削刃在基面中的投影与进给方向的夹角；所以只有正确地确定进给方向，才能正确地标出主、副偏角“.计算刀具的最大前角公式为tanymx=4tan2/„+lan2A, （1.1）根据式（1.1）求得的最大前角是垂直于基面的某一剖面。该剖面位置即为最大前角的方位角ianrma=tan/JianA, （1.2）通过式（1.2）计算求得厂小后，在图中从主切削刃起，向副切削刃方向标出f角。.端面车削、切削用量的概念如下：进给量/：主轴转一转时，车刀相对1•件径向移动的距离c背吃刀最旬：沿着工件轴线测髭的待加工表面与已加工表面的距离“【答案】 见例图12最大前角计算tan=Jlai>2/"+tan2A.：一肃万7旋而=，kn】O・方位角计算tanyv_tan10°_.由小=高一元=嬴谆j丁皿=45。【例1.2】已知外则车刀勺=75'"=1例7.,=15\a0=5\As=-5\试画图亦出主切削刃上的几何角度，并说明以上各角度的定义，当刀尖装高人后，工作角度如何计算？―11.力倾角的正、负在外圆车刀标注角度时，易出现错误.标注时，S向视图中刀尖向下为正刃倾用，刀尖向二为负刃倾角如果以整体刀具理解，则刀尖低为负刃倾角，刀尖高为止力倾角，.在回答各角度的定义时，•定嬖严格。如前角；在主切力选定点的正交平面（也称主剖面）内测量，前刀面与基面之间的夹角。由于基面的定义是基于“选定点”，所以前角的定义中也一定强调“过选定点”。正交平面是九的测量平面，不同的测地¥面中所测得y是不同的，•般说的前角（或以符号九表示）均是指正交平面内测量的前例，所以定义中一定要交待出测盘平面O.标注角度时，选定点不要变。车为参考平面的基面、切削平面均是基于切削刃上的选定点，所以标注主偏角时的选定年亦应和标注前角的选定点•致“.图中相应符号要注全，包括送给方向/、基面P，、切削平面匕、正交平面匕、

第嶂基本定义3（0—0）、0'—0'、5向等。.由于刀尖安装时，刀尖高出工件中心线h值,使实际切削速度方向发生变化，这样基面、切削平面的位置也就发生变化，从而使工作前后角与标注前后角不再相同。【答案】见例图1.3。例图1.3外圆车刀主切削刃的几何角度主偏角小：在基面中测盘的、过切削力上的选定点、主切削刃在基面中的投影与进给方向间的夹角。副偏角《：在基面中测域的、刷切削力在基面中的投影与进给方向间的夹角。前角九：在正交平面中测盘的前刀面与基面间的夹角。后角a。：在正交平面中测量的后刀面与切削平面间的夹角。刃倾角心：在切削平面已内人员的主切削刃与基面之间的夹角，刀尖高者为正，刀尖低者为负。副后角a'：在副刃正交平面中测量的、副后刀面与副切削平面间的夹角。刀尖装高后值后，工作角度的修正计算为（见例图1.4）：在背平面（切深剖面）匕*=八+41金用切附原理试电精选芍答规或巧匍依1.4刀尖装高A值时的T.匍依1.4刀尖装高A值时的T.作用度a.r=a„-0〃_hIan"一, -J：--r-T^i=--:(•(»SM,v<-2)f【例1.3)已知：加工阶栉轴的，卜网:乍刀九=15，a*=10，k'(=15\Af-:-5\a：=5°,画出该小刀的标注侑度.汴计算〃尖角却、楔角储I分析11.确定主偏角，该题/宥给出主偏角的数值，学生在答题时往往一看是外国车〃，就按普通外圆车刀的主偏向(<90,)绘图.而该题给出的加工对象'：］阶梆轴，就相当于给出90°主偏角c所以必须以。0’佛刀来画，而其他偏度不变。.刮前的、在车刀标注角度图中不要求标出副刃m知，这姑因为车刀的前刀面基本卜鄢是平面，当前用用力倾角确定后,副刃的前角也随之确定，即以前角和刃倾角为加」：卷数，就完全可以加工出平面型的前刀期，所以不需标出副刃的前角,但在标副刃的后角时，前力面位置不能出原则错误，该题的九=15.(A))e由于“产90二所以画图的前LJJ面位置投影/应在基画上，如例图1.5所赤，仔。一。剖面中，八点为高点，耳点为弧点；在0'—。,制面中，A点为高点.8,点为低点。乂如切断刀主切削刃仔基面中的投影平行工件轴线,其进给方向垂直于工件的轴线，所以切断力的主体於K,-W,/„<().,.派生用度计士布〃的〃尖角入、一一凡均为派生角度,可通过万面公式计算得出e,-K-(Kr»A./) (1.3)^..-!-n +a) (1.4)I答案】 见例图1.(,儿二5(K+«..)=900-15*-l(r=65"£,=4-(%：)；)=1&『-90°-5=?5°(加工阶梯轴的主偏角仁=9(0【例1.4］画图说叫怅花钻钻孔时切削用址的概念、切削层参数的概念以及二者之间他换算关系」不「I.区分麻囱进绐埴(口拉转进给量的概念。对于麻花钻,钻头转•转，沿其轴线移动的距离为每转进给量/mm/r估头转过T、齿,沿轴线移动的距离为每位进给什/(，Jmm/z,钻头具tf四条主M削力,即有两个刀也h所以每由进给忖和每转进给出呈2倍关系“

第i第i摩珞木定义例图1.57；＜0 例图1.69Q•偏角外画东刀角度标注2.确定待加工表面位置,钻孔是在实体上加工孔，所以只能出现在已加工表面.而背吃刀量的概念是已加工表面和待加l表面的垂直距离。为r能求得背吃刀拊，可以先从扩孔加工来考虑。在扩孔加工时，待加工表面为加工前底孔表面，所以背吃力址％可由下式计算a,=(d,„-dv,,)12 (1,4)式中clm 加工后孔径;/*.——加工前孔径。钻孔可视为人=0的情况，所以麻花钻钻孔时的背吃刀量为-dm&广--3J式中人,——工件加工孔径。3,掌握切削用於与切削层参数间的关系公式，【答案】见例图L7c(1)切削速度切削速度系指钻头外缘处的线速度。北t“1000X60'、式中心;一钻头外径，mm;，/一一钻头或工件转速，r/nuno⑵进给他八钻头或工件每转一转，相对于工件的轴向例图1：麻花钻帖削要案位移送，称为每转进给城，或带称进给维，以/表示，单位为mm岛钻头每转一个刀齿，钻头与工件之间的相对轴向位移果，称为每齿进给量，以符号，表示一单位为mm/z;在每秒钟内，钻头与工件之间的她向位移量，则称为每秒进给量或进给速度，以符号口表示，单位为mm/se它们之间的关系为v{-nf=2nfj60inm/s式中n 钻头或」:件的转速，r/.niru(3)背吃刀肘(钻削深度)%：a।产”J2,单位为mnu（4）切削厚度a*新国标"）：切削厚度系指垂直于主切削力在基面上投影方向测出的切削层断面尺寸，即广./'sink,

ac=,/i'in«r~——mm由于主切削力上各点的主偏甭不等，因此各点的切削厚度也不相等.（5）切削宽度a,（新国标为3切削宽度系指在基面上所量出的主切削刃参加工作的长度,即“p da=_； =丁……mmsink,2smtcT切削面积A,（新国标为AQ；对麻花钻来讲，切削面积实际上系指每个刀齿的切削面积，即.„ _ _fd3A1-cl —a[Up—~~r~mni4【例1.5】 举例说明外圆车力横向进给和纵向进给时工祚角度的修整计算（画图八I分析】军刀的标注京度是在不若虑进给运动时的基面、切削平面为参考平面。在有进给运动时，合成运动的速度方向发生变化，工作基面、工作切削平面发生了变化。车月工作角度即是在考虑进给运动时刀具的实际切削角度。【答案】 横向进给运动时（如切断刀，见例图1.8）,工作角度的修正计算为八=九十产a*=a”一〃ftanfi=~~="广一vcZnp例图1.8纵向进给运动时（加车螺纹，例图I.9），工作角度为匕一八二〃 （螺纹左侧面取+，右侧面取-）

例图1.9注；本章要求在理解了所有的注本定义的蔡础匕重点掌握刀具角度的标注.第二章刀具材料必备知识和考试要点刀具材料应具备的性能.「解刀具切削过程的工作环境：.熟悉刀具材料应艮备的性能，.1.2高速钢1,熟悉高速钢的基本性能和应用范围“.r解通用型高速钢、高性能高速钢主要牌号和数字的含义.，.1.3硬质合金.熟悉硬质合金的特一点，能区别硬质合金与高速钢的不同性质和应用特点“.熟悉各类硬质合金牌号的含义。.根据已知的工件材料、加工条件，正确地选用硬质台金牌号，.1.4其他.r解涂层刀具材料的性能及应用范围”.熟悉陶诠、金刚石、立方氮化挪刀具材料的性能及应用范围,，2.2典型范例和答题技巧【例2.1]根据刀K工作的条件说明刀具材料应具备的性能，【答案)刀具在切削时，要承受很大的压力和很高的切削温度，有时还要承受冲击、振动，所以刀具材料应满足以下要求：(1)高的硬度和耐磨性。硬度是刀具材料应具备的基本特性C刀具要从工件上切下切屑.其硬度必须比工件材料的硬度高,切削金属所用刀具的切削刃的硬度,一般都在60HRC以上。耐磨性是材料抵抗磨损的能力°要保证刀具有足够的使用寿命，刀具材料应具有很好的耐磨性。(2)足够的抗弯强度用韧性。要使弓具在承受很大压力和在切削过程中通常出现的冲击和振动的条件下正常工作，而不产生堀力和折断，力H材料就必须具有足够的强度和物性C⑶高的耐热性（热稳定性）“城热性姑衡量〃艮材料切削性能的主要坏:志、它是指父具材料在高温下保持硬魔、耐磨性、物度和韧性的性能.，刀具材料的高招硬度愈高,则“艮的切削性能愈好，允许的切削速度也愈高.除高温硬度外，刀具材料还应具了「在高温卜抗氧化的能力以及良好的抗粘洁和抗犷散的能力,即〃具材料逅具:行良好的化学稳定性一⑷良好的热物理性能和耐热冲击性能：11具材料的导热宣愈好.切削热的容易从切削区散走，右利F降低切削温以））.在断续切削f如诜削）或使用F削液切削时，常常受到很大的热冲击（温度变化剧烈），使〃I{•内部产生裂然间导致断裂因而刀具材料应具脩耐热冲击性:导热系数大,使热趾容易散走，那低〃容衣面的温度；热膨张泵的小，可减少热系形；而弹性模量大，可以降发因热变恐而产生的交变应力幅度这些均有利于材料耐热神由性谓的提高，⑸良好的」一艺性能，力便于3认制港.姿求）用材料具仃艮好的工艺性能.加锻范性能、然处理性凿、高温塑性变形性盘、溶削加工性懦等等。（6）经济性。经沛电拈力其材料的电要指标之」刀具材料的发展应结合本国资源.行的刀具（如超硬材料月具）虽然单件成本根高,但因其使用寿命很长，分摊到锤个4件的成本不一定很高，因此在选用时要考虑经济效果，此外，在切削加工自动化和柔性制:靛系统中.也要求刀具的切削性施比较稳定和可靠、有一定的时稹测性和窗度的可靠性,I例2.2】一印《W18cMV,?T15、YGB二种刀具材料各属哪类刀具材料?适升加工何种工件材料？可在什么样的切削条件下加丁？0JJ具材科的钟类很多（14比较常用的刀具材料主唬理:高速钢和硬贡介金两类高速钢中按不id的训..「性能，可分为通用型鬲速钢刊高性能高速钢，常用的硬质合金有两大类,国际标准的尸类和K1,分别相当于国产牌号的XT类和YG类.根据川口材料的性能可加工不同的工件材料，切削条件指倒是连续切削还是断续!〃削.是精加工造是粗加工，这主要是由切削时刀具眼受的冲击大小来选择韧性合适的刀具材料。【答案】Wl8EV展r通用..速钢。其含量分别是：C0.7%7.9%、W18%..Cr4%、V1%,适用「加匚硬度百250—280HBs以下的大部分结构钢和铸铁“切削普逋钢料时，切削速度&；4。"-6"tii/minYT15.P类（国际标准），属.钻钛类（WC-TiC-G＞）硬质合金015表.台金中含TtCAS%,适合挪工破纲和合金钢,切削条件最宜在连续切削的华精加工和精加工中“YG8属K类（国际标准）.铐钻塔（WC-Co）硬质合金。适于加工铸铁、有色金属及其台金，8表示合金中含Fk8%。叨剂条件可以是断续切削或粗加L1例2.31 如何恨据不同的加工条件,合理地选用刀具材礼I答案】刀具材料的合理选用主要是根据工件材料的性质、加工条科:利刀具形状等。例如,冲击力大或物续加工时应选用韧性好的高速钢或含钻把较％的YT5或YG8;'更杂刀打由于制造及刃磨较发杂，常选用高速钢材料；高速切削时因切削温度高，应使用耐喀性好的硬质合金：加工铸铁因切屑出端碎状，切削力集中在刀刃附近，与Y3类硬质价金亲和力差，所以应选用YG类硬质合金，粗、将加工时，高速钢材料都可以使用，对硬旗10金属切削原现试题精选与答题技巧 - -----…---—- 合金却有差别，粗加工应选用韧性较好的YT5或YG8,而精加工则选用耐磨性好的YG3或YT30,【例2.4】 硬质合金刀具材料应却何选用，？按以下刀具材料、1：件材料、加二条件进行刃具材料的合理选择刀具材料：YG3X、YG8,YT5.丫丁30、W18G4V.工件材料及切削条件：（1）粗铳铸铁箱体平面；（2）精镇铸铁箱体孔；（3）齿轮加」:的剃齿工序；（4）45钢棒料的粗加工;（5）精车405工件外圆，「分属7S1.复杂1」与简单打电刀巽材料不同,其性仁也不同,高速钢刀具材料具有较硬质合金高的强度和韧性、目好的塑性和磨加工性，宜用于制造复杂刀!晨而硬质合金则多以刀片形式被用作焊接刀舁或机央刀具。2.硬质合金的选用,YG类硬质合金主要用于加工铸铁、有色金属及其合金、非金属材料,加工这类材料时，切屑型丽碎块粒，对刀具冲击很大，切削力和切削热都集中在刀尖附近，YG类合金有校高的抗弯强度和冲击韧性，可减少切削时的崩刃.同时,YG类合金的导热性也较好，有利于从刀尖传出切削热，除低刀尖温度，在从低速到中速范围内切削时，YG类硬虞合金刀具的用度比YT类合金高,然而，由于YG类合金的耐热性较YT类合金差，切铸铁时如果切削速阻太高，切削温度过高.，其耐用度反不及YT类合金。此外，由于YG类合金的磨加工性较好,可以磨出较锐的切削刃,因此适于加I.有色金属和纤维层压材料，YT类硬质合金适于加工钢料。加二钢料时，金4型性变形很大，摩擦很剧烈，切削温度很高，YT类合金具有较高的硬度如耐磨性，尤苴是有高的耐热性、抗粘结扩散能力和抗氧化能力，在加工钢时，刀乂磨损较小，刀具用用度较长:然而在低速切削钢料时，由于切削过程不太平稳，YT类合金的韧性较羞，容易产生崩力,这时其耐用度反不及YG类合金。因此，在不允许高速切削钢料的情况下，例如，在多轴自动机床上加工小苴径棒料时，则可选用YG类合金.硬质合金中含钻量用多（WC、TiC含量减少）时，箕抗弯强度和冲击韧性增高（硬度及耐热性降低），适合于粗加工;含钻址减少（WC、TiC含抵埴加）时.我硬度，耐磨性及耐热性增加（强度及韧性降低），宜用于精加工。在加工含钛的不锈速（如1Crl8Ni9I-i）和钛合金时，不宜采用丫丁类硬质合金。因为这类硬质合金中的钛元素和加工材料中的钛元素之间的亲和力产生严重的粘刀现象“这时切削温度高、摩擦系数也较大，因而会加剧〃具磨损-，如选用YC类合金力具加工，则切削温度较低、刀具磨损较小、加工表面粗糙度较小C在加工淬硬钢、高强度钢、奥氏体阚和高温合金时，由于切削力极大，切屑与前力面接触长度很短，切削力集中在切削刃附近，易造成崩刃.因而，这时不宜采用强度较低、脆性较大的YT类合金,而宜采用韧性较好•的YG合金。同时，由于这类加工材料的导热性差,热量易集中在刀尖处，而YG类合金的导热性较好，故有利于热量的传出和降低切削温度“YW类硬质合金主要用于加工耐热钢、高镒钢、不锈钢等难加工材料。【答案】YG类硬质合金主要用户加工铸铁、有色金属和非金属材料。高速切削上述材料时，温度过高选YT类。YT类硬质合金适于加工钢料，低速时,选用YG类。YW类硬质合金主要用于加工耐热钢、高钵钢、不锈钢等难加工材料.粗加工时选用含钻量高的合金牌号；精加工时选用含钻量少的合金牌号。在加工含钛的不锈钢和钛合金时，不宜选用YT类硬质合金，1.YG8类合金可作为粗铳铸铁箱体平面的刀具材料，YG类硬质合金适合加I：铸铁等脆性材料和有色金属；YG8为中晶粒合金，虽耐磨性比YG3X低，但韧性高于YG3X,具有很好的抗冲击性和抗振性。铳削为断续切削，冲击大，所以在YG类中选用YG8。2,精镇铸铁箱体孔的刀具材料选用YG3X,精锭属连续加工，切削力小.为保证工件的加工精度，刀具的耐磨性要好，故应选用细晶粒合金YG3X。3.齿轮加工剃齿工序所用的剃齿刀选用W1804V为刀具材料。剃齿刀的形状比较复杂，剃齿工序又属精加工工序,所以为能制造出刃口比较锋利、形状复杂的刀具，应选用具有高强度和高韧性、良好的般性和可磨性的高速钢作为刀具材料。所列刀具材料中，W18G4V为高速钢刀具材料。4.45钢棒料的粗加工选用YT5作为刀具的材料。加工45钢时，工件塑性变形大、摩擦剧烈、切削区温度高，所以，应选耐热性高的YT类硬质合金。YT类硬质合金的牌号数字愈小，其含TiC的量愈少，含Co量就愈高，含Co量高，其抗弯强度和冲击韧性就高，适合于粗加工。5.精车40Cr工件外圆选用YT30作为刀具材料。40Cr属合金钢，更具有切削温度高、刀具磨损快的切削加工性，所以，仍选用具有良好的耐热性和耐磨性的YT类硬质合金。精加工切削力小，可选用强度稍低的YT30（含Co盘少，含TiC高）。注：本章要求在掌握刀具材料性能的基础上，重点掌握刀具材料的选用。第三章金属切削变形过程必备知识和考试要点诉究金属切削变形过程的意义和方法.明确研究金属切削变形过程的意义。.了解金属切削变形过程的实验方法e.1.2金属切削层的变形.熟悉金属切削过程中变形区的划分。.熟悉各变形区内所发生的变形..掌握相对滑移、变形系数、剪切角的概念。.掌握相对滑移与变形系数的关系式0.1.3前刀面的挤压与摩擦及其时切屑变形的影响.了解切削过程中作用在切屑上的力。.明确剪切角4与削刀面摩擦系数"的关系，.理解内摩擦的概念。4,熟悉影响前刀面摩擦的主要因素,，.1.4积屑痛的形成及其对切削过程的影响.掌握积屑瘤的形成条件。.掌握积屑症对切削过程影响的要点°.掌握积屑瘤的生长高度与切削速度的关系。.掌握抑制积屑病的方法。.1.5影响切屑变形的变化规律.掌握工件材料、刀具几何角度时切屑变形影响的要点..掌握切削速度对剪切角膨响的要点。,掌握切削用抗三要素切屑变形影响的要点。4,正确分析切削速度时变形系数影响的规律。

3.1.6其他.了解切屑形状的分类方法及产生的条件..了解切屑卷曲和断屑的机理“3.2典型范例和答题技巧【例3.1]画图表示切削塑性工件材料时，金属变形区是如何划分的？各变形区中的变形情况如何？分析]1.变形区的划分。根据教科书中的“金属切削过程中的滑移线和流线示意图”大致画出三个区域。2.变形区的变形。由于第一变形区区域宽度很窄，故可看成一个面，被称之为剪切滑移面。显然第一变形区的变形，也就是在切削过程中，金属通过剪切滑移面时发生的剪切滑移变形。这一变形决定了切削的进行，使被切削工件的切削层转变成切屑。第二变形区发生在切屑底层，相对于前刀面的位置。通过第一变形区变形后的金属在转变成切屑沿前刀面流出前发生的进一步变形。此忖发生的变形越前刀面作用于切屑的摩擦、挤压变形。第三变形区内的变形是受到刀”的钝圆部分及后刀面的挤压、摩擦变形。在切削层经第一变形区剪切滑移变形后，若是理想切削刃（r,=0）的切削层，则全部转变成切屑。而实际当中人*0,即刀尖钝圆的存在，使部分剪切滑移变形后的金属要挤过刀尖钝圆处，而形成已加工表面。同时，没有发生剪切滑移变形的弹性变形金属在经过钝圆处后.恢复其TOC\o"1-5"\h\z弹性变形，使部分金属靠紧刀尖处的刀具后刀 /面。当切削进行时，该表层部分金属与后刀面 /法发生摩擦、挤压变形。 4【答案】变形区的划分例图3J所示‘一X. '谯a-第一变形区的变形为发生在剪切滑移面内 、:二的剪切滑移变形；第二变形区的变形为发生在切屑底层的挤压、摩擦变形；第三变形区的变形为发生在靠近切削刃钝 例图3」切削的•三个变形区例及后刀面处的挤压、摩擦变形。【例3.2]剪切用的概念是什公？通过李和谢弗公式可以定性说明哪些问题？I分析】剪切面的位置是表现切削变形程度的,剪切面的位置与很多因素有关，剪切面与切削速度方向的夹角叫剪切角,李和谢弗根据直线滑移线场理论推导出的近似剪切角公式+=£-#+二，通过该公式可定性分析刀具前角九、摩擦角内与剪切角力的关

【答案】剪切角-——般情况T第一变形区的宽度仅约0.02-0.2mm.所以可用…剪切面来表示.剪切面和切削速度的夹角叫做剪切角，用6来表示,,李和谢弗公式；十九由该公式可知；(1)当前角九增大时，剪切角6随之增大，变形减小.可见在保证切削刃强度的前提下，增大刀具前角对改善切削过程晶有利的.(2)当摩擦角，增大时，剪切角6随之减小，变形增大。所以提高刀具的刃磨质量，施加切削液减小前力面上的摩擦对切削是有利的。【例3.3］有哪些指标可用来衡盘切削层的变形程度？它们能否真实反映出切削过程的全部变形实质？它们之间有什么样的关系？【答案】 衡量切削变形的程度可以分别用变形系数八相对滑移£和剪切角0三个指标来衡量。变形系数切屑厚度&因与切削层厚度心之比，或切削层长度乙与切屑长度以之比，(之)>1.£愈大，变形就愈大,相对滑移单位长度上的相对滑移量，即£=普=京毒剪切角6——剪切面与切削速度方向之间的夹角。6角增大、变形减小。剪切角九相对滑移「和变形系数［是通常用以表示切居变形程度的三种方法。它们是根据纯剪切的观点提出的。但切削过程是复杂的，它既有剪切，又有前刀面对切屑的挤床和摩擦作用(第二变形区)，用这些筒单的方式不能反映变形的实质。例如f=1时,a&=a,.似乎表示切屑没有变形，但实际上有相对滑移存在。相对滑移与剪切角的关系cosyosin6ccs(6~7Q)变形系数与剪切角的关系F二怛一cos(1-兀)atsinq变形系数与相对滑移的关系_f2-2fsin%♦1

e€cosTd【例3.4］什么是相对滑移和变形系数？它们与剪切角有什么关系？「罚一［该题必须严格按定义回答，为了更清楚地表达题意,需要附图说明。【答案】1,相对滑移£也称剪应突。相对滑移是单位长度上沿剪切面滑移的距离。△S相对滑移£与剪切角的关系如例图3.2所示。由图可见,剪切面NH滑移到PG的位置，即△S=NF△丫=MK=4§=龙=e-3Y-.WK MK~£=cot。+Lan（6-y。）二_cos九 sin而於（4—Xo）.变形系数。变形系数的概念是基于这样的事实：在切削过程中，刀具切下的切屑厚度通常都要大于工件上切削层的厚度人（新国标为人）,而切屑长度心却小于切削层长度八，如例图3.3所示。切屑厚度与切削层厚度之比称为厚度变形系数比（新国播称此为“切屑厚度压缩比"，4%）；而切削层长度与切屑长度之比称为长度变形系数G,即无（4m）=/-由于工件上切削层的宽度与切佰平均宽度的差异很小，切削前和切削后的体积可以看作不变，故变形系数与剪切角的关系/ad, OMsin(90--T„)_cos(d-yo)例图3.2相对滑移与剪切角的关系例图3.3变形系数的计算参数【例3.5]什么是积屑瘤？什么是积屑瘤形成的条件？如何抑制积屑瘤？【分析】积屑痛是切削过程中产生的一种物理现象，但是要有一定的条件才能生成3可以通过分析其生成的条件来提出控制积屑瘤的措施。注意准确回答积屑瘤的概念，【答案】在切削速度不高而又能形成连续带状切屑的情况下,加工一般钢料或其它塑性材料时，刀具前角很小或为负值时，工件、切屑的一部分金属冷焊在刀具的刀尖和前

〃面上代替刀具进行切削的硬块称积足痛。积屑瘤的形成与切削速度、工件材料及产生粘结现象的条件有关，所以控制积屑瘤的生长可以采用如下措施：⑴⑵⑶(4)⑸降低切削速度，使切削温度降低,粘结现象不易发生.采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤存在的相应温度。采用润滑性能好的切削液，可减少摩擦，控制粘结,增加刀具前角，以减小刀屑接触区的压力.⑴⑵⑶(4)⑸提高工件材料硬度，可减少加工硬化倾向。【例3.6]为什么有时利用积屑弼，而有时又必须控制积屑瘤。【答案】积屑瘤对切削过程有积极的影响，也有消极的影响。例图3,4积屑痛前角九和伸出fitAa«.实际前角增大c积屑瘤粘附在前刀面上比较典型的情况如例图3,4所示。它加大了刀具的实际前角，可使切削力减小,对切削过程起到积极的作用。积屑痛愈高，实例图3,4积屑痛前角九和伸出fitAa«.增大切削厚度。如例图3.4所示，积屑瘤使切削厚度增加了Aa,。由于积屑痛的生生、成长与脱落是一个周期性的动态过程(例如每秒钟几十至几百次)值是变化的，因而有可能引起振动。.加工表面粗糙度增大。积屑病的底部相对稳定一•些，其顶部很不稳定，容易破裂，一部分连附于切屑底部而排除，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，因此在精加工时必须设法避免或减小积屑瘤。.对刀具耐用度的影响。积屑瘤粘附在前刀面上，在相对稳定时，可代替刀刃切削，有减少刀具磨损、提高刀具耐用度的作用。但在积屑痛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，反而加大r刀具的磨损。【例3.7]切屑形成时为什么在长度方向上会产生收缩现象和卷曲现象？【答案】 当切削层通过剪切面转变成切屑的瞬间，垂直于剪切面流出的切屑，始终受到法向力的压缩作用以及前刀面的摩擦作用,因而使切屑的长度缩短、厚度膨胀。当切屑沿前刀面流出时，从力学观点来看，前刀面对切削层金属所作用的压力对切屑产生一个弯曲力矩，从而使切屑产生卷曲。近期研究指出，前刀面上的切削合力与剪切面卜.的抵抗合力并不共线，从而使切屑产生卷曲。【例3.8】影响切屑卷曲、折断的因素有哪些？【答案】在切削过程中金属材料会变形，如变形超过了材料的断裂应变，则切屑将自行折断。影响切屑卷曲折断的因素是：(1)被切削材料的屈服极限数值愈小.则弹性恢复少，愈容易折断。(2)被切削材料的弹性模嵬数值愈大时，愈容易折断,(3)被切削材料塑性愈低，愈容易折断。(4)切削厚度愈大，则应变增大，容易断屑，而薄切屑则难断。(5)背吃刀量增加，则断屑困难增大。(6)切削速度提高时，断屑效果降低。(7)刀具前角愈小，切屑变形愈大，容易折断C【例3.9)对干加工塑性材料影响切屑变形的因素有哪些？如何影响？I分析1在切削原理中.研究叨削过程的现象的目的是要控制这些现象，提高工件表面加工质量、提高加工效率、提周刀具的耐用度，以降低工件的加工成本。哪些是影响切削力、切削温度、表面质量的因素，应着眼于切削过程的相关因素，如刀具材料及几何参数、工件材料的性能及可加工性、切削用量等。切屑变形是产生切削力及切削温度的主要原因，所以影响切削变形的因素也应着眼于切削区内相关因素的分析。【答案】对于加工塑性材料，影响切屑变形的因素有：(1)工件材料。工件材料强度愈高,切屑变形愈小。这是因为.L件材料强度愈高,摩擦系数愈小。由公式0= 兀和W(&J=注：：；九)可知,〃减小时(8减小，m-tanp),剪切角6将增大，变形系数S(Ah)将减小。实验结果也证明r这…点。(2)刀具前角.刀具前角愈大，切屑变形愈小。前角影响切屑流向，也影响切削合力F.的方向，也就是影响Fr与切削速度v的夹角，即5="九。当前角增大时，作用角3减小3由公式公今"九可知，前角九增大，剪切角6增大；剪切角0增匕变形系数S(Ah)减小，所以切屑变形减小。v/(mniin-1)例图3.5切削速度及进给fit对变形系数的影响在有积屑瘤的切削速度范围内，切削速度的影响主要是通过积屑相所形成的实际前角来影响切屑变形。在积屑瘤增长阶段中，积屑瘤随V的增加而增大，积屑榴愈大，其实际前角愈大，因而V增加时S减小。在积屑瘤消退阶段中，积屑瘤随翌的增加而减小，积屑痛愈小，实际前角也愈小,变形随之增大，所以p愈大，则e愈大。积屑瘤消失时s达最高值.积屑瘤最大时e达最小值。在无积屑瘤的切削速度范围内切削速度愈大，则变形系数愈小。这有两方面的原因：一方面是因为塑性变形的传播速度较弹性变形的慢。即当切削速度低时，金属初始剪切面为但当切削速度增高时，金属怖动速度大于塑性变形速度，亦即在OA线尚未显著变形就已流到OA'线上，使第一变形区后移，剪切角0增大(见例图3.6)。另一方面是，因为

口对摩擦系数〃有影响，除低速情况外，般愈大，则摩擦系数愈小,因此变形系数减小：(4)切削厚度及进给曷。切削厚度增加时，正应力增加，由公式幺=三可知,正应力J增加，前刀面上的摩擦系数减小，使f与3减小，因而e增大，变形系数e减小。例照3.5表示切削速度P及进给量，对变形系数£的影响。可见在无积屑瘤情况下，f愈大(/=%/例图3,6sin，则f愈小。例图3,6第四章切削力必备知识和考试要点切削力的来源，明削合力及其分解.切削功率.了解切削力的来源。.掌握切削力的合成与分解方法，明确切削力各分力的作用,.掌握根据已知条件计算切削功率并确定机床电动机功率的方法。切削力的测量及切削力的计算机辅助测试了解测量切削力的主要方法..了解电阻应变片式测力仪的工作原理。了解切削力的计算机辅助测试方法。切削力的指数公式和切削力的莎报及估算1,熟悉切削力的指数公式及公式中各符号的意义。据切削力计算公式计算单位切削力及单位切削功率的方法、,握切削力经验公式的建立过程°影响切削力的因素.掌握被加工工件材料对切削刀影响的要点。.掌握切削用ffi对切削力影响的要点o.能够正确分析背吃刀姑、进给量对切削力影响程度不同的原因。.能够正确分析切削速度对切削力影响产生的驼峰曲线关系的原因。.掌握刀具前角对切削力影响的要点°.正确分析主偏角对各切削分为影响程度不同的原因=.掌握刀具材料对切削力影响的要点°.掌握切削液对切削力影响的哽点。.掌握刀具磨损对切削力影响的要点〃1.5其它.了解切削力的理论公式建立，2.了解切削力理论公式的不足。4.2典型范例和答题技巧【例4.1】车削时切削合力匕为什么常分为三个相互垂直的分力？说明这三个分力的作用.I分析】作用曲切削刃上的切削力是沿空间的某,方向，根据切削运动，可以将合力分解成沿各运动方向的分力。车削捶按主运动（切削速度）方向、进给运动（进给城）方向、切深运动（背吃刀量）方向进行分蒯，二个方向的分力在车削时是互相垂直的。同时，车床完成上述三个方向运动的各运动机构也将以各分力为设计、计算的依据参数。而钻削加工是把切削力分解成轴向力和扭矩，同样也是为了便于设计、计算机床功率、运动机构强度等问题。【答案】切削合力方向为空间的某一方向，与切削运动中的三个运动方向均不重合，切削力是设计、计算机床功率、校验运动机构强度、合理选择切削用量'提高工件加工精度的一个重要参数或影响因素,所以按照车削的实际情况，将切削力沿车削时的三个运动方向分解成三个力（见例图4.1）“车削时的切削运动为：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、互相垂直的分力。各分力的名称、定义及作用为：F,（新国标为匕）——切削力或切向力.它切于加工表面并与基面垂直。F■是计算车刀强度、设计机床寄件、确定机床功率所必需的基本参数。F'（新国标为6）——进给力或走万力，它是处于基面内并与工件轴线平行，与走刀方向相反的力cF.是没计计算车刀进哈机构所必需的参数C%（国标为Fp）——切深力成背向力、径向力、吃刀力。它是处于基面内并与工件轴线垂直的力。匕用来确定与工件加工精度有关的工件挠度,是计算机床零件和车刀强度所必需的参数，也是导致工件在切削过程中振动的力。【例4.2］结合切屑的形成分析切削力的来源。1一后）切屑是被切削的切削层经过剪切滑移面流经刀具的前刀面而成的。在这一过程中,金属切削层的变形可分成三个变形区，切削力的产生也便是在这三个变形区内产生的金属变形抗力及摩擦抗力。所以分析切削力的来源，就是分析切削层转变成切屑时的变形。【答案】在金属切削层转变为切屑这一过程中，金属切削层存在三个变形区。在第…变形区中产生剪切滑移变形；在第二变形区中产生挤压、摩擦变形；在第三变形区中产生挤压、摩擦变形。朋以切削力的来源即为（见例图42）作用在前刀面上的弹、塑性变形抗力和摩擦力，作用在后刀面上的弹、塑性变形抗力和摩擦力。

例图4.1切削合力和分力例图例图4.1切削合力和分力例图4.2切削力的来源【例4.3］试分析在加工塑性工件材料时，切削用量是如何影响切削力的?I分析1切削用量包括切削速度、进给量、背吃刀量。分析时要分别以每个因素的影响来分析。这是因为各因素对切削力的影响规律是不同的。切削速度外对切削力的影响可从两部分来分析广■■部分为积屑瘤生成阶段，通过实际前角%来分析;一部分为无积屑瘤阶段,通过摩擦系数〃来分析。背吃刀量与、进给量f对切削力的影响：一是八4通过切削面积Ar(Ac=a对切削力的影响；二是/、/通过对变形系数S(Ah)对切削力的影响。例图4.3切削速度时切削力的影响I答案】 切削用量包括三要素：%、/、%例图4.3切削速度时切削力的影响(1)以对切削力(凡)的影响呈驼峰曲线如例4.3图所示a当/较低时，I区内随着人的增加，F.将减小，主要是因为此区生长积屑瘤，积屑瘤由小到最大，使实际前角%由小到最大，由0=；+九-尸知，XotTf,由cote=~~知，”一cof、7rcfI,又可从F,=r、(%a.)(1.4；+C)中，f。一工。；口区为积屑瘤由最大到消失区，即,8,随人的增加而变小，故FJ;IB区为无痛区，vcf,rj,或工件来不及变形，即所以此区。」一居，°(2)f对切削力F*的静响。一方面根据公式人=/3in/得/1~~act因为所以Fj：r,(acaw)(1.4f+C)

ff—at+―因为所以但另一方面根据公式卅=三和公式“字-"y”得(Tw 3/f-aJ-f-MIM4-gI—^一乞|—F,1综合结果为一FJ,但不成正比。从公式F.=Cf,AXfJY八可看出，yFt=0.7*-0.8o（3）4对F,的影响。a"-FJ且成正比.在指数公式中X%=1.0。注：可以用"或F，表示主切削力，答题中应•致.【例4.4] 从机床功率的角度考虑是选择大的进给量好，还是选择大的背吃刀量（切削深度）好，为什么？【答案】从机床功率的角度考虑，应在保证切削效率的情况下尽加减少机床消耗的功率。在切削速度一定的情况下，机床的切削功率主要取决于切削时产生的切削力（匕“=Fjs）,所以应优先选用大的进给量。因为在进给信/和背吃刀量两参数中，对切削力F,影响最大的是背吃刀量（F*=CFla/^f^,XFt=1。Yf,=0.77）.8）。【例4.5】刀具前角九、主偏角/是如何影响切削力的？「薪，刀具前刀面是切屑流经的表面。切屑在流经前刀面时要产生摩擦、挤压变形。切屑的变形影响切削力的大小。根据6=孑-0+兀可定性分析刀具前角对切屑变形及对切削力的影响。主偏角对切削合力的影响很小，它主要影响基面内的两个分力%、*（凡=FnCws勺，F*=FNsink,）o【答案】前角对切削力的影响。在刀具的几何参数中，前角九对切削力的影响最大。当加工钢时，切削力随前角的增大而减小。这是因为当前角增大时,剪切角0增大，金属塑性变形减小，变形系数式减小，从而使切削力减小。前角对切削力的影响程度随切削速度的增大而减小。当切削速度较高时,随着前角的减小，虽然切削力也要增大,但比低速时增大的程度小。这是因为高速时的切削温度增高，使摩擦、加工硬化程度和塑性变形都减小。实践证明，当加工脆性金属（如铸铁、青铜等）时，由于切屑变形和加工硬化很小，所以前角对切削力的影响不显著。主偏角对主切削力F.的影响是随着主偏角的增加，F,先减小后增加.当切削面积不变时，主偏角增大，切削厚度也随之增大，切屑变厚，切削层的变形减小，因而主切削力也随主偏角%的增大而减小。但当主偏角过大时，由于刀尖圆弧半径乙随着主偏角的增大，刀刃曲线部分的长度也将随之增大，刀刃的不自由切削段是变化的，且都比直线切削力的切削厚度小，所以变形力增加。同时，主偏角增大，副刃前角九’则随之减小的长度加大。而刀刃曲线部分各点的切削厚度小，也增大了副刃上的切削力，使已增加（见例图4.4）。由例图4.5可知 Fy=Fncosk,,Fm=FNsink,可见F,随k,的增大而减小，而Ft则随Kr的增大而增大。式中1z=、/琦+F31608040240200°30 45' 60' 75" 90,主偏角右28.6)K=皿坪例图4.4主偏角对切削力的影陋例图4.5主偏角不同时户z力的分解第五章切削热和切削温度切削热是金属切削过程中重要的物理现象。切削热使切削区产生较高的切削温度，反过来又影响切屑变形、影响刀具磨损和工件的加工精度及表面质量。因此，本章内容对金属切削理论和生产实践都具有重要意义。必备知识和考试要点了解研究切削热和切削温度的重要性。明确切削热的来源、切削热的传出方式。3,熟悉切削温度的测量方法。熟悉影响切削温度的主要因素及控制方法。了解切削温度的分布情况及规律,典型范例和答题技巧I例5.1]为什么要研究切削热的产生和传出？仅从切削热的产生多少能否说明切削区的温度？【答案】切削热的产生和传出决定切削区的切削温度，而切削温度又影响切削过程，影响刀具磨损、影响工件的加工精度和轰面质量。产生切削热的多少取决于切削功消耗的箔少。切削区的切削温度的高低不仅与产生的切削热多少有关，还与由刀具、切屑、工件及周围介质传出的热量多少有关。如果产生的热量多于传出的热量，切削温度就升高，反之，切削温度就降低。所以，仅以切削热产生的多少不能决定切削区的温度C【例5.2]切削热是怎样产生和传出的？主要受哪些因素影响？【答案】切削时切削层金属发生塑性变形以热的形式释放出来，切屑与前刀面之间、工件与后刀面之间强烈的摩擦也产生大量的热。所以，切削时的三个变形区是产生切削热的三个热源。切削热是由刀具、切屑、工件及周围介质传出的，由它们将切削热带走或从切削区传导出去。切削热可用切削时所做的切削功表示，即F*v=CFtap尸"vGKKFtO式中有关因素对切削热膨响程度的排列顺序依次为a~v-f,其它因索对切削热的影响和它们对切削力影响的情况相同。影响切削热宙出的因素有：工件材料的导热系数愈大，由切屑和工件传出的热髭就愈多；刀具材料的寻热系数愈大，由刀具传出的热起就愈多；切削温度愈高，切削厚度愈大，由切屑带走的热量就愈多；采用冷却性能好的切削液和好的浇注第五章切削热和切削温用25方式可使切削热能更多地传出。【例5.3]背吃刀量和进给量对切削为租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？【答案】背吃刀最对切削力和以削温度的影响不一样「背吃刀量增大I倍，主切削力就增大1倍，产生的热蛾也成倍增呻，但对切削温度的影响很小。因为背吃刀量宜接决定切削宽度和切削刃的实际工作长度，切削变形主要在垂直切削宽度方向的平面内发生.与切削宽度方向的尺寸关系不大，这洋，背吃刀量增加，切削热增加，但同时切削宽度.切削刃参加工作的长度也相应增加,改善r散热条件，结果使切削温度变化不大。进给抗对切削力和切削温度的影响也有差异,、进给量增大，切削力、切削温度增加，是以指数约为（）.8的关系增大。同时，切削厚度L也成比例增大，刀屑接触长度也增抑，田切屑带走的切削热增加,散热面积也有所增加。这样，进给量对切削温发的影响指数小于对切削力和切削热的影晌指数，即对切削温叟的影响小于对切削力的影响。进给量马背吃刀量比狡，对切削力的影响小于/对切削力的影响，对切削温度的影响大于%而切削温度的影响。切削加工生产追求的目标是高效率和低成本。、和/增大都能提高生产效率，但从消耗能源考虑，增大/比增大巴「有利；从减小切削温度、增加刀具耐用度考虑，增大明比增大/有利。实际上，一般要根据生产中的具体条件和要求综合分析，合理选择'和人【例5.4】研究切削区温度场的意义何在？用什么方法测出切削温度场？【答案】切削时，产生的大量切削热将使切削温度升高，另外产生的切削热又不断地传出，使切削区各点的温度不相同，形成温度场U温度场的情况影响刀具磨损和工件的加工质贵。所以，研究切削区温度场及其分布规律具有重要的意义。目前应用较广且成熟可靠的测坨温度场的方法有人工热电偶法、半人工热电偶法，此外还有幅射测温法和红外照像法等e【例5.5】解释切削用盘三要素对切削力和切削温度的影响为什么正好相反O【答案】切削用把三要素对切削力影响程度大小的排序为4—人必对切削温度影响程度大小的排序为1/一/一与。因为切削深度与增大，使变形力增大，摩擦力增大.因而切削力增大》%增大时，切削谆度uc不改变，切削宽度a、随ap成比例增大，由干公.与切屑变形系数g和摩擦系数〃矣系不大，所以%增大I倍时.切削力也相应增大I傍。另一方面，由于切削变形是在垂直于切削宽度方向的平面内，与切削宽度尺寸关系不大。这样，叫增大，切削宽度也成比例增大，产生的切削热增大的同时，也相应增大了散热面积，其结果使切削温度的变化不大.进给域/增大，同样使切削面积增大，切削力也增大..但是/增大后切削厚度，1■也成比例增大,则切屑变形系数E和摩擦系数加减小，所以/对切削力的影响小于a»对切削力的影响“另一方面,/对切削热的影响与对切削力的影响相同“但是由于切削限度外增大.由切屑带走的熟量增多，同时切靖与前刀面接触长度增加,散热面积增加，其结果是J增加，切削温度也有所增加,其影响程度小于对切削力的影响,大于av对切削温度的影响。切削速度v增大，切削力变化不大，但切削功率成比例增大，产生的切削热也成比例增大,并且散热面积梢有减小，其结26金属切削原理试题精选,.『答题技巧1——-1. —--- ••• ・・--1•一—・ "'_一 ---.—.果使切削温度升高。由上述分析可知：切削用量三要素对切削温度影响程度大小的顺序是【例S.6]增大前角可以使切削温度降低的原因是什么？是不是前角愈大，切削温度愈低？【答案】前角九的大小影响切削讨程中的变形即摩擦。增大前角,切削力下降，产生的切削热减少，切削温度降低，但是希角过大（超过20'）时，由于刀艮楔角变小,而使散热体积减小，切削温度反而上升。所以不是前角愈大，切削温度愈低。【例5.7）加工钢料等塑性材料和加工铸铁等脆性材料，前刀面和后刃面哪一方面切削温度高？为什么？【答案】加工钢料塑性材料时，门力面的切削温度比后力面的切削温度高，而加工铸铁等脆性材料时，后刀面的切削温度比前刀面的切削温度高。因为加工塑性材料时，切屑在前刀面的挤压作用下，其底层金属和前刀面发生庠擦而产生大对切削热，使前刀面的温度升高。加工脆性材料时,由于塑性变形很小,崩碎的切屑在前刀面滑移的距离短，所以前刀面的切削温度不高,而后刀面的摩擦产生的切削热使用刀面切削温度升高而超过前刀面的切削温度。【例5.81切屑-刀具-工件温度场内，最高温度点位于何处？为什么?【答案】前刀面和后刀面上的最闯温度都不在.〃刃上，而是离开刀刃有一定距离的地方°切削区最高温度点大约在前刀面与切屑接触长度的一半处，这是因为切屑在第一•变形区加热的基础上，切屑底层很薄一层金属在前刀面接触区的内摩擦长度内又经受了第二次剪切变形，切屑在流过前刀面时又继续加热升温.随着切屑沿前刀面的移动，对前刀面的EE力减小，内摩擦变为外摩擦，发热量减少，传出的热抱多，切削温度逐渐下降。【例5.9]为什么切削不锈烟和鬲混合金时，其切削温度要比切削其它常用材料都高许多。【答案】不锈钢中的合金元素（（r、Ni）含城岛，导热系数小（仅为45钢的1/3）;不同牌号的不锈钢成分不同、组织不同，衣的强度、硬度高，有的叨性、韧性大,有的加工硬化严重.因此，切削加工性不好，切削力大,切削温度高。高温合金中的合金元素含量更高，导热系数小，除不锈钢具有的特性外，还有高温硬度高等问题，因此高温合金的切削加工性很差、切削力大、切削温度很高c第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度刀具磨损主要决定于刀具材料、工件材料和切削条件。各种刀具材料的磨损和破损有不同的特点，本章的学习目的是要掌握这些特点，明确其发生的原因与发展的规律。必备知识和考试要点.了解刀具磨损的形态及条件。2,深入了解刀具磨损的各种原因。.理解刀具磨钝标准的概念，r解刀具磨损的过程。.理解刀具使用寿命(刀具耐用度)的概念，掌握刀具使用寿命经脸公式建立的方法。深刻理解刀具材料、切削参数对刀具使用寿命的影响规律,6.2典型范例和答题技巧【例6.1】什么叫刀具磨钝标选？刀具磨钝标准和哪些因素有关？【答案】刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨钝限度称为磨钝标准。磨钝标胜与工件的加工质量、工件材料切削加工性、加工条件和刀具类型有关。【例6.2]什么叫刀具使用寿命？刀具使用寿命和哪些因素有关？【答案】刀具由力磨后开始切削，-•直到磨损量达到刀具磨钝标准所用的切削时间。通常用T表示。刀具使用寿命与切削用量、力具材料、工件材料、刀具几何参数、加工条件、刀具结构形式等因素有关。【例6.3]刀具磨损原因有哪儿种？分析其产生的原因。【答案】刀具磨损的原因主要有：硬质点磨损、粘结磨损、扩散磨损和化学磨损C(1)硬质点磨损.硬质点磨损主要是由于工件材料中的杂质、材料基体组织中可含的碳化物、氮化物和氧化物等硬质点以及积屑痛的碎片等所造成的机械磨损。低速刀具易产生硬质点磨损。工具钢(包括高速钢)刀具这种磨损比较显著，而硬质合金刀具不易出现此类磨损。加工冷硬铸铁、夹砂的铸件表层等材料时，易出现此类磨损。(2)粘结磨损。粘结是刀具和工件材料接触到原子间距离时所产生的结合现象。是在刀具和工件材料实际接触摩擦面上，由于有足够大的压力和温度，产生塑性变形而发生的所谓冷焊现象。两摩擦面的粘结点区相对运动，晶粒或晶群受剪或受拉而被时方带走，是造成粘结磨损的原因。高速钢、硬质合金、陶瓷力具、.，:方氧化螂和金刚石刀具都会产生粘结磨损在高速切削塑性金属材料时容易产生粘结磨损”（3）扩散磨损。由尸切削时切削区温度很高，且刀具表面始终与被切出的新鲜表面相接触，有巨大的化学活泼性，所以两世擦面的化学元素有可能互相扩散到对方去，改变『两者的化学成分，削弱了刀具材料的性能，加速磨损过程c扩散磨损在高速切削的条件下容易产生，速度愈高，扩散磨损愈严过。扩散磨损和刀具材料有很大关系，•般YT类硬质合金抗扩散磨损的能力要强于YG类硬质合金。高速钢刀具由于常在较低速度下切削，扩散磨损比较轻.金刚石刀具切削碳钢时，扩散磨损非常严重。（4）化学磨损。化学磨损是在一在温度下，刀具材料与某些周围介质（如空气中的轼、切削液中的硫、氯等）起化学反应，在刀具表层形成一层硬度较低的化合物，而被切屑带走，造成刀具磨损，或者因为刀具材料被某种化学介质腐蚀，造成刀具磨损.由此可见，化学磨损在高温下容勃发生，在常湿时，如果接触腐蚀性较强的化学介质也易产生化学磨损。【例6,4] 切削用堆对刀具耐用更有何影响？在KT关系式中，指数5的物理意义是什么？不同刀具材料的“I值为什么不同？【答案】切削用量:三要素中，切削速度？，对刀具耐用度影响最大，其次是进给址f,背吃刀忸与对耐用度的影响最小。关系式vT'n=C（,中的指数7«反映速度对耐用度的影响程度，值越小，则速度对耐用度影响显著，反之则不明显。加值和刀具材料有关，硬度高和耐热性好的刀具材料，«值就大，否则加值则小。如高速钢刀具的加值一般为0.1~0.125,硬质合金刀具的，“值一般为0.2〜53,而陶瓷刀具的，”值约为0.4,加值大的刀具材料，说明在很高切削速度下仍然有较高的耐用度。【例题6,5]何为最高生产率耐用度和最低成本耐用度？粗加工和精加工可选用的耐用度是否相同？为什么？【答案】最高生产率耐用度是根据单件加.1：工时最少或单位时间生产最多数地产品来衡量的。最低成本耐用度是以每件产品或工序的加工费用最低为原则来制定的.粗加工时，主要考虑生产效率，可以按最大生产率选取耐用度。另外粗加工时，工时费用较低“精加工时，工时费用较高,选择耐用度时，主要以最低成本为目标，TOC\o"1-5"\h\z【例6.6】刀具磨损过程分几个阶段？各阶段的w『J好了笠磨损।急’」磨损特点是什么？ ＞卜一千一 十,【答案】刀具磨损过程分三个阶段,即初期磨损、§ ।一正常磨损和急剧磨损，如例图6.1所示。 |初期磨损的特点是刀具磨损较快；正常磨损的特点§1/1 ；是磨损比按缓慢均匀；急剧磨损的特点兄磨损速度增加 一F而一j很快、表面粗糙度增加、切削力和切削温度迅速升高mw田必m小、例国6.1磨损的灿型曲线【例6.7]温搜是影响磨损的王要因素这种说法第六章刀具磨损、破损和刀具耐用度29是否正确，为什么？【答案】除了在低速下工作的〃具外（拉削、手动工具等，一般刀具都在接近所允许的极限温度范围工作，这时温度是账啊正常磨损的主要因素"【例6.8]已知公式：T=r4而，求当笠和嗔分别增加1倍时，耐用度丁有何va）;变化规律，为什么？【答案】当V增加1倍时，T*=石-令FJ=0-031T;\lv）dp当%增加1倍时，产仓严=0.6T°u增加1倍时，耐用度T降低97%,而与增加1倍时，耐用度T降低40%,显然速度对耐用度影响大。这是因为速度〃增加，切削功率增加，产生的热量增加，切屑带走的热显减小，切削区温度升高，加剧了刀具的磨损,使刀具耐用度急剧下降；而背吃刀虻增加，容热体积成倍增加，因此虽然热量有所增加，但温度并没有明显增加，刀具磨损程度并没有明显增加.所以对刀具耐用度影响不大.【例6.9]刀具磨损的形态有几种？它们各自易发生的切削条件是什么？【答案）刀具磨损的形态有前刀面磨损、后刀面磨损和边界磨损。前刀面磨损：切塑性金属时，切削速度较大和切削厚度较大时易产生前刀面磨损，通常称为月牙洼磨损。后刀面磨损：切铸铁和以较小的切削厚度切塑性材料时，易产生后刀面磨损。边界磨损：切削钢料、锻件和外皮粗糙的工件时，易产生边界磨损。30 金属切削原理试题精选与答我技巧•第七章工件材料的切削加工性工件材料的种类繁多，性能各异.本章主要研究匚件材料的切削加工性、影响切削加工性的因素和改善切削加工性的办法7.1必备知识和考试要点I.了解切削加工性的概念和衡量指标。2,熟悉影响材料切削加匚性的因素。.掌握改善材料切削加工性的办法..了解难加工材料切削加工的问题和对策,,7.2典型范例和答题技巧【例7.1]工件材料切削加工件的含义是付么？为什么说它是相对的？【答案】工件材料切削加工性拦指在一定的条件下，上件材料切削加工的难易程度,由于切削加工的条件和要求不同，材料的切削加工性有不同的内容和指标.所谓材料切削加工的难易,都是相对英种工件材料可言，这种难易程度品•个相对概念*例如以45钢为基徒时，可以说高强度钢切削加工:生不好.就是相对丁•就用而言【例7.2】常用的切削加工性衡埴指标有哪些？各用于什么场合？何渭相对加工性？【答案】常用的切削加工性衡业指标有：(1)以—面加.匚质量衡/切削加工性c容易获得好的加工表面旗址的材料，切削加匚性好，反之则差。该指标兄零件将加工时常用的衡盘指标a(2)以刀具耐用度衡姑切削加」：性。在相同的切削条件下加工不同材料时，万具耐用度较长，或允许的切削速度粒高，或切除金属体积较多,切削加工性好r其中相同切削条件下比较刀具耐用度和相同刀具耐用度下比较允许的切削速度是最常用的切削加工性指标,可适用于各种加工条件。(3)以单位切削力、切削温度衡量切削加工性。在相同的条件下，切削力小、切削温度低时，材料的切削加工性好.在粗加工或机床刚性、动力不足时用这种衡量指标。(4)以断屑性能衡量切削加工性.在自动机床、组台机床及自动生产线或深孔钻削等对工件材料断屑性能有耍求时，采用这种衡量指标。相对加工性K.法指以强度0.637GPa的45铜的也为基准,记为(曾阳)；其它被切削材料的•图与之相比的数值,称为相对加工性，即，Kb"/(vs)中,愈大，切削加工性愈好,、【例7.31影响1.件材料切削加11性的主要因素行哪些？如何影响?【答案】影响工件材料切削加」:性的主要因索有：(1)工件材料的硬度。硬度包括材料第七章工件材料切削加工件 31的常温硬度、高温硬度、硬质点和加工硬化。硬度高时，切削力大，切削温度高,降低r/j具耐用度，甚至发生刀尖烧损或崩刃.（2）材料的强度。材料强度包括常温强度和高温强度。材料强度高时，切削力大，切削温度高，万具磨损加快，（3）工件材料的塑性和韧性。塑性大时，切屑变形大，切削力增大，切削温度也较高，易发生粘结，刀具磨损加大、工件加工表面也粗糙。期性低或呈脆性时，刀刃处的切削负荷大，刀具磨损加剧。工件材料韧性大时，断屑困难。（4）材料的导热系数。导热系数小的材料，切削温度高，切削加工性差。（5）材料的化学成分,化学元素对材料的作用不相同，影响材料的物理机械性能，钢中Cr、Ni、V、Mn、W、M。等元素能提高材料的强度和硬度；而铅、硫、磷等能降低材料的强度和塑性，从而影响材料的加工性能。铸铁中硅、铝、铜等元素能促进铸铁碳的石墨化，可提高切削加工性；Cr、Mn、P、S等元素阻碍石墨化，会降低切削加工性。（6）材料的组织。材料的组织不同，其物理机械性能就不同,切削加工性也不一样。铁素体塑性大，切削加工性不好，珠光体硬度、强度、塑性等比较适中，切削加工性好“索氏体和托氏体、渗碳体和巧氏体等，或强度大，或硬度高，或两者兼有，切削加工性差c奥氏体型性、韧性大,加工硬化严重，切削加工性差。【例7.4］为什么说低碳钢与高碳钢的切削加工性都不如中碳钢？［答案I钢中含碳量低时，材料的组织中铁素体多，珠光体少。随着含碳垃的增加，铁素体减少，珠光体增多；当含碳量达到0.8%时，材料组织全部为珠光体；含碳量继续增加，材料中除珠光体外，渗碳体含殳逐渐增多。中碳钢的组织是由珠光体和铁素体组成，其强度和塑性适中，兜削加工性好，.低碳钢中的铁素体所占比例大于珠光体，材料的塑性较大，切削加工性下降，不如中波钢。高碳钢中除珠光体外还有渗碳体，渗磁体硬度高，使刀具磨损加快，切削加T性不加中碳钢3【例7,5］试述改善材料切削加工性的途径。【答案】材料的化学成分和金相组织是影响材料切削加工性的根源.所以.改善材料的切削加工性应从这两方面采取措施：（D调整材料的化学成分。在不影响材料使用性能的前提下，可在钢中适当添加一种或几种元素，如S、Pb、Se、P等，可获得易切钢.易切钢切削力小，易断屑，刀具耐用度高，加工表面质量好。（2）逋过热处理改变金相组织。金相组织不同，材料的物理机械性能差异很大。通过热处理，使材料的组织发生改变，使其有利于切削加工。例如，低碳钢经正火处理或冷拔处理，使塑性减小，硬度略有增加,从而改善切削加工性。高碳钢和工具钢通过球化退火使硬度降低，而有利于切削加工,马氏体不锈钢通过调质处理，降低里推，改善切削加工性c冷硬铸铁可在较高温度下退火处理，使其硬度降低，从而改善其切削加工性c另外，当材料的切削加工性无法改善时，应考虑选择合适的刀具材料、几何参数、冷却液，有条件可采用加热切削、振动切削等。第八章切削液8.1必备知识和考试要点】.了解切削液的分类。.明确切削液在切削过程中所起的作用。.明确不同种类的添加剂在切削液中所起的作用,.了解切削液的选用原则和使用方法,8.2典型范例和答题技巧【例8.1]切削加工中常用的切削液有哪几类？它在切削中的主要作用是什么？【答案】切削加工中最常用的切削液有非水溶性和水溶性两大类：（1）非水溶性切削液.主要是切削油，其中有各种矿物油（如机械油、轻柒油、煤油等）、动植物油（如豆油、猪油等）及加入油性、极压添加剂配制的混合油。它主要起润滑作用。（2）水溶性切削液“水溶性切削液主要有水溶液和乳化液。前者的主要成分为水且加入防锈剂，也可以加入一定抗的表面活性剂和油性添加剂，而使其有一定的润滑性能；后者是由矿物油、乳化剂及其它添加剂配制的乳化油和95%~98%的水稀释而成的乳白色切削液°这一类切削液有良好的冷却性能，清洗作用也很好，【例8.2]在切削过程中切削液有哪些作用？解释其润滑、冷却机理.【答案】切削液应起的主要作用为：（1）润滑作用；（2）冷却作用。同时还必须有良好的清洗碎屑的作用及防锈作用一保护机床、刀具、工件等不受周围介贡的腐蚀,润滑作用机理：在切削过程中，刀具前刀面与切墙接触”发生剧烈摩擦，压力很高（1GPa以上），温度也达500c以匕在这种情况下,使用切削液也不能得到完全的流体动力润滑，并且由于部分润滑膜破裂.将造成部分金属与金属直接接触。因而，金属切削中的润滑大多属于边界润滑C在边界润滑条件下，从外