金属切削加工题库及答案

金属切削加工题库及答案一、车削加工基础与刀具几何参数1.（单选）在CA6140车床上用YT15刀片粗车45钢轴件，切削速度由80m/min提高到160m/min，若进给量与背吃刀量不变，主切削力Fz的变化趋势是A.线性增大到2倍 B.增大但小于20% C.基本不变 D.下降约5%答案：B。解析：速度提高使材料软化，剪切角增大，单位切削力略降，但速度效应被应变率强化部分抵消，故Fz仅小幅上升。2.（单选）用κr=90°偏刀车削细长光轴时，为抑制振动，下列措施中最有效的是A.减小前角γo B.增大刀尖圆弧半径rε C.改用κr=75°偏刀 D.提高工件转速答案：C。解析：主偏角减小使径向力Fr显著降低，工件弯曲变形减小，自振激励减弱。3.（填空）已知刀具标注角度γo=15°、αo=8°、λs=−5°，若刃倾角改为+5°，则实际工作前角γoe将变为____°（保留一位小数）。答案：19.3。解析：γoe=arcsin(sinγo·cosλs+cosγo·sinλs·sinκr)，代入λs=+5°得19.3°。4.（计算）用硬质合金切断刀（宽度3mm）切断直径40mm的20CrMnTi棒料，机床主轴极限功率7.5kW，传动效率0.85，安全系数1.2，求最大允许进给f（mm/r）。已知单位切削力kc=2800N/mm²，平均切屑厚度hm≈f/2。答案：0.21mm/r。解析：Pc≤7.5×0.85/1.2=5.31kW；Pc=Fz·vc/60，设vc=120m/min，则Fz≤2655N；Fz=kc·Ap=2800×3×hm，得hm≤0.316mm，故f≤0.21mm/r。5.（简答）说明“积屑瘤消失临界速度”与材料硬度、切削液之间的定量关系。答案：临界速度vcrit∝(HB^0.6)/(T^0.8·μ^0.4)，其中HB为布氏硬度，T为切削液润滑膜剪切强度，μ为刀屑摩擦系数。硬度越高、润滑越强，临界速度向高端移动。二、铣削原理与工艺参数优化6.（单选）在立式加工中心上用Φ12mm四刃硬质合金立铣刀侧铣铝合金6061，下列哪组参数最可能产生“鳞刺”缺陷A.n=8000r/min，fz=0.05mm/z，ae=0.3mm B.n=12000r/min，fz=0.02mm/z，ae=6mmC.n=4000r/min，fz=0.15mm/z，ae=0.2mm D.n=20000r/min，fz=0.01mm/z，ae=1mm答案：C。解析：低转速大每齿进给导致刀齿切入时摩擦dwell时间增长，积屑瘤周期性脱落形成鳞刺。7.（多选）关于高速铣削淬硬钢HRC55时采用“摆线铣”策略，下列说法正确的是A.可降低最大切削厚度 B.刀轨圆弧段始终维持顺铣 C.机床须具备前瞻≥200段 D.刀具悬伸越长越有利于散热答案：A、B、C。解析：摆线通过变切宽控制载荷，圆弧段保持切入角<90°实现顺铣；高曲率需大量微段前瞻；悬伸增长降低刚性，热导优势被振动抵消。8.（判断）面铣刀安装时若轴向圆跳动0.02mm，则加工表面粗糙度Ra一定大于0.02mm。答案：错误。解析：Ra与跳动、每转进给、刀尖圆弧半径耦合，若f=0.05mm/r、rε=0.8mm，理论Ra≈f²/(8√3rε)=0.0018mm，跳动0.02mm仅使局部Ra升高至约0.004mm。9.（计算）用Φ50mm六齿面铣刀铣宽30mm、长200mm的平面，工件材料QT500，要求表面粗糙度Ra≤1.6μm，刀尖圆弧rε=1.2mm，求最大每转进给f。经验公式Ra≈0.032f²/rε。答案：0.77mm/r。解析：1.6=0.032f²/1.2，解得f≤7.75mm，但受机床功率限制，实际取0.77mm/r。10.（综合）某企业需将铣削碳钢Q345的刀具寿命由T1=45min提高到T2=90min，原参数vc=180m/min，fz=0.1mm/z，ap=3mm。已知Taylor指数n=0.25，若仅调整切削速度，求新速度vc2；若同时降低ap至2mm，寿命指数不变，再求vc2′，并比较两种方案的生产率。答案：vc2=180×(45/90)^0.25=151m/min；vc2′=180×(45/90)^0.25×(3/2)^0.1=159m/min。方案1金属去除率降低16%，方案2仅降低11%，故同时减ap更优。三、钻削、铰削与深孔加工11.（单选）标准高速钢麻花钻钻削灰铸铁HT250，孔径Φ10mm，钻深40mm，出现“喇叭口”最可能的主因是A.横刃过长 B.钻尖偏心 C.螺旋角过大 D.后角太小答案：B。解析：偏心导致入口阶段切削力不对称，径向让刀形成喇叭口。12.（单选）用于枪钻深孔加工时，关于“油压导向条”叙述正确的是A.导向条宽度越宽越易形成动压润滑 B.导向条材料通常选YT5硬质合金 C.油压越高则导向条磨损越快 D.导向条后角一般取2°～4°答案：D。解析：后角过大失去支撑，过小易咬死；2°～4°兼顾支撑与润滑。13.（填空）铰削余量经验公式Δ=0.35√D，若铰Φ25mm孔，留铰余量____mm；若改用金刚石铰刀，余量应减至____mm。答案：1.75；0.25。解析：金刚石铰刀切削力小，为防“哨刀”取0.25mm。14.（计算）用Φ8mm内冷硬质合金钻头在不锈钢316L上钻通孔20mm厚，机床冷却泵压力7MPa，流量30L/min，钻头双螺旋沟截面积48mm²，求切削区流速vjet，并判断是否满足≥30m/s的断屑要求。答案：vjet=Q/(2A)=30×10⁻³/60/(2×48×10⁻⁶)=5.2m/s，低于30m/s，需提高泵压或减小沟截面积。15.（简答）阐述“铰刀齿间跳动对孔径扩张量”的定量模型。答案：扩张量ΔD=2·Δr·tan(φ/2)，其中Δr为最大齿跳动，φ为铰刀切削锥角。实验表明，当Δr≤0.01mm时，ΔD可控制在0.003mm以内。四、磨削、珩磨与超精加工16.（单选）在数控外圆磨床上采用CBN砂轮磨削GCr15淬硬轴，砂轮线速度vs=120m/s，工件线速度vw=0.5m/s，若速比q=vs/vw，则q值落入哪个区间可获得最低表面粗糙度A.20～40 B.60～80 C.120～160 D.200～250答案：C。解析：高速磨削q=120～160使单颗磨粒切厚适中，耕犁切削转换充分，Ra最低。17.（多选）关于缓进给深磨（Creepfeed）与普通往复磨削对比，正确的是A.单颗磨粒切厚更大 B.比磨削能更高 C.需使用大容屑空间砂轮 D.工件表面残余压应力更显著答案：C、D。解析：深磨切深大、进给慢，单颗切厚反而小；比磨削能低；大容屑防堵塞；厚热影响层被后续磨粒去除，表面呈压应力。18.（计算）用白刚玉砂轮WA46K磨削45钢，砂轮直径400mm，磨损前外径398mm，修整量0.02mm/单程，若砂轮径向磨损率K=1.2×10⁻⁴mm/mm³，求磨削去除1000mm³金属后砂轮直径减少量。答案：ΔD=2K·V=2×1.2×10⁻⁴×1000=0.24mm，故直径减少0.24mm。19.（综合）某液压阀套内孔Φ20mm要求圆柱度≤1μm，表面粗糙度Ra≤0.1μm，工艺路线：粗镗—半精铰—珩磨—超精。珩磨后实测圆柱度1.8μm，Ra0.15μm，拟通过“双行程变频珩磨”补偿。已知频率f与圆柱度呈指数关系C=C0·e^(−0.3f)，求需将珩磨头往复频率由20Hz提高到多少Hz方可满足1μm。答案：1=1.8e^(−0.3Δf)，解得Δf=1.97Hz，故新频率≥22Hz。20.（简答）解释“超精加工中油石自砺”与“钝化抛光”临界转换条件。答案：当磨粒脱落率β与破碎率α满足β/α=0.6时，油石表面微刃密度达到动态平衡，既保持切削又避免深划痕，此时为自砺钝化临界点，可通过油石压力p=0.08～0.12MPa及振幅A=1～3mm控制。五、切削温度、刀具磨损与寿命预测21.（单选）下列哪种热电偶布置方式最能准确测量车刀刀尖温度A.工件刀具自然热电偶 B.刀杆埋入φ0.1mmK型偶 C.红外热像仪标定刀面发射率 D.刀尖蒸镀NiCr薄膜微热电偶答案：D。解析：薄膜热电偶响应时间<1μs，空间分辨率5μm，可贴刀尖。22.（计算）用涂层硬质合金车削钛合金TC4，切削力Fz=450N，切削速度vc=60m/min，刀具前角γo=10°，求剪切面平均温度θs。经验公式θs=θ0+0.9·uc·vc/(ρc)，其中uc=Fz·vc/(Ap·vw)，ρ=4.4g/cm³，c=0.52J/(g·K)，Ap=0.15mm²，θ0=20℃。答案：uc=450×1/(0.15×1)=3000N/mm²=3×10⁹Pa；θs=20+0.9×3×10⁹×1/(4400×520)=20+1182=1202℃。23.（综合）某刀片寿命服从威布尔分布，形状参数m=4，尺度参数η=45min。若连续加工100件，单件切削时间3min，求至少一片刀片在加工100件前失效的概率。答案：F(t)=1−e^(−(t/η)^m)，t=300min，F=1−e^(−(300/45)^4)=1−e^(−1975)≈1，概率≈100%。实际需换刀策略：采用η=45min，建议25min强制换刀，可靠度R=0.95。24.（简答）说明“月牙洼磨损深度KT与扩散激活能Q”的Arrhenius关系。答案：KT=A·t·e^(−Q/(R·θ))，θ为刀屑界面温度，Q对于WCCoTiC系统约200kJ/mol，θ每升高50℃，KT增长约3倍。25.（实验设计）设计一套“基于声发射RMS的刀具破损在线监测”实验，要求给出传感器安装位置、特征频带、阈值设定方法。答案：传感器宽带125kHz～750kHz，安装于刀塔下方45°斜面，距刀尖80mm；特征频带选取180±20kHz避开机床轴频；阈值采用自适应3σ法，采集空转100msRMS均值μ，阈值=μ+3.5σ，连续3帧超限即报警，误报率<1%。六、表面完整性及残余应力控制26.（单选）车削铝合金时，下列哪项措施最有利于获得表层残余压应力A.提高切削速度 B.增大进给 C.采用微量润滑MQL D.后刀面磨损VB=0.4mm答案：C。解析：MQL降低切削温度，热拉应力减小，机械挤压效应占优，表面呈压应力。27.（计算）磨削40Cr轴，表面粗糙度要求Ra=0.2μm，已知砂轮粒度46，经验常数C=125，求所需最大每转进给f（μm/rev）。公式Ra=C·f²/(d·b)，其中d为砂轮直径300mm，b为磨削宽度8mm。答案：0.2=125·f²/(300×8)，解得f≤6.2μm/rev。28.（简答）描述“白层”厚度与磨削烧伤级别之间的对应经验规律。答案：当白层厚度>2μm且显微硬度比基体高25%以上时，对应烧伤级别B级（回火马氏体+屈氏体）；若白层厚度>5μm且出现再淬火马氏体，则为C级严重烧伤。29.（综合）某航空叶片进排气边缘要求表层残余压应力≥−400MPa，深度≥50μm。采用低温CO₂低温冷却车削，参数：vc=200m/min，f=0.05mm/r，ap=0.2mm，刀具γo=−8°，后刀面VB=0.05mm。实测表面应力−180MPa，深度20μm。拟通过“超声椭圆振动车削”改进，已知振幅a=4μm，频率f=20kHz，求理论应力提升倍数η，并判断是否达标。答案：理