2026年金属切削原理与刀具试题及答案

2026年金属切削原理与刀具试题及答案一、选择题（每题2分，共10分）1.下列关于金属切削主运动的描述，正确的是：A.使工件或刀具产生连续进给的运动B.切削过程中速度最高、消耗功率最大的运动C.决定加工表面形状的运动D.通常由工件旋转实现，刀具无主运动答案：B解析：主运动是切下切屑所需的最基本运动，其特点是速度最高、消耗功率最大，可能由工件或刀具完成（如车削主运动为工件旋转，铣削为主轴旋转）。2.下列刀具材料中，红硬性（高温硬度）最高的是：A.W18Cr4V（高速钢）B.YG8（钨钴类硬质合金）C.YT15（钨钛钴类硬质合金）D.立方氮化硼（CBN）答案：D解析：CBN的红硬性可达14001500℃，远高于硬质合金（8001000℃）和高速钢（600℃左右）。3.加工塑性材料时，若切削速度极低、进给量极大，最可能形成的切屑类型是：A.带状切屑B.节状切屑C.粒状切屑D.崩碎切屑答案：C解析：切削速度低、进给量大时，切削变形剧烈，切屑单元间结合力被破坏，形成粒状切屑（单元切屑）。4.增大车刀前角γo，通常会导致：A.切削力增大B.切削温度升高C.刀具强度降低D.切屑变形增大答案：C解析：前角增大，刀具刃口锋利，切削力和切屑变形减小，切削温度可能降低，但刃口强度和散热体积减小，刀具易磨损或崩刃。5.积屑瘤对加工过程的影响中，错误的是：A.稳定时可保护刃口B.会导致加工表面粗糙度增大C.会使实际切削前角增大D.完全消除有利于所有加工场景答案：D解析：粗加工时积屑瘤可保护刀具，无需完全消除；精加工时需控制（如提高切削速度或降低进给量）以避免影响表面质量。二、判断题（每题2分，共10分。正确打√，错误打×）1.切削层公称厚度hD等于进给量f乘以sinκr（κr为主偏角）。（）答案：√解析：hD=f·sinκr，公称宽度bD=ap/sinκr，两者乘积为切削层公称横截面积。2.刀具后角αo增大，刀具与已加工表面的摩擦减小，因此后角越大越好。（）答案：×解析：后角过大会降低刀具强度，易导致刃口崩损，需根据加工条件合理选择（如粗加工后角较小，精加工较大）。3.切削温度最高的区域通常位于刀具前刀面与切屑接触的中部。（）答案：√解析：切屑与前刀面的摩擦热、工件与后刀面的摩擦热及切削层变形热中，前刀面接触区的摩擦热集中，中部温度最高。4.按泰勒公式VT^m=C，当m=0.2时，切削速度提高10%，刀具寿命约降低40%。（）答案：√解析：T2/T1=(V1/V2)^(1/m)，V2=1.1V1，T2=(1/1.1)^5≈0.61，寿命降低约39%（近似40%）。5.麻花钻的横刃由于负前角大，会导致轴向力增大，因此修磨横刃时应尽量磨短。（）答案：√解析：横刃前角约50°~60°，切削时挤压严重，修磨横刃可减小轴向力（一般磨短至原长的1/5~1/3）。三、简答题（每题8分，共24分）1.简述切削变形的三个区域及其特征。答案：（1）第一变形区（基本变形区）：位于切削层始滑移面与终滑移面之间，金属受刀具挤压产生剪切滑移，形成带状、节状等切屑，是切削变形的主要区域，厚度约0.020.2mm。（2）第二变形区（前刀面摩擦区）：切屑沿前刀面流出时，底层金属受前刀面摩擦，产生剧烈摩擦变形，切屑底层纤维化，与前刀面形成粘结区（滞留层），是切削热的主要来源。（3）第三变形区（后刀面摩擦区）：已加工表面受后刀面挤压与摩擦，产生弹性/塑性变形，导致加工硬化和表面残余应力，影响表面质量。2.刀具磨损的主要形式有哪些？各发生在什么条件下？答案：（1）前刀面磨损（月牙洼磨损）：加工塑性材料、切削速度较高（vc>100m/min）、进给量适中时，切屑与前刀面剧烈摩擦，在距刃口一定距离处形成月牙洼，深度KB为主要度量参数。（2）后刀面磨损（VB磨损）：加工脆性材料或低速、小进给量加工塑性材料时，后刀面与已加工表面摩擦，形成均匀磨损带，VB值为常用磨损判据（精加工≤0.10.3mm，粗加工≤0.60.8mm）。（3）边界磨损：加工钢料时，主切削刃靠近工件外圆处（或副切削刃靠近已加工表面处）因温度梯度和应力集中，产生沟槽状磨损（主偏角κr越大越明显），常见于中等切削速度（vc=50100m/min）。3.列举影响切削温度的主要因素，并说明其影响规律。答案：（1）切削用量：切削速度vc影响最大（温度与vc^0.4~0.7成正比），进给量f次之（f^0.15~0.3），背吃刀量ap最小（ap^0.05~0.15）。因vc提高使摩擦热增加快于散热，f增大使切屑厚度增加但接触长度变化小，ap增大使切削刃工作长度增加但单位切削力减小。（2）刀具几何参数：前角γo增大，切削变形减小，温度降低（但γo过大时刃口散热体积减小，温度可能回升）；主偏角κr减小，切削刃工作长度增加，散热改善，温度降低；负倒棱可提高刃口强度，但会增加变形，使温度略有上升。（3）工件材料：强度、硬度越高，切削变形和摩擦热越大，温度越高；导热性越好（如铜、铝），热量易导出，温度越低；塑性越好（如低碳钢），切屑变形大，温度高于脆性材料（如铸铁）。四、计算题（每题12分，共24分）1.车削45钢（σb=650MPa）外圆，选用YT15硬质合金车刀，已知：背吃刀量ap=3mm，进给量f=0.3mm/r，切削速度vc=120m/min，主偏角κr=75°，刀具前角γo=15°。切削力经验公式：Fc=900ap^1.0f^0.75vc^0.15（单位：N），求切削力Fc、切削功率Pc（机床传动效率η=0.85）。答案：（1）计算Fc：代入公式得Fc=900×3^1.0×0.3^0.75×120^0.15先计算各指数项：3^1.0=3；0.3^0.75≈0.3^(3/4)=(0.3^3)^(1/4)=0.027^0.25≈0.42；120^0.15≈1/(120^0.15)≈1/2.16≈0.463因此Fc≈900×3×0.42×0.463≈900×0.583≈525N（2）计算切削功率Pc：Pc=Fc×vc/(60×1000)=525×120/(60×1000)=525×0.002=1.05kW机床电动机功率P电=Pc/η=1.05/0.85≈1.24kW2.用YT15车刀车削45钢，测得vc1=100m/min时刀具寿命T1=60min，vc2=150m/min时T2=15min。求泰勒公式VT^m=C中的m和C值；若要求刀具寿命T=30min，允许的切削速度vc是多少？答案：（1）泰勒公式为V×T^m=C，取对数得lnV+m×lnT=lnC代入两组数据：ln100+m×ln60=lnCln150+m×ln15=lnC两式相减：ln(150/100)+m×(ln15ln60)=0→ln1.5+m×ln(15/60)=0→0.405+m×(1.386)=0解得m=0.405/1.386≈0.292（2）求C：C=V1×T1^m=100×60^0.292≈100×(60^0.3)≈100×3.91≈391（或用第二组数据验证：150×15^0.292≈150×2.61≈391，一致）（3）当T=30min时，vc=C/T^m=391/30^0.292≈391/(30^0.3)≈391/3.11≈125.7m/min五、综合分析题（12分）某厂需对45钢（调质，硬度220250HBS）进行外圆加工，要求：粗加工（ap=5mm，f=0.6mm/r）表面粗糙度Ra510μm；精加工（ap=0.5mm，f=0.1mm/r）表面粗糙度Ra0.81.6μm。试选择粗、精加工的刀具材料、前角γo、主偏角κr，并说明理由。答案：粗加工：（1）刀具材料：选择YT5（钨钛钴类硬质合金），因其含TiC较少（5%），强度和韧性较高（抗弯强度1.41.5GPa，冲击韧性68J/cm²），适合粗加工时大切深、大进给的冲击载荷。（2）前角γo：取较小前角（8°12°），因粗加工切削力大，小前角可提高刃口强度，避免崩刃；45钢调质后硬度中等，前角过小会增加切削力，需兼顾。（3）主偏角κr：选75°90°（如80°），主偏角增大可减小径向力（Fp=Fc×cosκr），避免工件变形；粗加工时工件刚度一般较好，较大κr可提高刀具寿命（切削刃工作长度增加，散热改善）。精加工：（1）刀具材料：选择YT15（含TiC15%），其硬度高（HRA9192）、耐磨性好，适合精加工时小切深、高速度的要求；若精度要求更高，可选用涂层硬质合金（如TiN涂层），进一步降低摩擦、提高寿命。（2）前角γ