金属切削原理与刀具第5版课后习题答案.docx

1、金属切削原理与刀具第5版课后习题答案第一章：刀具几何角度与切削要素1-1 车削直径80mm，长200mm棒料外圆，若选用ap=4mm，f=0.5mm，n=240r/min，试计算切削速度vc，机动切削时间tm，材料去除率Q是多少?答：切削速度机动时间材料去除率Q1-2 正交平面参考系中参考平面pr，ps，po与刀具角度o，o，r，s如何定义？答：基面pr：过切削刃上选定点，平行或垂直与刀具上的安装面轴线的平面切削平面Ps：过切削刃上选定点，与切削刃相切并垂直于基面的平面正交平面po：过切削刃上选定点，同时垂直于基面和切削平面的表面前角o：在正交平面中测量的，基面和前刀面的夹角后角o：在正交平面

2、中测量的，切削平面和后刀面的夹角，主偏角r：在切削平面中测量的，切削刃和进给运动方向的夹角。刃倾角s：在切削平面中测量的，切削刃和基面的夹角。1-3法平面参考系与其基本角度的定义与正交平面参考系与其刀具角度的定义有何异同？在什么情况下，o= n答：法平面参考系和正交平面参考系的相同点：都有基面和切削平面。不同点：法平面参考系的法平面是过切削刃选定点垂直于切削刃的表面，法平面不一定垂直于几面；正交平面参考系中的正交平面是过切削刃选定点同时垂直于切削平面和基面的表面。刀具角度定义的相同点为：都有偏角，刃倾角。不同点是：法平面参考系中定义前角和后角分别为法平面中测量的法前角和法后角；而正交平面参考系

3、定义的前角和后角为正交平面中测量的前角和后角。只有当刀具的刃倾角为0时，o= n1-4假定进给工作平面pf，背平面pp，假定工作平面参考系刀具角度是如何定义的？在什么情况下f= o，p= o答：假定工作平面Pf：过切削刃选定点，平行与假定进给运动方向并垂直于基面的平面背平面Pp：过切削刃上选定点，同时垂直于假定工作平面和基面的平面。假定工作平面参考系刀具角度定义了在基面中测量的主偏角和副偏角，在假定工作平面Pf中测量的侧前角和侧后角，背平面Pp中测量的背前角和背后角。当刀具的主偏角为90度时，f= o，当刀具的主偏角为0度时p= o1-6 poe系平面poe，pse，pre与工作角度oe，oe

4、，re，se如何定义?答：工作基面pre：过切削刃上选定点，垂直于合成切削速度的平面。工作切削表面pse：过切削刃上选定点，和切削刃相切并垂直于工作基面的平面。工作正交表面poe：过切削刃上选定点，同时垂直于工作基面和工作切削表面的平面。oe，oe：在工作正交表面中测量的前刀面和工作基面的夹角为oe，后刀面和工作切削表面的夹角为oe。re：在工作基面中测量的切削刃和进给运动方向的夹角。se：在工作切削表面中测量的切削刃和工作基面的夹角。1-7已知用r= 90，r= 2o=5，o=12，s=0 的切断刀切断直径50mm棒料，若切削刃安装时高于工件中心0.2mm，试计算不考虑进给运动的影响切断后工

5、件端面留下的剪断心柱直径。解：在车床上进行切断加工时，若切削刃安装高于工件中心，加工过程中会使工作后角减小，若减小到0，切削刃将无切削作用。即后角的减小值=o=12时，对应的直径为剪断心柱直径。D=2h/sin=20.2/sin12=1.92mm答：切断后工件端面留下的剪断心柱直径为1.92mm1-8: 车削外径36mm，中径33mm、内径29mm、螺距6mm的梯形螺纹时，若使用刀具前角为0、左刃后角oL为12，右刃后角oR为6，试问左右刃工作前、后角是多少？解：所加工梯形螺纹的螺旋升角为：式中f=6mm，dw=36mm，计算得=3.04在pf平面内，对左切削刃，工作前角增大了，变为3.04，

6、工作后角减小了，变为8.96。对右切削刃，工作前角减小了，变为-3.04，工作后角增大了，变为9.04。1-9车削直径80mm，长200mm棒料外圆，若选用ap=4mm，f=0.5mm，n=240r/min，刀具主偏角r= 75试问切削厚度，切削宽度，切削层公称横截面积为多少？解：切削厚度：hD=f sin r=0.5sin75=0.483mm切削宽度：bD=ap/ sin r=4/sin75=4.141mm切削面积：AD=apf=40.5=2mm22-1刀具切削部分材料应具备哪些性能？答：刀具材料应具备的性能1、硬度，耐磨性2、强度和韧性3、耐热性高温硬度，抗氧化，抗粘结，抗扩散4、热物理性

7、能和热冲击性能，热冲击系数5、工艺性6、(经济性)2-2普通高速钢有哪几种牌号？他们的主要物理、力学性能如何？适合于做什么刀具？答： W18Cr4VW18，化学成分中含钨量18%主要特点：1综合性能较好2淬火过热倾向小，热处理易控制，刃磨性能好3含碳量高，塑性变形抗力大4碳化物分布不均，剩余碳化物颗粒大30m5抗弯强度、韧性较低，钨钼钢 W6Mo5Cr4V2M2特点：优点：1碳化物细小均匀，机械性能好，可做大尺寸刀具；2热塑性好；3刃磨性好。4热稳定性稍低于W18，V40m/min时，性能稍差；5热处理时脱碳倾向大，易氧化，淬火温度X围较窄。W9Mo3Cr4V1热稳定性能高于M22碳化物均匀性

8、接近M2，良好的热塑性；3脱碳倾向小于M24耐用度较高。2-3高生产率高速钢有几种类型，与普通高速钢比较有什么特点？答：高生产率高速钢有高碳高速钢，高钒高速钢，钴高速钢，铝高速钢等。与普通高速钢比较有以下特点：1硬度，耐磨性提高，当强度，韧性有所下降2高温硬度提高3钒高速钢刃磨难度大。2-4 P、K、M硬质合金的色标是何颜色？答：P蓝色、 M黄色、K红色2-5常用硬质合金有哪些牌号？他们的用途如何？为什么？答：常用硬质合金有四大类：钨钴类YG、钨钛钴类YT、钨钛钽铌钴类YT和碳氮化钛类YN。YG类常用牌号有： YG3X、YG6X、YG6、YG8。主要特点为：硬度较低、韧性高、导热性好，切削温度

9、低、刃磨性好，刃口锋利。主要用于加工铸铁等脆性材料，或加工有色金属。YT类的常用牌号有： YT5、YT14、YT15、YT30主要特点为：硬度高，弯和k较低，随着TiC含量的增加，其导热性、刃磨性、焊接性下降；耐热性好。主要用于加工钢。YW类的常用牌号有：YW1、YW2。主要特点为：晶粒细化，提高弯、k、-1和高温性能，同时保持较高的硬度。可加工铸铁和钢YN类硬质合金的常用牌号有：YN05、YN10主要性能为：硬度最高、耐磨性好；摩擦系数小，抗粘结能力好；耐热性好，化学稳定性高；抗弯强度，韧性不如WC基，易崩刃。应用：高速精加工淬火钢，较长较大件。2-6 涂层硬质合金有什么优点？有几种涂层材料

10、？他们各有何特点？答：涂层硬质合金一般选择YG类硬质合金为基体，韧性较好，而涂层一般要求硬度较高，耐磨性好，与金属亲和力小，高温下有良好的热稳定性，因此涂层硬质合金的主要优点有：1涂层比基体硬度高；2涂层具有高的抗氧化性，抗粘结性，耐磨性，抗月牙洼磨损3低的摩擦系数，可降低切削力，切削温度25%4耐用度提高1-3倍WC常用涂层材料有：TiC、 TiN、 Al2O3 2-8陶瓷刀具材料有何特点？各类陶瓷刀具材料的适用场合如何？答：氧化铝基陶瓷刀具的特点与应用1高硬度和耐磨性2耐热性高，切削速度较硬质合金高2-5倍3很高的化学稳定性：抗粘结，抗扩散；4较低的摩擦系数5抗弯强度低：冷压纯Al2O3的

11、弯为0.5GPa，6导热率低，热冲击性差6主要用于高速精车、半精车铸铁与调质结构钢。氮化硅基陶瓷刀具的特点与应用1硬度不如氧化铝陶瓷，2较高的抗弯强度、韧性3热稳定性：切削温度可达1300-1400度：4较高的导热系数，较低的热膨胀系数，小的弹性模量，耐热冲击性能好于氧化铝陶瓷。应用：加工铸铁，镍基合金。三、补充练习1、刀具在什么条件下工作？答：刀具工作时，要承受很大的压力，同时，由于切削是产生的金属塑性变形以与在刀具、切屑工件相互接触表面间产生的强烈摩擦，使刀具切削刃上产生很高的温度和受到很大的应力。另外，在加工脆性材料，断续切削，粗加工过程中，刀具切削部分要承受一定的冲击力的作用。2、高速

12、钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、立方氮化硼各有何性能特点，适用于何处？答：高速钢的特点：耐热温度低，切削速度低；强度高，工艺性最好。主要低速加工铸铁，结构钢硬质合金的主要特点：1随碳化物含量的提高，其熔点、硬度、耐磨性提高；2化学稳定性好，热稳定性好3切削速度高4抗弯强度低，冲击韧性低主要应用：加工铸铁，结构钢，不锈钢，耐热合金，钛合金等陶瓷刀具的主要特点：1硬度高，耐磨性好，切削速度高2热化学稳定性好，耐热温度高3抗弯强度低，冲击韧性差4导热性能差主要应用：氧化铝基陶瓷刀具主要用于高速精车、半精车铸铁与调质结构钢；氮化硅基陶瓷刀具加工铸铁，镍基合金。金刚石主要特点：1具有极高的硬度和耐磨性2切削

13、刃可以刃磨得非常锋利3导热性能非常好4热稳定性能较低5高温下和黑色金属(铁碳合金)在加工中会发生化学磨损应用：主要用于磨料，用作刀具时，多用于在高速下对有色金属与非金属进行精细车削，镗孔3、常用高速钢有哪些牌号？其化学成分和性能特点如何？目前通过那些途径提高高速钢的切削性能？答： W18Cr4VW18，化学成分中含钨量18%主要特点：1综合性能较好2淬火过热倾向小，热处理易控制，刃磨性能好3含碳量高，塑性变形抗力大4碳化物分布不均，剩余碳化物颗粒大30m5抗弯强度、韧性较低，钨钼钢 W6Mo5Cr4V2M2特点：优点：1碳化物细小均匀，机械性能好，可做大尺寸刀具；2热塑性好；3刃磨性好。4热稳

14、定性稍低于W18，V40m/min时，性能稍差；5热处理时脱碳倾向大，易氧化，淬火温度X围较窄。W9Mo3Cr4V1热稳定性能高于M22碳化物均匀性接近M2，良好的热塑性；3脱碳倾向小于M24耐用度较高。W2Mo9Cr4VCo8M42167-69HRC，600 时，55HRC2含V量低，刃磨性好3含Co，成本高4综合性能好，应用广泛5可加工耐热钢、不锈钢，加工材料硬度越高，效果越明显。W6Mo5Cr4V2Al5011Al的作用：提高高温硬度，热塑性与刃性，高温形成Al2O3，减轻粘刀。提高W,Mo的溶解度，组织晶粒长大2600 时，54HRC；抗弯强度2.9-3.9GPa，3成本低4刃磨性差5

15、切削性能优良：加工30-40HRC调质钢，耐用度较HSS高3-4倍。目前提高高速钢切削性能的主要途径有：1在通用性高速钢成分中再增加含碳量、含钒量与添加钴、铝等合金元素2采用粉末冶金的方法制备高速钢4、常用硬质合金有哪几大类，各有哪些常用牌号，其性能特点如何？加工钢料和加工铸铁、粗加工和精加工应如何选择硬质合金？为什么？答：常用硬质合金有四大类：钨钴类YG、钨钛钴类YT、钨钛钽铌钴类YT和碳氮化钛类YN。YG类的主要特点为：硬度较低、韧性高、导热性好，切削温度低、刃磨性好，刃口锋利，常用牌号有： YG3X、YG6X、YG6、YG8。YT类的主要特点为：硬度高，弯和k较低，随着TiC含量的增加，

16、其导热性、刃磨性、焊接性下降；耐热性好。常用牌号有： YT5、YT14、YT15、YT30YW类的主要特点为：晶粒细化，提高弯、k、-1和高温性能，同时保持较高的硬度。粗加工加工钢料时，应选择耐热温度高，有一定抗冲击性能的硬质合金，如YT5,YG3精加工加工钢料时，应选择硬度高，耐磨性好的硬质合金，如YT15,YT30粗加工加工铸铁时，应选择抗弯强度高，冲击性能好的硬质合金，如YG6，YG8精加工加工铸铁时，应选择冲击韧性较好，硬度高，耐磨性好的硬质合金，如YG3，YT55、涂层硬质合金有哪些优点？常用涂层材料有哪些？答：涂层硬质合金一般选择YG类硬质合金为基体，韧性较好，而涂层一般要求硬度较

17、高，耐磨性好，与金属亲和力小，高温下有良好的热稳定性，因此涂层硬质合金的主要优点有：1涂层比基体硬度高；2涂层具有高的抗氧化性，抗粘结性，耐磨性，抗月牙洼磨损3低的摩擦系数，可降低切削力，切削温度25%4耐用度提高1-3倍WC常用涂层材料有：TiC、 TiN、 Al2O3 7、按下列条件选择刀具材料类型和牌号：145号钢锻件粗车；2HT200铸铁精车；3低速精车合金钢蜗杆；4高速精车调质钢长轴；5高速精密镗削铝合金缸套；6中速车削淬火钢轴；7加工65HRC冷硬铸铁答：145号钢锻件粗车的特点：工件表面有硬皮，要求刀具耐磨性好，切削力加大，切削温度高，要求刀具耐热性能好，因此选择YT5，YW1，

18、2HT200铸铁精车的特点：切削力不大，有较小的冲击，由于是精车，要求较好的耐磨性，因此选择CBN ，陶瓷刀YG33低速精车合金钢蜗杆：特点：加工余量小，切削力小，无冲击，由于是合金钢，要求刀具耐磨性好，选择刀具：YT30,YG34高速精车调质钢长轴：特点：由于是长轴，要求刀具耐磨性很好，对高速精车，要求耐热性良好，选择刀具：CBN，YN10，陶瓷刀5高速精密镗削铝合金缸套：特点：工件材料塑性极好，精密镗削，要求刀刃锋利，抗粘结性好。选择刀具：PCD，YG3X6中速车削淬火钢轴：特点：要求刀具硬度高，耐磨性好耐热性好，由于是中等切削速度，易产生积屑瘤，因此选择抗粘结的涂层刀具材料TiN涂层或陶

19、瓷刀具7加工65HRC冷硬铸铁：特点：工件材料硬度较高，脆性大，粗加工是切削力大，要求刀具材料人性较高，同时硬度也较高，粗加工时易选择YG6A，精加工时可选CBN，Sailon陶瓷刀3-1衡量切削变形用什么方法？如何计算它们？答：剪切角：剪切面和切削速度方向的夹角相对滑移：切削层在剪切面上的相对滑移量厚度变形系数a(切削厚度压缩比Ach，长度变形系数L：切屑外形尺寸的相对变化量剪切角的计算：相对滑移的计算：切削厚度压缩比Ach的计算3-2试述切削过程3个变形区和它们的特点答：第一变形区，位于始滑移面和终止滑移面之间，主要特点是产生剪切变形第二变形区发生于切屑底面和前刀面的接触处，主要特点是产生

20、纤维化第三变形区发生于以加工表面上，主要特点是产生纤维化和加工硬化。3-3试述前角、切削速度vc和进给量对切削变形的影响规律。答：1、刀具前角对切削变形的影响:前角增加，会使剪切角增加，切削变形降低。2、切削速度对切削变形的影响：切削速度提高，变形程度越小。3、进给量对切削变形的影响：进给量增加，会使切削厚度hD增加，摩擦系数降低，切削变形降低。3-4试述背吃刀量ap，进给量f对切削力Fc的影响规律？答：增加背吃刀量ap，进给量f都会使切削力Fc增大，但ap和f对Fc的影响是不同的。进给量f增加，会使切削变形降低，单位面积的切削力下降，因此，进给量增加1倍，切削力Fc只增加75%左右。背吃刀量

21、ap增加，不会使切削变形降低，单位面积的切削力不变，因此，背吃刀量增加1倍，切削力Fc增加1倍。3-5试述主偏角对Fc、Fp、Ff的影响规律？答：主偏角增加，会使切削厚度HD增加，切屑变形下降，从而使切削力Fc下降。但Kr60-75 时，非自由切削成分增加，Fz会增大。主偏角增加， Fp增大、Ff减小。3-7用硬质合金车刀P10YT15粗车外圆，工件材料为45钢229HBS,背吃刀量为ap=3mm，进给量f=0.3mmr，切削速度vc=90m/min，刀具几何角度o=10，s=-5 ，r=75 ，计算切削力Fc和切削功率Pc。解：查表3-1、表3-2得：CFc=2795，xFc=1，yFc=0

22、.75kc=3777，nFc=-0.15、koFc=0.95，krFc=0.92求得切削力：切削功率：Pc=Fcvc/60103=992(100/60)103=1.653kW3-8试述背吃刀量和进给量对切削温度的影响规律？答：背吃刀量aP一倍切削温度5%8%进给量f一倍切削温度15%20%因为切削温度不但和切削热的产生有关，也和切削热的传出有关，增加背吃刀量，虽然可使切削热增加，但也增加了刀屑的接触长度，改善了散热条件，因此对切削温度的影响最小，3-10试述刀具正常磨损形式和刀具的破损形式有哪些？1、正常磨损1前刀面的磨损2主后刀面的磨损3副后刀面的磨损2、刀具的破损形式：切削刃崩碎、切削刃剥

23、落、热裂、沟槽磨损、切削刃细小缺口、塑性变形3-11简述刀具磨损的原因。高速钢刀具、硬质合金刀具在中速、高速时产生磨损是什么原因？答：刀具磨损的四个主要原因是：一、硬质点磨损二、粘结磨损三、扩散磨损四、化学磨损氧化磨损高速钢在中速切削是主要产生硬质点磨损切削温度较低，高速时由于切削温度过高，主要产生塑性变形破坏。硬质合金车刀高速切削时，主要以扩散磨损为主；中速切削主要以粘结磨损为主；低速切削主要产生硬质点磨损和崩刃。3-12什么叫刀具磨损标准，规定的磨损位置和数值有多大？答：以1/2背吃刀量处后刀面上的磨损带宽度VB达到正常磨损阶段的结束和急剧磨损阶段的开始时的磨损量作为刀具磨钝标准。3-13

24、什么叫刀具寿命？答：刀具寿命是刀具磨损达到磨钝标准时的总切削时间min其它刀具寿命：1规定加工条件下，按质完成额定工作数量的可靠性寿命；2刀具达到磨钝标准时实际加工工件数量一般用于精加工3刀具达到规定承受冲击次数的疲劳寿命。3-14切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损对刀具寿命有何影响？答：切削塑形材料时，随着切削变形的增加，变形抗力增大，切削力增加，切削热增加，切削温度升高，刀具的磨损增加，刀具寿命降低。切削脆性材料时，由于形成崩碎切屑，虽然切削变形轻，但后刀面发热集中，刀具的后刀面磨损加大。3-15确定刀具合理寿命有哪两种方法？有何特点？各适用在什么条件下？答：最高生产率刀具寿命：以单位时

25、间生产最多数量产品或加工每个零件所消耗的时间为最少来衡量的刀具寿命。特点：生产率最高适用：生产有特殊需要或交货时间较紧的情况。最低成本刀具寿命：以每件产品或工序的加工费用最低为原则来制定的刀具寿命。特点：生产成本最低适用：普通机床生产，订单不紧的情况。3-16举例说明普通硬质合金车刀、可转位硬质合金车刀和陶瓷车刀刀具寿命各是多少？为什么？答：普通硬质合金车刀的寿命为60分钟，规定寿命较短，这是因为：刀具简单，制造成本低，刃磨方便可转位硬质合金车刀的寿命为30-45分钟，规定寿命短，因为切削刃转位迅速，刀片更换简便陶瓷车刀的寿命一般为180-240分钟，刀具寿命较长，因为陶瓷刀主要用于精加工，半

26、精加工。3-17用K10(YG6车刀车削灰铸铁220HBS工件外圆，选用切削用量为vc=80m/min，ap=3mm、f=0.2mm/r，刀具几何角度为r=60，r=15。试求刀具寿命T=60min时的切削速度v60多少？在数控机床上切削速度是多少？解：查表3-4,3-5得各影响系数、影响指数分别为：Cv=189.8，m=0.2，xv=0.15，yv=0.2各修正系数分别为：材料修正系数为KMv=0.89主偏角修正系数为：Kkrv=0.88，刀具材料修正系数为Krv=1代入公式：在数控机床上，切削速度为15m/min3-18在下表中分别用“或变化曲线表示各因素对切削规律的影响趋势。二、课后练习

27、4-1在各类切屑形状中较为理想的有哪几种？答：根据生产经验，短管状切屑、平盘旋状切屑、锥盘旋状切屑、短环形螺旋切屑等是可以接受的切屑形状。其中理想的切屑形状为：定向流出的“C、“6形切屑，不超过50mm长度的短螺旋切屑。4-4衡量材料切削加工性的指标有哪些？其中根据工件材料的哪几项性能来判断加工性等级？答：衡量材料切削加工性的指标有： 1、加工材料的性能指标 2、相对加工性指标 3、刀具寿命指标 4、其他指标1加工质量2以单位切削力衡量：机床动力不足，工艺系统刚性差；3以断屑性能衡量：自动机床，组合机床，自动线，深孔钻。根据工件材料的以下性能判断加工性等级：硬度、抗拉强度、伸长率塑形、冲击韧度

28、、导热率4-5分析不锈钢1Cr18Ni9Ti的加工特点？答：1、不锈钢1Cr18Ni9Ti的强度、韧性较大，增加了粘结倾向，消耗功率大，。2、易产生加工硬化，切削力大。3、导热性低，切削温度高，刀具磨损严重；4、塑形高，断屑困难。5、线膨胀系数大，易产生热变形，精加工时影响尺寸精度。6、线膨胀系数大，易产生热变形，精加工时影响尺寸精度。4-6改善难加工材料加工性能的途径有哪些？答：1调整工件材料化学成分和合理进行热处理2合理选择刀具材料；3合理选择刀具几何参数，刀具表面研磨，和切削用量4、提高工艺系统的刚性，机床功率5使用切削液6注意断屑、排屑7采用新的加工技术4-7浇注切削液起什么作用？答：

29、冷却，润滑，防锈，排屑洗涤4-8切削液有哪几类？各适用何场合？答切削液主要有：水溶性切削液和油性切削液。水溶性切削液又分为水溶液、乳化液和合成切削液。油性切削液主要有切削油和极压切削油。水溶性切削液冷却性和排屑性好，有一定的防锈性，但润滑性差；主要用于对加工质量要求不高，但发热量大的粗加工，或磨削加工。其中高浓度的乳化液可用于高速精加工。油性切削液润滑性和防锈性好，排屑性和冷却性较差，主要用于低速精加工。4-9已加工表面质量包括哪些指标？答：几何方面(Ra)，表面材质的变化1、加工硬化2、表层残余应力3、表层微裂纹4、表层金相组织5、表面粗糙度4-10表面理论粗糙度如何计算？实际粗糙度受哪些因素的影响？答：表面理论粗糙度根据已加工表面质量残留面积的高度计算。影响实际粗糙度的因素有：1积屑瘤，2鳞刺，3切削过程中的变形4刀具的边界磨损5刀刃与工件相对位置的变化4-11减小表面粗糙度要改善哪些因素？答：1、提高切削速度，降低进给量 2、增大刀具前角，合理确定后角，减小副偏角，合理使用修光刃。 3、选择抗粘结的刀具材料 4、合理使用切削液 5、调整工建材料性能4-12试述前角、后角的作用和选择原则？答：前角的功用：前角大小主要影响：切削变形，切削力