机械制造技术基础-卢秉恒 答案 第二章

第二章2-1金属切削过程有何特征？用什么参数来表示和比较？答：特征：在切削过程中会有许多物理现象，如切削力、切削热、积屑瘤、刀具磨损和加工硬化等。表示参数：相对滑移ε、剪切角φ、变形系数ξ（ξ＞1）。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？（1）答：第一变形区：剪切变形区，金属剪切滑移，形成切屑，主要为塑性变形；第二变形区：摩擦变形区，切屑排出时与前刀面发生强烈的挤压和摩擦；第三变形区：加工表面变形区，已加工表面与后刀面挤压摩擦，产生变形。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？（2）关联：三个变形区汇集在切削刃附近，此处的切削层先经过第一变形与工件基体分离，大部分变成切屑经历第二变形，很少一部分留在已加工表面上经历第三变形。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?（1）答：生产原因：加工塑性材料时，切屑与前刀的新鲜分子在第I变形区的高温高压作用下“泠焊”，形成切屑瘤。对加工的影响：1、实际前角增大；2、增大切屑厚度；3、增大表面粗糙度；4、影响刀具寿命。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?（2）控制：1、降低切削速度、切削温度、使粘度不易发生。2、采用高速切削，使切削温度高于积屑瘤消失的温度。3、采用润滑好的切削液、减小摩擦。4、增大刀具前角，减小切屑接触区压力。5、提高工件材料硬度，减少加工硬化倾角2-4切屑与前面之间的摩擦与一般刚体之间的滑动摩擦有无区别？若有区别，二者有何不同之处？（1）答：有区别：一般刚体之间的滑动滑擦为一般外摩擦，而当切屑与前刀面产生粘度时，切屑与前刀面之间就不是一般的外摩擦，而是切屑和刀具粘结层与上层金属之间的内摩擦。2-4切屑与前面之间的摩擦与一般刚体之间的滑动摩擦有无区别？若有区别，二者有何不同之处？（2）这种内摩擦实际就是金属内部的滑移剪切，它与材料的机动流动应力特性以及粘结面积有关，而外摩擦力的大小与摩擦系数以及压力有关，而与接触面积无关。切屑接触面包含粘结部分的内摩擦和粘结部分之外的外摩擦。2-5车刀的角度是如何定义的？标注角度和工作角度有何不同？答：定义：假定：①无进给②选定点与中心等高③刀杆中心线垂直于工件轴线的前提下，按照刀面和刀刃各参考平面的关系，定义的车刀角度。标注角度是在忽略进给运动的影响，刀具又在特定安装的情况下给出，而工作角度是刀具在工作状态下的切削角度，考虑包括进给运动在内的合成切削运动和刀具的实际安装情况。2-6金属切削过程中为什么会产生切削力？答：切削力为金属切削时，刀具切入工件，使被加工材料发生变形成为切削所需要的力。产生原因为要产生切削变形要克服被加工材料弹性变形的抗力，塑性变形的抗力，和克服切屑和前刀面的摩擦力和刀具后面与过渡表面和已加工表面之间的摩擦力，切削力即为上述各力的总和。2-7车削时切削合力为什么常分解为三个相互垂直的分力来分析？分力作用是什么？答：车削时,主运动为旋转，进给运动为车刀的纵向进给，或横向进给，三者方向两两垂直，恰可以分解为三个相互垂直的力Fx，Fy，Fz。Fz—主切削力或切向力，是计算车刀强度、设计机床主轴系统、确定垂直机床功率所必需的；Fx—进给力或轴向力，是设计进给机构、计算车刀进给功率所必需的；Fy—切深抗力或背向力、径向力、吃刀力，是计算工件挠度、机床零件和车刀强度的依据，与产生振动有关。2-8背吃刀量和进给量对切削力的影响有何不同？(1)答：背吃刀量ap和进给量f增大都会使切削面积Ac增大，从而使变形力增大，摩擦力增大，固之切削力也随之而增大。但ap和f对切削力的影响大小不同。Fz=Cap（2ap）'=2Capap，即ap增大一倍，切削力也增大一倍，因为仅增大ap，切削厚度ac不变，而切削宽度aw则随ap的增大正比增大，由于aw的变化差不多与M和ξ无关，所以ap对Fz的影响成正比关系。2-8背吃刀量和进给量对切削力的影响有何不同？(2)而f增大一倍，Fz约增大0.8倍，因为f增大，切削功增大，切削力也相应增大，而f增大，切削厚度也成正比增大，ac增大，ξ减小，μ减小，又会使切削力减小，这正反两方面的作用，使切削力的增大与f不成正比。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作用下，会发生弹性和塑性变形而消耗功，因此切削热的主要来源就是切屑的变形功和前、后刀面的摩擦功。不能，因为产生切削热的同时，还通过切屑、刀具、工件将一部分热量散入到空气中，因此无法说明切削区温度的高低。2-10切削温度的含义是什么？他在刀具上是如何分布的？他的分布和三个变形区有何联系？(1)答：切削温度一般是指前刀面与切屑接触区域的平均温度。在刀具上的分布：1.前刀面与后刀面上的最高温度都不在刀刃上，而是在离刀刃有一定距离的地方；2.后刀面温度上升快；3.切削脆性材料时刀尖处温度升最高，切削塑性材料时分布比较均匀。温度分布与三个变形区的联系：三个发热区与三个变形区是相对应的。1.是因为第一变形区和第三变形区的摩擦热不断增加，而且热向外传导；2.是因为第三变形区后刀面接触长度较小，温升用的时间短；3.是因为材料塑性越大，则前刀面的接触长度越大，使温度分布均匀，而材料为脆性时，接触长度很小。2-10切削温度的含义是什么？他在刀具上是如何分布的？他的分布和三个变形区有何联系？(2)2-11背吃刀量和进给量对切削力和切削温度的影响是否是一样？为什么？如何指导生产实践？答：不一样。切削速度影响最大，进给量次之，背吃刀量最小。从他们的指数可以看出，指数越大影响越大。为了有效地控制切削温度以提高刀具寿命，在机床允许的条件下选用较大的背吃刀量和进给量，比选用打的切削速度更为有利。2-12增大前角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：因为前角增大，变形和摩擦减小，因而切削热减小，但前角不能郭达，否则到头部分散热体积减小，不利于切削温度的降低。2-13刀具的正常磨损过程可分为几个阶段？各阶段特点是什么？刀具的磨损应限制在哪一阶段？（1）答：（1）初期磨损阶段：新刃的刀具后刀面存在粗糙不平之处以及显微裂纹、氧化或脱碳层等，而且切削刃较锋利，后刀面与加工表面接触面积较小，应力较大，所以该阶段磨损较快。2-13刀具的正常磨损过程可分为几个阶段？各阶段特点是什么？刀具的磨损应限制在哪一阶段？（2）（2）正常磨损阶段：刀具毛糙表面已经磨平，这个阶段磨损比较缓慢均匀，后刀面磨损量随着切削时间延长而近似地称正比例增加，这一阶段时间较长。（3）急剧磨损阶段：刀具表面粗糙度值增大，切削力与切削温度均升高，磨损速度增加很快，一直刀具损坏而失去切削能力。2-14刀具磨钝标准是什么意思？他与哪些因素有关？答：刀具磨损到一定限度就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。它与加工中的一些现象如加工表面是否出现亮带，切削的颜色和形状，振动和异声，形状尺寸精度等；1/2ap处的VB值，径向磨损量等因素有关，另外还有加工类型，工艺系统的刚度，工件材料的加工性，刀具制造刃磨难易程度等。2-15．什么叫刀具寿命？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（或重新刃磨过的刀具）从开始使用直至到达磨钝标准所经历的实际切削时间，称为刀具寿命。磨钝标准决定刀具寿命的长短（正常磨损情况下）。但是受切削速度，工件材料，刀具材料和刀具几何形状影响，同一磨钝标准下，刀具寿命是不相同的。2-16简述车刀、铣刀、钻头的特点。（1）答：1.车刀是金属切削中使用最广泛的刀具，可完成工作的外圆，端面，切槽或切断等不同的加工工序。一般情况下车刀都只有一条主切削刃的单刃刀具，加工时工作的主运动是工件的旋转运动，进给运动为车刀的直线运动。2-16简述车刀、铣刀、钻头的特点。（2）2.铣刀：铣刀是一种应用很广泛的多齿多刃回旋刀具。铣削时，铣刀绕其轴线转动为主运动，进给运动有工件完成。铣削为断续切削，加工时，每个刀齿轮流切削，可加工平面，沟槽和成形表面。3.钻头：麻花钻直线形主切削刃很长，有较大的容屑槽，刀齿数只有两个，两个主切削刃由横刃连接。螺旋型的容屑槽。后刀面是圆锥面成螺旋面，主运动为钻头的绕其轴线旋转，进给运动为钻头沿轴线运动的进给。2-17切削用量对刀具磨损有何影响？在VTm=C关系中，指数m的物理意义是什么？不同刀具材料m值为什么不同？答：切削速度影响最大，进给量次之，背吃刀量最小，和对切削温度影响顺序完全一致。m是刀具寿命线的斜率。因为不同的材料耐热性不同，因此有不同的m值，耐热性越低，斜率越小，切削速度对刀具寿命影响越大，也就是说，切削速度改变一点，刀具寿命变化很大，反之亦然。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，按什么顺序选择？为什么？（1）答：（1）制订切削用量时，要综合考虑生产效率，加工质量和加工成本，选用原则为：1.考虑因素：切削加工生产率，刀具寿命，加工表面粗糙度，生产节拍；2.粗加工时，应以提高生产率为主，同时保证刀具寿命，使用最高生产率耐用度；3.精加工时，应保证零件工精度和表面质量，然后才考虑高的生产率和刀具寿命，一般是小的切削深度和进给量，较高的切削速度。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，按什么顺序选择？为什么？（2）按刀具寿命出发，首先尽可能选大的背吃刀量，其次选尽可能大的进给量，最后选尽可能大的切削速度。因为由V-f-ap对T影响程度递减。按机床动力时，选尽可能大的进给量，其次尽可能选大的背吃刀量，最后选尽可能大的切削速度。因为这样对T影响程度递减。2-19粗加工时进给量的选择受哪些因素限制？当进给量受到表面粗糙度限制时，有什么办法增加进给量，而保证表面粗糙度要求？答：粗加工时进给量的选择应考虑机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度、硬质合金或陶瓷刀片的强度和工件的装夹刚度等。上述情况可以采用增大刀尖圆弧半径，提高切削速度的方法来保证粗糙度的前提下选择较大的进给量。2-20如果选定切削用量后，发现所需的功率超过机床功率时，应如何解决？答：要么调换较大功率的机床、要么根据所选定的机床功率降低切削用量（主要是降低切削速度），这是虽然机床功率能得到充分利用，但刀具的切削性能未能得到充分发挥。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CA6140车床上粗车、半精车一套筒的外圆，材料为45钢(调质)，抗拉强度σb=681.5MPa，硬度为200~230HBW，毛坯尺寸dwXlw=80mmX350mm，车削后的尺寸为d=Φ（75-0.25）mm，L=340mm，表面粗糙度值均为Ra3.2μm。试选择刀具类型、材料、结构、几何参数及切削用量。（1）答：本题选择直头外圆车刀，刀片材料为硬质合金，结构为焊接刀具。刀杆尺寸为。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：单边加工余量为，粗车取，半精车取。(2)确定进给量：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。按机床说明书中实有的进给量，取(3)确定切削速度：切削速度可通过计算，也可查表，本题查表取主轴转速按机床书说明书取，实际切削速度为2、半精工步(1)确定背吃刀量：。(2)确定进给量：根据表面粗糙度和刃口圆角半径，并预估切削速度，从表中查出。按机床说明书中实有的进给量，取。(3)根据与，查表取。计算主轴转速按说明书取，实际切削速度为2-23刀具材料应具备那些性能？常用的材料有哪些？各有什么优缺点？（1）答：（1）高硬度、高耐磨性、高耐热性、足够的强度和韧性、良好的工艺、良好的热物理性和耐热冲击性能。（2）碳素工具钢：硬度高，价格低廉，但耐热性较差，温度达到200°C时就会失去原油硬度，淬火时易变形和裂纹。合金工具钢：与碳