《机械加工工艺与装备》练习题参考答案

不锈钢、耐热钢、高锰钢及其他难加工材料及普通钢料、铸铁的粗加工M20 YW2 82 6 4 8 和半精加工

9答案 （1）积屑瘤的形成原因主要是由于切削加工时，在一定的温度和压力作用下，切屑与刀具前面发生强烈摩擦，致使切屑底层金属流动速度降低而形成滞流层，如果温度和压力合适，滞流层就与前刀面黏结而留在刀具前面上，由于黏结层经过塑性变形硬度提高，连续流动的切屑在黏结层上流动时，又会形成新的滞留层，使黏结层在前一层的基础上积聚，这样一层又一层地堆积，黏结层愈来愈大，最后形成积屑瘤。

（2）积屑瘤对切削过程的影响。

① 增大实际前角。积屑瘤黏结在刀具前刀面刀尖处，可代替刀具切削，增大了刀具的实际前角。

② 增大切入深度。积屑瘤前端伸出切削刃之外，加工中出现过切，使刀具切入深度比没有积屑瘤时增大了Δ，因而影响了加工尺寸。

③ 增大已加工表面粗糙度。由于积屑瘤很不稳定，使切削深度不断变化，导致实际前角发生变化，引起切削过程震动；积屑瘤脱落时的碎片可能黏附在已加工表面上；积屑瘤凸出刀刃部分，在已加工表面上形成沟纹，这些都可以造成已加工表面的粗糙度值增大。

④ 影响刀具耐用度。积屑瘤覆盖着刀具部分刃口和前面，对切削刃和前面有一定保护作用，从而减小了刀具磨损，但积屑瘤脱落时，又可能使黏结牢固的硬质合金表面剥落，加剧刀具磨损。

（3）影响积屑瘤的主要因素与控制。精加工时必须避免或抑制积屑瘤的生成。其措施有如下几种。

① 控制切削速度。尽量采用很低或很高的切削速度。

② 降低工件材料塑性。通过热处理降低材料塑性，提高硬度，可抑制积屑瘤生成。 ③ 其他措施。减小进给量、增大刀具前角，减小刀具前面的粗糙度值，合理使用切削液等，均可使切削变形减小，切削力减小，切削温度下降，从而抑制积屑瘤的生成。

10答案 （1） 工件材料对切屑变形的影响。工件材料的塑性是影响切屑变形的主要因素。如碳钢的塑性越大，抗拉强度和屈服强度越低，越容易产生塑性滑移和剪切变形，在较小的应力条件下就开始产生塑性变形。在相同的切削条件下，工件材料的塑性越大，切屑变形就越大。例如，1Cr18Ni9Ti和45钢的强度近似，但前者延伸率大得多，切削时切屑变形大，易粘刀且不易断屑。

（2）刀具前角对切屑变形的影响。刀具前角越大，减小切屑沿前刀面流出的阻力越小，切屑变形越小。

（3） 切削速度对切屑变形的影响。在无积屑瘤的切削速度范围内（例如高速切削），切削速度越高，则变形越小。因为塑性变形的传播速度较弹性变形慢。

（4）切削厚度对切屑变形的影响。当切削厚度增加时，摩擦系数减小，变形变小。切削厚度增加，切屑底层变形大，上层变形小且变形程度严重的金属层，占切屑体积的百分比随着切屑厚度增加而下降。因此，从切削层整体看，切屑的平均变形减小。反之，切屑越薄，变形量越大。

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11答案 （1）工件材料的影响。工件材料的强度越大、硬度越高，切削时消耗的功越多，产生的切削热越多，切削温度升高。工件材料的热导率大，热量容易传出，若产生的切削热相同，则热容量大的材料切削温度低。工件材料的塑性越好，切削变形越大，切削时消耗的功越多，产生的切削热越多，切削温度升高。

（2）切削用量的影响。切削用量中，切削速度对切削温度影响最大。切削速度vc

增加，切削的路径增长，切屑底层与刀具前面发生强烈摩擦从而产生大量的切削热，切削温度显著升高。

进给量f对切削温度有一定的影响。随着进给量的增大，单位时间内金属的切除量增加，消耗的功率增大，切削热增大，切削温度上升。

背吃刀量ap对切削温度影响很小。随着背吃刀量的增加，切削层金属的变形与摩擦成正比例增加，产生的热量按比例增加。但由于切削刃参加工作的长度也成比例增长，改善了刀头的散热条件，最终切削温度略有增高。

（3）刀具几何角度的影响。刀具几何参数对切削温度影响较大的是前角和主偏角。 前角?o增大，切削变形及切屑与刀具前面的摩擦减小，产生的热量小，切削温度下降。反之，切削温度升高。但是如果前角太大，刀具的楔角减小，散热体积减小，切削温度反而升高。

主偏角?r增大，刀具主切削刃工作长度缩短，刀尖角?r减小，散热面积减少，切削热相对集中，从而提高了切削温度。反之，主偏角减小，切削温度降低。

（4）其他因素。刀具后面磨损较大时，会加剧刀具与工件的摩擦，使切削温度升高，切削速度越高，刀具磨损对切削温度的升高越明显。

切削液对降低切削温度有明显的效果，切削液的润滑作用可减小摩擦，减少切削热。

12答案 在使用刀具时，在刀具产生急剧磨损前必须重磨或更换新切削刃，这时刀具的磨损量称为磨钝标准或磨损限度。

13答案 刀具一次刃磨后从开始切削直到磨损量达到磨钝标准为止的实际切削时间称为刀具耐用度。

刀具耐用度的大小表示刀具磨损的快慢，刀具耐用度大，表示刀具磨损慢；耐用度小，表示刀具磨损快。另外，刀具耐用度与刀具寿命是两个不同的概念。刀具寿命是指一把新刀从投入使用到报废为止总的切削时间，刀具的寿命等于刀具耐用度乘以刃磨次数。

14答案 断屑槽的槽形有折线型、直线圆弧型和全圆弧型3种。它们在垂直切削刃的剖面上的形状如图2-27（a）、（b）、（c）所示。除槽宽尺寸外，其中反屑角也是影响断屑的主要因素，反屑角增大，切屑易断裂，但会使切屑卷曲半径Rch减小，增大卷曲变形和弯曲应用，如图2-27（d）所示。

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图2-27 断屑槽的形式

15答案 （1）刀具材料采用涂层高速钢或硬质合金均可。 （2）Vc＝60.288 m/min

（3）公称宽度bD＝5.6577mm 公称厚度hD＝0.35355mm 横截面积AD＝2mm2

16答案 主偏角对刀具耐用度影响很大。减小主偏角可使刀尖角?r增大，刀尖强度提高，散热条件改善，因而刀具耐用度高。减小主偏角可降低加工表面残留面积的高度，故可减小加工表面的粗糙度。主偏角还会影响各切削分力的大小和比例。如车削外圆时，增大主偏角，可使背向力Fp减小，进给力Ff增大，因而有利于减小工艺系统的弹性变形和震动。

工艺系统刚性较好时，主偏角宜取较小值，如?r = 30°～45°，例如选用45°偏刀；当工艺系统刚性较差或强力切削时，一般取?r = 60°～75°，例如选用75°偏刀。车削细长轴时，取?r = 90°～93°，以减小背向力Fp。

17答案 刃倾角主要影响切屑流向和刀尖强度。

刃倾角对切屑流向的影响如图2-16所示。刃倾角为正值，切削开始时刀尖与工件先接触，切屑流向待加工表面，可避免缠绕和划伤已加工表面，对精加工和半精加工有利，如图2-16（b）所示。刃倾角为负值时，切削中切屑流向已加工表面，如图2-16（a）所示，容易缠绕和划伤已加工表面。

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18答案 （1）背吃刀量ap的选择 （2）进给量f的选择 （3）切削速度?c的选择

因为切削用量3个要素对刀具耐用度T的影响程度各不相同，对刀具耐用度影响最大的是切削速度vc，其次是进给量f，最小的是背吃刀量ap。由于要保持已确定的刀具耐用度T值，提高其中某一要素时，必须相应地降低另外两个要素。

所谓选择切削用量是选择切削用量三要素的最佳组合，在保持刀具合理耐用度的前提下，使ap、f、vc三者的乘积值最大，以获得最高的生产率。根据已选定的背吃刀量、进给量，按照一定刀具耐用度下允许的切削速度公式，通过计算最后确定切削速度?c。

19答案 （1）背吃刀量ap方面 切削加工一般分为粗加工、半精加工和精加工。粗加工时应尽量用一次走刀切除全部粗加工余量。当粗加工余量过大、机床功率不足、工艺系统刚度较低、刀具强度不够、断续切削及切削时冲击震动较大时，可分几次走刀。切削表面层有硬皮的铸、锻件时，应尽量使背吃刀量大于硬皮层的厚度，以保护刀尖。

半精加工和精加工的加工余量一般较小，可一次走刀切除，即ap等于半精（精）加工余量。当为保证工件的加工质量时，也可二次走刀。多次走刀时，应将第一次的背吃刀量取大些，一般为总加工余量的2/3～3/4。

（2）进给量f方面 粗加工时，由于粗加工的工艺目标是尽量高效切出加工余量，对加工后表面质量没有太高的要求，这时在工艺系统的强度、刚度允许的情况下，可选用较大的进给量，可根据工件材料、刀杆尺寸、工件直径和已确定的背吃刀量查阅相关手册确定。

半精加工和精加工时，由于半精、精加工的工艺目标是确保加工表面质量（主要是表面粗糙度），进给量应取较小值，通常按照工件的表面粗糙度值要求，可根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度等条件查阅切削用量等相关手册来选择进给量。

（3）切削速度?c方面

粗加工时，背吃刀量和进给量都较大，切削速度受刀具耐用度和机床功率的限制，一般较低。精加工时，背吃刀量和进给量都取得较小，切削速度主要受加工质量和刀具耐用度影响，一般较高。

20答案 常用的切削液分为3大类：水溶液、乳化液和切削油。

（1）粗加工时切削液的选择。因为粗加工所用的加工余量、切削用量较大，所以产生大量的切削热。在采用高速钢刀具切削时，由于高速钢刀具耐热性较差，需要采用切削液，这时使用切削液的主要目的是降温冷却，减少刀具磨损，因此应采用3%～5%的乳化液；硬质合金刀具由于耐热性较高，一般不用切削液，若要使用切削液，则必须连续、充分地浇注，以免处在高温状态的硬质合金刀片产生巨大的内应力而出现裂纹。

（2）精加工时切削液的选择。精加工要求表面粗糙度值较小，一般应采用润滑性能较好的切削液，如高浓度的乳化液或含极压添加剂的切削油。采用高速钢刀具精加工时

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