金属学第八章习题答案

思考题与习题

8-1.切削加工由哪些运动组成?它们各有什么作用?

答：切削运动按其作用不同可分为主运动和进给运动。

（1）主运动 切下切屑所必需的基本运动称为主运动。在切削运动中，主运动的速度最高，消耗功率最大。

（2）进给运动 使被切削的金属层不断投入切削的运动称为进给运动。

8-2.切削用量三要素是什么?它们的单位是什么？

答：切削用量包括切削速度、进给量、背吃刀量三个要素。

切削速度 （m/min 或m/s ）；车削时进给量的单位是r mm /，刨削的主运动为往复直线运动，其间歇进给的进给量为mm /双行程；背吃刀量（mm ）。

8-3. 车外圆时，工件加工前直径为62mm ，加工后直径为56mm ，工件转速为4r/s ，刀具每

秒钟沿工件轴向移动2mm ，求Vc 、f 、p a 。

答：见公式，略。

8-4.刀具正交平面参考系由哪些平面组成?它们是如何定义的?

答：正交平面参考系由以下三个平面组成：

基面r P 是过切削刃上某选定点，平行或垂直于刀具在制造、刃磨及测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般来说其方位要垂直于假定的主运动方向。车刀的基面都平行于它的底面。

主切削平面Ps 是过切削刃某选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。

正交平面o p 是过切削刃某选定点并同时垂直于基面和切削平面的平面。

8-5.常用刀具的材料有哪几类?各适用于制造哪些刀具?

答：刀具材料种类很多，常用的有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石（天然和人造）和立方氮化硼等。碳素工具钢（如Tl0A 、T12A ）和合金工具钢（9SiCr 、CrWMn ），因其耐热性较差，仅用于低速、手工工具。陶瓷、金刚石和立方氮化硼由于太脆、工艺性差及价格高等原因，使用范围较小，目前用得最多的还是高速钢和硬质合金。 高速钢是应用较广泛的刀具材料，尤其用于制造结构复杂的刀具，如成形车刀、铣刀、钻头、铰刀、拉刀、齿轮刀具、螺纹刀具等。

硬质合金能采用比高速钢高几倍甚至十几倍的切削速度；它的不足之处是抗弯强度和冲击韧度较高速钢低，刃口不能磨得象高速钢刀具那样锋利。

8-6.切屑类型有哪四类?各有哪些特点?

答：常见的切屑种类大致有四类：带状切屑、节状切屑、粒状切屑、崩碎切屑。

1）在切削过程中，切削层变形终了时，若金属的内应力还没有达到强度极限时，就会形成连绵不断的切屑，切屑靠近前刀面的一面很光滑，另一面呈毛茸状，是带状切屑。当切削塑性较大的金属材料（碳素钢、合金钢、铜和铝合金）或刀具前角较大，切削速度较高时，经常出现这类切屑。

2）在切屑形成过程中，若切屑变形较大，其剪切面上局部所受到的剪应力达到材料的强度极限时，则剪切面上的局部材料就会破裂成节状，但与前刀面接触的一面互相连接而未被折断，这就是挤裂切屑。工件材料塑性越差或用较大进给量低速切削钢材时，较容易得到这类切屑（又称节状切屑）。

3）在切屑形成过程中，若整个剪切面上所受到的剪应力均超过材料的破裂强度时，则切屑就成为粒状切屑（又称单元切屑），形状似梯形。

4）切削铸铁、黄铜等脆性材料时，切削层几乎不经过塑性变形阶段就产生崩裂，得到的切屑呈现不规则的粒状是崩碎切屑，工件加工后的表面也极为粗糙。

8-7.切削热是如何产生的?它对切削过程有什么影?

答：切削过程中，由于切削层变形及刀具与工件、切屑之间的摩擦产生的热称为切削热。 切削热是切削过程的重要物理现象之一。切削热对切削加工的影响是加快刀具的磨损；导致工件的膨胀，引起工件变形，影响加工精度。

8-8试述背吃刀量p a 、进给量f 对切削温度的影响规律。

答：c v 增加一倍，切削温度升高20%～30%；f 增加一倍，切削温度升高10%；p a 增加一倍，切削温度只升高3%。为了有效地控制切削温度，选用大的背吃刀量和进给量比选用大的切削速度有利。刀具角度中，增大前角，可使变形和摩擦减小；减小主偏角可增加主切削刃的工作长度，改善散热条件，两者均可降低切削温度。但前角不可过大，以免刀头散热面积减小，不利于降低切削温度。

8-9简述刀具磨损的原因。高速钢刀具、硬质合金刀具在中速、高速时产生磨损的主要原因是什么?

答：进行金属切削加工时，刀具一方面将切屑切离工件，另一方面自身也要发生磨损或破损。磨损是连续的、逐渐的发展过程；而破损一般是随机的、突发的破坏(包括脆性破损和塑性破损)。

刀具磨损不同于一般的机械零件的磨损，因为与刀具表面接触的切屑底面是活性很高的新鲜表面，刀面上的接触压力很大(可达2~3GPa)、接触温度很高(如硬质合金加工钢材，可达800~1000℃以上)，所以刀具磨损存在着机械、热和化学的作用，既有工件材料硬质点的刻划作用而引起的磨损，也有粘结、扩散、腐蚀等引起的磨损。

在各种切削速度下，刀具都存在磨料磨损。在低速切削时，其他各种形式的磨损还不显著，磨料磨损便成为刀具磨损的主要原因。一般可以认为磨料磨损量与切削路程成正比。

粘结磨损是硬质合金刀具在中等偏低切削速度时磨损的主要原因。

扩散磨损是硬质合金刀具在高温（800~1000℃）下切削产生磨损的主要原因之一。一般从800℃开始，硬质合金中的Co 、C 和W 等元素会扩散到切屑中被带走，同时切屑中的Fe 也会扩散到硬质合金中，使刀面的硬度和强度下降，脆性增加，磨损加剧。不同元素的扩散

速度不同，例如Ti的扩散速度比C、Co、W等元素低得多，故YT类硬质合金抗扩散能力比YG类强。

氧化磨损是当切削温度达700℃~800℃时，空气中的氧与硬质合金中的钴、碳化钨、碳化钛等发生氧化作用，生成松脆多孔的氧化物。这些氧化物容易被运动着的切屑和工件带走，加速了刀具磨损。

相变磨损是用高速钢刀具切削时，当切削温度超过其相变温度（500℃~600℃）时，刀具材料的金相组织会发生变化，使刀具材料硬度降低，磨损加快。

8-10.切削变形、切削力、切削温度、刀具磨损和刀具寿命之间存在着什么关系?

答：刀具寿命反映了刀具磨损的快慢程度。刀具寿命长表明刀具磨损速度慢；反之表明刀具磨损速度快。影响切削温度和刀具磨损的因素都同样影响刀具寿命。切削用量对刀具寿命的影响较为明显，切削速度对刀具寿命影响最大，进给量次之，背吃刀量最小。这与三者对切削温度的影响顺序完全一致，反映出切削温度对刀具寿命有重要的影响。

刀具寿命是一个具有多种用途的重要参数，如用来确定换刀时间；衡量工件材料切削加工性和刀具材料切削性能优劣；判定刀具几何参数及切削用量的选择是否合理等，都可用它来表示和说明。

8-11.说明前角和后角的大小对切削过程的影响。

答：前角对刀具的切削影响最大。增大前角使刃口锋利，但会使刃口强度削弱。选择前角的原则是既要保证刃口锋利，也要保证其强度。用硬质合金车削钢材时可取10°～25°；车削灰铸铁可取5°～15°；车削铝合金可取30°～35°。强力切削时，为增强刀具的强度，则采用负的前角。

后角用来减小主后面与工件过渡表面之间的摩擦，并与前角共同影响刃口的锋利程度与强度。后角的选择原则是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，尽可能取小值。一般粗加工时切削力较大，为保证刃口的强度，后角应小些(可取6°～8°)；精加工时切削力较小，为减小摩擦提高表面加工质量，应取较大的后角(10°～12°)。

8-12.说明刃倾角的作用。

答：刃倾角主要作用是影响刀尖的强度和控制切屑的流向。当刃倾角为正时，刀尖的强度较差，切屑流向待加工表面；刃倾角为负时，刀尖强度较高，切屑流向已加工表面。刃倾

λ=-5°～0°，角为零时，切屑从垂直切削刃的方向流出。粗车一般钢材和灰铸铁时，常取

s

λ=0°～5°，以防止切屑划伤已加工表面。

以提高刀尖强度；精车时常取

s

8-13.常用切削液有哪几种?各适用什么场合?

答：常用切削液的种类与选用：

1）水溶液的主要成分是水，其中加入了少量具有防锈和润滑作用的添加剂。水溶液的冷却效果良好，多用于普通磨削加工。

2）乳化液是将乳化油(由矿物油、表面活性剂和其他添加剂配成)用水稀释而成，用途广泛。低浓度的乳化液冷却效果较好，主要用于磨削、粗车、钻孔加工等。高浓度的乳化液润滑效果较好，主要用于精车、攻丝、铰孔、插齿加工等。

3）切削油主要是矿物油(如机械油、轻柴油、煤油等)，少数采用动植物油或复合油。普通车削、攻丝时，可选用机油。精加工有色金属或铸铁时，可选用煤油。加工螺纹时，可选用植物油。在矿物油中加入一定量的油性添加剂和极压添加剂，能提高其高温、高压下的润滑性能，可用于精铣、铰孔、攻丝及齿轮加工。

8-14按加工性质和所用刀具不同，机床可分为哪几类？

答：根据国家标准GB/T15375-94，按加工性质和所用刀具的不同，机床可分为12大类：车床、钻床、镗床、磨床、齿轮加工机床、螺纹加工机床、铣床、刨插床、拉床、特种加工机床、锯床和其他机床。

8-15通用机床的型号包含哪些内容？

答：机床的型号是用来表示机床的类别、主要参数和主要特性的代号。目前，机床型号的编制采用汉语拼音字母和阿拉伯数字按一定规律组合表示。

8-16说明下列机床型号的意义：

X6132，X5032，C6132，Z3040，T6112，Y3150，C1312，B2010A。

答：X6132：X是类代号（铣床类）；6表示组代号（万能升降台组）；1表示系代号（卧式铣床类）；32表示主参数代号（工作台宽度的1/100）。

X5032：X5032实际老型号叫X52，X指的是铣床，5指的是立式，32指的是该机床工作台尺寸320mm×1250mm。

C6132：C表示机床类别代号（车床类）；6表示机床组别代号（落地及卧式车床组）；1表示机床系别代号（卧式车床系）；32表示主参数代号（床身上最大回转直径320mm）。

Z3040：Z表示机床类别代号（钻床类）；3表示系别代号（摇臂钻床系）；0表示组别代号（摇臂钻床组）；40表示主参数代号（最大钻孔直径40mm）。

T6112：卧式镗床,镗轴直径120毫米。

Y3150：Y表示齿轮加工机床；3表示立式机床；50表示加工零件的最大直径是500mm。

C1312：C表示机床类别代号（车床类）；1表示单轴六角自动车床；3表示轴车床；12表示床身最大回转直径为120mm。

B2010A：B表示刨削类机床代号；20表示龙门刨床；10表示最大刨削宽度的1/100，即最大刨削宽度为100mm；A表示经过一次重大改进。

8-17何谓外联系传动链？何谓内联系传动链？对这两种传动链有何不同要求？试举例说明。

答：外联系传动链联系运动源与执行件的传动链，称为外联系传动链。它的作用是使执行件得到预定速度的运动，并传递一定的动力。此外，还起执行件变速、换向等作用。

外联系传动链传动比的变化，只影响生产率或表面粗糙度，不影响加工表面的形状。因此，外联系传动链不要求两末端件之间有严格的传动关系。如卧式车床中，从主电动机到主轴之间的传动链，就是典型的外联系传动链。

内联系传动链联系两个执行件，以形成复合成形运动的传动链，称为内联系传动链。它的作用是保证两个末端件之间的相对速度或相对位移具有严格的比例关系，以保证被加工表面的性质。如在卧式车床上车螺纹时，连接主轴和刀具之间的传动链，就属于内联系传动链。此时，必须保证主轴（工件）每转一转，车刀移动工件螺纹一个导程，才能得到要求的螺纹导程。又如，滚齿机的范成运动传动链也属于内联系传动链。

8-18根据图8-31a、b所示传动系统图，要求：

1）分别列出图a、图b的传动路线表达式；

2）分析图aⅢ轴、图bⅤ轴的转速级数；

3）分别计算图aⅢ轴、图bⅤ轴的最高转速和最低转速。

图8-31 题8-18图

答：略。