金属切削

第一章：刀具几何角度及切削要素

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Q

1-2 正交平面参考系中参考平面pr，ps，po及刀具角度γo，αo，κr，λs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γo：在正交平面中测量的，基面和前刀面的夹角 后角αo：在正交平面中测量的，切削平面和后刀面的夹角， 主偏角κr：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λs：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及其刀具角度的定义有何异同？在什么情况下， γo= γn

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，γo= γn 1-4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γf= γo， γp= γo 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， γf= γo，当刀具的主偏角为0度时γp= γo

1-5已知抗冲击车刀几何角度为：kr=45,r0=30,α0=10,λs=-30,kr’=15, α0’=8,试计算刀具法前角rn,实际前角rη,副切削刃斜角λs’，副切削刃前角r0’为多少度？

1-6 poe系平面poe，pse，pre及工作角度γoe，αoe，κre，λse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。

γoe，αoe：在工作正交表面中测量的前刀面和工作基面的夹角为γoe，后刀面和工作切削表面的夹角为αoe。 κre：在工作基面中测量的切削刃和进给运动方向的夹角。

λse：在工作切削表面中测量的切削刃和工作基面的夹角。 min /32.601000 240801000 mdnv

1-7已知用κr= 90°， κ’r= 2° γo=5° ，αo=12° ， λs=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ε=αo=12°时，对应的直径为剪断心柱直径。 D=2h/sinε=2×0.2/sin12=1.92mm 答：切断后工件端面留下的剪断心柱直径为1.92mm

1-8: 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αoL为12°，右刃后角αoR 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η=3.04° 在pf平面内，对左切削刃，工作前角增大了η，变为3.04°，工作后角减小了η，变为8.96°。 对右切削刃，工作前角减小了η，变为-3.04°，工作后角增大了η，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κr= 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 κr=0.5sin75=0.483mm 切削宽度：bD=ap/ sin κr=4/sin75=4.141mm 切削面积：AD=apf=4×0.5=2mm2

第二章 刀具材料

2-1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： W18Cr4V（W18），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（30μm （5）抗弯强度、韧性较低，

钨钼钢 W6Mo5Cr4V2（M2） 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，V>40m/min时，性能稍差； wdf artg （5）热处理时脱碳倾向大，易氧化，淬火温度范围较窄 W9Mo3Cr4V （1）热稳定性能高于M2 （2）碳化物均匀性接近M2，良好的热塑性； （3）脱碳倾向小于M2 （4）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 粉末高速钢和普通熔炼高速钢比较有何特点？

2-5 P、K、M硬质合金的色标是何颜色？ 答：P蓝色、 M黄色 、K红色 2-6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， σ弯和αk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σ弯、αk、σ-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。 2-7 涂层硬质合金有什么优点？有几种涂层材料？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 涂层硬质合金有什么优点？有几层涂层材料？它们各有何特点？

2-9 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及应用（ 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； 2-10 金刚石和立方氮化硼各有何特点？它们的适用场合如何？

第三章 金属切削过程的基本规律

1.衡量切削变形用什么方法？如何计算的？

2.试述切削过程三个变形区的位置及它们的变形特点？ 3.简述前角，切削速度，和进给量对切削变形的影响规律。 4.试述被吃刀量与进给量对切削力的影响规律。 5.试述主偏角对切削力的影响

6.用硬质合金P10（YT15）车刀粗车外圆，加工材料为调质45钢（229HBW）选取背吃刀量3mm,f=0.3mm/r,vc=90m/min,刀具几何角度，求切削力和消耗切削功率各多少？ 7.试述背吃刀量、进给量对切削温度的影响规律 8.试述前角、主偏角对切削温度的影响规律 9.试述刀具的正常磨损形式和刀具有哪几种破损形式 10.什么叫做刀具磨损标准？规定的磨损位置及数值有多大？ 11.什么叫做刀具寿命？

12.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？

13.用K10(YG6)硬质合金车刀车削灰铸铁220HBW工件的外圆、选用切削用量为vc=80m/min,ap=3mm,f=0.2mm/r,刀具几何角度为Kr=60,Kr’=15,试求刀具寿命T=60min时的切削速度V60多少？

第四章 切削基本理论的应用

4-1 在各类切屑形状中较为理想的有哪几种？ 4-2 简述切屑折断原理，及影响因素？ 4-3 断屑槽有哪几种形式，各适用何种情况？

4-4 衡量材料的切削加工性难易有哪些指标？其中根据加工材料的哪几项性能来判别加工性等级 4-5 分析不锈钢1Cr18Ni9Ti的加工性特点 4-6 改善难加工材料加工性有哪些途径 4-7 浇注切削液起什么作用

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，切削热，耐用度，散热条件。 确定原则：在保证刀具耐用度的前提下，尽量选择大的前角。 确定前角时，还应考虑：1、刀具材料的强度，韧性；2、工件材料的塑性，脆性；3．加工条件 后角的主要功用是：减少后刀面的摩擦，提高刀具的耐用度，提高加工质量。1．增大后角，减小弹性恢复层和后刀面的接触长度；2．刀具锋利；3．在相同VB标准时，提高刀具的耐用度。4、后角太大，降低切削部分的强度和散热条件。 确定原则是在不产生摩擦条件下尽量减小后角，主要取决于切削厚度。实际生产中应考虑： （1）切削厚度； （2）加工精度； （3）工件材料的强度硬度、塑性、弹性等； （4）工艺系统刚度

4-13主偏角、刃倾角的功用及选择原则是什么？ 答：主偏角的功用是： （1）ap，f不变时，减小Kr可减轻单位长度切削刃

上的负荷，散热好 （2）提高刀尖强度，散热体积大。 （3）减少因冲击造成的刀尖损坏 （4）影响背向力 选择原则：从提高刀具耐用度的角度，应减小主偏角 刃倾角的功用 （1）控制切屑流向；（2）影响刀头强度和断续切削时切削刃上受冲击的位置；（3）影响刀刃的锋利程度；（4）影响切削分力的大小 选择原则： 1．根据加工要求 （1） 加工精度高时，应选择大的刃倾角； （2）有冲击或加工高强度钢，淬硬钢等应选择负的刃倾角。 2．根据加工条件：加工断续表面或余量不均匀时，选较大的负刃倾角。

4-14 分别说明倒角刀尖，修圆刀尖、刃口修圆和倒棱的作用和适用场合？

4-15 加工条件为P10（YT15）车刀粗车40Cr齿轮锻坯，加工工艺系统刚性为中等，试选择车刀几何参数，并用图表示。 4-16试述选择切削用量三要素的原则？分别说明他们的选择方法？ 答：粗加工时切削用量的选择原则 首先选取尽可能大的背吃刀量，其次根据机床动力和刚性等选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。 精加工、半精加工时切削用量的选择原则： 首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量，其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量，最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。 他们的选择方法分别为： 他们的选择：背吃刀量主要根据加工余量确定。余量尽量一次切除，如果余量过大，需分两次切除，第一刀的背吃刀量要大，通常为总余量的2/3-3/4 进给量的选择：粗加工时，根据机床功率、刀片强度尽量大。精加工、半精加工时根据表面粗糙度要求选择。 切削速度根据刀具的寿命要求和选定的背吃刀量、进给量计算获得。

4-17 从国产推荐表中查出切削调制合金钢、50HRC淬火钢的可转位车刀刀具材料的牌号及切削用量数值 4-18 试述超高速切削的速度数值。精密和超精密切削达到的精度和表面粗糙度范围是什么。

第五章 车刀

5-1车刀按用途与结构来分有哪些类型？它们的使用场合如何？

答：车刀按用途分为：外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断车刀、螺纹车刀、成形车刀等 按结构分为 （1）整体车刀：小型刀具和加工非铁金属刀具 （2）焊接式车刀：各类刀具，特别是小刀具 （3）机夹式车刀：大型车刀，螺纹车刀、切断车刀 （4）机夹可转位式车刀：普通车床刀具，自动线、数控机床刀具 5-2常用硬质合金焊接车刀的刀片型号如何表示？

答：刀片型号用一个字母和三个数字表示。第一个字母和第一位数字表示刀片形状，后两位数字表示刀片主要尺寸。若型号相同，个别结构尺寸不同时，在后两位数字后加一个字母以示区别。

5-3 试述卧式车床上使用的可转位车刀和数控车床上使用的可转位车刀有何差异

答：数控车床所采用的可转位车刀，其几何参数是通过刀片结构形状和刀体上刀片槽座的方位安装组合形成的，与通用车床相比一般无本质的区别，其基本结构、功能特点是相同的。但数控车床的加工工序是自动完成的，因此对可转位车刀的要求又有别于通用车床所使用的刀具，具体要求和特点如表所示。 要求 特 点 目 的 精度高 采用M级或更高精度等级的刀片； 多采用精密级的刀杆； 用带微调装置的刀杆在机外预调好。 保证刀片重复定位精度，方便坐标设定，保证刀尖位置精度。 可靠性高 采用断屑可靠性高的断屑槽型或有断屑台和断屑器的车刀； 采用结构可靠的车刀，采用复合式夹紧结构和夹紧可靠的其它结构。 断屑稳定，不能有紊乱和带状切屑；适应刀架快速移动和换位以 及整个自动切削过程中夹紧不 得有松动的要求。 换刀迅速 采用车削工具系统； 采用快换小刀夹。 迅速更换不同形式的切削部件，完成多种切削加工，提高生产效率。 刀片材料 刀片较多采用涂层刀片。 满足生产节拍要求，提高加工效 率。 刀杆截形 刀杆较多采用正方形刀杆，但因刀架系统结构差异大，有的需采用专用刀杆。 刀杆与刀架系统匹配。 补1、和机夹重磨式车刀相比，机夹可转位车刀有何优点？ 答：和机夹重磨式车刀相比，机夹可转位车刀的主要优点为： （1）不需焊接、重磨，刀片性能好； （2）生产率高； （3）更换方便，易保证加工精度； （4）刀片标准化，可使用涂层刀片。 5-4 试分析比较各种可转位车刀的夹紧结构 5-5 机夹车刀结构形式有哪几种？各有何特点？ 5-6 试说明自锁式切断车刀切下切屑变窄机理 5-7 可转位车刀的几何角度如何获得？如何验算？

第六章 成形车刀

6-1成形车刀的前后角规定在那个表面中表示，为什么？ 答：成形车刀的前、后角都在规定的纵剖面内（假定工作表面）（进