金属切削原理与刀具考试题库

一、填空题(作业、考试、实验报告和考试名单)

1．刀具材料的种类很多，常用的金属材料有　碳素工具钢　　　　、　高速钢　　　　、　硬质合金　　；非金属材料有　金刚石　　、立方氮化硼　等。

3．切削用量要素包括　切削速度　　　、　进给量　　　、　切削深度　　　三个。

4．切屑类型有　带状切屑　　、　节状切屑　、　粒状切屑　和　崩碎切屑　四种基本态。这通过　切削速度　　、　切削深度　　　、　刀具前角　　　等可加以控制。

5．刀具的磨损有正常磨损的非正常磨损两种。其中正常磨损有　前刀面磨损　　、　后刀面磨损　　　和　前后刀面同时磨损　三种。

6．防止积削瘤形成，切削速度可采用　高速　或　低速　加以避免。

7．常用的切削液有：　水溶液　、　乳化液　和　切削油　三大类。采用硬质合金刀具时，由于　刀具红硬性　，故一般不使用切削液。

8．乳化液主要起冷却作用，油溶液主要起润滑作用。

9．切削液的作用有____冷却作用______、____润滑作用_____、__防锈作用____和__清洗和排屑作用____等。

10．用圆柱铣刀加工平面时有：逆铣和顺铣两种铣削方式。其中顺铣方式可以提高刀具耐用度；逆铣方式多用于粗加工。

11．车床的切削时的三个切削分力、和，在一般情况下，、、力最大。磨削呢？径向分力大于切向分力 (FP=(1.6-3.2)Fc)，Fc大于轴向分力Ff(Ff=(0.1-0.2)Fc)。

12．麻花钻切削性能最差的部位是在　横　处；钻头最易磨损部位是在　　刀尖处。钻削加工时轴向力主要是由　　横刃产生。

二、判断题

1．钨钴类硬质合金（YG）因其韧性、磨削性能和导热性好，主要用于加工脆性材料，有色金属及非金属。（）√

2．刀具寿命的长短、切削效率的高低与刀具材料切削性能的优劣有关。（）√

3．安装在刀架上的外圆车刀切削刃高于工件中心时，使切削时的前角增大，后角减小。（）√

4．刀具磨钝标准VB表中，高速钢刀具的VB值均大于硬质合金刀具的VB值，所以高速钢刀具是耐磨损的。（）×

5．刀具几何参数、刀具材料和刀具结构是研究金属切削刀具的三项基本内容。（）√

6．由于硬质合金的抗弯强度较低，冲击韧度差，所取前角应小于高速钢刀具的合理前角。（）√

7．积屑瘤的产生在精加工时要设法避免，但对粗加工有一定的好处。（）√

8．刀具主切削刃上磨出分屑槽目的是改善切削条件，提高刀具寿命，可以增加切削用量，提高生产效率。（）√

9．所谓前刀面磨损就是形成月牙洼的磨损，一般在切削速度较高，切削厚度较大情况下，加工塑性金属材料时引起的。（）√

10．刀具材料的硬度越高，强度和韧性越低。（）√

11．立方氮化硼是一种超硬材料，其硬度略低于人造金刚石，但不能以正常的切削速度切削淬火等硬度较高的材料。（）√

12．当粗加工、强力切削或承冲击载荷时，要使刀具寿命延长，必须减少刀具摩擦，所以后角应取大些。（）×

15．切屑形成过程是金属切削层在刀具作用力的挤压下，沿着与待加工面近似成45°夹角滑移的过程。（）√

16．切削铸铁等脆性材料时，切削层首先产生塑性变形，然后产生崩裂的不规则粒状切屑，称为崩碎切屑。（）√

18．刀具的寿命等于刀具的耐用度。（）×

三、选择题

1．在中等背吃刀量时，容易形成“C”形切屑的车刀卷屑槽宜采用　　　　　。（外斜式平行式内斜式）

2．刀具产生积屑瘤的切削速度大致是在　　　　范围内。（低速中速高速）

3．切削过程中，车刀主偏角κr增大，切削力FP　　　　。（增大不变减小）

5．当切屑变形最大时，切屑与刀具的摩擦也最大，对刀具来说，传热不容易的区域是在　　　　　，其切削温度也最高。（刀尖附近前刀面后刀面）

6．背吃刀量ap增大一倍时，切削力FC也增大一倍；但当进给量f增大一倍时，切削力FC约增大　　　倍。（0.5 0.8 1.0）

7．切削用量对刀具寿命的影响，主要是通过切削温度的高低来影响的，所以影响刀具寿命最大的是　　　　切削速度其次是　　　　进给量。（背吃刀量进给量切削速度）

8．车削时切削热主要是通过　　　和　　　进行传导的。（切屑工件刀具周围介质）

9．刀具磨钝标准通常都按后刀面的磨损值制订　　值的。（月牙洼深度 KT 后刀面 VB 月牙洼深度KB）

10．刀具磨损过程的三个阶段中，作为切削加工应用的是　　　　　　阶段。（初期磨损正常磨损急剧磨损）

11．车削细长轴类零件时，为了减小径向力Fp的作用，主偏角κr，采用　　　　　　角度为宜。（小于30° 30°~45° 大于60°）

12．切削刃形状复杂的刀具有（）材料制造较合适。

A、硬质合金 B、人造金刚石 C、陶瓷 D、高速钢

14．碳钢精车时宜用牌号为（）的硬质合金作为刀具材料。

A、YT5 B、YT30 C、YG3 D、YG8

15．车削时为降低表面精糙度，可采用（）的方法进行改善。

A、增大主偏角 B、增大进给量 C、增大副偏角 D、增大刀尖圆弧半径

16．枪钻属于（）。

A、外排屑深孔钻 B、内排屑深孔钻 C、喷吸钻 D、BTA钻

17．粗车时，切削速度的增大，主要受（）限制。

A、表面粗糙度 B、尺寸精度 C、刀具角度 D、刀具耐用度

18．加工一些大直径的孔，( )几乎是唯一的刀具。

　　①麻花钻　　②深孔钻　　　　③饺刀　　　④镗刀

19．当工件表面有硬皮时，不宜采用( )方式。

①顺铣　　　　　　　　　　　②逆铣

20．粗加工时（）切削液更合适，精加工时（）切削液更合适。

A，水 B，低浓度乳化液 C，高浓度乳化液 D，矿物油

22．金属切削中多数以什么刀面的磨损量来制定刀具的磨钝标准。

A. 前刀面的磨损 B. 边界磨损 C. 后刀面的磨损

23．判别工件材料的切削加工性的优劣时，所采用的基准是：。

（A）正火状态下的45钢（B）淬火状态下的45钢（C）回火状态下的45钢

四、问答题：

1．为什么圆体成形车刀的加工精度低于棱体成形车刀？

答：圆体成形车刀的加工误差，等于圆体成形车刀本身的双曲线误差，加上由于刀刃与工件母线不重合产生的产生的双曲线误差。而棱体成形车刀本身不存在双曲线误差，只有刀刃和工件母线不重合（当γp≠0）而产生的误差。因此，圆体成形车刀的加工精度低于棱体成形车刀。

2．（前）后角的功用是什么？粗、精时加工时，如何选择？

答：前角的功用有：(1) 直接影响切削区域的变形程度（增大前角，切削刃锋利，变形程度降低，因而切削力和切削功率随前角增大而降低）；(2) 直接影响刀刃强度，受力性质和散热条件（刀刃强度散热条件恶化；过大，改变刀刃和刀头的受力状态，过大的使刀刃承受弯曲应力减小，造成崩刀）；(3) 直接影响切屑形态和断屑效果（较小的前角使切屑变形增大，切屑易于脆化断裂）；(4) 影响已加工表面质量（与切削振动密切相关，减小，振幅急剧增大）。

粗加工时：特别是断续切削、承受冲击载荷，在有硬皮的锻铸件上进行粗加工时，为保证刀刃有足够的强度（如采用负倒棱和负的刃倾角），应减小。但在采取刀刃强化措施之后也可增大至合理数值。工艺系统刚性差时，取大。

后角的功用有：(1) 后角可以减少后刀面与加工表面之间的摩擦；(2) 在前角一定时，可使刀具切削刃愈锋利；(3) 在磨钝标准一定的条件下，后角增大，允许磨出的金属体积增大、刀具的耐用度提高，但会使工件尺寸精度下降过大；(4) 后角增大，又会使刀刃和刀头部分强度削弱，散热体积减少，刀具耐用度下降。粗加工时：强力（大进给量）切削及承受冲击载荷的刀具，加固刀刃是首要任务，这时应该选取较小的后角。精加工时则应该选取较大的后角。尺寸精度要求高时：刀具应选用小后角，以减少刃磨后的尺寸变化。

3．刀具主偏角、刃倾角的功用如何？（如：如何控制切屑流出方向？对切削分力、如何影响？）

答：刀具主偏角可以使刀具强度提高，散热条件好，加工表面粗糙度小。

刃倾角能控制切屑流出流向，为正时流向未加工表面，为负时流向已加工表面，等于0时偏向于已加工表面。

4．简述切削速度与主切削力（表面粗糙度、切屑变形等）的关系？

答：在有积屑瘤阶段:

随v ↑→积屑瘤高度↑→变形程度↓→F ↓

随v ↑→积屑瘤高度↓→↓→变形程度↑→F ↑

在无积屑瘤阶段:

随v ↑→温度升高→摩擦系数↓(→变形程度↓)→F ↓

切削速度与表面粗糙度

切削速度为中速和低速时易形成积屑瘤和鳞次，导致表面粗糙度增加。但是在高速时，如果系统性好，刀具材料好→表面粗糙度↓

切削速度与切削变形

主要通过切削温度和积屑瘤影响切削变形：

随 V ↓→T ↓→摩擦因素↓→变形↓

随 V ↑→T ↑→摩擦因素↑→变形↑

随着V进一步↑→切应力↓→摩擦因素↓→变形↓

5．深孔加式的主要有哪些问题？

答：主要问题有：断屑、排屑、冷却、润滑以及导向。

6．刀具材料的基本要求有哪些？其硬度、耐磨性、强度之间有什么联系？

答：应具备高的硬度和耐磨性、高的强度和较好的韧性、较好的耐磨性和耐热性、以及较好的工艺性和经济性；刀具材料硬度越高，其耐磨性就越好，但强度下降。

7．砂轮磨损有那几种形式？

答：磨粒变钝、磨粒溃落、表面堵塞、轮廓失真。

8．试述切削过程三个变形区的变形特点？

答：第一变形区：从OA线开始发生塑性变形，到OM线晶粒的剪切滑移基本完成，这一区域（I）称为第一变形区。该区产生剪切滑移变形，特点是：消耗的功率大、产生的热量多。

第二变形区：切屑沿前刀面进一步受到前刀面的挤压和摩擦，

使靠近前刀面处的金属沿前刀面方向拉长，基本上和前刀面

相平行。纤维化的变形。

第三变形区：已加工表面受到切削刃钝园部分与后刀面的挤压和摩擦，产生变形与回弹，造成纤维化与加工硬化。

9．积屑瘤是如何形成的？它对切削过程有何影响？若要避免产生积屑瘤要采取哪些措施？（见下T16）

10．切削液有何作用？有哪些种类？

答：作用：冷却作用、润滑作用、防锈作用、清洗作用和排屑。

种类：（1）水溶性切削液（水溶液，乳化液，合成切削液）

（2）油溶性切削液（切削油，极压切削油）

（3）固体润滑剂

11．刀具磨损的原因有哪些？

答：（1）硬质点磨损；（2）粘结磨损；（3）扩散磨损；（4）化学磨损；（5）相变磨损；（6）热电磨损。

12．简述硬质合金的性能特点，常见类型（YG类合金、YT类合金）及其常用于何种材料的加工。

答：特点有：硬度、耐磨性、耐热性很高，高温硬度（红硬性）好，抗弯强度比高速钢低，断裂韧度也较差，以及不能承受大的切削振动和冲击负荷。常见类型及其用途：（1）YG类合金：主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料。（2）YT类合金：适于加工钢料。

13．简述机械加工时，切削液如何选择？

答：（1）精加工时：应选用润滑性较好的切削液；（2）粗加工时：应选用以冷却性能为主的切削液；（3）硬质合金刀具一般不用切削液。必要时，采用低溶度乳化液或水溶性切削液，但必须是充分连续浇注；（4）加工脆性材料时，一般不用切削液；（5）加工合金钢时：如铝、铜合金时，不能选用含硫的切削液，因为硫具有腐蚀这些材料。

14．在切削用量三要素中，对刀具耐用度影响如何？切削力呢？

答：对刀具耐用度：切削速度影响最大，其次是进给量；再是背吃到量

对切削力影响最大的是：切削深度，其次是：进给量。

15．切屑的类型的种类？它们的形成条件及对加工的影响？

答：切屑的形状归纳起来有：带状切屑、挤裂切屑、单元切屑和崩碎切屑。

带状切屑：

它的内表面光滑，外表面毛茸。加工塑性金属材料，当切削厚度较小、切削速度较高、刀具前角较大时，一般常得到这类切屑。

挤裂切屑：

这类切屑与带状切屑不同之处在外表面呈锯齿形，内表面有时有裂纹。这种切屑大多在切削速度较低、切削厚度较大、刀具前角较小时产生。

单元切屑：

一般，如进一步减小前角，降低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。

以上三种切屑只有在加工塑性材料时才可能得到。其中，带状切屑的切削过程最平稳，单元切屑的切削力波动最大。在生产中最常见的是带状切屑，有时得到挤裂切屑，单元切屑则很少见。假如改变挤裂切屑的条件，如进一步减小刀具前角，减低切削速度，或加大切削厚度，就可以得到单元切屑。反之，则可以得到带状切屑。这说明切屑的形态是可以随切削条件而转化的。掌握了它的变化规律，就可以控制切屑的变形、形态和尺寸，以达到卷屑和断屑的目的。

崩碎切屑：

一般情况下，加工脆性材料时的切屑属该种类型的切屑。

这是属于脆性材料的切屑。这种切屑的形状是不规则的，加工表面是凸凹不平的。它的切削过程很不平稳，容易破坏刀具，也有损于机床，已加工表面又粗糙，因此在生产中应力求避免。其方法是减小切削厚度，使切屑成针状或片状；同时适当提高切削速度，以增加工件材料的塑性。

16．积屑瘤的是如何形成的？它对切削加工有何影响？如何避免？

答：在切削钢、球墨铸铁、铝合金等塑性金属时，切削速度不高（中速），而又能形成带状切屑的条件下产生。积屑瘤的形成是切屑在前刀面粘结而成。在一定的切削条件下，随着切屑和前刀面的温度和压力的增大，内摩擦力增大，使近前刀面切削层金属流速减慢，产生滞流现象，当温度和压力一定时，滞流层和前刀面粘结，切屑底层和刀具的内摩擦力大于金属材料的剪切强度时，金属被剪下来，并粘结在前刀面上，该粘结层由于受到剧烈的塑性变形而硬度提高，继续切削时，硬的粘结层又剪断软金属层，层层堆积，形成积屑瘤。

它对切削加工的主要有害影响有：降低尺寸精度、增大已加工表面粗糙度。对刀具耐用度的影响，在相对稳定时，可替代刀刃切削，有减少刀具磨损、提高耐用度的作用。但在积屑瘤比较不稳定的情况下，使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能使硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。

说法不一，通常认为：切屑在前刀面粘结而成，在一定的切削条件下，随着切屑和前刀面的温度和压力的增大，内摩擦力增大，使近前刀面切削层金属流速减慢，产生滞流现象，当温度和压力一定时，滞流层和前刀面粘结，切屑底层和刀具的内摩擦力大于金属材料的剪切强度时，金属被剪下来，并粘结在前刀面上，该粘结层由于受到剧烈的塑性变形而硬度提高，继续切削时，硬的粘结层又剪断软金属层，层层堆积，形成积屑瘤。

形成积屑瘤的主要条件是切削温度－中温。

积屑瘤对切削过程的影响（积极、消极）：

（1）实际前角增大：变形减小切削力

（2）增大切削厚度：积屑瘤的产生、成长与脱落是一个带有一定的周期性的动态过程；值是变化的，因而有可能引起振动。

（3）使加工表面粗糙度增大：

积屑瘤容易破裂，一部分连附于切屑底部而排出，一部分留在加工表面上，积屑瘤凸出刀刃部分使加工表面切得非常粗糙，在精加工时应设法避免产生积屑瘤。

（4）对刀具耐用度的影响：

在相对稳定时，可替代刀刃切削，有减少刀具磨损、提高耐用度的作用。但在积屑瘤较不稳定的情况下，使用硬质合金刀具时，积屑瘤的破裂有可能导致硬质合金刀具颗粒剥落，反而使磨损加剧。

防止措施：

（1）（低速）；

（2）（高速）；

（3）减少摩擦（加切削液）；

（4）；

（5）提高工件材料硬度，减少加工硬化倾向。等等

17．磨削加工铸铁、黄铜、软青铜或非金属材料的工件时，选用何种磨料的砂轮合适?为什么？

答：选用黑碳化硅砂轮因为碳化硅的硬度很大，具有优良的导热性能好，化学性能稳定，耐磨性能好。

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，按什么顺序选择切削用量？为什么？

答：制定合理的切削用量，就是确定具体切削工序的背吃刀量、进给量f和切削速度v。制定时，要综合考虑生产率、加工质量和加工成本。

刀具寿命：首先应采用尽可能大的背吃刀量；然后再选用大的进给量；最后确定合理的切削速度。

19．砂轮的五因素有哪些？

答：磨料，粒度，结合剂，组织(表示砂轮中磨料、结合剂和气孔间的体积比例)，硬度。

20．氧化物系磨料，碳化物系磨料的特点及应用。

答：

氧化物系磨料，由于其强度高、韧性大、与钢铁不发生反应，主要用于磨削钢类零件。

碳化物系磨料，由于其硬度高，但强度低、韧性较差，故不宜磨削钢类零件。而主要适用于磨削铸铁、硬质合金、宝石等硬而脆的材料。但脆性也较大。它的刃口很锋利，易破碎形成新刃口。其导热性能较好，砂轮也不易堵塞，适于磨削硬而脆的材料。其中黑碳化硅主要用于磨削铸铁、黄铜、软青铜及非金属材料等，绿碳化硅主要用于磨削硬质合金。

碳化硅不适合磨削钢及耐热台金，因为这时会产生强烈的化学磨损。

21．了解磨削厚度的计算公式？(略)

22．降低表面烧伤的主要措施？

答：合理选用砂轮；合理选用磨削用量；采用良好的冷却措施；改进磨床结构。

课后习题答案

2-6

答：

YG类有：粗晶粒、中晶粒、细晶粒、超细晶粒之分。常用牌号有：YG3X、YG6X、YG6、YG8等，含钴量分别为：3％、6％、6％、8％，主要用于加工铸铁及有色金属。

具有较高的抗弯强度及冲击韧性，导热性较好，主要用于加工铸铁、有色金属及非金属材料（∵加工这类材料时，切屑显崩碎壮，故对刀具冲击很大，切削力和切削热都集中在刀尖附近）。磨加工性较好，可以磨出较锐的切削刃，因此适于加工有色金属和纤维层压材料。

YT类有：除WC外，还含有5％~30％的TiC，常用牌号：YT5、YT14、YT15、YT30，TiC含量分别为：5％、14％、15％、30％，相应的钴含量为：10％、8％、6％、4％，YT类的突出优点是耐磨性好，主要用于加工钢料。T — 碳化钛，其后数字表示TiC含量。

适于高速切削钢料。加工钢料时，金属塑性变形很大，摩擦很剧烈，切削温度很高。YT类合金具有较高的硬度和耐磨性，特别是有高的耐热性，抗粘结扩散能力和抗氧化能力好。因此在加工钢时，刀具磨损较小，刀具耐用度较高。但在低速切削钢料时，由于切削过程不太平稳，YT类合金的韧性较差，容易崩刀，这时用YG类合金反而较适宜。

钴含量增多（WC、TiC含量减小）时，其抗弯强度和冲击韧度增高（硬度及耐热性降低），适合于粗加工。含钴量减小（WC、TiC含量增加）时，其硬度、耐磨性及耐热性增加（强度及韧性降低）、适于精加工。

在加工淬硬钢、高强度钢、奥氏体钢和高温合金时，由于切削力很大，切屑与前刀面接触长度很短，切削力集中在切削刃附近，易造成崩刀，因而不宜采用强度较低、脆性较大的YT类合金，而宜采用韧性较好的YG类合金。

3-1

答：剪切角φ、相对滑移系数ε、变形系数ζ。