第3章、 金属切削的基本理论
切削变形与切屑
一、 填空
1. 被切金属层在刀具切削刃的 挤压 和前刀面的 挤压和摩擦 作用下，产生 切削 变形后
与工件分离，形成了切屑。 2. 加工脆性材料时，切屑一般为 崩碎切屑 。 3. 从切削变形的原理分析，切屑有 带状 切屑、 节状 切屑、 单元 切屑和 崩碎 切屑四
种类型。
4. 形成带状切屑时 切削力 的变化波动小，切削过程平稳，工件表面质量较高。 5. 最易产生积屑瘤的切削速度是 20 m/min，切削温度约 300～350℃ 。 6. 积屑瘤对切削所起的有利作用是 增大实际前角 和 背吃刀量 。 7. 切削中产生积屑瘤会 降低 工件表面粗糙度值。
8. 积屑瘤对 粗加工 是有利的，而在 精加工 时则要避免其产生。 9. 刀具前刀面的 微观 表面粗糙度可抑制积屑瘤的产生。
10. 减少加工硬化的措施有 修改刀具几何参数 、 调整切削用量 、 选择切削液 。
11. 零件已加工表面质量的含义主要包括三方面内容，即 表面粗糙度 、 加工硬化 、 残
余应力 。 12. 影响工件表面粗糙度的主要因素有 几何因素产生的表面粗糙度 、 切削过程中不稳定因素产生的表面粗糙度 。
二、 判断
1. 切屑的卷曲和前刀面的挤压有关。 （ × ） 2. 切下来的切屑的厚度通常与切削层的厚度相等。 3. 节状切屑外表面呈锯齿形，内表面局部有裂纹。
（ × ）
（ √ ）
4. 节状切屑又叫挤裂切屑；粒状切屑又叫单元切屑。 （ × ） 5. 切削塑性金属时，选择较小的切削厚度、较高的切削速度和较大的前角会形成粒状切屑。（ × ）
6. 切削脆性金属时形成崩碎切屑。 （ √ ）
7. 加工塑性金属时，通过改变切削条件可使切屑形态改变。
（ √ ）
8. 切削铸铁、黄铜等脆性材料时往往形成不规则的细小颗粒状崩碎切屑，主要是因为材料
的塑性差，抗拉强度低。 （ √ ） 9. 在车削中，良好切屑形状的主要标志是：不缠绕，不飞溅，不损伤工件、刀具和车床，不影响工人的操作和安全。 （ √ ） 10. 积屑瘤的硬度与工件材料硬度一样。 11. 切削速度低和高都不易产生积屑瘤。 12. 切削脆性金属材料不会产生积屑瘤。
（ ×） （ √ ） （ √ ）
13. 中等切削速度的条件切削钢件不会产生积屑瘤。 （ × ） 14. 积屑瘤有保护刀具的作用，精车时允许积屑瘤存在。 （ × ） 15. 有了积屑瘤后，实际前角会增大。 （ √ ） 16. 切削液可降低切削温度，控制积屑瘤产生。 （ √ ） 17. 材料脆性却大，加工硬化越严重。 （ × ）
三、 选择
1. （ A ）切屑底面光滑，外表面呈毛茸状。
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A、带状 B、节状 C、粒状
2. 加工塑性金属时，若刀具前角较大，切削速度较高，切削厚度较小，则容易产生（ A ）
切削。 A、带状 B、节状 C、粒状
3. 切削时若形成挤裂切屑，当将刀具前角增大切削厚度减小时，易形成（ A ）切削。 A、带状 B、节状 C、粒状 4. 工件材料越（ B ），刀具前角越（ C ），切削厚度越（ C ），越容易形成崩碎切屑。
A、韧
B、脆
C、大
D、小
四、 简答
1. 较好的屑形有哪几种？ （1）圆柱形螺旋切屑； （2）发条状切屑； （3）垫圈形螺旋切屑； （4）圆锥形螺旋切屑； （5）弧形切屑。
2. 切削用量中对断屑影响最大的要素是什么？如何影响？
c图 ＋λs：Vc在主切削刃上的分速度Vcp背离工件中，切屑流向待加工表面。 b图 －λs：Vc在主切削刃上的分速度Vcp背向工件中心，切屑流向已加工表面。 a图 λs＝0：切屑流向过渡表面。
3. 试述积屑瘤的成因。
切屑底层金属与前刀面冷焊而滞留在前刀面上和为积屑瘤。 （1）塑性金属
（2）切削温度（300～500℃），中等切削速度Vc＝20～30m/min，易生成积屑瘤。
4. 积屑瘤对切削加工有什么影响。
（1）增大前角，实际工作前角加大，减少切削变形，降低切削力，保护刀刃。 （2）增大切削厚度hD，△hD的变化引起振动。
（3）积屑瘤部分碎片粘在已加工表面上，使加工表面变得粗糙。
12
5. 试述避免积屑瘤产生的措施。
（1）控制切削速度，避开易生存积屑瘤的中速区（15～20m/min） Vc＜10m/min低速 Vc＞40m/min高速
（2）增大前角，减小刀屑接触区压力。 （3）采用切削液，减小摩擦。
6. 简述加工硬化的成因。
加工硬化，它是在已加工表面严重变形层内，金属晶格伸长、挤压、扭曲、甚至碎裂而使表面层组织硬度增高的现象。
7. 简述已加工表面粗糙度的成因。
（1）几何因素产生的表面粗糙度，残留面积高度 Rma?xf'rcotrK?cotK
（2）切削过程中不稳定的因素影响表面粗糙度，如：积屑瘤、鳞刺、振动等。
切削力与切削功率
一、 填空
1. 2. 3. 4.
切削力来源于切削过程中产生的 弹性变形、塑性变形 和 刀具与切屑工件间的摩擦力。 切削力可分解为三个互相垂直的分力，即 Fc主切削力 、 Fp径向力 、 Ff进给力 。 切削功率近似等于 Fc 和 Vc(10)-3 的乘积。 工件材料的强度和硬度越高，切削力就 越大 。
5. 前角增大，切削力会 下降 。
6. 切塑性材料时，切削力随切削速度的增加而 复杂 。
二、 选择
1. 车削时，主切削力（ A ）于基面。
A、垂直 B、平行
2. 材料的强度、硬度相近时，塑性越（ B ），切削力越小。 A、好 B、差 3. 切削脆性金属材料的切削力（ C ）切削钢件的切削力。 A、等于 B、大于 C、小于
4. 切削用量中，对切削力影响最大的是（ C ），影响最小的是（ B ）。 A、切削深度 B、进给量 C、切削速度 5. 在中等切削速度下切削钢件，切削力会（ B ）。 A、增大 B、减小 C、不变
6. 刀具角度中，对切削力影响最大的是（ A ）。
A、前角
B、后角
C、主偏角
D、刃倾角
三、 判断
1. 主切削力是主运动切削速度方向的力，它是确定机床电动机功率的主要依据。
（ √ ）
2. 钻削时，轴向切削力与进给方向平行。 （ √ ）
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3. 切削功率是三个切削分力所消耗功率的总和。 （ √ ）
4. 背向力不消耗功率，但在车削轴类工件时，易引起工艺系统的变形和振动，对加工精度
和表面质量有较大影响。 （ √ ）
5. 影响切削力的主要因素是：工件材料的硬度、塑性和韧性，刀具角度，切削用量，刀具
的磨损和刀具材料等。 （ √ ） 6. 加工塑性大的材料，车刀的前角对切削力的影响不明显。 （ × ）
7. 合理选用切削液，不但可以降低切削区域的温度，对减小切削力也有十分明显的效果。 （ √ ）
8. 主切削力消耗大部分切削功率，是计算机床功率，设计刀具、夹具，选择切削用量的主
要依据。
（ √ ）
（ × ）
9. 车刀刀尖圆弧半径增大，切削时径向力减小。
四、 简答
1. 切削力可分解成哪几个分力？各分力有何实用意义？
F?Fc?Fp?Ff
222（1）主切削力Fc：垂直于基面，是校核切削功率和设计机床的主要参数。 （2）径向力FD：在基面内与进给方向垂直，后使工件产生弯曲变形。
（3）进给力Ff：在基面内，与进给方向平行，Fp是设计机床进给机构主要参数。
2. 切削用量三要素是怎么样影响切削力的？为什么进给量的影响不如切削深度大?
?①塑性材料 ?（1）切削速度Vc：? ?②脆性材料 ?a.中低速段：b.中高速段：Vc?Fc?Vc?Fc?
c.高速段：Vc?Fc? （2）ap?，Fc?（成正例增大），Vc?－Fc变化不显著。 （3）f?变形系数下降，Fc?略有增加。
3. 要减小径向力有哪些主要措施?
（1）Fp?FDcosKr，Kr?，Fp?；Kr＝90?，Fpmin?0 （2）减少刀尖圆弧半径。
五、 计算：
1. 已知车床电动机功率为6KW，传动效率为0.75，车削时选择切削深度为5mm，进给量
为0.4mm/r。已知单位切削力为1118N/mm。求在机床允许的情况下可选择的最大切削
速度。
2
（1）切削面积 A＝apf＝5×0.4＝2mm （2）切削力 Fc＝2×118＝2236N （3）切削功率 Pc＝FcVc(10-3)＜PEη ∴最大切削速度Vc＜
32
6?0.75Fc?103?6?0.75?10223614
?2ms?120mmin
2. 已知车床电动机功率为5.5kw，传动效率为0.8，车削60mm的钢轴时选择切削深度为5mm，进给量为0.6mm/r。已知单位切削力为1118N/mm。求在机床功率允许的情况下可选择的最高转速。
（1）切削面积A＝apf＝5×0.6＝3mm2 （2）切削力Fc＝3×1118＝3354（N） （3）VcFc×10-3＜PE＝5.5×0.8＝4.4kw V＝PE?10Fc1000V32
＝4.4?1033543＝1.31ms?79mmin
∴n?
?d＝1000?79??60＝420rmin
切削热和切削温度
一、 填空
1. 在金属切削工程中，切削热来源于两个方面，即 切削时所消耗的变形功 和 刀具与切屑、工件间的摩擦功。
2. 切削热由 切屑(50～80%)、 工件(10～40%) 、 刀具(3～9%) 及周围介质传出。 3. 切削温度一般是指切屑、工件和刀具的接触表面的平均温度，也就是 接触区 的平均温度。
4. 切削用量中对切削温度影响最大的是 切削速度 ，其次是 进给量 ，最小的是 背吃刀量 。
5. 对切削温度影响最大的是 切削用量 、 刀具几何角度 和 工件材料 。
二、 选择
1. 在没有切削液车削时，传散热量最多的是（ A ）。
A、切屑 B、工件 C、刀具 D、其他介质 2. 在没有切削液进行钻削时，传散热量最多的是（ B ）。 A、切屑 B、工件 C、刀具 D、其他介质 3. 切削（ B ）金属比切削（ A ）金属的切削温度高。 A、脆性 B、塑性
4. 切削强度和硬度高的材料时，切削温度较（ B ）。
A、低 B、高 C、中等
5. 增大刀具（ A ）可降低切削温度，减小刀具（ B ）可降低切削温度。
A、前角
B、主偏角
（ × ）
（ √ ） （ √ ） （ × ）
三、 判断
1. 导热性能差的材料切削温度低。
2. 切削硬度相当的材料，塑性金属比脆性金属所产生的热量多。 3. 刀尖角大则切削温度高。 （ × ）
4. 车削过程中，变形区的金属变形与摩擦是产生切削热的根本原因。 5. 切削速度越高，切屑带走的热量越少，传入工件的热量越多。
6. 对切削温度影响较大的因素有切削用量、刀具角度、工件材料和冷却条件等。（ √ ） 7. 车刀的前角增大，切削力减小，消耗的功率及产生的切削热相应减少。 （ √ ）
四、 简答
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