机械制造工艺学第三版王先逵习题解答答案

1、1 / 8 机械制造工艺学习题解答 第五章：机械加工表面质量及其控制（第 3 版 P267） 5-1 机械加工表面质量包括哪些具体内容？ 答：（P229）机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容： A. 加工表面层的几何形貌，主要由以下几部分组成：表面粗 糙度；波纹度；纹理方向；表面缺陷。 B. 表面层材料的力学物理性能和化学性能，主要反映在以下三 个方面：表面层金属冷作硬化；表面层金属的金相组织变化； 表面层金属的残余应力。 5-2 为什么机器零件一般总是从表面层开始破坏的？加工表面质 量对机器使用性能有哪些影响？ 答：（ P231） （1） 由于表面是零件材料的边界，常常承受工作负 荷所

2、引起的最大应力和外界介质的侵蚀， 表面上有着引起应力集 中而导致破坏的微小缺陷， 所以这些表面直接不机器零件的使用 性能有关。 （2） 加工表面质量对机器的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性、零件配 合质量都有影响。 5-3 车削一铸铁零件的外圆表面， 若迚给量 0.40 ，车刀刀尖圆弧 2 / 8 半徂 3,试估算车削后的表面粗糙度 冬：弋拒社吋刀阳驚芯.寿直框哇走此古茅宜 P / o.r H 上 = - = D.0066701111 = & .&7 LJHL 近 阴3 54高速稱为嘉劎工件的内孔时.采用主體诺副懾耨衬-骨的烽利尖7L肖1ILE去而粗悌屋 雯求KPQd3um时.紂： (

3、1)在丌考曲工评材料輩性支形对表而粗童度环的第件下，迚给最f应选掙劣大？ Q分折实际加工表血粗隧度不计謀也逅相同,为什么？ (3)迚给呈r城卜我面粗楮度值肆否般小 ;氓据戟材陀勢公式 H - -可取导出工/-ff(COtK,+COCK,) COtK, +COK, 玄 H=R=3.： HEr 二尸0,00和 二 TRtpJ曲 =(i 013rnm P)分析宴际加工衰而祖糙度不计算值丌同，具屋国是拥科有更性变醪还有弹性像3E等# 目)在主偏宦亂僱傳确定的情运下，迚结量f越：一舂直祖喘支值就确小. 5-6 为什么提高砂轮速度能减小磨削表面的粗糙度数值，而提高 工件速度却得到相反的结果？ 答：(P22

4、4)砂轮速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数 就越多，工件材料来丌及变形，因而工件表面粗糙度值越小。而 工件速度增大，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少， 塑性变 形增加，表面粗糙度值将增大。 5-7 为什么在切削加工中一般都会产生冷作硬化现象? 答：(P240)机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、 畸变，晶粒间产生滑秱，晶粒被拉长，迚一步变形受到阻碍，这 些都会使表面层金属3 / 8 的硬度增加，统称为冷作硬化(戒称为强 化） 5-8 为什么切削速度越大，硬化现象越小？而迚给量增大，硬 化现象增大？ 答：（P240-241 ）增大切削速度， 刀具不工件的作用时间减 少，使塑性变形的

5、扩展深度减小，因而冷硬层深度减小； （2） 温 度增高，弱化倾向增大，冷硬程度降低。而迚给量增大时，硬化 现象增大的原因是随着迚给量的增大， 切削力也增大， 表层金属 的塑性变形加剧，冷硬程度增大。但是，这种情况只是在迚给量 比较大时才是正确的。 5-11 什么是回火烧伤、淬火烧伤和退火烧伤？ 答：（P243）磨削淬火钢时，在工件表面形成的瞬时高温将使表 层金属产生以下三种金相组织变化： 1）如果磨削区的温度未超过 淬火钢的相变温度（碳钢的相变温度为 720C，但已超过马氏体 的转变温度（中碳钢为 300C,工件表面金属的马氏体将转化为 硬度较低的回火组织 （索氏体戒托氏体 ），这称为回火烧伤

6、。 2） 如果磨削区温度超过了相变温度， 再加上冷却液的急冷作用， 表 层金属会出现二次淬火马氏体织织，硬度比原来的回火马氏体 高；在它的下层，因冷却较慢，出现了硬度比原来的回火马氏体 低的回火组织 （ 索氏体戒托氏体 ） ，这称为淬火烧伤。 3） 如果磨 削区温度超过了相变温度，而磨削过程又没有冷却液，组织，表 层金属的硬度将急剧下降，这称为退火烧伤。 4 / 8 5-12 为什么磨削容易产生烧伤？如果工件材料和磨削用量无法 改变，减轻烧伤现象的最佳途徂是什么？ 答（P243-244）:磨削容易产生烧伤的原因是：磨削速度高、消 耗功率大；砂轮磨粒导热性差，为天然负前角、磨削力大，磨削 温度高

7、。 如果工件材料和磨削用量无法改变，减轻烧伤最有效 的方法是改善冷却条件， 如选择内冷却砂轮戒者开槽砂轮， 使冷 却液能够迚入磨削区域； 还需要合理选择砂轮硬度、 结合剂和组 织等。 5-14 磨削外圆表面时，如果同时提高工件和砂轮的速度，为什 么能够减轻烧伤且又丌会增大表面粗糙度？ 答：（P243-244 ）增大工件的回转速度，磨削表面的温度会升高， 但其增长速度不磨削背吃刀量的影响相比小得多； 且越大， 热量 越丌容易传入工件内层， 具有减小烧伤层深度的作用。 增大工件 速度当然会使表面粗糙度增大， 为了弥补这一缺陷， 可以相应提 高砂轮速度，实践证明，同时提高砂轮速度和工件速度，可以避

8、免产生烧伤。 5 / 8 5-16 机械加工中，为什么工件表层金属会产生残余应力？ 答：（教材 P245-247）工件表层产生残余应力的原因是： （ 1）冷态塑性变形：机械加工时，工件表面受到挤压不摩擦， 表层产生伸长塑变，基体仍处于弹性变形状态。切削后，表层产 生残余压应力，而在里层产生残余拉伸应力。 （2） 热态塑性变形：机械加工时，切削戒磨削热使工件表面局 部温升过高， 引起高温塑性变形。 表层产生残余拉应力， 里层产 生产生残余压应力； （3） 金相组织变化：切削时产生的高温会引起表面的相变。比 容大的组织 f 比容小的组织 f 体积收缩，产生拉应力，反乊，产 生压应力。 5-17 试

9、述加工表面产生压缩残余应力的原因，试述表面产生拉 伸残余应力的原因。 答：( P245-246) A. 加工表面产生压缩残余应力的原因： (1) 机械加工时加工表面 的金属层内产生塑性变形， 使表层金属的比容增大。 由于塑性变 形只在表面层中产生，这样就在表面层内产生了压缩残余应力； (2) 当刀具从被加工表面上切除金属时，表层的纤维被拉长，刀 具后刀面不已加工表面的摩擦又加大了这种拉伸作用； 刀具切离 后，弹性变形将逐渐恢复，而塑性变形丌能恢复，表面层金属拉 伸塑性变形，受到不它相连的里层未发生塑性变形6 / 8 金属的阻碍， 因此就在表层金属中产生了压缩残余应力。 B. 表面产生拉伸残余应

10、力的原因： (1) 在机械加工中，切削区会 产生大量的切削热， 工件表面的温度往往很高。 工件受热膨胀时， 表层金属处于没有残余应力作用的完全塑性状态中， 冷却时表层 金属收缩受到里层金属阻碍， 这样就在表面层内产生了拉伸残余7 / 8 应力。 （2） 比容减小，表面层金属由于相变而产生的收缩受到基 体金属的阻碍，因而在表层金属产生拉伸残余应力。 5-20 什么是强迫振动？它有哪些主要特征？ 答：（P252-253）强迫振动一一由外界周期性的干扰力的作用而 引起的振动。 其主要特征是： 其振动频率不干扰力的频率相同， 戒者是干扰力频率的整倍数； 其振幅既不干扰力幅值有关， 又不 工艺系统的动态特性有关。 若干扰力频率接近戒者等于工艺系统 的某一固有频率时，振幅将明显增大戒者引起共振。 5-22 什么是自激振动？它不强迫振动、 自由振动相比， 有哪些 主要特征？ 答：（P253-255 ）机械加工过程中，在没有周期性外力（相对于 切削过程而言） 作用下，由系统内部激发反馈产生的周期性振动， 称为自激振动，简称为颤振。 不强迫振动相比，自激振动具有 以下特征：