机械制造工艺学第三版王先逵第五章习题解答

1、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

2、破坏的微小缺陷，所以这些表面直接与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，若进给量f=0.40mm/r，车刀刀尖圆弧半径re=3mm，试估算车削后的表面粗糙度。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：（P224）砂轮速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，工件材料来不及变形，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

3、）机械加工过程中产生的塑性变形，使晶格扭曲、畸变，晶粒间产生滑移，晶粒被拉长，进一步变形受到阻碍，这些都会使表面层金属的硬度增加，统称为冷作硬化（或称为强化）。 5-8为什么切削速度越大，硬化现象越小？而进给量增大，硬化现象增大？ 答：（P240-241）增大切削速度，(1)刀具与工件的作用时间减少，使塑性变形的扩展深度减小，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。而进给量增大时，硬化现象增大的原因是随着进给量的增大，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，这种情况只是在进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：（P2

4、43）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720，但已超过马氏体的转变温度(中碳钢为300，工件表面金属的马氏体将转化为硬度较低的回火组织(索氏体或托氏体)，这称为回火烧伤。 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(索氏体或托氏体)，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

5、。 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径是什么？ 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。 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，如选择内冷却砂轮或者开槽砂轮，使冷却液能够进入磨削区域；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不会增大表面粗糙度？ 答：（P243-244）增大工件的回转速度Vw，磨削表面的温度会升高，但其增长速度与磨削背吃刀量ap的影响

6、相比小得多；且Vw越大，热量越不容易传入工件内层，具有减小烧伤层深度的作用。增大工件速度Vw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Vs，实践证明，同时提高砂轮速度Vs和工件速度Vw，可以避免产生烧伤。 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：冷态塑性变形：机械加工时，工件表面受到挤压与摩擦，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。 热态塑性变形：机械加工时，切削或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

7、残余压应力； 金相组织变化：切削时产生的高温会引起表面的相变。比容大的组织比容小的组织体积收缩，产生拉应力，反之，产生压应力。 5-17试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） 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，刀具后刀面与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，而塑性变形不能恢复，表面层金属拉伸塑性变形，受到与它相连的里层未

8、发生塑性变形金属的阻碍，因此就在表层金属中产生了压缩残余应力。表面产生拉伸残余应力的原因：(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：其振动频率与干扰力的频率相同，或者是干扰力频率的整倍数；其振幅既与干扰力幅

9、值有关，又与工艺系统的动态特性有关。若干扰力频率接近或者等于工艺系统的某一固有频率时，振幅将明显增大或者引起共振。 5-22什么是自激振动？它与强迫振动、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。 与强迫振动相比，自激振动具有以下特征：机械加工中的自激振动是在没有外力（相对于切削过程而言）干扰下所产生的振动运动，这与强迫振动有本质的区别；自激振动的频率接近于系统的固有频率，这就是说颤振频率取决振动系统的固有特性。这与自由振动相似（但不相同），而与强迫振动根本

10、不同。自由振动受阻尼作用将迅速衰减，而自激振动却不因有阻尼存在而迅速衰减。附录资料：不需要的可以自行删除透水混凝土工艺流程一、透水混凝土地坪简介：透水混凝土地坪系统是一种多孔、轻质、无细骨料混凝土，由粗骨料表面包覆一层胶结料相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，故具有透水、透气和质量轻的特点；透水混凝土作为环境负荷减少型混凝土，具有与普通混凝土不同的特点即容重小、水毛细现象不显著、透水性大，胶结材料用量少、施工简单、绿色环保型和生态型的道路材料；透水混凝土地坪整体美观，透水效果良好，雨水收集充分，具有良好的经济效益和生态环境效益，同时透水混凝土具有吸声降噪、抗洪涝灾害、缓解城市的“热岛效应”

11、等作用；对于恢复不断遭受破坏的生态环境是一种创造性的材料，将对人类的可持续发展做出贡献。 二、透水混凝土地坪的性能及其优点：吸收车辆行驶时产生的噪音，创造安静舒适的生活和交通环境；雨天防止路面积水和夜间路面反光，提高了车辆、行人的通行舒适性与安全性；增加城市可透水、透气面积，加强混凝土内部水份与地表和空气的热量交换，有效调节城市气候，降低地表温度，有利于缓解城市“热岛现象”；它能够增加渗入地表的雨水，缓解地下水位急剧下降等一些城市的生态环境问题。透水混凝土地坪整体性强，使用寿命长，近似于普通混凝土的使用年限；同时又弥补了透水砖的整体性差、高低不平、易松动、使用周期短等不足。透水混凝土地坪拥有系

12、列经典的色彩搭配方案，能够配合设计师的创意及业主的特殊要求，实现不同环境、不同风格和个性要求的装饰创意，是其它地面材料无法比拟的。透水性混凝土地坪适用于市政、园林、公园、人行道、体育场馆、停车场、小区、商业广场和文化设施等地面领域的理想选择。三、透水混凝土的工艺流程及基层处理：1、工艺流程图：2、基层处理：a、根据施工现场的条件结合图纸及透水混凝土的结构进行开挖土方，放出边线桩，对不同路段采取不同的施工方法。b、路槽达到设计标高后，用平地机整平，刮出路拱，并预留压实量，最后用压路机压实，填土压实作业采用重型振动压路机、按照先轻、后重的方法分层压实，按照填土压实密实度标准进行碾压。压实前进行检查

13、并确认填土层厚度、平整度和含水量符合要求后，才能进行碾压。压路机碾压不到的地方采用小型压实机械夯实，做到压实均匀，没有漏压、死角，然后检查压实度，等待铺筑级配砂石。四、级配砂石垫层的施工：填筑流程及方法：流程：采用“三阶段、四区段、八流程”施工流程组织施工。方法：采用挖掘机装填料，自卸汽车运输，推土机摊铺，平地机整平，压路机压实，核子密度仪检测密实度。施工：路基按平行线控制填土标高，分层进行摊铺，松铺厚度不大于300mm。（级配的厚度根据图纸及设计要求而定）每层、每侧填料铺设宽度超过填层设计宽度200mm，确保修整路基边后，路的边缘必须要有足够的压实度。五、透水混凝工艺流程：对各种施工机具做全

14、面检查，经调试证明处于性能良好状态，机械数量足够，施工能力配套，重要机械宜有备用设备。如：搅拌机、混凝土滚平机、运输车、铲车、手推车、路面切割机、平铁锨、耙子、墩锤、手锤、铝合金杠尺、3m直尺、水准仪、经纬仪、钢尺、橡皮锤、小线等。1、 施工要点：a、测量放线b、应严格按照图纸设计要求布设控制线和轴线；c、开工测量：开工前测量人员首先熟悉图纸作好交接桩工作。对甲方提供导线点和水准点加固保护，进行栓桩，并作好点标记。 d、测量资料由专人负责，并及时对基线进行复核，如有较大的变化请监理工程师认可后使用。2、模板支设：根据图纸设计要求结合现场实际条件放线支模板。使用竹胶板及钢模板支设直路模板时，背后

15、要用木方做背楞，确保模板内侧及上表面成直线，支护钢筋嵌入基层深度不得少于200mm，内侧钢筋严禁高出模板上表面，支护钢筋间距不得大于500mm，待模板全部支完后必须重新检查一遍模板的平整度及标高。3、透水混凝土搅拌、运输：a. 现场搅拌站的建立原材料的堆放按照方便上料、最节省空间为原则进行放置。搅拌机占地约20m2，水泥、石子储备的数量至少为每天施工数量的3倍，各种助剂需有库房存放。搅拌站占地约300 m2。b. 现场搅拌工艺及运输计量：现场设置地磅。配合比严格按设计要求执行，每罐计量水泥按整袋进行设计，石子用小推车称量，各种助剂在桶类容器里进行精确计量；为了计量快捷，可在第一次称量后在车、桶

16、里画上明显标线，但每次仍须称量。 搅拌：将碎石、水泥和助剂放在搅拌机里进行搅拌1分钟左右后视拌合物的工作性适当加水，直到拌合物达到要求为止。运输：拌合物由工程车或手推出运至施工地点。4、透水混凝土铺筑：a. 基层处理：清扫基层表面，表面应无尘土、树枝、纸屑等杂物，并在摊铺前润湿基层表面。b. 布料：透水混凝土摊铺时应考虑振实预留高度。透水混凝土采用人工布料时，应用铁锹反扣，严禁抛掷。透水混凝土摊铺时间长于30min或遇大风天气时，现场混凝土要及时覆盖塑料布，防止透水混凝土水分过快散失。c. 振捣：素色层透水混凝土布料完成后，用刮杠刮平，并用平板振捣器进行振捣，振捣完成后摊铺面层彩色透水混凝土或

17、彩色露骨料透水混凝土，然后刮平，对缺料的地方及时补料，并用透水混凝土专用设备进行表面振捣及整平，直至与模板等高为止。d. 表面修整：对碾压后的路面应及时修饰透水混凝土的边角，对于缺料的部位应填料修整，对于较干部位可先均匀喷洒一层水，再加料修整。e. 透水混凝土露骨料时，在表面平整、密实度达到要求后对表面均匀的喷刷一遍清洗剂，然后覆盖塑料薄膜；在喷刷完成后68小时（根据天气情况而定）采用高压水枪对表面冲洗，冲洗时注意清洗剂必须要清洗干净但不能出现掉子等现象；f.养护：透水混凝土表面修整完毕后，应及时少量喷水并覆盖塑料薄膜进行养护，养护周期和普通混凝土相同，养护期间应在路面周围设置围挡，严禁上人，上车。5、路面切缝、填缝：透水混凝土路面养护5天后开始切割伸缩缝，相关要求如下：缩缝面层间距6m，缝宽5-8mm，缝深贯穿至整个面层；胀缝面层间距12m或18m，缝宽20-30mm，缝深贯穿至整个面层；伸缩缝基层间距6m，缝宽20-30，缝深贯穿至整个基层；与其它工作面（基础不同）、建筑立体交接处，设置沉降缝，缝宽15-20mm，缝深贯穿混凝土，达到级配砂石层；与路缘石的交接处同样设置横向胀缝，透水砼浇筑前采用4泡沫板对路缘石内立面进行粘贴。使用挤塑板对素色基层部分进行填充，彩色面层先采用泡沫棒填充底部，表面采用聚氨酯胶粘石子