機械制造工藝學第三王先逵習題解答

1、機械制造工藝學習題解答第五章：機械加工表面質量及其控制（第3版P267）5-1機械加工表面質量包括哪些具體內容？答：（P229）機械加工表面質量，其含義包括兩個方面的內容：A加工表面層的幾何形貌，主要由以下幾部分組成：表面粗糙度；波紋度；紋理方向；表面缺陷。B表面層材料的力學物理性能和化學性能，主要反映在以下三個方面：表面層金屬冷作硬化；表面層金屬的金相組織變化；表面層金屬的殘余應力。5-2為什么機器零件一般總是從表面層開始破壞的？加工表面質量對機器使用性能有哪些影響？答：（P231）(1)由于表面是零件材料的邊界，常常承受工作負荷所引起的最大應力和外界介質的侵蝕，表面上有著引起應力集中而導致

2、破壞的微小缺陷，所以這些表面直接與機器零件的使用性能有關。(2)加工表面質量對機器的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性、零件配合質量都有影響。5-3車削一鑄鐵零件的外圓表面，若進給量f=0.40mm/r，車刀刀尖圓弧半徑re=3mm，試估算車削后的表面粗糙度。5-6為什么提高砂輪速度能減小磨削表面的粗糙度數(shù)值，而提高工件速度卻得到相反的結果？答：（P224）砂輪速度越高，單位時間內通過被磨表面的磨粒數(shù)就越多，工件材料來不及變形，因而工件表面粗糙度值越小。而工件速度增大，單位時間內通過被磨表面的磨粒數(shù)減少，塑性變形增加，表面粗糙度值將增大。5-7為什么在切削加工中一般都會產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象？ 答：（P240

3、）機械加工過程中產(chǎn)生的塑性變形，使晶格扭曲、畸變，晶粒間產(chǎn)生滑移，晶粒被拉長，進一步變形受到阻礙，這些都會使表面層金屬的硬度增加，統(tǒng)稱為冷作硬化（或稱為強化）。 5-8為什么切削速度越大，硬化現(xiàn)象越??？而進給量增大，硬化現(xiàn)象增大？ 答：（P240-241）增大切削速度，(1)刀具與工件的作用時間減少，使塑性變形的擴展深度減小，因而冷硬層深度減??；(2)溫度增高，弱化傾向增大，冷硬程度降低。而進給量增大時，硬化現(xiàn)象增大的原因是隨著進給量的增大，切削力也增大，表層金屬的塑性變形加劇，冷硬程度增大。但是，這種情況只是在進給量比較大時才是正確的。5-11什么是回火燒傷、淬火燒傷和退火燒傷？ 答：（P2

4、43）磨削淬火鋼時，在工件表面形成的瞬時高溫將使表層金屬產(chǎn)生以下三種金相組織變化：1)如果磨削區(qū)的溫度未超過淬火鋼的相變溫度(碳鋼的相變溫度為720，但已超過馬氏體的轉變溫度(中碳鋼為300，工件表面金屬的馬氏體將轉化為硬度較低的回火組織(索氏體或托氏體)，這稱為回火燒傷。 2)如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，再加上冷卻液的急冷作用，表層金屬會出現(xiàn)二次淬火馬氏體織織，硬度比原來的回火馬氏體高；在它的下層，因冷卻較慢，出現(xiàn)了硬度比原來的回火馬氏體低的回火組織(索氏體或托氏體)，這稱為淬火燒傷。 3)如果磨削區(qū)溫度超過了相變溫度，而磨削過程又沒有冷卻液，組織，表層金屬的硬度將急劇下降，這稱為退火燒傷

5、。 5-12為什么磨削容易產(chǎn)生燒傷？如果工件材料和磨削用量無法改變，減輕燒傷現(xiàn)象的最佳途徑是什么？ 答（P243-244）：磨削容易產(chǎn)生燒傷的原因是：磨削速度高、消耗功率大；砂輪磨粒導熱性差，為天然負前角、磨削力大，磨削溫度高。 如果工件材料和磨削用量無法改變，減輕燒傷最有效的方法是改善冷卻條件，如選擇內冷卻砂輪或者開槽砂輪，使冷卻液能夠進入磨削區(qū)域；還需要合理選擇砂輪硬度、結合劑和組織等。 5-14磨削外圓表面時，如果同時提高工件和砂輪的速度，為什么能夠減輕燒傷且又不會增大表面粗糙度？ 答：（P243-244）增大工件的回轉速度Vw，磨削表面的溫度會升高，但其增長速度與磨削背吃刀量ap的影響

6、相比小得多；且Vw越大，熱量越不容易傳入工件內層，具有減小燒傷層深度的作用。增大工件速度Vw當然會使表面粗糙度增大，為了彌補這一缺陷，可以相應提高砂輪速度Vs，實踐證明，同時提高砂輪速度Vs和工件速度Vw，可以避免產(chǎn)生燒傷。 5-16機械加工中，為什么工件表層金屬會產(chǎn)生殘余應力？ 答：（教材P245-247）工件表層產(chǎn)生殘余應力的原因是：（1） 冷態(tài)塑性變形：機械加工時，工件表面受到擠壓與摩擦，表層產(chǎn)生伸長塑變，基體仍處于彈性變形狀態(tài)。切削后，表層產(chǎn)生殘余壓應力，而在里層產(chǎn)生殘余拉伸應力。 （2） 熱態(tài)塑性變形：機械加工時，切削或磨削熱使工件表面局部溫升過高，引起高溫塑性變形。表層產(chǎn)生殘余拉應

7、力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生殘余壓應力； （3） 金相組織變化：切削時產(chǎn)生的高溫會引起表面的相變。比容大的組織比容小的組織體積收縮，產(chǎn)生拉應力，反之，產(chǎn)生壓應力。 5-17試述加工表面產(chǎn)生壓縮殘余應力的原因，試述表面產(chǎn)生拉伸殘余應力的原因。答：（P245-246） A. 加工表面產(chǎn)生壓縮殘余應力的原因：(1)機械加工時加工表面的金屬層內產(chǎn)生塑性變形，使表層金屬的比容增大。由于塑性變形只在表面層中產(chǎn)生，這樣就在表面層內產(chǎn)生了壓縮殘余應力；(2)當?shù)毒邚谋患庸け砻嫔锨谐饘贂r，表層的纖維被拉長，刀具后刀面與已加工表面的摩擦又加大了這種拉伸作用；刀具切離后，彈性變形將逐漸恢復，而塑性變形不能恢復，表面層金屬拉伸

8、塑性變形，受到與它相連的里層未發(fā)生塑性變形金屬的阻礙，因此就在表層金屬中產(chǎn)生了壓縮殘余應力。B. 表面產(chǎn)生拉伸殘余應力的原因：(1)在機械加工中，切削區(qū)會產(chǎn)生大量的切削熱，工件表面的溫度往往很高。工件受熱膨脹時，表層金屬處于沒有殘余應力作用的完全塑性狀態(tài)中，冷卻時表層金屬收縮受到里層金屬阻礙，這樣就在表面層內產(chǎn)生了拉伸殘余應力。(2)比容減小，表面層金屬由于相變而產(chǎn)生的收縮受到基體金屬的阻礙，因而在表層金屬產(chǎn)生拉伸殘余應力。 5-20什么是強迫振動？它有哪些主要特征？ 答：（P252-253）強迫振動由外界周期性的干擾力的作用而引起的振動。 其主要特征是：其振動頻率與干擾力的頻率相同，或者是干擾力頻率的整倍數(shù)；其振幅既與干擾力幅值有關，又與工藝系統(tǒng)的動態(tài)特性有關。若干擾力頻率接近或者等于工藝系統(tǒng)的某一固有頻率時，振幅將明顯增大或者引起共振。 5-22什么是自激振動？它與強迫振動、自由振動相比，有哪些主要特征？ 答：（P253-255）機械加工過程中，在沒有周期性外力（相對于切削過程而言）作用下，由系統(tǒng)內部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動，稱為自激振動，簡稱為顫振。 與強迫振動相比，自激振動具有以下特征：機械加工中的自激振動是在沒