機(jī)械制造工藝學(xué)第三版王先逵習(xí)題解答

1、機(jī)械制造工藝學(xué)習(xí)題解答第五章：機(jī)械加工表面質(zhì)量及其控制（第 3版P267）5-1 機(jī)械加工表面質(zhì)量包括哪些具體內(nèi)容？答：（P229）機(jī)械加工表面質(zhì)量，其含義包括兩個(gè)方面的內(nèi)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(xué)物理性能和化學(xué)性能，主要反映在以下三個(gè)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(yīng)力。5-2 為什么機(jī)器零件一般總是從表面層開始破壞的？加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)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(fù)荷所引起的最大應(yīng)力和外界介質(zhì)的侵蝕，表面上

2、有著引起應(yīng)力集中而導(dǎo)致破壞的微小缺陷，所以這些表面直接與機(jī)器零件的使用性能有關(guān)。（2） 加工表面質(zhì)量對(duì)機(jī)器的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性、零件配合質(zhì)量都有影響。5-3 車削一鑄鐵零件的外圓表面，若進(jìn)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(jié)果？答：(P224)砂輪速度越高，單位時(shí)間內(nèi)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(shí)間內(nèi)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

3、會(huì)產(chǎn)生冷作硬化現(xiàn)象？答：(P240)機(jī)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(jìn)一步變形受到阻礙，這些都會(huì)使表面層金屬的硬度增加，統(tǒng)稱為冷作硬化(或稱為強(qiáng)化)。5-8 為什么切削速度越大，硬化現(xiàn)象越小？而進(jìn)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(shí)間減少，使塑性變形的擴(kuò)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(jìn)給量增大時(shí)，硬化現(xiàn)象增大的原因是隨著進(jìn)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(jìn)給量比較大時(shí)才是正確的。5-11 什么是

4、回火燒傷、淬火燒傷和退火燒傷？答：(P243)磨削淬火鋼時(shí)，在工件表面形成的瞬時(shí)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(zhuǎn)變溫度( 中碳鋼為300，工件表面金屬的馬氏體將轉(zhuǎn)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(huì)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

5、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。5-12 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(dǎo)熱性差，為天然負(fù)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(nèi)冷卻砂輪或者開槽砂輪，使冷卻液能夠進(jìn)入磨削區(qū)域；還需要合理選擇砂輪硬度、結(jié)合劑和組織等。5-14 磨削外圓表面時(shí)，如果同時(shí)提高工件和砂輪的速度，為什么能夠減輕燒傷且又不會(huì)增大表面粗糙度？答：（P243-244）增大工件的回轉(zhuǎn)速度 Vw磨削

6、表面的溫度會(huì)升高，但其增長速度與磨削背吃刀量ap 的影響相比小得多；且Vw 越大，熱量越不容易傳入工件內(nèi)層，具有減小燒傷層深度的作用。增大工件速度Vw當(dāng)然會(huì)使表面粗糙度增大，為了彌補(bǔ) 這一缺陷，可以相應(yīng)提高砂輪速度 Vs,實(shí)踐證明，同時(shí)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(jī)械加工中，為什么工件表層金屬會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力？答：（教材P245-247）工件表層產(chǎn)生殘余應(yīng)力的原因是：1）冷態(tài)塑性變形：機(jī)械加工時(shí)，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(yīng)力，而在里層產(chǎn)生殘余拉伸 應(yīng)力。( 2)熱態(tài)塑性變形：機(jī)械加工時(shí)，切削或磨削熱

7、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(yīng)力，里層產(chǎn)生產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力；(3)金相組織變化：切削時(shí)產(chǎn)生的高溫會(huì)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(yīng)力，反之，產(chǎn)生壓應(yīng)力。5-17 試述加工表面產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力的原因，試述表面產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力的原因。答：(P245-246)A. 加工表面產(chǎn)生壓縮殘余應(yīng)力的原因：(1) 機(jī)械加工時(shí)加工表面的金屬層內(nèi)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(nèi)產(chǎn)生了壓縮殘余應(yīng)力；(2) 當(dāng)?shù)毒邚谋患庸け砻嫔锨谐饘贂r(shí)，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

8、離后，彈性變形將逐漸恢復(fù)，而塑性變形不能恢復(fù)，表面層金屬拉伸塑性變形，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(yīng)力。B. 表面產(chǎn)生拉伸殘余應(yīng)力的原因：(1) 在機(jī)械加工中，切削區(qū)會(huì)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(shí)，表層金屬處于沒有殘余應(yīng)力作用的完全塑性狀態(tài)中，冷卻時(shí)表層金屬收縮受到里層金屬阻礙，這樣就在表面層內(nèi)產(chǎn)生了拉伸殘余應(yīng)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(yīng)力。5-20 什么是強(qiáng)迫振動(dòng)？它有哪些主要特征？答：（P252-253 強(qiáng)迫振動(dòng)一一由外界周期性的干擾力的作用而引起的振動(dòng)。其主要特征是：其振動(dòng)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(guān)，又與工藝系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性有關(guān)。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(shí)，振幅將明顯增大或者引起共振。5-22 什么是自激振動(dòng)？它與強(qiáng)迫振動(dòng)、自由振動(dòng)相比，有哪些主要特征？答：（P253-255）機(jī)械加工過程中，在沒有周期性外力（相對(duì)于切削過程而言）作用下，由系統(tǒng)內(nèi)部激發(fā)反饋產(chǎn)生的周期性振動(dòng)，稱為自激振動(dòng)，簡稱為顫振。與強(qiáng)迫振動(dòng)相比，自激振動(dòng)具有以下特征：機(jī)械加工中的自激振動(dòng)是在