机械制造工艺学(王先逵)第三章参考答案(部分)

3-1 机械加工表面质量包括哪些具体内容？

机械加工表面质量，其含义包括两个方面的内容：

1．加工表面层的几何形貌

主要由以下几部分组成：

⑴表面粗糙度；

⑵波纹度

⑶纹理方向

⑷表面缺陷

2．表面层材料的力学物理性能和化学性能

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：

⑴表面层金属冷作硬化；

⑵表面层金属的金相组织变化；

⑶表面层金属的残余应力。

3-2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？

一、机器零件的损坏，在多数情况下都是从表面开始的，这是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。

二、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

(一)表面质量对耐磨性的影响

1．表面粗糙度、波纹度对耐磨性的影响

表面粗糙度值越小，其耐磨性越好；但是表面粗糙度值太小，因接触面容易发生分子粘接，且润滑液不易储存，磨损反而增加；因此，就磨损而言，存在一个最优表面粗糙度值。

2．表面纹理对耐磨性的影响

圆弧状、凹坑状表面纹理的耐磨性好；尖峰状的表面纹理由于摩擦副接触面压强大，耐磨性较差。在运动副中，两相对运动零件表面的刀纹方向均与运动方向相同时，耐磨性较好；两者的刀纹方向均与运动垂直时，耐磨性最差

3．冷作硬化对耐磨性的影响

加工表面的冷作硬化，一般都能使耐磨性有所提高。

(二)表面质量对耐疲劳性的影响

1．表面粗糙度对耐疲劳性的影响

表面粗糙度值越小，表面缺陷越少，工件耐疲劳性越好

2．表面层金属的力学物理性质对耐疲劳性的影响

表面层金属的冷作硬化能够阻止疲劳裂纹的生长，可提高零件的耐疲劳强度。

(三)表面质量对耐蚀性的影响

1．表面粗糙度对耐蚀性的影响

表面粗糙度值越大，耐蚀性能就越差。

2．表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响

表面层金属力学物理性质对耐蚀性的影响当零件表面层有残余压应力时，能够阻止表面裂纹的进一步扩大，有利于提高零件表面抵抗耐蚀的能力。

(四)表面质量对零件配合质量的影响有利于提高零件表面

加工表面如果太粗糙，必然要影响配合表面的配合质量。

3-6 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？

砂轮速度越高，单位时间内通过被磨表面的磨粒数就越多，刻痕的等高性越好，因而工件表面粗糙度值越小。

工件速度对表面粗糙度的影响刚好与砂轮速度的影响相反，增大工件速度时，单位时间内通过被磨表面的磨粒数减少，刻痕的等高性越差，表面粗糙度值将增大。 3-7为什么在切削加工中一般都会产生冷作硬化现象？

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）。

3-8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？

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；加大进给量时，表层金属的显微硬度将随之增加；这是因为随着进给量的增大，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

3-11什么是回火烧伤、淬火烧伤和退火烧伤？

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。C)，但已超过马氏体的转变温度(中碳钢为300。C)，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。

3-14磨削外加表面时，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？

增大工件的回转速度w v ，磨削表面的温度会升高，但其增长速度与磨削背吃刀量p a 的影响相比小得多；且w v 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w v 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s v ，实践证明，同时提高砂轮速度s v 和工件速度w v ，可以避免产生烧伤。

3-17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。

一、加工表面产生压缩残余应力的原因

1.1机械加工时在加工表面的金属层内有塑性变形产生，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

1.2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；刀具切离之后，拉伸弹性变形将逐渐恢复，而拉伸塑性变形则不能恢复，表面层金属的拉伸塑性变形，受到与它相连的里层未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

二、表面产生拉伸残余应力的原因

2.1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。工件受热彭胀时，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

2.2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

3-22 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？

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。