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:⑴表面粗糙度; B. ⑵波纹度;⑶纹理方向;⑷表面缺陷。 C. 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。 D. 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? E. 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[1]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。 F. (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。 G. 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。H = — = 0.00667jniii = 6.67 urnS?; 3x3 -W角k,=75%副偏埔汐=1护的锋利尖刀,当加工表面粗糙度 ■求.R尸3.2,— .J Um 时,问;应选择多大?(2)分析实际加工表面粗糙度与计算值是否相同,为什么?⑶进给量逼卜表面粗糙度值是習越小?P233公武.ff = f 可以导出:/ = H(cotK^^cotKjM.OO32 a*tan75+l.'taiil53 =0,013™K粗瑾蜃与计算迫不同.其原因是材料肓塑性变形,还肓產性恢夏李= ⑶在主徒甬劃保键濟定的情迟下.^^给量;'越卜表面粗誌受值就越小"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?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?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?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[2]烧伤、淬火烧伤和退火烧伤?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。5-12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?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?P243-244)增大工件的回转速度[3]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?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。2)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,里层产生产生残 余压应力;T比容小的组织T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。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, 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?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值有关, 又与工艺系统[4]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?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[5]。 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。