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；
⑵波纹度；⑶纹理方向；⑷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：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。
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）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：（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 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。
5-12 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：
（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；
（3）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。
机械制造工艺学第三版王先逵第五章习题解答
