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？
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
度增大，为了弥补这一缺陷，可以相应提高砂轮速度 高砂轮速度Vs和工件速度Vw，可以避免产生烧伤。
Vw当然会使表面粗糙 Vs,实践证明，同时提
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。
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。
答：( P245-246) A. 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
机械制造工艺学第三王先逵第五章习题解答
