机械制造第八章课后答案.doc

8.1 机械加工表面质量包括哪些内容？为什么机械零件的表面质量与加工精度具有同等重要的意义？
答：1、表面质量是指机器零件加工后表面层的微观集合形状和物理机械性能。机械加工表面质量的含义有两方面的内容：（1）表面层的几何形状特征，其包括表面粗糙度和表面波度；（2）表面层的物理机械性能，其包括表面层冷作硬化、表面层金相组织的变化和表面残余应力。
2、之所以说机械零件的表面质量与加工精度具有同等重要的意义是因为：一个零件的加工质量分为两部分，一是零件加工精度（含尺寸、形状、位置精度），二是表面质量（含表面粗糙度和表面变质层）。前者是从宏观上保证加工的零件满足设计要求，后者是说微观上所存在加工缺陷。它主要影响零件的装配精度、疲劳强度等。所以就是从不同的角度保证零件的加工精度以满足使用要求。

8.2 零件加工表面质量对机器的使用性能有哪些影响？
答：（1）表面质量对零件的耐磨性有影响，同样条件下，零件的耐磨性取决于表面质量；（2）表面质量对零件疲劳强度的影响；（3）表面质量对零件抗腐性能的影响；（4）表面质量对零件的配合质量、密封性能及摩擦系数有很大的影响。

8.3 影响加工工件表面粗糙度的因素有哪些？车削一铸铁零件的外圆便面，若进给量f=0.4mm/r，车刀刀尖圆弧半径rε=3mm，是估算车削后表面粗糙度值。

答：1、影响因素：（1）几何因素，几何因素是刀具相对于工件作进给运动时在加工表面上遗留下来的切削残留面积。
（2）物理因素，切削加工后表面的实际粗糙度与理论粗糙度有比较大的差别这主要是因为与被加工材料的性能及切削机理有关的物理因素的影响。
（3）工艺系统的振动，如果工艺系统存在振动，会破坏正常的切削过程。
2、
Rmax≈f28rε=0.428×3≈6.67(um)
8.4 磨削加工时，影响加工表面粗糙度的主要因素有哪些？

答：影响磨削后的表面粗糙度的因素也可以归纳为与磨削过程和砂轮结构有关的几何因素，与磨削过程和被加工材料塑性变形有关的物理因素及工艺系统的振动因素三个方面。
从几何因素看，砂轮上磨粒的微刃形状和分布对于磨削后的表面粗糙度是有影响的。
从物理因素看，大多数磨粒只有滑擦，耕犁作用。
另外引起磨削表面粗糙度值增大的主要原因还往往是工艺系统的振动所致，增大工艺系统刚度和阻尼，做好砂轮的动平衡以及合理地修正砂轮可显著减小粗糙度值。
8.5 什么是冷作硬化现象？其产生的主要原因是什么？为什么切削速度增大，冷作硬化现象减小？而进给量增大，冷作硬化现象却增大？在相同的切削条件下，切削钢件比切削工业纯铁冷作硬化现象小？而切削钢件比切削有色金属的冷作硬化现象大？
答：冷作硬化：零件在机械加工中表面层金属产生强烈的冷态塑性变形后，引起强度和硬度都有所提高的现象。
产生原因：切削（磨削）加工时，表面层金属由于塑性变形使晶粒间产生剪切滑移，晶格扭曲，经理发生拉长、破碎、纤维化，从而使表面层材料强化，强度和硬度提高。
表面层的冷作硬化的程度，取决于产生塑性变形的力、变形速度及变形时的温度。速度越大，塑性变形越不充分，则硬化程度越小；力越大塑性变形大，则硬化程度大。
8.6 什么是磨削“烧伤”？为什么磨削加工常产生“烧伤”？为什么磨削高合金钢较普通碳钢更容易产生“烧伤”？磨削“烧伤”对零件的使用性能有何影响？试举例说明减少磨削烧伤及裂纹的办法有哪些。

答：1、磨削加工时，切削力大，切削速度也非常高，去除单位体积的材料所消耗的功率，是其他切削方法的数十倍。这样大的能量消耗绝大部分转换成了热量。而磨削的体积小数量少，砂轮的导热性有相当的差，磨削过程中有70%以上的热量都瞬时传给了工件。在很短的时间内磨削区域内温度可上升到400~1000℃，甚至超过钢的熔点。这样大的加热速度，促使加工表面局部形成瞬时聚热现象，温升超过相变温度，并有很大的温度梯度，导致金相组织的变化，出现强度和硬度下降，产生残余应力甚至导致裂纹，这就是磨削烧伤现象。
2、影响磨削加工时金相组织变化的因素有工件材料、磨削温度、温度梯度、及冷却速度等。工件材料为低碳钢时不会发生相变，高合金钢如轴承钢、高速钢、镍铬钢等传热行特别差，在冷却不充分时易出现磨削烧伤。
8.7 机械加工时，为什么工件表面层金属会产生残余应力？试述加工表面产生残余拉应力和压应力的原因。磨削加工与切削加工，在工件表面产生残余应力的原因是否相同？
答：1、在机械加工过程中，工件表面层金属相对于基体金属发生形状、体积或金相组织变化时，表面层中将产生残余应力。产生表面层残余应力的主要原因是：（1）冷态塑性变形（2）热态塑性变形（3）金相组织变化。
2、机械加工时，表面层金属产生强烈的塑性变形。沿切削速度方向上表面上产生拉伸变形，晶粒被拉长，金属密度会下降，既比容增大，而里层材料则阻碍这种变形，因而在表面层产生压应力，在里层产生残余拉压力。
3、切削加工时，如果切削温度不高，则以冷态塑性变形为主，若温度高，则以热态塑性变形为主。磨削时表面层残余应力随磨削条件不同而不同，轻磨削条件产生浅而小的残余应力；中等磨削条件产生浅而大的拉应力；重磨削下产生身而大的拉压力。

8.8 磨削淬火钢时，加工表面的硬度有可能升高或降低，试分析其可能得原因，并说明表面层的应力符号。
答：淬火钢在不同磨削条件下出现的表面层硬度不一样。当磨削深度小于10um时，由于温度的影响使表面层的回火马氏体产生弱化，并与塑性变形产生的冷作硬化现象综合而产生了比基体硬度低的部分，而表面的里层由于磨削加工中的冷作硬化作用起了主导作用而又产生了比基体硬度高的部分。当磨削深度为20~30um时，冷作硬化的作用减少，磨削温度起了主导作用。由于磨削区温度高于马氏体转换温度，低于相变温度而使表面层马氏体回火烧伤。当磨削深度增至50um时，磨削区最高温度有超过了相变临界温度，极冷时产生淬火烧伤，而再往里层则硬度又逐渐升高直至未受热影响的基体组织。

8.9 超精加工、珩磨、研磨等光整加工方法与细密磨削相比，其工作原理有何不同？为什么把他们作为最终加工工序？它们都适合那种场合。
答：1、光整加工使用细粒度磨料对工件表面进行微量切削和挤压的过程。精密磨削是依靠砂轮工作面上修整出大量等高微刃进行精密加工的，这些等高微刃能从尚具有微量缺陷和尺寸、形状误差的工件表面切除极微薄的余量，故可获得很高的加工精度。
2、之所以把他们放在最终工序是因为它们的切削深度和进给量一般极小，切削速度则很高。其最后获得较高的表面质量。
3.用一般的加工方法难以达到很低的表面粗糙度值（小于0.02um）时，多采用光整加工。

8.10 刨削一块钢板，在切削力的作用下被加工表面层产生塑性变形，其密度从7.87×103kg/m3降至7.75×103kg/m3，试问表面层产生多大的残余应力？是压应力还是拉应力？
答： V＋△VV=7.757.78 1+△VV=7.757.78=1﹣0.037.78 △VV=-0.037.78
体膨胀系数△VV线膨胀系数△ll的3倍，故，△ll=△V3V=-0.017.78=-0.129×10-2
σ压=E×△ll=2.1×105×0.129×10-2=2709MPa

8.11 在外圆磨床上磨削一根淬火钢时，工件表面温度高达950℃，因使用冷却液而产生回火。表面层金属由马氏体转变为珠光体，其密度从7.75×103kg/m3增至7.78×103kg/m3。试问表面层产生多大的残余应力？是压应力还是拉应力？
答： V-△VV=7.757.78 1﹣△VV=7.757.78=1﹣0.037.78 △VV=0.037.78

体膨胀系数△VV线膨胀系数△ll的3倍，故，△ll=△V3V=0.017.78=0.129×10-2

σ拉=E×△ll=2.1×105×0.129×10-2=2709MPa

8.12 在平面磨床上，磨一块厚度为10mm、宽度为50mm、长为30mm的20钢工件，磨削时表面温度高达900℃，是估算加工表面层和非加工表面层残余应力数值，并画出近似的变形图及应力图。