机械制造工艺学第三版王先逵第五章习题解答

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缩残余应力。

B.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，因而在表层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？

答：（P252-253）强迫振动——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？

答：（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。 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。