工程材料与成型工艺基础习题及答案

1、1.1.工程材料的主要性能分为（工程材料的主要性能分为（1 1） 使用使用 性能和（性能和（2 2） 工工艺艺 性能。（性能。（1 1）又包括）又包括力学力学性能、性能、 物理物理性能和性能和化学化学性能性能等。等。 作业作业1 工程材料工程材料2.2.金属的变形包括金属的变形包括 弹性弹性 变形和变形和 塑性塑性 变形。变形。一、填空题一、填空题3.3.通过拉伸试验可测得的强度指标主要有通过拉伸试验可测得的强度指标主要有 屈服强度屈服强度 和和 抗拉抗拉强度强度 ；可测得的塑性指标有；可测得的塑性指标有 延伸率延伸率 和和 断面收缩率断面收缩率 。5.5.实际金属的晶体缺陷有实际金属的晶体缺

2、陷有点缺陷（空位或间隙原子）点缺陷（空位或间隙原子）、线缺线缺陷（位错）陷（位错）和和面缺陷（晶界）面缺陷（晶界）。 4.4.常见的金属晶格类型有常见的金属晶格类型有体心立方晶格体心立方晶格、面心立方晶格面心立方晶格和和密排密排六方晶格六方晶格三种类型。三种类型。FeFe属于属于体心立方体心立方晶格，晶格，FeFe属于属于面面心立方心立方晶格，晶格，FeFe属于属于体心立方体心立方晶格晶格。 6.6.金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差称为金属的理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度过冷度。金。金属的冷却速度越快，过冷度越属的冷却速度越快，过冷度越大大，获得的晶粒越，获得的晶粒越细细。 7.

3、7.细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度细化金属材料的晶粒，可使金属的强度、硬度 提高提高，塑性、，塑性、韧性韧性 提高提高 ；在生产中常用的细化晶粒的方法有；在生产中常用的细化晶粒的方法有增大过冷度、增大过冷度、 变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。变质处理、机械搅拌和振动；压力加工再结晶；热处理。8.8.合金的晶体结构有合金的晶体结构有固溶体固溶体和和金属化合物金属化合物，其中，其中固溶体固溶体具有具有良好的塑性，良好的塑性，金属化合物金属化合物具有高的硬度和脆性。具有高的硬度和脆性。10.10.铁碳合金相结构中，属于固溶体的有铁碳合金相结构中，属于固溶体的有铁素体铁素体

4、和和奥氏体奥氏体；其中其中铁素体铁素体是碳在是碳在FeFe中形成的固溶体。中形成的固溶体。 11.11.铁碳合金的力学性能随含碳量的增加，其铁碳合金的力学性能随含碳量的增加，其强度强度和和硬度硬度增增高，而高，而塑性塑性和和韧性韧性降低。但当降低。但当wC C1.0%1.0%时，强度随其含碳时，强度随其含碳量的增加而量的增加而降低降低。 9.9.在铁碳合金的基本组织中，珠光体属于复相结构，它由在铁碳合金的基本组织中，珠光体属于复相结构，它由铁铁素体素体和和渗碳体渗碳体按一定比例组成，珠光体用符号按一定比例组成，珠光体用符号P P表示。表示。 12.12.铁碳合金中，共析钢铁碳合金中，共析钢w

5、wC C为为0.770.77%，室温平衡组织为，室温平衡组织为P P；亚；亚共析钢共析钢wC C为为0.770.770.77%，室温平衡组织为，室温平衡组织为P+FeP+Fe3 3C C；共晶白口生铁；共晶白口生铁wC C为为 4.34.3%，室温平衡组织为室温平衡组织为LdLd；亚共晶白口生铁；亚共晶白口生铁wC C为为4.34.34.3%，室温平，室温平衡组织为衡组织为FeFe3 3C CI I+Ld+Ld。 13.13.钢是以钢是以FeFe为主要元素，含碳量一般在为主要元素，含碳量一般在2.11%2.11%以下，并含以下，并含有其他元素的材料。钢按化学成分可分为有其他元素的材料。钢按化学

6、成分可分为碳素钢碳素钢、合金钢合金钢和和特殊性能钢特殊性能钢三类；钢按主要质量等级分类，可分为三类；钢按主要质量等级分类，可分为普通钢普通钢、优质钢优质钢和和高级优质钢高级优质钢三类。合金钢均属于三类。合金钢均属于优质钢优质钢和和高级优质高级优质钢钢质量等级钢。质量等级钢。 14. 20CrMnTi14. 20CrMnTi钢按化学成分分类，它属于结构钢中的钢按化学成分分类，它属于结构钢中的合金合金钢，钢，适宜制造适宜制造齿轮齿轮等较重要的零件。等较重要的零件。16. GCr916. GCr9、GCr15GCr15钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的合金合金钢

7、，主要用来制造钢，主要用来制造轴承套圈、滚珠、滚柱轴承套圈、滚珠、滚柱。 15. 40Cr15. 40Cr、40CrMo40CrMo钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的钢按化学成分分类，它们属于结构钢中的合金合金钢，适宜制造钢，适宜制造主轴、连杆主轴、连杆等零件。等零件。 二、简答题与应用题二、简答题与应用题1.1.材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使材料的常用力学性能指标有那些？若某种材料的零件在使用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所造用过程中突然发生断裂，是由于那些力学性能指标不足所造成的？成的？ (1)(1)常用力学性能指标有常用力学性能指标有: :强度、塑性

8、、刚度、硬度、冲击韧性、疲劳强度。强度、塑性、刚度、硬度、冲击韧性、疲劳强度。(2)(2) 零件在使用过程中突然发生断裂，是由于零件在使用过程中突然发生断裂，是由于强度、塑强度、塑性、冲击韧性、疲劳强度等性、冲击韧性、疲劳强度等力学性能指标不足所造成力学性能指标不足所造成的的。2 2画出低碳钢的应力画出低碳钢的应力- -应变曲线，并简述拉伸变形的几应变曲线，并简述拉伸变形的几个阶段。个阶段。bkesooeoe段：弹性变形段：弹性变形esbkesbk段：塑性变形段：塑性变形s s点点: :屈服点屈服点b b点：最大应力点点：最大应力点k k点：断裂点点：断裂点3图图1-11-1所示为三种不同材料

9、的拉伸载荷（拉力）所示为三种不同材料的拉伸载荷（拉力）- -变形量变形量（伸长量）曲线（试样尺寸相同），试比较这三种材料的抗（伸长量）曲线（试样尺寸相同），试比较这三种材料的抗拉强度、屈服强度和塑性的大小。拉强度、屈服强度和塑性的大小。抗拉强度：抗拉强度：213213屈服强度：屈服强度：132132塑性：塑性：321321图图1-1 1-1 拉伸曲线拉伸曲线4. 4. 用用2020钢制成钢制成 1010、标距、标距3030的试样作拉伸试验，的试样作拉伸试验，测得屈服时的拉力为测得屈服时的拉力为21630N21630N，断裂前的最大拉力为，断裂前的最大拉力为34940N34940N，拉断后测得标

10、距长度为，拉断后测得标距长度为6565，断裂处直，断裂处直径为径为5 5。试计算。试计算 b b、 s s、 、 的值。的值。)(445514. 33494020MPaSFbb)(275514. 32163020MPaSFSs%7 .116%100303065%10000LLLk%75%100514. 3)5 . 25(14. 3%10022200SSSk5. 5. 零件的失效形式有哪些？影响失效的基本因素有哪些？零件的失效形式有哪些？影响失效的基本因素有哪些？（1 1）断裂、塑性变形、过量弹性变形、磨损、腐蚀等。）断裂、塑性变形、过量弹性变形、磨损、腐蚀等。（2 2）设计因素、材质因素、工艺

11、因素和安装使用不当。）设计因素、材质因素、工艺因素和安装使用不当。6.6.什么是同素异晶转变？请绘出纯铁的冷却曲线，并指出同什么是同素异晶转变？请绘出纯铁的冷却曲线，并指出同素异晶转变温度和晶格类型素异晶转变温度和晶格类型 。（1 1）固态下随着温度的变化，）固态下随着温度的变化，金属的晶体结构从一种晶格类金属的晶体结构从一种晶格类型转变为另一种晶格类型的过型转变为另一种晶格类型的过程。程。FeFe温度时间1538 1394 912 体心面心体心Fe8.8.图图1-11-1所示为部分的铁碳合金状态图，请在右边的所示为部分的铁碳合金状态图，请在右边的T-tT-t图中图中画出含碳量为画出含碳量为0

12、.45%0.45%的铁碳合金的结晶过程并标注出各温的铁碳合金的结晶过程并标注出各温度段的组织。度段的组织。 ESQGC%C%114711471538 1538 727727P PL LA912912C0.450.45温度T Tt tLL+AA+FF+PA钢号类 别适用零件举例质量含碳量成分用途普优高优低中高碳素合金结构工具Q235冲压件15冲压件45轴类60Si2Mn弹簧T8A锉刀9SiCr钻头W18Cr4V铣刀11. . 填表回答：填表回答：一、填空题一、填空题1液态金属的充型能力主要取决于合金的流动性。流动性不好的合金铸件易产生浇不足浇不足和冷隔冷隔、气孔、夹渣等铸造缺陷。2影响液态合金流

13、动性的主要因素有合金的化学成分合金的化学成分、合金的物理性质合金的物理性质、合金的温度合金的温度、不溶杂质和气体等。合金的凝固温度范围越宽，其流动性越 差差 。3任何一种液态金属注入铸型以后，从浇注温度冷却至室温都要经历三个相互联系的收缩阶段，即 液态收缩液态收缩 、凝固收缩凝固收缩 和 固态收缩固态收缩 。导致铸件产生缩孔和缩松的根本原因是液态收缩和凝固收缩液态收缩和凝固收缩 ；导致铸件产生应力、变形、裂纹的原因是固态收缩固态收缩 。金属材料成形基础作业（金属材料成形基础作业（2 2）4铸件在凝固过程中所造成的体积缩减如得不到液态金属的补充，将产生缩孔或缩松。凝固温度范围窄的合金，倾向于“逐

14、层凝固”，因此易产生缩孔缩孔；而凝固温度范围宽的合金，倾向于“糊状凝固”，因此易产生缩松缩松。5准确地估计铸件上缩孔可能产生的位置是合理安排冒口和冷铁的主要依据。生产中确定缩孔位置的常用方法有画画等温线法、内切圆法等温线法、内切圆法和计算机模拟凝固法计算机模拟凝固法等。6顺序凝固原则主要适用于 逐层凝固逐层凝固的合金，其目的是消消除缩孔除缩孔；同时凝固原则主要适用于 糊状凝固糊状凝固的合金，其目的是减小应力减小应力。7铸件在冷却收缩过程中，因壁厚不均等因素造成铸件各部分收缩的不一致引起内应力，这种应力称之为热应力热应力；铸件收缩受到铸型、型芯及浇注系统的机械阻碍而产生的应力称为机械应力机械应力

15、。8砂型铸造制造铸型的过程，可分为手工造型和机器造型。各种机器造型机械按紧实型砂的特点不同分为震压造型震压造型、微震压实微震压实、高压造型高压造型、抛砂造型抛砂造型等。9特种铸造主要包括熔模铸造熔模铸造、金属型铸造金属型铸造、压力铸造压力铸造和离心铸造离心铸造 等。10在大批量生产条件下，下列铸件宜选用的铸造方法是：机床床身 砂型铸造砂型铸造，铝活塞 压力铸造压力铸造，铸铁污水管 离心铸造离心铸造，汽轮机叶片 压力铸造压力铸造（1 1）液态合金的充型能力是）液态合金的充型能力是液体金属充满铸型型腔，获液体金属充满铸型型腔，获得尺寸精确、轮廓清晰的成形件（铸件）的能力得尺寸精确、轮廓清晰的成形件

16、（铸件）的能力。（2 2）影响液态合金充型能力的因素有）影响液态合金充型能力的因素有合金的流动性、合金的流动性、浇注浇注条件、铸型充填条件条件、铸型充填条件。（1 1）合金在铸造生产条件下，获得优质铸件的难易程度。）合金在铸造生产条件下，获得优质铸件的难易程度。（2 2）流动性和收缩。合金的流动性越好、收缩越小，铸造）流动性和收缩。合金的流动性越好、收缩越小，铸造性能越好。性能越好。2 2什么是合金的铸造性能？衡量合金铸造性能的主要指什么是合金的铸造性能？衡量合金铸造性能的主要指标是什么标是什么 ？其是如何影响的？其是如何影响的？ 二、简答题与应用题：二、简答题与应用题：1 1什么是液态合金的

17、充型能力？影响液态合金充型能力的什么是液态合金的充型能力？影响液态合金充型能力的因素有哪些？因素有哪些？3 3现采用铸造方法浇注三根直径分别为现采用铸造方法浇注三根直径分别为 10mm10mm、 30mm30mm、 60mm60mm的灰口铸铁试棒，测得它们的抗拉强度均为的灰口铸铁试棒，测得它们的抗拉强度均为200MPa200MPa，问这三根试棒的成分是否相同？牌号是否相同？若不相同，应问这三根试棒的成分是否相同？牌号是否相同？若不相同，应有何区别？有何区别？1 1）牌号相同，成分不同。）牌号相同，成分不同。2 2）因为铸铁的牌号是用强度来表示的，其强度相同，则牌）因为铸铁的牌号是用强度来表示的

18、，其强度相同，则牌号相同。而影响铸铁组织和性能的因素是化学成分和冷却号相同。而影响铸铁组织和性能的因素是化学成分和冷却速度两个因素。试棒的直径不同速度两个因素。试棒的直径不同冷却速度不同，要获冷却速度不同，要获得同一强度，必须调整其化学成分，即得同一强度，必须调整其化学成分，即 10mm10mm的试棒其碳的试棒其碳硅含量较高硅含量较高, ,而而 30mm30mm、 60mm60mm的试棒其碳硅含量依次降的试棒其碳硅含量依次降低低 。4 4有一测试铸造应力用的应力框铸件，如图有一测试铸造应力用的应力框铸件，如图2-12-1所示，凝所示，凝固冷却后，用钢锯沿固冷却后，用钢锯沿A-AA-A线锯断线锯

19、断3030的粗杆的粗杆 ，此时断口间，此时断口间隙的大小会发生什么变化？为什么？隙的大小会发生什么变化？为什么？1 1）变大。）变大。2 2）因为凝固冷却后，）因为凝固冷却后，3030的粗的粗杆处于拉应力状态，杆处于拉应力状态，1010的细的细杆处于压应力状态。当沿杆处于压应力状态。当沿A-AA-A锯锯断后，粗杆给予细杆的压力被断后，粗杆给予细杆的压力被释放，细杆的弹性压缩变形恢释放，细杆的弹性压缩变形恢复伸长，所以断口间隙会变大。复伸长，所以断口间隙会变大。图2-1 铸造应力框铸件 5. 5. 灰口铸铁的组织和性能决定于什么因素？为什么在灰口铸铁的组织和性能决定于什么因素？为什么在灰口铸铁中

20、，碳硅含量越高，则其强度越低？灰口铸铁中，碳硅含量越高，则其强度越低？1 1）灰口铸铁的组织和性能决定于）灰口铸铁的组织和性能决定于化学成分和冷却速度化学成分和冷却速度。2 2）因为碳、硅含量越高，铸铁中的石墨片就越粗大，）因为碳、硅含量越高，铸铁中的石墨片就越粗大，石墨数量也越多，对基体的破坏就越严重。同时基体石墨数量也越多，对基体的破坏就越严重。同时基体中铁素体的量增加，珠光体的量减少。所以铸铁的强中铁素体的量增加，珠光体的量减少。所以铸铁的强度越低。度越低。6 6有一包铁水，其成分为有一包铁水，其成分为w wC C3.2%3.2%，w wSiSi=1.8%=1.8%，浇成，浇成阶梯型铸件

21、，如图阶梯型铸件，如图2-22-2所示。试问在五个厚度不同的截面上所示。试问在五个厚度不同的截面上的组织是否相同，各是何种组织？的组织是否相同，各是何种组织？ 1 1）不同不同。2 2）由于铸件壁厚不同，其由于铸件壁厚不同，其各部分冷却速度不同。壁厚各部分冷却速度不同。壁厚5 5、1010、2020、3030、40mm40mm处的组织分别为麻口组织处的组织分别为麻口组织（LdLd石墨石墨) )、P P石墨、石墨、P P石墨、石墨、F+PF+P石墨、石墨、F+F+石石墨。墨。图2-2 阶梯铸件 7.7.某厂铸造一个某厂铸造一个1500mm1500mm的铸铁顶盖，有如图的铸铁顶盖，有如图2-32-

22、3所示两所示两种设计方案，试分析哪种方案易于生产？并简述其理由。种设计方案，试分析哪种方案易于生产？并简述其理由。 （1 1）方案）方案a a易于生产；易于生产；（2 2）由于铸件的尺寸很大，壁厚较薄，属于大平面结构。铸）由于铸件的尺寸很大，壁厚较薄，属于大平面结构。铸件上的大平面极易产生浇不足、夹砂、夹渣、气孔等缺陷，件上的大平面极易产生浇不足、夹砂、夹渣、气孔等缺陷，图（图（a a）的方案，一方面避免了上述不利因素，还因为具有了）的方案，一方面避免了上述不利因素，还因为具有了一定的结构斜度，有利于造型。一定的结构斜度，有利于造型。 图2-3 铸铁顶盖的两种设计方案 8.8.分析图分析图2-

23、42-4所示零件分型方案的优缺点，并选择其中与零所示零件分型方案的优缺点，并选择其中与零件生产类型相适应的分型方案。件生产类型相适应的分型方案。 大批量生产大批量生产单件生产单件生产1 12 2方案1方案1方案2方案2图图(b)(b)方案方案1:1:优点是起模高度小优点是起模高度小, ,砂箱高度减小砂箱高度减小; ;缺点是分开模缺点是分开模造型对合箱精度要求较高造型对合箱精度要求较高, ,不易保证整个螺纹内孔表面的质量不易保证整个螺纹内孔表面的质量, ,且需要砂芯且需要砂芯. .方案方案2:2:优点是整体模造型，铸件的尺寸精度易于保证；铸件优点是整体模造型，铸件的尺寸精度易于保证；铸件螺纹内孔

24、表面质量均匀；可以直接铸出铸件的内腔，省去了螺纹内孔表面质量均匀；可以直接铸出铸件的内腔，省去了型芯。缺点是下砂箱高度大型芯。缺点是下砂箱高度大, ,起模高度较大起模高度较大. .单件生产时，应选择方案单件生产时，应选择方案2 2。答：图答：图(a(a）方案）方案1 1：优点是起模高度小：优点是起模高度小, ,砂箱高度减小砂箱高度减小; ;缺点是缺点是分开模造型对合箱精度要求较高分开模造型对合箱精度要求较高. .方案方案2: 2: 优点是整体模造型不会因错箱造成铸件废品优点是整体模造型不会因错箱造成铸件废品, ,铸件精度铸件精度易于保证易于保证; ;缺点是下砂箱高度大缺点是下砂箱高度大, ,起

25、模高度较大起模高度较大, ,不易起模不易起模, ,机器机器造型采用型板时内腔造型采用型板时内腔1 1不易形成不易形成. .在大批量生产时，应选择方案在大批量生产时，应选择方案1 1。9. 9. 图图2-52-5所示为铸铁底座，在保证所示为铸铁底座，在保证 5050的孔和的孔和HH不变的前提下，请回答：不变的前提下，请回答：（1 1）修改结构不合理之处；（）修改结构不合理之处；（2 2）在图上标出最佳分型面和浇注位置。）在图上标出最佳分型面和浇注位置。 上上下下1010确定如图确定如图2-6 2-6 所示铸件的铸造工艺方案。要求如下：所示铸件的铸造工艺方案。要求如下：（1 1）在单件、小批生产条

26、件下，分析最佳工艺方案；）在单件、小批生产条件下，分析最佳工艺方案；（2 2）按所选最佳工艺方案绘制铸造工艺图（包括浇注位置、分型）按所选最佳工艺方案绘制铸造工艺图（包括浇注位置、分型面、机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及芯头等）面、机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及芯头等）其余其余上上下下1111确定如图确定如图2-7 2-7 所示铸件的铸造工艺方案。要求如下：所示铸件的铸造工艺方案。要求如下：（1 1）画出几种可能的分型方案）画出几种可能的分型方案 ；（2 2）在单件、小批生产条件下，分析并确定最佳工艺方案；）在单件、小批生产条件下，分析并确定最佳工艺方案；（3 3）按所选最佳

27、方案绘制铸造工艺图（包括浇注位置、分型）按所选最佳方案绘制铸造工艺图（包括浇注位置、分型面、机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及芯头等）面、机械加工余量、起模斜度、铸造圆角、型芯及芯头等）上上下下收缩率收缩率:1%:1%方案最佳。方案最佳。1212铸件结构工艺性：铸件结构工艺性：判断下列铸件的结构工艺性，若不合理，请在原图上进行改。判断下列铸件的结构工艺性，若不合理，请在原图上进行改。 一、填空题1.单晶体的塑性变形是通过滑移滑移和孪晶孪晶的方式完成的；多晶体的塑性变形包括晶内变形晶内变形和晶间变形晶间变形。2.冷成形后的金属将产生加工硬化加工硬化现象，表现为金属材料的强度和硬度提高提高，

28、而塑性和韧性降低降低。3.产生加工硬化的金属在加热到较高的温度时要发生回复回复 和再结晶再结晶。4.由于锻造流线的存在，金属的力学性能具有各向异性各向异性，一般平行锻造流线方向的抗拉强度、塑性和韧性比垂直方向要高高。5.金属在锻造时加热的目的是提高可锻性提高可锻性( (或提高塑性，降低或提高塑性，降低变形抗力）变形抗力）。金属材料成形基础作业（金属材料成形基础作业（3 3）6.自由锻的基本工序有镦粗镦粗、拔长拔长、冲孔冲孔、弯曲弯曲、扭转扭转、错错移移；其中最常用的是镦粗镦粗、拔长拔长、和冲孔冲孔三种。7.锻模模膛通常分为制坯制坯模膛和模锻模锻模膛，其中又可分为拔长拔长模膛、滚压滚压模膛、弯曲

29、弯曲模膛和切断切断模膛，又可分为预锻预锻模膛和终终锻锻模膛。8.冲压的基本工序包括分离分离和变形变形。其中又分为落料落料、冲孔冲孔、剪切剪切等；又分为拉深拉深、弯曲弯曲、翻边翻边等。9.冲压模具按照冲床的一次行程所完成工序的多少可分为简简单单冲模、连续连续冲模和复合复合冲模，其中在模具的同一位置上同时可以完成两道以上工序的模具称为复合复合冲模。10. 10. 纯铅（纯铅（T T熔熔327327）的再结晶温度为）的再结晶温度为-33-33，它在常它在常温下的变形为温下的变形为 热热 变形。而钨（变形。而钨（ T T熔熔33803380）的再结晶）的再结晶温度为温度为11881188，它在，它在1

30、0001000下的变形为下的变形为 冷冷 变形。变形。T T再再 = 0.4T= 0.4T熔熔 = 0.4= 0.4（327+273327+273）= 240= 240（K K）T T再再 = 240 273 = -33= 240 273 = -33（）T T再再 = 0.4T= 0.4T熔熔 = 0.4= 0.4（3380+2733380+273）= 1461= 1461（K K）T T再再 = 1461 273 = 1188= 1461 273 = 1188（）11. 11. 压力加工的基本生产方式有压力加工的基本生产方式有轧制、挤压、拉拔、自由轧制、挤压、拉拔、自由锻、模锻、板料冲压锻、

31、模锻、板料冲压，对于大型重要件应采用，对于大型重要件应采用自由锻自由锻方法方法生产。生产。12. 12. 图图3-13-1所示垫圈拟采用简单冲裁模生产，其冲压工序所示垫圈拟采用简单冲裁模生产，其冲压工序为（为（1 1）落料落料、（、（2 2）冲孔冲孔，若模具的单面间隙为，若模具的单面间隙为0.05mm0.05mm，则（，则（1 1）的凸模尺寸为）的凸模尺寸为 49.9mm49.9mm、凹模尺寸、凹模尺寸为为 50mm50mm，（，（2 2）的）的凸模尺寸为凸模尺寸为 15mm15mm、凹模尺寸为、凹模尺寸为 15.1mm15.1mm。图3-1 垫圈 二、简答题与应用题二、简答题与应用题1.1.

32、何谓金属的塑性成形（压力加工）？为什对某些重要的机何谓金属的塑性成形（压力加工）？为什对某些重要的机械零件要采用塑性成形制坯？械零件要采用塑性成形制坯？（1 1）在外力作用下使金属坯料产生塑性变形，获得具有一）在外力作用下使金属坯料产生塑性变形，获得具有一定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的成形工艺方法。定形状、尺寸和力学性能的毛坯或零件的成形工艺方法。（2 2）这是因为塑性成形制坯使材料的力学性能提高。）这是因为塑性成形制坯使材料的力学性能提高。（a a）细化晶粒、改善组织；（细化晶粒、改善组织；（b b）压合铸造缺陷；（）压合铸造缺陷；（c c）使纤维组）使纤维组织不被切断，并沿制件外形合

33、理分布。织不被切断，并沿制件外形合理分布。13. 13. 单晶体塑性变形的实质是单晶体塑性变形的实质是晶体内部的滑移和孪晶晶体内部的滑移和孪晶，而多晶，而多晶体塑性变形的实质是体塑性变形的实质是晶粒内部产生滑移和孪晶；晶粒之间进行晶粒内部产生滑移和孪晶；晶粒之间进行滑动和转动滑动和转动。2 2什么是热塑性成形和冷塑性成形？生产中如何选用？什么是热塑性成形和冷塑性成形？生产中如何选用？（1 1）在再结晶温度以上的变形为热塑性成型，在再结晶）在再结晶温度以上的变形为热塑性成型，在再结晶温度以下的变形成为冷塑性成形。温度以下的变形成为冷塑性成形。（2 2）生产中应根据材料的塑性及对零件的要求进行选用

34、：）生产中应根据材料的塑性及对零件的要求进行选用：材料的塑性较好，要求变形后部分提高强度、硬度时选用材料的塑性较好，要求变形后部分提高强度、硬度时选用冷塑性成形；要求材料的可锻性好、变形抗力小时选用热冷塑性成形；要求材料的可锻性好、变形抗力小时选用热塑性成形。塑性成形。3 3热处理能否消除压力加工后的纤维组织，采用何种方热处理能否消除压力加工后的纤维组织，采用何种方法可以改变纤维方向？法可以改变纤维方向？（1 1）不能。）不能。（2 2）可以采用压力加工（塑性成形）的方法改变纤维方向。）可以采用压力加工（塑性成形）的方法改变纤维方向。4. 4. 图图3-33-3所示为一钢制拖钩，可以用下列方所

35、示为一钢制拖钩，可以用下列方法制造：铸造、锻造、板料切割，其中以什法制造：铸造、锻造、板料切割，其中以什么方法制得的拖钩拖重能力最大？为什么？么方法制得的拖钩拖重能力最大？为什么？ (1)(1)以锻造方法制得的拖钩拖重能力最大。以锻造方法制得的拖钩拖重能力最大。(2)(2)这是因为锻造可以这是因为锻造可以（a a）细化晶粒、改善细化晶粒、改善组织，提高力学性能；（组织，提高力学性能；（b b）压合部分铸造）压合部分铸造缺陷；（缺陷；（c c）使纤维组织不被切断，并沿制）使纤维组织不被切断，并沿制件外形合理分布。件外形合理分布。图3-2 拖钩 拔长；拔长；切肩、拔长；切肩、拔长；切肩、拔长。切肩

36、、拔长。5 5对图对图3-33-3和图和图3-43-4定性绘出锻件图定性绘出锻件图，并选择，并选择自由锻基自由锻基本工序本工序（零件全部机械加工）。（零件全部机械加工）。（1 1）阶梯轴（图）阶梯轴（图3-33-3）。坯料尺寸：）。坯料尺寸：150150220 220 ；材料：材料：4545钢钢 ；生产批量：；生产批量：1010件。件。 （2 2）套筒（图）套筒（图3-43-4）。坯料尺寸：）。坯料尺寸：150150170 170 ；材；材料：料：4545钢钢 ；生产批量：；生产批量：2020件。件。 镦粗；镦粗；冲孔；冲孔；切肩；切肩；芯轴拔长。芯轴拔长。或者：或者：拔长；拔长；局部镦粗；局

37、部镦粗；冲孔。冲孔。6 6图图3-53-5所示零件大批量生产时，应选择哪种锻造方法所示零件大批量生产时，应选择哪种锻造方法较为合理？请定性绘出锻件图，并选择锻造基本工序。较为合理？请定性绘出锻件图，并选择锻造基本工序。模型锻造。模型锻造。工序工序:1):1)镦粗、镦粗、2 2）预锻、）预锻、3 3）终锻、）终锻、4 4）切边、）切边、5 5）冲孔、）冲孔、6 6）修整。）修整。其余图3-5 齿轮 7. 7. 将材料及尺寸均相同的金属坯料加热到相同的温度，将材料及尺寸均相同的金属坯料加热到相同的温度，分别在空气锤和水压机上成形时，金属坯料的变形抗力是分别在空气锤和水压机上成形时，金属坯料的变形抗

38、力是否相同？为什么？当金属材料的塑性较差时，应采用何种否相同？为什么？当金属材料的塑性较差时，应采用何种锻压设备进行成形？锻压设备进行成形？（1 1）不同。）不同。（2 2）因为在不同的设备上变形速度不同，则其变形抗力）因为在不同的设备上变形速度不同，则其变形抗力不同。其在空气锤上的变形抗力较大，水压机上较小。不同。其在空气锤上的变形抗力较大，水压机上较小。（3 3）当金属材料的塑性较差时，应采用水压机进行成形。）当金属材料的塑性较差时，应采用水压机进行成形。8.8.现拟将一厚度为现拟将一厚度为2mm2mm，直径为，直径为120mm120mm的平板坯料，拉深成直径为的平板坯料，拉深成直径为40

39、mm40mm，高度为，高度为40mm40mm的杯形零件，如图的杯形零件，如图3-63-6所示。为防止其产生拉裂、所示。为防止其产生拉裂、拉穿、起皱等缺陷，在模具设计及工艺上应采取什么措施？现拟采用多拉穿、起皱等缺陷，在模具设计及工艺上应采取什么措施？现拟采用多次拉深成形，需拉深几次方可成形（写出计算过程）次拉深成形，需拉深几次方可成形（写出计算过程） 。在模具设计及工艺上应采取：在模具设计及工艺上应采取： 凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角；凸凹模的工作部分必须具有一定的圆角； 凸凹模凸凹模间隙要合理；间隙要合理； 控制拉深系数（控制拉深系数（mm）；）； 设置压边圈；设置压边圈； 涂润滑油涂

40、润滑油拉深次数：拉深次数：2 2次次 m=d/D=0.5m=d/D=0.50.8 0.8 ；设取设取 mm1 1=0.5=60/120 =0.5=60/120 得得d d1 1=60 m=60 m2 2=40/60=0.67=40/60=0.670.50.5由上面的计算可知，两次拉深即可成形。由上面的计算可知，两次拉深即可成形。 图3-6 拉深件 9 9下列自由锻件、模锻件及冲压件的结构工艺性是否下列自由锻件、模锻件及冲压件的结构工艺性是否合理，若不合理，请修正。合理，若不合理，请修正。12121. 1. 按照实现焊接过程手段的不同，焊接方法可分为按照实现焊接过程手段的不同，焊接方法可分为熔化

41、焊、熔化焊、压力焊压力焊和和钎焊钎焊三大类。埋弧自动焊属于三大类。埋弧自动焊属于熔化焊熔化焊。2. 2. 手工电弧焊的焊条由（手工电弧焊的焊条由（1 1）焊条芯焊条芯和（和（2 2）药皮药皮两部分组两部分组成；（成；（1 1）的作用是）的作用是导电、导电、填充填充；（；（2 2）的作用是）的作用是机机械保护作用、械保护作用、 冶金处理作用、冶金处理作用、稳定电弧的作用稳定电弧的作用。金属材料成形基础作业（金属材料成形基础作业（4 4） 3 3焊接接头由（焊接接头由（1 1） 焊缝焊缝 和（和（2 2） 焊接热影响区焊接热影响区 组成，组成，（2 2）又可分为）又可分为 熔合区熔合区 ， 过热区

42、过热区 ， 正火区正火区 和和 部分相变部分相变区区 等四个区域，其中对焊接接头性能影响最大的区域是等四个区域，其中对焊接接头性能影响最大的区域是熔熔合区合区和和过热区过热区 。 一、填空题一、填空题5. 5. 生产中常见的焊接变形形式有：生产中常见的焊接变形形式有：收缩变形、角变形、弯收缩变形、角变形、弯曲变形、扭曲变形、波浪形变形曲变形、扭曲变形、波浪形变形等五种。减小和预防焊接变等五种。减小和预防焊接变形的工艺方法有：形的工艺方法有：加裕量法、反变形法、刚性固定法、选择加裕量法、反变形法、刚性固定法、选择合理的焊接次序合理的焊接次序等。矫正焊接变形的方法有：等。矫正焊接变形的方法有：机械

43、矫正法机械矫正法和和火焰矫正法火焰矫正法。 4. 4. 焊接时，产生焊接应力和变形的主要原因是：焊接时，产生焊接应力和变形的主要原因是：在焊在焊接过程中，对工件进行局部加热和快速冷却。接过程中，对工件进行局部加热和快速冷却。 6. 6. 根据钎料熔点的不同，钎焊可分为：根据钎料熔点的不同，钎焊可分为：软钎焊和硬钎软钎焊和硬钎焊焊 两类，在焊接硬质合金车刀时，常用两类，在焊接硬质合金车刀时，常用硬钎焊硬钎焊 ；而在；而在焊接电器元件时，常用焊接电器元件时，常用软钎焊软钎焊。7 7焊接时往往都要对被焊工件进行加热。熔化焊加热的目的焊接时往往都要对被焊工件进行加热。熔化焊加热的目的是是熔化母材和焊接

44、材料熔化母材和焊接材料；压力焊加热的目的是；压力焊加热的目的是使母材处于塑使母材处于塑性状态性状态；钎焊加热的目的是；钎焊加热的目的是熔化钎料、润湿母材熔化钎料、润湿母材。8 8如图如图4-14-1所示为汽车传动轴，由锻件所示为汽车传动轴，由锻件(45(45钢钢) )和钢管和钢管(Q235(Q235钢钢) )焊接而成。大批量生产时，合适的焊接方法为焊接而成。大批量生产时，合适的焊接方法为COCO2 2气体保气体保护焊护焊 ；使用的焊接材料为；使用的焊接材料为焊丝焊丝H08MnH08Mn。9 9汽车车轮由轮圈和辐板组成，材料均汽车车轮由轮圈和辐板组成，材料均为为Q235Q235钢，如图钢，如图4

45、-24-2所示。大批量生产所示。大批量生产时，轮圈由卷板机卷成，再经时，轮圈由卷板机卷成，再经手工电弧手工电弧焊焊焊接而成；而轮圈与辐板则用焊接而成；而轮圈与辐板则用COCO2 2气气体保护焊体保护焊焊接连为一体，焊接材料为焊接连为一体，焊接材料为焊焊丝丝H08MnH08Mn 。1010焊接时一般都要对被焊区域进行保护，以防有害气体的焊接时一般都要对被焊区域进行保护，以防有害气体的侵入。手工电弧焊采用侵入。手工电弧焊采用熔渣熔渣保护；埋弧自动焊采用保护；埋弧自动焊采用焊剂焊剂 保护；氩弧焊的保护措施是保护；氩弧焊的保护措施是氩气氩气保护；而在钎焊过程中则保护；而在钎焊过程中则利用利用熔剂熔剂来

46、进行保护来进行保护。图4-2 汽车车轮 二、简答题与应用题二、简答题与应用题1 1. . 减少焊接应力的工艺措施有哪些？如何消除焊接应力？减少焊接应力的工艺措施有哪些？如何消除焊接应力？1 1）减少焊接应力的工艺措施：）减少焊接应力的工艺措施：（1 1）合理选择焊接顺序；（）合理选择焊接顺序；（2 2）锤击或碾压焊缝；）锤击或碾压焊缝；（3 3）采用小能量、多层焊；（）采用小能量、多层焊；（4 4）焊前预热、焊后缓冷。）焊前预热、焊后缓冷。2 2）消除焊接应力：焊后去应力退火）消除焊接应力：焊后去应力退火 2. 2. 试分析焊接工人在焊接厚焊件时，为什么有时用试分析焊接工人在焊接厚焊件时，为什

47、么有时用园头小锤对处于红热状态的焊缝进行敲击？园头小锤对处于红热状态的焊缝进行敲击？答：因为厚大焊件强度大，在焊接过程中不易变形，焊答：因为厚大焊件强度大，在焊接过程中不易变形，焊接应力较大，致使工件产生裂纹的倾向较大。所以在焊接应力较大，致使工件产生裂纹的倾向较大。所以在焊接过程中，常用园头小锤对处于红热状态的焊缝进行敲接过程中，常用园头小锤对处于红热状态的焊缝进行敲击，使其产生塑性变形，以减小应力，减小其产生裂纹击，使其产生塑性变形，以减小应力，减小其产生裂纹的倾向。的倾向。3. 3. 焊接热影响区的宽窄对焊接接头的性能有什么影响？焊接热影响区的宽窄对焊接接头的性能有什么影响？如何减少和消

48、除焊接热影响区？如何减少和消除焊接热影响区？答：答：1 1）焊接接头包括焊缝和焊接热影响区。热影响区）焊接接头包括焊缝和焊接热影响区。热影响区的宽窄对焊接接头的质量起着决定性的作用。热影响区的宽窄对焊接接头的质量起着决定性的作用。热影响区越宽，焊接接头产生裂纹的倾向越大，承载能力越差。越宽，焊接接头产生裂纹的倾向越大，承载能力越差。 2 2）减小和消除热影响区的方法有：减小和消除热影响区的方法有： 小电流、快速焊接；小电流、快速焊接； 采用先进的焊接方法；采用先进的焊接方法； 焊前预热、焊后热处理（正火）焊前预热、焊后热处理（正火）4. 4. 钎焊与熔化焊相比，其焊接过程的实质有什么不同？钎焊

49、与熔化焊相比，其焊接过程的实质有什么不同？钎焊时所用的熔剂起什么作用？钎焊时所用的熔剂起什么作用？答：答：1 1）熔焊是将被焊工件局部加热到熔化状态，彼此产生）熔焊是将被焊工件局部加热到熔化状态，彼此产生原子间的结合形成共同的接头，实现永久的连接。而钎焊是原子间的结合形成共同的接头，实现永久的连接。而钎焊是用低熔点的金属做钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点用低熔点的金属做钎料，将工件和钎料加热到高于钎料熔点而低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材，填充接头而低于母材熔点的温度，利用液态钎料湿润母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，冷却凝固后实现连接，其两被焊工间隙并与母材相互扩散，冷却凝固后

50、实现连接，其两被焊工件之间无原子间的结合。件之间无原子间的结合。2 2）钎焊时所用熔剂的作用：钎焊时所用熔剂的作用： 清理作用清理作用去除表面氧化皮去除表面氧化皮 降低表面张力降低表面张力改善液态钎料对焊件的湿润性，增强改善液态钎料对焊件的湿润性，增强毛细管作用。毛细管作用。 保护作用保护作用5 5简述熔焊冶金过程特点及保证焊接质量的措施。简述熔焊冶金过程特点及保证焊接质量的措施。（1 1）熔焊冶金过程特点）熔焊冶金过程特点a. a. 熔池金属温度高于一般冶金温度；熔池金属温度高于一般冶金温度；b. b. 熔池金属冷却快，处于液态的时间短；熔池金属冷却快，处于液态的时间短；c. c. 空气对焊

51、缝的影响严重。空气对焊缝的影响严重。（2 2）保证焊接质量的工艺措施）保证焊接质量的工艺措施a. a. 减少有害气体进入熔池；减少有害气体进入熔池；b. b. 渗入合金元素；渗入合金元素；c. c. 清除已进入熔池的有害元素。清除已进入熔池的有害元素。6. 6. 铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属焊接的主要问题是铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属焊接的主要问题是什么？在生产中常采取哪些措施解决这些问题？什么？在生产中常采取哪些措施解决这些问题？（1）铝及铝合金的焊接特点：）铝及铝合金的焊接特点： 1 1）易氧化；）易氧化； 2 2）易产生气孔；）易产生气孔； 3 3）易变形开裂；）易变形开裂； 4

52、 4）接头易软化。）接头易软化。采用采用氩弧焊氩弧焊、气焊、钎焊、电阻焊。气焊、钎焊、电阻焊。（2 2）铜及铜合金的焊接特点）铜及铜合金的焊接特点 1 1）难熔合；）难熔合； 2 2）易氧化；）易氧化； 3 3）易产生气孔；）易产生气孔； 4 4）易变形开裂；）易变形开裂；采用采用氩弧焊氩弧焊、气焊、钎焊、碳弧焊。气焊、钎焊、碳弧焊。7 7在焊接如图在焊接如图4-34-3所示的所示的T T字形截面梁时，由于焊缝位置分字形截面梁时，由于焊缝位置分布不对称，该件焊后易产生弯曲变形，请在原图上用虚线画布不对称，该件焊后易产生弯曲变形，请在原图上用虚线画出该图可能弯曲后的焊件轮廓（即焊件的弯曲方向）。

53、现拟出该图可能弯曲后的焊件轮廓（即焊件的弯曲方向）。现拟用火焰加热法矫正该变形，试在原图上标注出加热部位。用火焰加热法矫正该变形，试在原图上标注出加热部位。1 12 23 38 8现有厚现有厚4mm4mm，长，长1200mm1200mm，宽，宽800mm800mm的钢板的钢板3 3块，需块，需拼焊成一块长拼焊成一块长1800mm1800mm、宽、宽1600mm1600mm的矩形钢板，问如图的矩形钢板，问如图3-23-2所示的结构设计是否合理？若不合理，请予以改正。为所示的结构设计是否合理？若不合理，请予以改正。为减小焊接应力与变形，其合理的焊接次序应如何安排？减小焊接应力与变形，其合理的焊接次

54、序应如何安排？焊接次序焊接次序：1 1 2 32 39 9用用30mm厚的厚的16Mn钢板焊接一直径为钢板焊接一直径为5m的容器。的容器。16Mn的的化学成分如下：化学成分如下：wc=0.12%0.20%； wSi=0.20%0.55%；wMn=1.20%1.60%；wP、S0.045。 (1)计算计算16Mn的碳当量；的碳当量； (2)判断判断16Mn的焊接性；的焊接性； (3)在常温下焊接时是否需要预热？预热温度应为多少在常温下焊接时是否需要预热？预热温度应为多少?（1）16Mn的成分取上限时：的成分取上限时：Ce=0.2+1.6/6=0.47（2）16Mn焊接性较差。焊接性较差。（3）由

55、于）由于16Mn的焊接性较差，焊件厚度又较厚，需焊前适的焊接性较差，焊件厚度又较厚，需焊前适当预热，以防止裂纹的产生。预热温度当预热，以防止裂纹的产生。预热温度150250 。10什么是焊接电弧？试画出焊接电弧的结构，并指出各什么是焊接电弧？试画出焊接电弧的结构，并指出各部分的名称、温度及热量分布。部分的名称、温度及热量分布。（1）焊接电弧是在具有一定电压的电极与焊件之间）焊接电弧是在具有一定电压的电极与焊件之间的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。的气体介质中产生的强烈而持久的放电现象。（2）电弧的构造及温度、热量分布）电弧的构造及温度、热量分布阴极区：阴极区：阳极区：阳极区：弧柱区：弧柱

56、区：2400K 占占36%2600K 占占42%50008000K 占占21% 1111判断下列各种焊件的结构是否合理？若不合理，判断下列各种焊件的结构是否合理？若不合理，请在原图上修改。请在原图上修改。 1. 1. 切削用量三要素是切削用量三要素是 v v、f f、a ap p 。车外圆时，已知工件。车外圆时，已知工件转速转速n=320r/minn=320r/min，车刀移动速度，车刀移动速度v vf f=64mm/min=64mm/min，其它条件如图其它条件如图5-15-1所示，试求切削速度所示，试求切削速度v v、进给量、进给量f f、切、切削深度削深度a ap p。 )(67. 16

57、0100032010014. 3601000smndvm)(2 . 032064mmnvff)(32941002mmddawmp金属材料成形基础作业（金属材料成形基础作业（5 5）2. 2. 绘图表注下列刀具的几何角度（绘图表注下列刀具的几何角度（ 0 0 、 0 0 、Kr Kr 、KrKr）1 1）外圆车刀（）外圆车刀（ 0 0 =10 =100 0 、 0 0 =8 =80 0 、Kr =60Kr =600 0 、KrKr=10=100 0）2 2）端面车刀（）端面车刀（ 0 0 =15 =150 0 、 0 0 =10 =100 0 、Kr =45Kr =450 0 、KrKr =30

58、 =300 0）3 3）内圆车刀（）内圆车刀（ 0 0 =10 =100 0 、 0 0 =8 =80 0 、Kr =60Kr =600 0 、KrKr =10 =100 0）1 1）车外圆）车外圆d dw wd dm mnf f切削平面切削平面主剖面主剖面 0 0 0 0krkrKrKrf f切削平面切削平面主剖面主剖面 0 0 0 0krkrKrd dw wn(2) (2) 端面车刀端面车刀f f 0 0 0 0krkrKrn(3) (3) 内圆车刀内圆车刀3. 3. 切削刀具材料应具备切削刀具材料应具备 较高的硬度；较高的硬度； 有足够的强度和有足够的强度和韧性；韧性； 有较好的耐磨性；

59、有较好的耐磨性； 较高的耐热性；较高的耐热性； 有较好有较好的工艺性等的工艺性等性能。常用的刀具材料有：性能。常用的刀具材料有： 碳素工具钢；碳素工具钢； 合金工具钢；合金工具钢； 高速钢；高速钢； 硬质合金硬质合金4. 4. 可加工内圆表面的切削加工方法有：可加工内圆表面的切削加工方法有：钻、扩、铰、车、镗、钻、扩、铰、车、镗、拉、铣、磨、珩磨拉、铣、磨、珩磨，其中在实体上加工孔时，必须首先进行，其中在实体上加工孔时，必须首先进行钻削钻削加工。加工。5. 5. 可加工平面的切削加工方法有：可加工平面的切削加工方法有：刨、铣、车（端面）、磨、刨、铣、车（端面）、磨、拉、研磨拉、研磨，其中，其中

60、刨刨和和铣铣是最主要的方法。是最主要的方法。6 6切削力可分解切削力可分解为主切削力（切向力）为主切削力（切向力） 、背向力（径向、背向力（径向力）力）和和进给力（轴向力），进给力（轴向力），影响切削力的因素有影响切削力的因素有 工件材工件材料，切削用量，刀具角度料，切削用量，刀具角度和和刀具材料及切削液刀具材料及切削液。8.8.切屑的种类有切屑的种类有带状切屑带状切屑 、节状切屑、节状切屑和和崩碎切屑崩碎切屑；影；影响切屑变形的因素有响切屑变形的因素有工件材料、刀具角度、切削用量工件材料、刀具角度、切削用量。 7.7.刀具磨损的形式有刀具磨损的形式有前刀面磨损前刀面磨损 、后刀面磨损后刀面磨