金属成形加工基础 王英杰 习题答案Word下载.docx

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4．手工造型方法有：

整体模造型、分开模造型、挖砂造型、假箱造型、活块造型、三箱造型和刮板造型。

5．浇注系统由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。

6．造型方法通常分为手工造型和机器造型两大类。

7．金属液从浇注温度冷却到室温要经过液态收缩、凝固收缩、固态收缩三个阶段。

8．铸造应力分为收缩应力、热应力和相变应力。

9．所谓顺序凝固是指铸件按“薄壁→厚壁→冒口”的顺序进行凝固的过程。

三、简答题

1．铸造生产有哪些特点?

答：

（1）铸造成形适应性广。

铸造成形可制造形状复杂且不受工件尺寸、质量和生产批量限制的铸件。

（2）铸造成形具有良好的经济性。

（3）铸件力学性能较低。

2．绘制铸造工艺图时应确定哪些主要的工艺参数?

绘制铸造工艺图时应考虑的主要工艺参数是加工余量、起模斜度、铸造圆角、收缩率和芯头等。

3．铸件上产生缩孔的根本原因是什么?

定向凝固为什么能避免缩孔缺陷?

液态金属在铸型内凝固过程中，由于补缩不良，在铸件最后凝固的部分将形成孔洞。

定向凝固可以使铸件各个部位的凝固收缩均能得到液态金属的充分补缩，从而将缩孔转移到冒口之中。

冒口为铸件的多余部分，在铸件清理时切除，即可得到无缩孔的铸件。

4．按内浇道在铸件上的位置，浇注系统分为哪几个类型？

浇注系统的类型按内浇口在铸件上的位置，浇注系统可设计成顶注式浇注系统、中注式浇注系统、底注式浇注系统、阶梯式浇注系统等形式。

5．影响金属流动性的因素有哪些？

金属流动性的大小与浇注温度、化学成分和铸型的充填条件等因素有关。

浇注温度高，液态金属所含的热量多，在同样冷却条件下，保持液态的时间长。

同时，在液态金属停止流动前传给铸型的热量也多，导致铸型的温度升高，使金属的冷却速度降低，从而使液态金属的流动性增强。

化学成分不同的金属具有不同的结晶特点，其流动性也不同。

其中纯金属和共晶成分的合金流动性最好。

铸型中凡能增加金属液流动阻力和提高冷却速度的因素均使流动性降低。

6．图1—42中的铸件结构是否合理?

应如何修改?

不合理。

上端的小孔直径改成上小、下大，或者是改成上下一样的直径，但要设立起模斜度。

7．采用砂型铸造方法制造图1—43所示的哑铃20件，问应采用何种造型方法?

为什么?

因为哑铃制造数量20件，数量较少，而且哑铃的结构上下对称，中间的截面又是最大之处，所以可以采用分开模造型。

8．图1—44中的铸件结构有何缺点?

如何改进?

结构上的两圆柱凸出需要进行活块造型，在造型时容易错型。

可以将两支承部分加宽，增加强度，并去掉活块部分；

或者是将圆柱凸出部分往下拉，与水平结构相连，取消活块，方便造型。

四、课外研讨

观察“马踏飞燕”青铜器的外形，分析此青铜器的铸造工艺，并分析这种设计思想的内涵是什么?

如果感兴趣，请撰写一篇关于对“马踏飞燕”青铜器制造方法的研究论文。

（1）形容马奔跑得快和高；

（2）飞燕用于增加马的稳定性。

第二单元锻压成形

1．冷变形强化

随着金属冷变形程度的增加，金属材料的所有强度指标和硬度都有所提高，但塑性有所下降，这种现象称为冷变形强化。

2．再结晶

当加热温度较高时，塑性变形后的晶粒及被拉长了的晶粒会重新生核，转变为均匀的等轴晶粒，并且金属的锻造性能得到恢复，这个过程称为再结晶。

3．余块

余块是指在锻件的某些难以锻出的部位加添一些大于余量的金属体积，以简化锻件的外形及锻件的锻造工艺过程，在零件的某些地方增添的金属。

4．热加工

在再结晶温度以上进行的塑性变形称为热加工。

5．可锻性

可锻性是指金属材料在锻压加工过程中经受塑性变形而不开裂的能力。

6．锻造流线

塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，且在再结晶过程中不会消除，这样热锻后的金属组织具有一定的方向性，通常将这种组织称为锻造流线。

7．锻造比

金属变形前后的截面比、长度比或高度比称为锻造比。

二、填空题

1.塑性与变形抗力是衡量可锻性优劣的两个主要指标，塑性愈高，变形抗力愈小，金属的可锻性愈好。

2.随着金属冷变形程度的增加，金属的强度和硬度提高，塑性和韧性降低，使金属的可锻性变差。

3.金属加热的目的是提高金属的塑性和降低变形抗力，以改善金属的可锻性和获得良好的锻后组织。

4.金属塑性变形过程的实质是位错沿着滑移面的运动过程。

5.锻件图是在零件图的基础上，考虑加工余量、锻件工差、工艺余块等因素后绘制而成的。

6.弯曲件的弯边直线高度应大于板厚的两倍，否则，应先压槽后弯曲，或加高弯曲后再将多余的高度切除。

7.弯曲件的弯曲半径应大于材料许可的最小弯曲半径，以免弯裂。

8.弯曲件弯曲后，由于有回弹现象，所以，弯曲模具的角度应比成品零件的角度小一个回弹角α。

9．冲压的基本工序可分为分离工序和变形工序两大类。

三、判断题

1.细晶组织的可锻性优于粗晶组织。

（对）

2.非合金钢中碳的质量分数愈低，可锻性愈差。

（错）

3.零件工作时的拉应力应与锻造流线方向一致。

4.金属在常温下进行的变形为冷变形，加热后进行的变形为热变形。

5.因锻前进行了加热，所以，任何金属材料均可进行锻造。

6.纯金属组织和未饱和的单相固溶体组织具有良好的可锻性。

7.冲压件材料应具有良好塑性。

8.弯曲模的角度必须与冲压弯曲件的弯曲角度一致。

9.落料与冲孔的工序方法相同，只是工序目的不同。

四、简答题

1.确定锻造温度范围的原则是什么?

确定始锻温度的原则是在不出现过热与过烧的前提下，应尽量提高始锻温度，以增加金属的塑性，降低变形抗力，有利于金属锻造成形加工。

确定终锻温度的原则是在保证锻造结束前金属还具有足够的塑性，以及锻造后能获得再结晶组织的前提下，终锻温度应稍低一些。

2.冷变形强化对锻压加工有何影响？

如何消除冷变形强化现象?

强度与硬度随变形程度的增大而提高，塑性与韧性则明显下降。

所以，冷变形强化使金属的可锻性能恶化。

消除冷变形强化现象的方法是进行再结晶退火处理。

3.自由锻有哪些主要工序？

说明其主要应用?

自由锻是通过局部锻打逐步成形的，它的基本工序包括：

镦粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、错移及扭转等。

镦粗是指使毛坯高度减小，横截面积增大的锻造工序，常用于锻造齿轮坯、圆盘、凸缘等锻件。

拔长是指使毛坯横断面积减小，长度增加的锻造工序，常用于锻造拉杆类、轴类、曲轴等锻件。

冲孔是指在坯料上冲出透孔或不透孔的锻造工序，常用于锻造齿轮坯、套筒、圆环类等空心锻件。

切割是指将坯料分成几部分或部分地割开或从坯料的外部割掉一部分或从内部割掉一部分的锻造工序，常用于下料、切除锻件的料头、钢锭的冒口等。

弯曲是指采用一定的工模具将毛坯弯成所规定的外形的锻造工序，常用于锻造角尺、弯板、吊钩、链环等一类轴线弯曲的零件。

错移是指将坯料的一部分相对另一部分错开一段距离，但仍保持这两部分轴线平行的锻造工序，常用于锻造曲轴类零件。

扭转是将坯料的一部分相对于另一部分绕其轴线旋转一定角度的锻造工序。

该工序多用于锻造多拐曲轴、麻花钻和校正某些锻件。

4.自由锻件结构工艺性有哪些基本要求?

（1）避免圆锥面过渡、斜面过渡，改为圆柱面过渡、平面过渡；

（2）避免曲面截交，改为曲面与平面截交；

（3）避免内侧凸台，改为整体实心；

（4）避免加强筋结构，采用其他措施加固零件。

5.对拉深件如何防止皱折和拉裂?

为防止折皱的产生，必须用压边圈将坯料压住。

压力的大小以工件不起皱为宜，压力过大会导致拉裂。

五、分析题

1.试确定图2-33中自由锻件的主要变形工序（其中d0=2d1，d0为坯料直径）：

坯料拔长（尺寸到d1）→压肩，测取

1→局部拔长（尺寸到d2）→压肩，测取

2→局部拔长（尺寸到d3）→切头，保证锻件总长

→校正→热处理。

2.试确定图2-34中自由锻件的主要变形工序（其中d0=2d1=4d2，d0为坯料直径）：

坯料冲孔→穿棒拔长（孔径尺寸保证d2），并使锻件外径尺寸达d1→→切头，保证锻件总长→校正→热处理。

3.判断图2-35中锻压结构设计是否合理，提出不合理的之处?

不合理，图2-35a中的锻压结构中的侧肋板结构难以锻出；

不合理，图2-35b中的锻压结构中的圆锥面和右端的外圆凸台难以锻出；

不合理，图2-35c中的锻压结构中的凸台和斜面难以锻出；

不合理，图2-35d中的锻压结构中的分模面深度不是最小，分模面宽度不是最大；

不合理，图2-35e中的锻压结构中的内孔没有拔模斜度难以锻出；

不合理，图2-35f中的锻压结构中的分模面深度不是最小，分模面宽度不是最大；

不合理，图2-35g中的弯曲件中的孔离弯边太近，难以保证孔的精度；

图2-35h中的落料件中的两个尖角难以冲出；

图2-35i中的模锻件中的内腔没有拔模斜度，内外交角处没有过渡圆角，难以锻出。

4.画出图2-36中零件的自由锻图（不需具体确定尺寸）：

略。

六、课外调研

观察小金匠锻制金银手饰的操作过程，分析整个操作过程中的各个工序的作用或目的，并编制其制作工艺流程。

参考答案：

以制作戒子为例，其制作过程是：

熔化→拔长→再结晶退火→拔长→再结晶退火→局部造型→修饰→再结晶退火。

第三单元焊接成形

一、名词解释

1．焊接

焊接是指通过加热或加压或同时加热加压，并且用或不用填充材料使工件达到结合的一种工艺方法。

2．熔焊

熔焊是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。

3．压焊

压焊是焊接过程中必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的焊接方法。

4．钎焊

钎焊是采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的的工艺方法。

5．焊接性

焊接性是金属材料在限定的施工条件下焊接成规定设计要求的构件，并满足预定服役要求的能力。

6．焊条电弧焊

焊条电弧焊是用手工操纵焊条进行焊接的电弧焊方法。

7．气焊

气焊是利用气体火焰作为热源来熔化母材和填充金属，实现金属焊接的一种方法。

8．气体保护焊

气体保护电弧焊是利用外加气体作为电弧介质并保护电弧和焊接区的电弧焊，简称气体保护焊。

9．等离子弧焊

等离子弧焊接是借助水冷喷嘴对电弧的拘束作用，获得较高能量密度的等离子弧进行焊接的方法。

10．电阻焊

电阻焊是工件组合后通过电极施加压力，利用电流流过接头的接触面及邻近区域产生的电阻热进行焊接的方法。

1.焊接电弧由阴极区、阳极区、弧柱区三部分组成。

2.焊件接阳极，焊条接阴极的接法称为正接法。

3.生产中按焊接电流的种类不同，电焊机可以分为交流弧焊机和直流弧焊机两大类。

4.电焊条由焊芯和药皮组成。

5.焊缝的空间位置有平焊、横焊、立焊、仰焊。

6.焊接接头的基本形式有对接接头、角接接头、T形接头、搭接接头。

7.气焊的主要设备工具有氧气瓶、氧气减压器、乙炔气瓶、乙炔减压器、回火防止器、焊炬等。

8.气焊火焰分为中性焰、碳化焰、氧化焰。

9.焊接变形的基本形式有收缩变形、角变形、扭曲变形、波浪变形、弯曲变形。

10.预防和消除焊接应力与焊接变形一般从设计和工艺采取措施。

11.矫正焊接变形的方法有机械矫正、火焰矫正两大类。

12.金属材料焊接接头包括焊缝、熔合区和热影响区三部分。

三、选择题

1.下列焊接方法中属于熔焊的有C。

A摩擦焊；

B.电阻焊；

C.激光焊；

D.高频焊。

2.焊接电弧中阴极区的温度大约是A，阳极区的温度大约是B，弧柱区的温度大约是C。

A.2400K左右；

B.2600K左右；

C.6000K～8000K。

3.焊接一般结构件时用A，焊接重要结构件时用B，当焊缝处有铁锈、油脂等物时用A，要求焊缝抗裂性能高时用B。

A.酸性焊条；

B.碱性焊条。

4.气焊低碳钢时应选用A，气焊黄铜时应选用B，气焊铸铁时应选用C。

A.中性焰；

B.氧化焰；

C.碳化焰。

5.下列金属材料中焊接性好的是A，焊接性差的是B、C、D。

A.低碳钢；

B.铸铁；

C.高合金钢；

D.紫铜。

6.下列减少和预防焊接应力与焊接变形的措施中哪些是工艺措施A、C、D。

A.焊前预热；

B.减少焊缝数量；

C.反变形法；

D.刚性固定法。

四、判断题

1.凡是焊接时在接头处施压的焊接就是压焊。

2.焊条电弧焊是非熔化极电弧焊。

3.电焊钳的作用就是夹持焊条。

4.选用焊条直径越大时，焊接电流也应越大。

5.在焊接的四种空间位置中，横焊是最容易操作的。

6.所有的金属都适合于进行氧—乙炔火焰切割。

7.钎焊时的温度都在450℃以下。

五、简答题

1.熔焊、压焊、钎焊有何区别?

熔焊。

它是将待焊处的母材金属熔化以形成焊缝的焊接方法。

压焊。

焊接过程中，必须对焊件施加压力（加热或不加热）以完成焊接的焊接方法。

钎焊。

采用比母材熔点低的金属材料作钎料，将焊件和钎料加热到高于钎料熔点，低于母材熔化温度，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散实现连接焊件的的工艺方法。

2.焊条的焊芯与药皮各起什么作用?

答；

焊芯是组成焊缝金属的主要材料。

它的主要作用是传导焊接电流，产生电弧并维持电弧燃烧；

其次是作为填充金属与母材熔合成一体，组成焊缝。

药皮由一系列矿物质、有机物、铁合金和粘结剂组成。

它的主要作用是：

（1）保证焊接电弧的稳定燃烧；

（2）向焊缝金属渗入某些合金元素，提高焊缝金属的力学性能；

（3）改善焊接工艺性能，有利于进行各种空间位置的焊接；

（4）使焊缝金属顺利脱氧、脱硫、脱磷、去氢等；

（5）保护熔池与溶滴不受空气侵入。

3.用氧—乙炔切割金属的条件是什么?

（1）金属材料的燃点必须低于其熔点。

否则，切割变为熔割使割口过宽且不整齐。

（2）燃烧生成的金属氧化物的熔点应低于金属本身的熔点，这样熔渣具有一定的流动性，便于高压氧气流吹掉。

（3）金属在氧气中燃烧时所产生的热量应大于金属本身由于热传导而散失的热量，这样才能保证有足够高的预热温度，使切割过程不断地进行。

4.预防和减少焊接应力与焊接变形的措施有哪些?

预防和减少焊接应力与焊接变形一般从设计方面和工艺方面采取措施。

（1）设计方面的措施有：

选用合理的焊缝尺寸和形状；

尽可能减少焊缝数量；

尽可能使焊缝分散，避免集中；

合理安排焊缝位置；

焊接接头的厚薄处要逐渐过渡；

采用刚性较小的接头形式。

（2）工艺方面的措施有：

焊前预热，焊后缓冷；

采用合理的焊接顺序和方向；

反变形法；

采用刚性固定法；

焊后及时消除应力。

5.钢的碳当量大小对钢的焊接性有何影响？

根据一般经验，当钢的碳当量CE<

0.4%时，淬硬倾向小，焊接性良好，焊接时不需预热；

当钢的碳当量CE=0.4%～0.6%时，淬硬倾向较大，焊接性较差，焊接时一般需要预热；

当钢的碳当量CE>

0.6%时，淬硬倾向严重，焊接性差，焊接时需要较高的预热温度和采取严格的工艺措施。

6.如何合理地布置焊缝?

（1）焊缝布置应尽量避免仰焊缝，减少立焊缝。

（2）焊缝位置要便于操作。

（3）焊缝位置应保证焊接装配工作能顺利进行。

（4）焊缝应尽量避开最大应力处或应力集中处。

（5）焊缝应尽量远离切削加工面。

7.用直径20mm的低碳钢制作圆环链，少量生产和大批量生产时各采用什么焊接方法?

少量生产时，采用焊条电弧焊；

大量生产时，采用电阻焊。

六、课外调研

深入社会仔细观察，分析焊接技术在机械制造及工程建设方面的应用。

第四单元金属切削加工基础知识

1．切削运动

在切削过程中，切削刀具与工件间的相对运动，就是切削运动。

2．进给量

进给量是指主运动的一个循环内（一转或一次往复行程）刀具在进给方向上相对工件的位移量。

3．积屑瘤

在一定的切削速度范围内切削塑性材料时，在切削刀具刀尖附近的前面上牢牢地粘附一小块很硬的金属，就是积屑瘤。

4．总切削力

切削刀具总切削力是切削刀具上所有参予切削的各切削部分所产生的切削力的合力。

5．切削刀具的耐用度

切削刀具两次刃磨中间的实际切削时间称为切削刀具的耐用度，单位为min。

1.切削运动包括主运动和进给运动两个基本运动。

2.切削用量三要素是指切削速度、进给量和背吃刀量。

3.目前用于生产上的切削刀具材料的种类有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石、和立方氮化硼等。

4.外圆车刀的切削部分由前面、后面、副后面，主切削刃、副切削刃和刀尖组成。

5.一把普通外圆车刀的主要角度有前角、后角、副后角、主偏角、副偏角、刃倾角等。

6.常见的切屑类型有崩碎切屑、带状切屑、节状切屑三种。

7.切削过程中的物理现象包括积屑瘤、切削力、切削热和刀具磨损。

三、选择题

1.切削刀具的前角是在A内测量的前面与基面的夹角。

A.正交平面；

B.切削平面；

C.基面。

2.在切削运动中，主运动的速度是C。

A.最大的；

B.最小的；

C.不是最大，也不是最小的。

3.切削塑性材料时易形成B，切削脆性材料时易形成A。

A.崩碎切屑；

B.带状切屑；

C.节状切屑。

4.在总切削力的三个分力中，B是最大的，故又称主切削力。

A.进给力Ff；

B.切削力Fc；

C.背向力Fp。

1.主运动可为旋转运动，也可为直线运动。

2.在切削时，切削刀具前角越小，切削越轻快。

3.在切削过程中，进给运动的速度一般远小于主运动速度。

4.与高速钢相比，硬质合金突出的优点是热硬性高、耐高温、耐磨性好。

5.减小切削刀具后角可减少切削刀具后面与已加工表面的摩擦。

6.减小总切削力并不能减少切削热。

1.简述切削刀具材料应具备哪些基本性能？

切削刀具材料必须具备下列基本性能：

（1）高硬度和高耐磨性。

切削刀具材料的硬度一般必须大于被切削的材料的硬度，常温下一般要求60～65HRC，满足足够的切削工作时间，提高切削效率。

（2）高热硬性。

指切削刀具在高温下保持其高硬度和高耐磨性的能力。

（3）较好的化学稳定性。

指切削刀具在切削过程中不发生粘结磨损及高温扩散磨损的能力。

（4）足够的强度和韧性。

指切削刀具材料承受冲击和振动而不破坏的能力。

2.简述积屑瘤的产生过程及对加工的影响。

当滞流层金属与切削刀具前面的外摩擦阻力超过切屑本身的分子结合力时，有一部分金属发生剧烈变形而脱离切屑，停留在切削刀具前面上形成积屑瘤，随后切屑底层金属在开始形成的积屑瘤上逐层积累，积屑瘤也就随之长大。

积屑瘤可代替主切削刃进行切削，起到了保护切削刃、减少刀具磨损的作用。

同时积屑瘤又能使切削刀具的实际前角γo增大，因而可使切削力降低。

但积屑瘤又是时生时灭、时大时小的，会使已加工表面粗糙度值增大。

3.简述影响总切削力的因素和减小总切削力的措施。

（1）工件材料。

材料的强度、硬度愈高，即变形抗力愈大，总切削力也愈大。

（2）切削用量。

背吃刀量ap和进给量f两者加大时，切削力明显增大。

减小背吃刀量ap可有效地降低总切削力。

切削速度υc对总切削力的影响较小。

（3）切削刀具几何角度。

增大前角可有效地减小总切削力；

减小刃倾角，可有效地减小Ff。

（4）冷却润滑条件。

充分的冷却润滑，可使总切削力减小5%～20%。

六、课外观察活动

到现场或利用模型、图片等，仔细观察不同的切削刀具，分析其共同点和不同点。

第五单元金属切削机床基础知识

一、填空题

1．车床主要用于加工各种回转表面。

2．钻床和镗床均为孔加工机床。

3．常用的钻床有台式钻床、立式钻床和摇臂钻床。

4．镗削加工时主运动为镗刀回转，进给运动为工件或镗刀移动。

5．刨床和插床都是平面加工机床，但刨床主要用来加工外表面，而插床主要用来加工内表面。

6．插床与刨床结构上的主要区别是滑枕是直立的。

7．外圆磨削时主运动为砂轮的高速旋转运动，进给运动分别为工件的圆周进给运动、工件的纵向进给运动、砂轮的横向进给运动。

8．常用的平面磨床有卧轴矩台平面磨床和立轴圆台平面磨床。

9．对于高硬度材料来讲，磨削几乎是唯一的切削加工方法。

二、解释下列常见机床型号的含义

C6132：

表示卧式落地车床，其最大车削直径是320mm。

Z5135：

表示立式钻床，其最大钻孔直径是35mm。

Z3040：

表示摇臂钻床，其最大钻孔直径是40mm。

B6065：

表示牛头刨床，其最大刨削长度是650mm。