《材料成型工艺基础》部分习题答案

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....材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案第一章⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度范围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。⑹.何谓同时凝固原则和定向凝固原则？答：①同时凝固原则：将内浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。②定向凝固原则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。第二章⑴ .试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？答：①主要因素：化学成分和冷却速度。②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。.... ....③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果没球墨铸铁好？普通灰铸铁常用热处理方法有哪些？目的是什么？答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除内应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。第三章⑴．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇铸成形？为什么脱蜡时水温不应达到沸点？答：蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成，在常用的蜡料中，石蜡和硬脂酸各占50%，其熔点为50℃~60℃，高熔点蜡料可加入塑料，制模时，将蜡料熔为糊状，目的除了使温度均匀外，对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。蜡在回收处理时，为除去杂质和水分，必须加热到蜡的熔点以上，但不能达到水的沸点。⑼．压力铸造工艺有何优缺点？它与熔模铸造工艺的适用范围有何显著不同？答：压力铸造的优点：①生产率高，便于实现自动化和半自动化；②铸件的尺寸精度高，表面粗糙度低，可直接铸出极薄件或带有小孔、螺纹的铸件；③铸件冷却快，晶粒细小，表层紧密，强度、硬度高；④便于采用嵌铸法。缺点：①压铸机费用高，压铸型制造成本极高，工艺准备时间长，不宜单件、小批量生产；②尚不适用于铸钢、铸铁等高熔点合金的铸造；③由于金属液注入和冷却速度过快，型腔气体难以完全排出，厚壁处难以进行补缩，故压铸件内部常存在气孔、缩孔和缩松。适用范围：压力铸造在汽车、拖拉机、航空、仪表、纺织、国防等工业部门中已广泛应用于低熔点非金属的小型。薄壁、形状复杂的大批量生产；而熔模铸造则适用于航天飞行器、飞机、汽轮机、泵、汽车、拖拉机和机床上的小型精密铸件的复杂刀具生产。⑽．低压铸造的工作原理与压力铸造有何不同？为何铝合金常采用低压铸造？答：①低压铸造是介于金属型铸造和压力铸造之间的一种铸造方法，它是在0.02~0.07MPa的低压下经金属液注入型腔，并在压力下凝固成形而获得铸件的方法。.... ....②低压铸造的浇注压力和速度便于调节，可适应不同材料的铸型，同时，充型平稳，对铸件的冲击力小，气体较易排除，尤其能有效克服铝合金针孔缺陷。⑾．什么是离心铸造？它在圆筒形铸件中有哪些优越性？圆盘状铸件及成形铸件应采用什么形式的离心铸造？答：①将液态金属浇入高速旋转的铸型中，使其在离心力作用下充填铸型和凝固而形成铸件的工艺称为离心铸造。②优点：a.可省去型心，浇注系统和冒口;b.补缩条件好，铸件组织致密，力学性能好。③圆盘状铸件用立式离心铸造，成形铸件采用成形件的离心铸造。第四章⑶．试述分型面与分模面的概念。分模两箱造型时，其分型面是否就是其分模面？答：①分型面是指两半铸型或多个铸型相互接触、配合的表面。分模面是分模时两箱的接触面。②分模两箱造型时，其分型面不一定是分模面。⑷.浇注位置对铸件的品质有什么影响？应按什么原则来选择？答：①浇注位置不当会造成铸件产生夹渣、气孔等缺陷或浇不到、冷隔缺陷。②浇注位置的选择应以保证铸件品质为主，兼顾造型、下芯、合箱及清理操作便利等方面，切不可以牺牲铸件品质来满足操作便利。第五章⑴．试述结构斜度与起模斜度的异同点。答：相同点：都是便于铸造而设计的倾斜。不同点：结构斜度是进行铸件结构设计时设计者自行确定的，其斜度大小一般是没有限制的；起模斜度是有限制的，应根据模样的高度、表面粗糙度以及造型方法来确定。⑵．在方便铸造和易于获得合格铸件的条件下，下图所示构件有何值得改进之处？怎样改进？.... ....第六章⑴．什么是最小阻力定律？答：金属在受外力作用发生塑性变形时，如果金属质点在几个方向上都可流动，那么金属质点就优先沿着阻力最小的方向流动。⑶．轧材中的纤维组织是怎样形成的？它的存在对制作零件有何利弊？.... ....答：①钢锭在压力加工中产生塑性变形时，基体金属的晶粒形状和沿晶界分布的杂质形状将沿着变形方向被拉长，呈纤维状。其中，纤维状的杂质不能经再结晶而消失，在塑性变形后被保留下来，这种结构叫纤维组织。②纤维组织的存在使零件分布状况不能通过热处理消除，只能通过不同方向上的锻压成形才能改变。同时，我们也可以利用纤维组织的方向性，加固零件使零件不易被切断。第七章⑴．如何确定模锻件分模面的位置？答：模锻件分模面要保证以下原则：①要保证模锻件能从模膛中取出；②按选定的分模面制成锻模后，应使上、下两模沿分模面的模膛轮廓一致；③最好把分模面选定在模膛深度最浅的位置处；④选定的分模面应使零件所加的敷料最少；⑤最好使分模面为一个平面，上、下锻模的模膛深度基本一致，以便于锻模制造。第八章⑴．凸、凹模间隙对冲裁件断面品质和尺寸精度有何影响？答：①凸凹模间隙过小：冲裁件断面形成第二光亮带，凸凹受到金属挤压作用增大，增加了与凸凹模之间摩擦力，使冲裁件尺寸略有变化，即落料件外形尺寸增大，冲孔件孔腔尺寸缩小，不能从最短路径重合。②凸凹模间隙过大：冲裁件切断面的光亮带减小，圆角带与锥度增大，形成厚而大的拉长毛剌，同时翘曲现象严重，尺寸有所变化，落料件外形尺寸缩小，冲孔件内腔尺寸增大。③凹凸模间隙合理：冲裁件断面光良带占板厚的1/2~1/3，圆角带、断裂带和锥度均很小，零件尺寸几乎与模具一致。⑺．翻边件的凸缘高度尺寸较大，而一次翻边实现不了时，应采取什么措施？答：可采用先拉深、后冲孔、再翻边的工艺来实现。第九章⑴．辊锻与模锻相比有什么优缺点？答：①辊锻比模锻的优点：a设备简单，吨位小，投资少；b震动小，噪声低，劳动条件好，生产率高，易于实现机械化和自动化；c模具价格低廉，加工容易；d锻件力学性能好；e材料利用率高。②缺点：锻件尺寸精度不高，可锻造形状简单。.... ....⑵．挤压零件生产的特点是什么？答：a.可提高金属抷料的塑性；b.可挤压出各种形状复杂、深孔、薄壁、异形截面的零件；c.零件精度高，表面粗糙度低；d.挤压变形后零件内部的纤维组织是连续的，基本沿零件外形分布而不被切断，提高了零件力学性能。⑷．轧制零件的方法有几种？各有什么特点？答：有四种。纵轧：轧辊轴线与抷料轴线互相垂直；横轧：轧辊轴线与抷料轴线互相平行；斜轧：轧辊轴线与抷料轴线相交成一定角度；楔横轧：利用轧辊轴线与轧件轴线平行，轧辊的辊面上镶有楔形凸棱、并作同向旋转的平行轧辊对沿轧辊轴向送进的坯料进行轧制的成型工艺。第十章⑵.气体保护效果怎样？为什么气体保护可除氢，而且易产生飞溅？答：①气体密度大，受热后体积膨胀大，所以在隔离空气、保护焊接熔池和电弧方面的方面良好。②因是氧化性气体，在高温下易分解称CO和，所以可除氢；CO和导致合金元素的氧化、熔池金属的飞溅和CO气孔。 ⑸.焊接接头有哪几个部分组成？各部分的组织和性能特点怎样？答：①焊接接头由焊缝区和热影响区组成。②焊缝：晶粒以垂直熔合线的方向熔池中心生长为柱状树枝晶，低熔点物将被推向焊缝最后结晶部位，形成成分偏析区。热影响区:熔合区，成分不均，组织为粗大的过热组织或淬硬组织，是焊接热影响区中性能很差的部位；过热区，晶粒粗大，塑性差，易产生过热组织，是热影响区中性能最差的部位；正火区，正火区因冷却时奥氏体发生重结晶而转变为珠光体和铁素体，所以晶粒细小，性能好；部分变相区，存在铁素体和奥氏体两相，晶粒大小不均，性能较差。焊接热影响区是影响焊接接头性能的关键部位。焊接接头的断裂往往出现在热影响区，尤其是熔合区及过热区。⑺．试述热裂纹及冷裂纹的特征、形成原因及防止措施。答：①热裂纹：特征：沿晶界开裂，表面有氧化色彩。原因：焊缝粒状晶形态和晶界存在较多低熔点杂质、接头存在拉应力。.... ....防止措施：限制材料的低熔点杂质、提高焊缝成形条数，防止中心偏析、减少焊接应力。②冷裂纹：特征：无分支，穿晶形，表面无氧化色彩。原因：钢材的淬硬倾向大、焊接接头的含氢量高和结构的焊接应力大。防止措施：选用碱性焊条、焊剂，严格清理，焊前预热，焊后缓冷，减少焊接应力，焊后退火去氢处理。⑻．常用无损检测焊缝的方法有哪几种？分述其原理和适用范围。答：磁粉检验、着色检验、超声波检验、χ射线和γ射线检验。⑽．酸性焊条和碱性焊条有什么不同？各应用于什么场合？答：酸性焊条要皮不含CaF2,生成的气体主要为H2和CO，脱硫。脱磷能力差，焊缝氢含量高。韧性差。碱性焊条要批含有大量的CaCo3和CaF2,生成的气体主要为CO和CO2，脱硫。脱磷能力强，焊缝氢含量低。韧性好酸性焊条用交直流电源焊接，碱性药皮只能用直流电源焊接⒄．电子束焊和激光焊的特点和适用范围。答：电子束焊：①保护效果好，焊缝品质好，适用范围广；②能量密度大，穿透能力强，可焊接厚大截面工件和难熔金属；③加热范围小，热影响区小，焊接变形小；④焊件尺寸大小受真空室容积的限定；⑤电子束焊设备复杂，成本高。主要用于微电子器件焊装、导弹外壳的焊接、核电站锅炉汽包和精度要求高的齿轮等的焊接。激光焊：①高能高速，焊接热影响区小，无焊接变形；②灵活性大，光束可偏转、反射到其它焊接方法不能达到的焊接位置；③生产率高，材料不易氧化；④设备复杂。主要用于薄板和微型件的焊接。第十一章⑵．接触点焊的热源是什么？为什么会有接触电阻？接触电阻对点焊熔核的形成有什么影响？怎样控制接触电阻大小？答:热源：当电流从两极流过焊件时，焊件因具有较大的接触电阻而集中产生电阻热。原因：接触面上存在的微观凹凸不平、氧化物等不良导体膜，使电流线弯曲变长，实际导体面积小，产生接触电阻。影响：接触电阻导致熔核偏向厚板或导热差的材料。方法：可以通过控制焊体表面粗糙度、氧化程度、电极压力的大小来控制接触电阻的大小。⑶什么是点焊的分流和熔核偏移？怎样减少和防止这种现象？答：①分流：因已焊点形成导电通道，在焊下一点时，焊接电流一部分将从已焊点流过，使得焊点电流减少的现象。.... ....②熔核偏移：在焊接不同厚度或不同材质的材料时，因薄板或导热性好的材料吸热少，散热快而导致熔核偏向厚板或导热差的材料的现象。③方法：对不同的材质和板厚的材料应满足不同的最小点距的要求；可采用特殊电极和工艺垫片的措施，防止熔核偏移。⑷．试述电阻对焊和闪光对焊的过程，为什么闪光对焊为固态下的连接接头？答：电阻对焊：先将焊件夹紧并加压，然后通电使接触面积温度达到金属的塑性变形温度（950℃~1000℃），接触面金属在压力下产生塑性变形和再结晶，形成固态焊接接头。闪光对焊：先通电，后接触。开始时因个别点接触、个别点通电而形成的电流密度很高，接触面金属瞬间熔化或气化，形成液态过梁。过梁上存在电磁收缩力和电磁力及斥力而使过梁爆破飞出，形成闪光。闪光一方面排除了氧化物和杂质，另一方面使得对接触的温度迅速升高。当温度分布达到合适的状态后，立刻施加顶锻力，将对接处所有的液态物质全部挤出，使纯净的高温金属相互接触，在压力下产生塑性变形和再结晶，形成固态连接接头。第十二章⑴．钎焊和熔焊最本质的区别是什么？钎焊根据什么而分类？答：①区别：钎焊在低于构件的熔点的温度下进行，而熔焊是在达到材料的熔点时进行。②钎焊是根据材料的熔点和受力而分类。⑵．试述钎焊的特点及应用范围。钎料有哪几种？答：①特点：a.钎焊过程中，工件加热温度较低，组织和力学性能变化很小，变形也小。接头光滑平整、焊件尺寸精确；b.可焊接性能差异大的异种金属，对焊件厚度没有严格限制；c.对焊件整体加热钎焊时，可同时钎焊由多条接头组成的、形状复杂的构件，生产率很高；d.钎焊设备简单，生产投资费用少。②范围:焊接精密仪表，电器零部件，异种金属构件，某些复杂薄板结构。③类型：硬钎焊、软钎焊。第十三章⑴．什么叫焊接性？怎样评价和判断材料的焊接性？答：焊接性:被焊金属在一定的焊接方法、焊接材料、工艺参数及结构形式条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料在一定的焊接工艺条件下，表现出“好焊”和“不好焊”的差别。方法：用碳当量方法来估算被焊接钢材的焊接性。.... ....ω（）=ω（C）+ω（Mn）/6+[ω（Cr）+ω（Mo）+ω（V）]/5+[ω（Ni）+ω（Cu）]/15当ω（）<0.4%时，焊接性良好；当ω（）=0.4%~0.6%时,焊接性较差；当ω（）>0.6%时，焊接性不好.第十四章⑴．如下图所示三种焊件的焊缝布置是否合理？若不合理，请改正。附加：32刀具正交平面参考系有那些平面组成？它们是如何定义的？答：刀具正交平面参考系由基面，切削平面和正交平面组成基面Pr：通过主切削刃上选定点，垂直于该店切削速度方向的平面。切削平面Ps:通过主切削刃上选定点，与主切削刀相切，且垂直于该点的平面正交平面Po：通过主切削刃上选定点，垂直于基面和切削平面的平面34.刀具的工作角度和标注角度有什么区别？影响带锯工作角度的主要因素有哪些？举例说明。答：刀具的工作角度是切削过程中实际的基面、切削平面和正交平面为参考系所确定的刀具角度，而标注角度是刀具设计图上予以标注的角度主要因素：刀具进给运动的影响.... ....例如：在切断、车螺纹以及加工非圆标表面的时候，应该将工作角换算成标注角度。35.与其他刀具相比，高速钢有什么特点。常用的牌号有哪些？主要用来制造哪些刀具？答：特点：高速钢相较于其它刀具材料；能提高切削速度1-3倍，提高刀具耐用度10-40倍常用牌分别是W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2W18Cr4V用来制造螺纹车刀、成形车刀、拉刀W6Mo5Cr4V2常用来制造热成形工具及承受冲击，结构薄弱的工具 36.刀具的前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角各有何作用？如何选用合理的刀具切削角度?答：刀具前角对切削难易程度有很大影响，合理后角大小取决于切削层，也与工件材料、工艺系统的刚性有关主偏角和副偏角对刀具耐用度影响很大，工艺系统较好时，主偏角30-45度；工艺系统刚性差或强力切削时，主偏角取60-75度，车削细长轴时，主偏角取90—93度，副偏角根据表面粗糙度从5-15度选取刃倾角影响刀头强度和切削流动方向，合理的刀刃倾角根据要求在-45-5度之间38砂轮的特性主演由那些因素所决定？一般如何选用砂轮？答：砂轮特性由磨料、粒度、结合剂、组织及形状尺寸等因素决定。磨削钢时，选用刚玉砂轮，磨削硬铸铁，硬质合金和非铁质金属时，选用sic砂轮磨削软而韧的材料时，选用粗磨粒；磨削硬而脆的材料时，选用细磨料磨削表面的粗糙度值要求较低时选用细磨料，金属磨率要求很高时，选用粗磨粒要求加工表面质量好时，选用树脂或橡胶结交剂的砂轮；要求最大金属磨除率时，选用陶瓷结合剂砂轮。39试述工件材料、刀具前角、切削厚度和切削速度对切屑变形影响的规律答：工件材料强度愈高，切屑变形愈小；工件材料塑性愈大，切屑变形愈大；刀具前角愈大，切屑变形愈小。切削厚度增加，切屑变形愈小。在无积屑瘤的切削速度范围内，切削速度愈高，切屑变形愈小。40影响切削热的产生和传到的因素是什么？答：影响切削热产生的因素是工具材料和切削条件影响传到的因素是工件和刀具材料的导热系数以及切削条件的变化41高速钢与硬质合金刀具磨损的主要原因是什么？有何异同？为什么？.... ....答:高速钢刀具磨损的主要原因是切削时，切削、工件材料中含有的一些硬度极高的微小硬质点及积屑瘤碎片和锻、铸件表面残留的夹砂在刀具表面刻划出沟纹硬质合金刀具磨损的主要原因是磨粒磨损、粘接磨损、扩散磨损、氧化磨损。异同点：除磨粒磨损外，粘接磨损、扩散磨损、氧化磨损与温度有关原因：在不同切削速度下引起刀具磨损的原因及剧烈程度不同42道具破损与磨损的原因有何本质区别？答：刀具的破损实际上就是刀具的非正常磨损。破损与磨损的本质区别在于，磨损是不可避免的，而且磨损是刀具缓慢失效的过程，而刀具的破损在生产中是可以避免的，而且破损会使刀具迅速失效7试述铸钢的铸造性能及铸造工艺特点。答：铸钢的强度高。具有优良的塑性，适合制造承受大能量冲击符合下高强度、高韧性的铸件。工艺特点:a.铸钢用砂应具有高的耐火度、良好的透气性和退让性、低的发气量等b.安放冒口和冷铁c.在两壁交接处设防裂肋，以防止铸钢件部分产生裂纹d.铸钢件的热处理23电弧的三个区是哪三个区？每个区的电现象怎样？由此导致的温度分布有何特点？答：阴极区、阳极区、弧柱区阴极区，阴极材料发射电子的强度与其待女子的逸出功有关，阴极温度下降阳极区，阳极区接受有弧柱来的电子留和向弧柱提供正离子流。阳极温度升高弧柱区，中性的气体原子和分子受到电场的作用产生激励或电离。弧柱具有较高的温度 37什么是逆铣？什么是顺铣？各有什么特点？答：切削部分刀齿的旋转方向与工件进给方向相反叫逆铣切削部分刀齿旋转方向与工件进给方向相同叫顺铣特点：逆铣刀齿刚接触工件时不能切入工件、只在加工表面挤压滑行、降压表面质量。加剧刀具磨损；顺铣可提高铣刀耐用度和加工表面质量、铣削力始终压向工作台43简述磨削的特点答：a磨削加工的精度高，表面粗糙度值小b磨削的径向磨削力大，且作用在工艺系统刚性较差的方向c磨削温度高d砂轮有自锐作用e磨削除可以加工铸铁、碳钢、合金钢等一般结构材料外，还能加工一般刀具难以切削的高硬度材料，但不宜加工塑性较大的有色金属f磨削加工的工艺范围广，还常用于各种刀具的刃磨g磨削在切削加工中的比重日益增加....