材料成型加工

第一章P13/1、 什么是液态合金的充型能力？合金的流动性取决于哪些因素？合金流动性不好对铸件质量有何影响？为什么铸钢的流动性比铸铁差？答：熔融合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力，称合金的充型能力。 合金的流动性取决于流动性、浇注条件、铸型特点。若合金的充型能力不足，在型腔填满之前金属液停止流动，铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷；浇不足使铸件未能获得完整的形状，冷隔使铸件存在未完全熔合的垂直接缝，铸件的力学性能严重受损。 纯金属合共晶成分的合金在结晶在恒温下进行，结晶过程从表面开始向中心逐层推进，呈现为逐层凝固的特征；而其它成分的合金是在一定的温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体两相共存，结晶过程呈中间凝固方式，粗糙的固液界面加大了合金的流动阻力，合金的流动性变差。铸铁组织与共晶成分接近，而铸钢的成分远离共晶点，因此其流动性比铸铁差。3、既然提高浇注温度可改善充型能力，那么为什么又要防止浇注温度过高？答：温度过高，合金的收缩量大，易产生缩孔与缩松，同时温度过高，凝固从于高温时间很长，晶粒长大严重，力学性能下降，因此，浇注温度不能过高。5、为什么灰铸铁的收缩比碳钢小？答：灰铸铁的收缩比碳钢小的原因有两个：1，铸铁是糊状而铸钢是层凝固。2，铸铁有石墨化膨胀，而铸钢几乎没有。7、什么是定向凝固原则？什么是同时凝固原则？各需采用什么措施来实现？上述两种凝固原则各适用哪种场合？答：定向凝固原则是使逐渐远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口凝固。同时凝固是尽量减少铸件各部位间的温度差，使其均匀的冷却加冒口，安放冷铁。这两种凝固方式适合于收缩率较小的灰铁件铸造。铁水在砂型里面凝固的时候，定向凝固一般都是薄壁部分先凝固，厚壁的部分后凝固，也就是铸件壁厚凝固冷却速度有差异。而同时凝固指的是铸件所有壁厚凝固冷却速度温差较小，一般会在热节部位采用冷铁激冷的方式，迫使热节部位快速凝固，这种凝固方式适合于薄壁、壁厚较均匀的铸件。同时凝固原则适用铝青铜，铝硅合金和铸钢件。定向凝固适用灰铸铁，锡青铜等。8、分析如图所示轨道铸件热应力分布，并用虚线表示出铸件的变形方向。答：热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致引起的。 不均匀冷却使铸件的厚壁或心部受拉应力，薄壁或表层收压应力。铸件的壁厚差别越大、合金的线索缩率越高、弹性模量越大，热应力也越大。P70/3、铸件的壁厚为什么不能太薄,也不宜太厚,而且应尽可能厚薄均匀?答：太薄浇筑时浇不足，太厚易产生缩松、缩孔，而且不利于热处理。厚薄均匀有利于铸件凝固，从而避免缩孔、裂纹等等许多铸造缺陷。 第二章P88/1、何谓塑性变形？塑性变形的实质是什么？答： 塑性变形就是指当作用于金属的外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后，金属产生永久性变形，这种变形就称为塑性变形。 塑性变形的实质是金属晶体内部产生滑移的结构。5、纤维组织是怎样形成的？它的存在有何利弊？答：热加工时因铸锭中的非金属夹杂物沿金属流动方向被拉长而形成纤维组织。这些夹杂物在再结晶时不会改变其纤维状。存在的纤维组织会导致金属材料的力学性能呈现各向异性。沿纤维方向（纵向）较垂直于纤维方向（横向）的强度、塑形和冲击韧度都较高。6、如何提高金属的塑性？最常用的措施是什么？答： 提高金属的塑性应从以下方面着手：a. 改善金属内部组织：由于单相组织比多相组织的塑性好，均匀细小的组织比粗大的组织塑性好；因此，可以通过热处理的方法尽量获得单相组织或均匀细小的组织。b. 提高变形温度：提高金属塑性变形时的温度，金属的塑性指标增加、变形抗力降低，有利于金属的塑性成形。c. 提高金属塑性变形速度：尽量提高金属塑性变形速度，借助于热效应，使金属塑性指标提高、变形抗力降低，从而提高金属的塑性变形能力。d. 改善金属塑性变形的应力状态：尽量采用压应力数目较多的金属塑性变形方式，以提高金属的塑性。 最常用的措施是提高金属塑形变形时的温度即对金属加热，在热状态下进行塑性成形。P95/5、对自由锻造的锻件有哪些结构、工艺性要求？答：由于自由锻只限于使用简单的通用工具成形，因此自由锻件外形结构的复杂程度受到很大限制。在设计自由锻锻件时，除满足使用性能要求外，还应考虑锻造时是否可能，是否经济和方便，满足以下工艺性要求：1，尽量避免椎体或斜面结构。2，应避免圆柱面与圆柱面相交。3，避免椭圆形、工字型或其他非规则形状界面及非规则外形。4，避免加强筋和凸台等结构。5，复杂件应设计成为由简单件构成的组合体。P104/1、如何确定分模面的位置？为什么模锻生产中不能直接锻出通孔？答： 在制定模锻件图时，须遵照下列原则确定分模面的位置：a. 要保证模锻件易于从模膛中取出。通常分模面选在模锻件的最大截面上。b. 所选定的分模面应能使模膛的深度最浅。这样有利于金属充填模膛，便于锻件的取出和锻模的制造。c. 选定的分模面应能使上、下两模沿分模面的模膛轮廓一致。这样在安装锻模和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。d. 分模面最好是平面，且上、下锻模的模膛深度尽可能一致。便于模膛制造。e. 所选分模面尽可能使锻件所加的敷料最少。这样既可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量。 在模锻生产过程中，为了避免上、下模膛中的上、下模突出部分在模锻的锻足阶段直接接触，以避免该部分的直接刚性接触所引起的模具损坏或模锻设备损坏，提高模具的使用寿命，从而提高生产效率、保证模锻设备的安全运行，要求上、下模膛中的突出部分在锻足阶段有一定的距离。由于上、下模膛中的上、下模突出部分的高度有限，在模锻过程中不可能把金属完全分开而挤压出通孔，而只能压凹成盲孔，中间留有一层连皮，这层连皮在切飞边时冲除后，才成为通孔。由此可知，在模锻生产中不能直接锻出通孔。P118/3、板料冲压工序中的剪切和冲裁，冲孔和落料有什么异同？答：1，冲孔和落料是使板料按封闭的轮廓分离的工序。冲孔是冲去中间的废料，周边为所需的零件，而落料则相反，是为了获得冲下的零件。2，剪切是将板料沿不封闭曲线分离的一种加工方法，而冲裁则是将板料按粉笔轮廓分离的一种加工方法。6、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：翻边件的凸缘高度尺寸较大，而一次翻边实现不了时，可采用先拉深，后冲孔，再翻边的工艺来实现。7、在成批大量生产条件下，冲制外径为40mm、内径为20mm、厚度为2mm的垫圈时，应选用何种冲模进行冲制才能保证孔和外圆的同轴度？答：应选用复合模进行冲制才能保证孔与外圆的同轴度。复合冲模是指在冲床的一次冲程中，在模具同一部位同时完成数道工序的冲模，适用于产量大、精度要求高的冲压件生产。第三章P135/1、焊接电弧是怎样一种现象？用直流电和交流电焊接时电弧有何差异？答：电弧实质是在一定条件下，电荷通过两极之间的气体空间的一种导电现象，或者说是一种气体放电现象。直流电焊接时有正接和反接之分，焊件接正极，焊条接负极，称为正接，反之称为反接。交流电焊接的时候，阴极阳极不断交替变化，所以不存在极性问题。4、焊接应力是什么原因引起的？它对焊接结构有什么危害？如何消除焊接应力？答：焊接过程是一个极不平衡的热循环过程，因而焊件各部分在热胀冷缩及塑性变形的影响下，产生焊接应力。焊接应力的存在将影响焊接构件的使用性能，其承载能力大大降低，甚至在外载荷改变时可能出现脆断的危险。消除的措施有：1，避免焊缝密集交叉和焊缝过大过长。2，选择合理的焊接顺序，使焊缝能够自由收缩。3，使用预热法。4，采用小能量焊接方法，分层焊。5，锤击焊缝法。6，焊后去应力退火处理。5、分层焊时，焊工有时候会用圆头小锤对红热状态的焊缝进行敲击，请解释原因。答：焊后使用圆头小锤对红热状态下的焊缝进行敲击可以延展焊缝，从而使焊接应力得到一定的释放。P147/1、焊条药皮有哪些作用？在药皮形成中是否可以用硅铁、钛铁来替代锰铁？答：在焊接过程中对保证焊缝质量和改善工艺性能起着极其重要的作用。1，稳弧。2，造气。3，造渣。4，脱氧。5，合金化。6，改善熔滴过渡。不能，因为Mn可以与S结合成MnS，MnS可熔入渣中而使硫部分脱除。P172/4、如图1所示，焊接梁，材料为20钢，现有钢板最大长度为2500mm，设计要求：确定腹板、上、下翼板、筋板的焊缝位置；选择焊接方法；画出各条焊缝的接头形式；确定各条焊缝的焊接次序。图1 焊接梁示意图（1）焊接位置应考虑到焊缝避免交叉密集、焊缝尽量中心对称、焊缝避开最大应力和应力集中处，另外还要考虑板材规格确定拼接方式。因此确定如下图所示焊接位置（涂黑处表示上下翼板和腹板的焊缝），中心应力最大不布置焊缝，焊件左右对称抵消焊接变形，板材拼接时焊缝不交叉密集。 图2 焊接位置示意图（2）焊接方法大批量生产时翼板和腹板分别采用埋弧焊焊接然后用焊条电弧焊连在一起，焊接筋板时同样用焊条电弧焊，小批量生产全部使用焊条电弧焊（3）焊接接头翼板腹板分别用对接接头拼接，然后T形接头组装，筋板同样采用T形接头。同时注意翼板和腹板、翼板和筋板厚度不同，为避免较大应力集中，焊接前在翼板开凹槽。图3 翼板凹槽示意图焊接筋板时在与腹板翼板相交处避免应力集中应有倒角图4 腹板翼板相交处倒角示意图（4）焊接次序焊接时首先将翼板腹板各自焊接起来（下翼板还需先弯曲），然后将上翼板与腹板焊在一起，焊接时注意前后对称的焊，以免变形，再将下翼板与腹板焊接同样注意前后对称焊接，最后焊接筋板，焊接时前后对称左右对称焊接，抵消变形量。此外，每条焊缝焊接时采用对称法安排顺序。 机械加工工艺基础 P8/2、 切削用量三要素是指的什么？铣削和磨削为什么有四个要素？答：切削用量的三要素指的是切削速度，进给量和背吃刀量。铣床有工件运动和刀具旋转运动，有两个吃刀量（背吃刀量和侧吃刀量）。磨床有工件运动和砂轮运动，有两个进给量（纵向进给量和径向进给量），所以有四要素。P16/1、设立刀具静止参考系的前提条件是什么？答：前提条件是假定刀尖与车床中心高等高，刀柄的轴向对称面垂直于进给方向，并且不考虑进给运动的影响。3、刀具在什么情况下工作？刀具切削部分材料必须具备哪些性能？答：工件材料对刀具的切削抗力将引起剧烈摩擦、高温、切削力、冲击力和振动等。这就要求刀具必须具备高的硬度、良好的耐磨性、高的耐热性、足够的强度和韧性，以及一定的工艺性。P22/3、积屑瘤可以保护刀尖，代替刀具切屑，为何精加工是不允许产生积屑瘤？积屑瘤产生的条件是什么？答：积屑瘤时生时灭，刀具工作前角不断变化，使吃刀量ap也不断变化，导致切削很不稳定，影响加工精度和表面粗糙度。当金属与前面的摩擦阻力超过切削本身分子间的结合力时，切屑底层金属被阻滞并粘附在刀尖上，长出一个“瘤”状的金属块，这就是积屑瘤。5、一般情况下，粗、精加工分别应如何确定切削用量的选择顺序？答：（1）粗加工按ap-f-vc的顺序选择。1， 由于粗加工的主要目的是用最少的走刀次数尽快切除多余金属，只留后续的加工余量，所以应根据毛坯尺寸首先选择ap。2， 由于粗加工不必考虑表面粗糙度，在ap确定后，选取大的f，减少走刀时间。3， Ap和f确定后，在机床功率和刀具耐用度允许的前提下选取vc，这时vc一般不高。（2）精加工按vc-f-ap的顺序选择。由于精加工的主要目的是保证产品质量和低的表面粗糙度，所以首先应选择尽可能高的vc，然后选择达到表面粗糙度要求的f，最后再根据精加工余量决定ap。P31/4、什么叫成型面？车削成型面的方法有哪几种？分别用在什么场合？答：以一平面曲线为动线，绕与其共面的直线旋转一周而形成的平面叫做成形面。常用的成形面方法有三种：（1） 双手联动法，适用于小批量单件生产的精度不高的成形面。（2） 成形法，适用于加工长度短，刚性好的零件上的成形面。（3） 靠模法，适用于加工成批大量，工件上成形面长，曲率变化不大的成形面。P37/3、钻削的加工特点是什么？答：（1）导向差，容易引偏，由于钻头只有两条很窄的棱边与孔壁接触，所以导向差，容易使所钻孔的轴线歪斜或扩大孔径。（2）钻头刚性差，由于钻头一般较长，受孔径尺寸所限，钻头的长径比较大，加上在钻头上开了两条尽可能大的排屑槽，更削弱了它的刚性。钻孔时，钻头弯曲将产生斜孔。 （3）排屑困难，切削条件差。由于钻孔是在实体上进行，切屑只能是靠两条排屑槽排除，加上排屑方向一般与其重力方向相反，更加不易排屑。因此切削热不易散发，切削条件很差。另外，排屑流出时与孔壁摩擦，有时切屑还可能卡阻在排屑槽里，常常出现因切屑无法排除而使钻头扭断的现象。（4）加工精度差，切屑与孔壁摩擦，挤压，拉毛与刮伤已加工表面，使其表面粗糙度大。钻头的引偏使孔的轴线歪斜或孔径扩大，钻头的长径比较大以及横刃引起的轴向力增大，使远离指点的切削部分运动不平稳，造成尺寸精度差，只能用于粗加工。（5）轴向力大。P39/2、镗削加工可以纠正零件原加工误差吗？为什么？答：不能。镗削实质上是铰削，它只适用于精镗，提高孔的形状精度和降低表面粗糙度，并不能纠正孔位误差。P50/2、为什么通常采用逆铣而不用顺铣？答：普通机床通过传统的丝杠传递工作台与主轴运动，在普通铣削加工过程中，顺铣因为丝杠的间隙使刀具在切削过程中的振动，引起刀具加工不稳定导致工件表面光洁度差与刀具损坏率高，而逆铣能够通过刀具切入方向与工作台运动方向相反消除丝杠的间隙，解决顺铣产生的问题，能够参与重型切削。P59/1、磨削过程的实质是什么？答：磨削加工所用的砂轮，其表面上的磨粒都是由很硬的非金属材料经粘接而成，分布很不规则，高低不平。磨削时，凸出最高的磨粒对工件进行切削，凸出较少和已经磨钝的磨粒在工件表面刻出细沟，凹下去的磨粒只是与工件表面滑擦而过，起着抛光的作用。所以，实质上磨削过程就是切削、刻划和滑擦综合作用于工件表面的过程。P66/1、常用的螺纹主要有哪几大类？她们的主要用途分别是什么？答：常用的主要有三种类型（一）、普通螺纹：牙形为三角形，用于连接或紧固零件。普通螺纹按螺距分为粗牙和细牙螺纹两种，细牙螺纹的连接强度较高。（二）、传动螺纹：牙形有梯形、矩形、锯形及三角形等。可以传递轴向的动力（三）、密封螺纹：用于密封连接，主要是管用螺纹、锥螺纹与锥管螺纹5、螺纹的主要加工方法有哪几种？哪一种加工方法的精度最高？哪一种加工方法用得最广？直径很小的螺纹的最好加工方法是哪一种？答：车螺纹，攻螺纹，套螺纹，铣螺纹，磨螺纹，滚压螺纹（搓螺纹和滚螺纹）。精度最高的是滚螺纹，滚螺纹是利用两个滚轮来完成加工的，两个滚轮的外圆面开有与待滚螺纹牙型相符的螺纹，其中一个滚轮的轴线固定不动，另一个滚轮的轴线作径向平行进给运动。滚螺纹时，坯料在转速相同、方向相反的两个滚轮之间，被强行滚压成型。被滚压出来的螺纹精度很高，可达3级。应用的最广的是车螺纹。车螺纹的特点是可以通过车床机构的调整，能很方便地车削不同螺距、不同线数、不同直径、不同牙型的螺纹，所用刀具简单、经济，应用最广。直径很小的螺纹最好的加工方法是攻螺纹和套螺纹。攻螺纹和套螺纹的特点是特别适宜于小尺寸的螺纹加工。对于特别小的螺纹，攻螺纹和套螺纹几乎是其他切削加工方法不能替代的。攻螺纹和套螺纹的另一特点是操作十分灵活，特别适宜于成批大量箱体类零件上小螺纹的加工。P83/5、什么叫成形法加工齿形？什么叫展成法加工齿形？两者各有何优缺点？答：成形法是用与被切齿轮的齿槽法