材料成形课后习题

材料成形课后习题 材料成形第一章 （1）试述铸造成形的实质及优缺点。 答铸造成形的实质是将一种液态金属或合金平稳地浇入铸型的型腔、冷却凝固后获得铸件的成形技术。 优点:1.适合制造形状复杂、特别是内腔形状复杂的铸件2.铸件的大小几乎不受3.使用的材料范围广缺点1.铸件组织不够致密，力学性能较低，耐冲击能力较低2.生产工序多，工艺过程较为繁琐，易于产生废品 （2）合金的流动性取决于哪些因素？合金的流动性不好对铸件有何影响？答取决于液态合金粘度、铸型导热能力、铸型的阻力。 合金的流动性差，铸件就容易产生浇注不到、冷隔等缺陷，同时也是引起铸件气孔、夹渣和缩孔等缺陷的间接原因。 （3）试述提高液态金属充型能力的方法，采用这些方法时应注意什么问题？答方法1.增大浇注压力2.提高浇注温度3.合金中加入能降低液态合金粘度的成分注意应注意对收缩进行控制，否则会产生缩孔、缩松、变形和裂纹等缺陷。 （4）何谓合金的收缩？影响合金收缩的因素有哪些？答合金在浇注、凝固直至冷却到室温的过程中体积或尺寸缩减的现象称为收缩。 影响因素包含有合金的化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 （5）冒口补缩的原理是什么？冷铁是否可以补缩？其作用与冒口有何不同？答原理是采用“顺序凝固原则”，在铸件上建立一个从远离冒口的部分到冒口之间逐渐递增的温度梯度，从而实现由远离冒口处向冒口方向顺序地凝固，即远离冒口的部位先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 冷铁本身不可以补缩，作用是加速铸件局部的冷却，控制铸件的凝固方向。 （7）何谓铸件的热节？一般用什么方法来确定热节？热节对铸件品质有何影响？答铸件上热量聚集的部位称为热节，一般用铸件截面上的内切圆来表示。 其中热节圆直径最大的部位就是铸件最后可能出现缩孔的部位。 （9）怎样区分铸件裂纹的性质？用什么措施可以防止裂纹？答裂纹可分为冷裂纹和热裂纹。 热裂纹是铸件凝固末期在接近固相线的高温下形成的；冷裂纹是较低温度下，由于热应力和收缩应力的综合作用，铸件的内应力超过合金的极限而产生的。 防止热裂纹方法1.选择凝固温度小、热裂倾向小的合金和改善结构2.提高型砂的退让性3.严格控制硫含量，防止热脆性防止冷裂纹方法1.减少铸件内应力2.降低合金热脆性 （11）下面哪种考虑对冒口合理的功能是重要的？为什么？1.冒口的表面积大于铸件该处的表面积2.冒口必须敞开与大气相通3.冒口首先凝固答第一种考虑最重要，因为要将铸件中出现缩孔的地方转移至冒口，而热节圆直径最大的部位就是铸件最后可能出现缩孔的部位，因此冒口的表面积必大于铸件该处的表面积。 第 二、三中考虑不正确，由于凝固部位的收缩由冒口的金属液补充，所以冒口需要最后凝固，而冒口若敞开与大气相同亦会使冒口首先凝固。 第二章 （1）试从石墨存在的形态分析和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征答灰铸铁组织中的粗大石墨的基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进，因此，灰铸铁件一般不通过热处理来提高其热学性能。 石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易产生应力集中。 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。 第三章 （2）壳型铸造与普通砂型铸造有何区别？它适合于什么零件的生产？（作业）答壳型铸造是用酚醛树脂砂制造薄壳砂型或型芯的方法，相比普通砂型铸造，它生产的铸件表面光洁度高、尺寸精度高、材料性能较好，同时制壳的能耗较高。 它适合生产液压件、凸轮轴、曲轴、耐蚀泵体、履带板等铸件。 （3）金属型铸造有何优越性和局限性？答优越性1可“一型多铸”，省去了砂型铸造中的配砂、造型、落砂等许多工序，节省了大量的造型材料和生产场地，提高了生产率，易于实现机械化和自动化生产。 2铸件的尺寸精度和表面粗糙度指标均优于砂型铸件，铸件的加工余量小。 3劳动条件好，由于不用砂或少用砂，减少了硅尘对人体的危害。 局限性1制造成本高，周期长，不适合单件生产、小批生产。 2不适合制造造型复杂、薄壁和大型的铸件。 3用来制造铸钢等高熔点合金铸件时，金属型寿命较短，同时，还易使铸件产生硬、脆的白口组织。 （4）试比较熔模铸造与陶瓷型铸造的异同点，为何在模具制造中陶瓷型铸造更重要？答不同点1熔模铸造是液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔失后形成的中空壳型并在其中成形，陶瓷型铸造是液态金属注入陶瓷型中形成铸件。 2熔模铸造可铸出形状复杂的薄壁铸件且生产批量不受限制，而陶瓷型铸造不适合生产形状复杂的铸件和批量大的生产。 3熔模铸造铸件尺寸不能太大，陶瓷型铸件的大小几乎不受限制。 相同点两种铸造铸件的尺寸精度和表面粗糙度相近 （9）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？答优点生产率高，便于实现自动化和半自动化；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；铸件冷却快，晶粒细小，表层紧密，强度、硬度高；便于采用嵌铸法。 缺点压铸机费用高，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；尚不适用于铸钢、铸铁等高熔点合金的铸造；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。 （8）试比较气化模铸造与熔模铸造的异同点及应用范围。 答不同点1气化模铸造是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法；熔模铸造是液态金属在重力作用下浇入由蜡模熔失后形成的中空壳型并在其中成形。 2气化模铸造的工序比熔模铸造大大简化。 3铸件尺寸可大于熔模铸造件。 相同点两种铸造铸件的尺寸精度和表面粗糙度相近，都能铸出形状复杂的铸件。 应用范围1除低碳钢以外的各类合金。 2壁厚4mm以上的铸件。 3质量几千克至几十吨的铸件。 4生产批量不受限制。 5对铸件的结构形状几乎无任何限制。 （10）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0.020.07MPa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。 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。 （11）什么是离心铸造？它在圆筒型铸件的铸造中有哪些优越性？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0.020.07MPa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。 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。 第四章 （2）何谓铸件的浇注位置？它是否就是指铸件上的内交道位置？答铸件的浇注位置是指浇注时铸件在型内所处的状态和位置。 它不是指铸件上内浇道位置。 内浇道是浇注系统基本组元之一。 内浇道是液态金属进入铸型型腔的最后一段通道，主要作用控制金属液充填铸型的速度和方向，调节铸型各部分的温度和铸件的凝固顺序，并对铸件有一定的补缩作用。 可以有单个也可以设计多个内浇道。 （3）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。 分模两箱造型时，其分型面不一定是分模面。 （4）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。 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。 （5）浇注系统一般由哪几个基本组元组成？各组元的作用是什么？答通常由浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道组成。 二、浇注系统的作用 1、保证熔融金属平稳均匀、连续地充满型腔。 2、阻止熔渣、气体和沙粒随熔融金属进入型腔。 3、控制铸件的凝固顺序。 4、供给铸件冷凝收缩是所需补充的金属溶液（补缩）。 什么叫芯头和芯座？他们起什么作用？其尺寸大小是否相同？答芯头是指砂芯的外伸部分，是型芯的定位、支撑和排气结构。 芯座是指铸型中专为放置芯头的空腔。 芯头和芯座尺寸主要有芯头长度L（高度H）、芯头斜度、芯头与芯座装配隙s等。 （6）冒口的作用是什么？冒口尺寸是怎样确定的？答冒口的型腔是存贮液态金属的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用，而冒口的主要作用是补缩。 铸件冒口主要是在铸钢件上使用。 铸铁件只用于个别的厚大件的灰铸铁件和球铁件上。 金属液在液态降温和凝固过程中，体积要收缩。 铸件的体收缩大约为线收缩的3倍。 因此，铸钢的体收缩通常按3-6%考虑，灰铸铁按2-3%，不过由于灰铸铁和球墨铸铁凝固时的石墨化膨胀，可以抵消部分体积收缩，所以如果壁厚均匀，铸型紧实度高，通常不需要设计冒口。 铸件的体收缩如果得不到补充，就会在铸件上或者内部形成缩孔、缩陷或者缩松。 严重时常常造成铸件报废。 冒口尺寸计算原则是，首先计算需要补缩的金属液需要多少。 通常把这一部分金属液假设成球体，并求出直径（设为d0）用于冒口计算。 冒口补缩铸件是有一定的范围-叫有效补缩距离，设为L，对厚度为h的板状零件通常L=35h。 对棒状零件L=（2530）h，式子中，h-铸件厚度第五章 （1）试述结构斜度与起模斜度的异同点。 答与起模斜度不同的是，结构斜度是进行铸件结构设计时由设计者自行确定的，其斜度大小一般无限制。 相同之处是，它们都是便于铸造而设计的倾斜。 第六章 （1）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。 （3）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。 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。 （4）如何提高金属的塑形？最常用的措施是什么？答金属的塑性和金属的本质、加工条件有关。 为提高金属的塑性，常采用的措施有 （1）选用纯金属和低碳钢2使金属组织为固溶体3提高金属塑性变形温度4提高塑性变形的速度5使金属在三向受压条件下变形。 其中最常用的措施是提高金属塑性变形的温度。 第七章7. 1、为什么在模锻所用的金属比充满模膛所要求的要多一些？答为了获得尺寸完整、轮廓清晰的锻件，必须使金属充满整个模膛，所以所用的金属比充满模膛所要求的要多一些，多余的金属被挤入飞边槽经清理可去除。 7. 3、如何确定模锻件分模面的位置？答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8. 1、凸、凹模间隙对冲裁件断面品质和尺寸精度有何影响？答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。 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。 凹凸模间隙合理冲裁件断面光良带占板厚的1/21/3，圆角带、断裂带和锥度均很小，零件尺寸几乎与模具一致。 8. 7、什么是弯曲回弹？减少弯曲回弹的工艺措施有哪些？答弯曲结束后，由于弹性变形的回复，板料略有回弹，被弯曲的角度增大，此现象成为弯曲回弹现象。 （1）在设计模具时预先留出回弹量，使制件回弹后等于所需的角度。 （2）在弯曲终了时再进行矫正。 （3）缩小凸模与凹模的间隙。 （4）采用拉弯工艺。 （5）采用加热弯曲。 （6）改进制件的结构设计。 8. 9、旋压成形工艺的特点及要点是什么？答要点 （1）合理的主轴转速，主轴如果转速太低，板料将不稳定；如果转速太高，板料容易过度辗薄而被拉断。 （2）合理地分配旋压变形，旋压成形虽然是局部成形，但是，如果毛坯的变形量过大，也容易产生起皱甚至破裂缺陷，所以，变形量大的旋压件需要多次旋压、 （3）合理选用旋压工具，旋压工具的形状对旋压制品的品质和旋压力有很大影响。 （4）由于旋压件加工硬化严重，多次旋压时必须经过中间退火。 第九章 （1）与模锻相比，辊锻有什么优缺点？答辊锻比模锻的优点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。 缺点锻件尺寸精度不高，可锻造形状简单。 （5）何谓超塑性？超塑性成形有何特点？答超塑性是指金属材料在某些特定的条件下，呈现出异常好的延伸性。 特点金属塑性大为提高。 金属的变形抗力很小。 加工精度高。 （6）液压成形有何特点？答1提高了成型极限，减少了成型次数。 2零件质量好，尺寸精度高，壁厚分布均匀。 3有效控制了材料内皱等缺陷的发生。 4减少了模具加工量，降低了模具的费用。 （7）试述几种主要高能高速成形的特点？答1可节省模具材料，缩短模具制造周期，降低模具成本。 2可改善变形的均匀性，零件精度高，表面品质好。 3可提高材料的塑性变形能力。 4常规成形法需多道工序才能成形的零件，高能高速成形可在一道工序完成，因此可有效缩短生产周期，降低成本。 （9）何谓旋锻？旋锻最独特的力学性能是什么？利用此性能最适合制造什么锻件？答旋锻是以高频率的径向往复运动打击工件，工件作旋转与轴向移动，在锤头的打击下工件实现径向压缩、长度延伸变形的加工工艺。 最独特的力学性能是塑性。 第十章 （7）试述热裂纹及冷裂纹的特征、形成原因及防止措施。 答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。 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。 机械制造类 （16）电渣焊的焊缝组织有何特点？焊后需热处理吗？怎样处理？答由于电渣焊的热源特性，使得焊接速度缓慢、焊接热输入较大。 电渣焊的热影响区宽度很大，而且高温停留时间比较长，因此热影响区晶粒长大严重。 为了改善焊缝的组织及力学性能，必须进行焊后热处理电渣焊焊缝的晶粒粗大，焊缝热影响区严重过热。 在焊接低合金钢时，焊缝和热影响区会产生粗大的魏氏组织。 进行焊后热处理可以改善焊缝组织及力学性能。 电渣焊焊缝中产生气孔、夹渣的倾向较低，焊接易淬火钢时，产生裂纹的倾向较小。 正火处理，细化组织。 （21）描述焊接的特点及如何识别焊接接头的不同区域？答焊接，也称作熔接、镕接，是一种以加热、高温或者高压的方式接合金属或其他热塑性材料如塑料的制造工艺及技术。 焊接通过下列三种途径达成接合的目的 1、熔焊加热欲接合之工件使之局部熔化形成熔池，熔池冷却凝固后便接合，必要时可加入熔填物辅助，它是适合各种金属和合金的焊接加工，不需压力。 2、压焊焊接过程必须对焊件施加压力，属于各种金属材料和部分金属材料的加工。 3、钎焊采用比母材熔点低的金属材料做钎料，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙，并与母材互相扩散实现链接焊件。 适合于各种材料的焊接加工，也适合于不同金属或异类材料的焊接加工。 焊接接头由焊缝金属和热影响区组成。 1）焊缝金属焊接加热时，焊缝处的温度在液相线以上，母材与填充金属形成共同熔池，冷凝后成为铸态组织。 在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶，形成柱状晶组织。 由于焊条芯及药皮在焊接过程中具有合金化作用，焊缝金属的化学成分往往优于母材，只要焊条和焊接工艺参数选择合理，焊缝金属的强度一般不低于母材强度。 2）热影响区在焊接过程中，焊缝两侧金属因焊接热作用而产生组织和性能变化的区域。 （22）热影响区的性能是什么？答焊接热影响区的组织分布是不均匀的，因而在性能上也不均匀。 焊接热影响区与焊缝不同，焊缝可以通过化学成分的调整再配合适当的焊接工艺来保证性能的要求。 而热影响区性能不可能进行成分上的调整，它是在焊接热循环作用下才产生的不均匀性问题。 对于一般焊接结构来讲，主要考虑热影响区的硬化、脆化、韧化、软化，以及综合的力学性能、耐蚀性能和疲劳性能等，这要根据焊接结构的具体使用要求来决定。 （23）焊接品质的含义是什么？讨论影响它的因素？答焊接产品符合设计技术要求的程度。 因素焊接电流及时间，电极压力及尺寸，焊接件的材料和厚度、工件的表面状态以及电极的端面形状和尺寸等第十一章 11、压焊的两要素是什么？压焊有哪些要求和形式？压力和温度热源形式有电阻热、高频热、摩擦热等加压形式有静压力、冲击力和爆炸力等根据压力和温度的不同有冷压焊、扩散焊和热压焊 22、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？怎样控制接触电阻的大小？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。 33、什么是点焊的分流和熔核偏移？怎样减少和防止这种现象？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。 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。 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。 44、试述电子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？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（9501000），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。 55、试述摩擦焊的过程、特点及适用范围过程左右两焊件都具有圆形截面，左焊件被夹持在可旋转的夹头上，右焊件被夹持在能够沿轴向移动加压的夹头上。 首先，左焊件高速旋转，右焊件向左焊件靠近，与左焊件接触并施加足够大的压力，这时，焊件开始摩擦，摩擦表面消耗的机械能直接转换成热能，温度迅速上升，当温度达到焊接温度以后，左焊件立即停止转动，右焊件快速向左焊件施加较大的顶锻压力，使接头产生一定的顶锻变形量，保持压力一段时间后，待两焊件已经焊接成一体时可松开夹头，取出焊件；特点 1、焊件接头的品质好而稳定 2、生产率高，是闪光焊的4-5倍 3、三相负载均衡，节能 4、适于焊接异种金属 5、金属焊接变形小，接头焊前不需特殊处理，不需要填充材料和保护气体，加工成本显著降低 6、容易实现机械化、自动化，操作技术简单，易掌握适用范围 1、焊件截面面积不超过200cm 22、容易夹持的大型盘状焊件和薄壁管件 3、可大量生产 66、什么叫超声波焊？超声波焊有何特点？适用于什么场合？超声波焊利用超声频的高频震荡能，通过磁致伸缩元件使超声频转化为高频振动，在上下振动极的作用下，两焊件局部接触处产生强烈的摩擦，升温和变形，从而使氧化皮