机械制造基础分章作业

1、1 第第 1 1 章章 机械工程材料机械工程材料 作业作业 1常见的金属晶格类型有哪些？说明其特征。 答：常见的金属晶格类型有三种： （1）体心立方晶格。它的晶胞是一个立方体，在立方晶胞的八个顶点和中 心各有一个原子。 （2）面心立方晶格。它的晶胞是一个立方体，在立方晶胞的八个顶点和六 个面的中心各有一个原子。 （3）密排六方晶格。它的晶胞是六棱柱体，在棱柱体的十二个棱角上，上 下两个面的中心各有一个原子。 2何谓过冷度？它与冷却速度有何关系？它对铸件晶粒大小有何影响？比 较普通铸铁件表层和心部晶粒的大小。 答：在极其缓慢的冷却条件下测得的结晶温度称为理论结晶温度 t0，在实际 冷却条件下测得

2、的洁净温度称为实际洁净温度 t1，t1 总是低于 t0，t0 与 t1之 差称为过冷度。金属液体的冷却速度越大，t1就越低，t 也就越大。 增加过冷度能使晶核形成速度大于长大速度,使晶核数量相对增多,可起到细 化晶粒的目的. 普通铸铁件表层结晶温度低,心部结晶温度高,所以表层的晶粒小于心部的晶 粒. 3 何谓金属的同素异构转变？试写出纯铁的同素异构转变过程。 答：一些金属在固态下的晶体结构随温度发生变化的现象称为同素异构转变。 纯铁的同素异构转变如下： 体体体体体体体体体体体体体体体体体体 fefefe l cc 00 9121394 4试述固溶强化和细化强化的原理。 答：固熔强化：在一种固熔

3、体的晶格中熔入了另一种元素的原子，必然会造 成晶格的畸变，晶格畸变必然导致合金的强度、硬度升高。这种溶质原子使固 溶体的强度和硬度升高的现象称为固溶强化。固溶强化是强化金属材料的重要 途径之一。 细化强化：由于多晶粒是由许多不同的晶核长成的晶粒所组成的，因此晶粒 的大小会对金属力学性能产生很大的影响。一般情况下，金属晶粒越细，金属 的强度越高，塑性、韧性越好。细化强化是通过采取细化晶粒的措施来提高金 2 属材料的硬度和强度.通常采用增加过冷度、进行孕育处理和金属的同素异构转 变等措施。 5.默绘出简化后的 fe-fe3c 平衡图。说明主要特性点、特性线的意义。 答：fe-fe3c 平衡图如下：

4、 （1）主要特性点： 符号 温度/co wc(%) 说明 a 1538 0 纯铁的熔点 c 1148 4.3 共晶点 d 1227 6.69 渗碳体的熔点 e 1148 2.11 炭在面心-fe 中的最大溶解度 g 912 0 体心面心同素异构转变点 p 727 0.0218 碳在体心-fe 中的最大溶解度 s 727 0.77 共析点 q 600 0.0057 碳在体心-fe 中的溶解度 （2）主要特性线： 1）acd 线-液相线。在此线上方，铁碳合金是均匀液相，用符号 l 表示。 液态合金冷却到 ac 线开始结晶出奥氏体；冷却到 cd 线开始结晶出一次渗碳 fe3c。 2) aecf 线-

5、固相线。在此线下方，铁碳合金全部结晶成固相。 3）ecf 线-共晶线。液态合金冷却到此线都会发生共晶转变，形成莱氏体。 3 4）gs 线-a3线。是奥氏体和铁素体的相互转变线，在冷却过程中从奥氏 体中析出铁素体。 5）es 线-acm线。是碳在面心铁中的溶解度线。在冷却过程中，从奥氏体 中析出二次渗碳体。 6）psk 线-共析线，又称 a1线。奥氏体冷却到此线时发生共析转变，形成 珠光体。 6试用冷却曲线分析碳的质量分数为 0.4%、0.77%、1.2%的铁碳合金，从 液态冷却到室温是的结晶过程和组织转变。 答： （1）0.4%的铁碳合金结晶过程和组织转变为： fpfaaall pskgsae

6、ac （2）0.77%的铁碳合金结晶过程和组织转变为： pfaaall pskgsaeac （3）1.2%的铁碳合金结晶过程和组织转变为： ii psk ii esaeac cfepcfeaaall 33 7.有三个形状和大小相同的试样，分别由 20、45、t10 钢制成（牌号与钢中 碳的质量分数的关系请参看表 1.3） ，有什么方法能迅速地将他们区分开？ 答：常采用火花鉴别法。分别在功率为 0.200.75kw 的电动砂轮机上，在 转速高于 3000r/min 下，选择砂轮粒度为 4060 目，中等硬度，直径为 150200mm。施加压力以 2060n 为宜，对三种钢材进行磨削来进行火花鉴

7、别。 当火花特征为：火花束较长，流线少，芒线稍粗，多为一次花，发光一般， 带暗红色，无花粉时，则为 20 钢的火花特征。 火花特征为：火花束稍短，流线较细长而多，爆花分叉较多，开始出现二次、 三次花，花粉较多，发光较强，颜色橙。则为 45 钢的火花特征。 火花特征为：火花束较短而粗，流线多而细，碎花、花粉多，又分叉多且多 为三次花，发光较亮。则为 t12 钢的火花特征。 8.试用铁碳合金平衡图的知识说明产生下列现象的原因。 （1）钢的锻造一般在高温（约 1000-1250oc）下进行； （2）绑扎物体一般用镀锌低碳钢丝，起吊重物一般用的钢丝绳却用含碳量 0.6%-0.75%的钢制成。 （3）钳

8、工锯碳的确质量分数高的钢料比锯碳的质量分数低的钢料费力，并 且锯条易磨钝。 4 答：（1）因为钢件在 1000-1250oc 内组织为奥氏体，由于奥氏体的强度、 硬度不高，塑性、韧性良好。其硬度约为 170220hbs，塑性为 40%50% ，是 多数钢种在高温进行压力加工时要求的组织。 （2）因为低碳钢丝的组织是铁素体+渗碳体，其铁素体成份较多，铁素体的 强度、硬度较低,韧性、塑性好，易于变形，而起吊重物一般用的钢丝绳用含碳 量 0.6%-0.75%的钢制成，是因为铁素体成份较少，渗碳体的成份多，渗碳体的 硬的渗碳体又具有较高的强度、一定的硬度。 （3）由于钢中碳的质量分数越高，则渗碳体含量

9、越高，铁素体含量越小， 因此使材料硬度、强度增加，锯切越费力。 9.在铁碳合金平衡图上画出钢的退火、正火和淬火加热温度范围。 答：退火：（1）完全退火，加热到 ac3+（30-50）oc；（2）球化退火：加 热温度为 ac1或 accm+(20-30) oc;（3）去应力退火加热温度为 500 oc-600 oc； 正火：加热到 ac3或以上 40-60oc。 淬火:加热温度为 ac3或 ac1以上（30-50）oc. 10.比较下列钢材经不同的热处理后硬度值的高低，并说明原因。 （1）45 钢加热到 700 oc 保温后水冷； （2）45 钢加热到 750 oc 保温后水冷； （3）45 钢

10、加热到 840 oc 保温后水冷； （4）t12 钢加热到 700 oc 保温后水冷； （5）t12 钢加热到 780 oc 保温后水冷； 答：硬度由高到低如下：（括号中数字代表题中序号） ) 1 ()4()2()3()5(hhhhh 因为：亚共析钢的淬火加热温度一般为 ac3+（3050）。将亚共析钢加 热到此温度,可获得细小的奥氏体，淬冷后则获得细小的马氏体。如果加热到 ac1ac3之间，将获得铁素体和奥氏体，淬冷后，铁素体保留在组织中，会降 低淬火钢的硬度。 过共析钢的淬火加热温度一般为 ac1+（3050）。将过共析钢加热到此 温度，组织为奥氏体和少量的渗碳体，淬火后，获得马氏体和渗碳

11、体组织，渗 碳体能提高钢的硬度和耐磨性。 材料淬火温度水冷硬度(hrc)硬度(hbs) 45 钢750是45248 45 钢840是55536 45 钢不淬火退火态不大于 197 t12780是66693 5 t12840是61627 t12不淬火退火态不小于 207 11.下列各种情况，应分别采取哪些预备热处理或最终热处理？ （1）20 钢锻件要改善切削加工性； （2）45 钢零件要获得良好的综合力学性能（200-450hbs） ； （3）65 钢制弹簧要获得高的弹性（50-55hrc） ； （4）45 钢零件要获得中等硬度（40-45hrc） ； （5）t12 钢锻件要消除网状渗碳体并改善

12、切削加工性； （6）精密工件要消除切削加工中产生的内应力。 答：（1）完全退火或正火；（2）调质处理；（3）淬火+中温回火；（4） 淬火+中温回火；（5）球化退火；（6）去应力退火。 12.确定下列各题中的热处理方法。 （1）某机床变速齿轮，用 45 钢制造，要求表面有较高的耐磨性，硬度为 52-75hrc，心部有较好的综合力学性能，硬度为 220-250hbs。工艺路线为：下 料-锻造-热处理 1-粗加工-热处理 2-精加工-热处理 3-磨削。 （2）锉刀，用 t12 钢制造，要求高的硬度（62-64hrc）和耐磨性。其工艺 路线为：下料-锻造-热处理 1-机加工-热处理 2-成品。 （3）

13、某小型齿轮，用 20 钢制造，要求表面有高的硬度（58-62hrc）和耐磨 性，心部有良好的韧性。其工艺路线为：下料-锻造-热处理 1-机加工-热处理 2-磨削。 答：（1）热处理 1 退火，热处理 2 调质处理，热处理 3 表面淬火+低温回火； （2）热处理 1 球化退火，热处理 2 表面淬火+低温回火； （3）热处理 1 正火，热处理 2 渗碳后表面淬火+低温回火。 13.说明以下各种钢的类别：q235a、08f、t10、t10a。 答：q235a 是屈服强度大于等于 235mpa 的质量等级为的碳素结构沸腾钢； 08f 是含碳量为 0.08%的优质碳素结构钢，且是沸腾钢；t10 是是含碳

14、量约为 1.0左右的碳素工具钢；t10a 是含碳量约为 1.0左右的高级优质碳素工具钢。 14.在生产中，若将不同牌号的钢乱用或搞错，例如： （1）把 q235、20 钢当作 45 钢或 t8 钢； （2）把 45 钢、t8 钢当成 20 钢； （3）把低碳钢丝当作碳素弹簧钢丝等。 6 将会给工件性能带来什么影响？ 答：（1）会使工件的强度不够，在使用中造成损坏；（2）工件的强度过高， 若是作的螺钉，有可能使螺纹孔损坏；（3）做成的弹簧弹性不够。 15.在常用碳素钢中为下列工件选择合适的材料并确定相应的热处理方法： 普通螺钉、弹簧垫圈、扳手、钳工锤、手用锯条。 答：普通螺钉用 q235、q21

15、5 等碳素钢，不进行热处理；弹簧垫圈用 65mn 等 优质碳素结构钢，要经淬火+中温回火；扳手用 35 或 45 优质碳素结构钢，一般 进行发黑处理；钳工锤一般用 t7 或 t7a 等到碳素工具钢，一般进行淬火+低温 回火；手用锯条一般用 t10 或 t10a 等碳素工具钢，一般进行淬火+低温回火。 16.说明下列合金钢的类别、主要化学成分、热处理特点及大致用途： 16mn、cr12mov、60si2mn、3cr2w8v、20crmnti、gcr15、wl8cr4v、40cr、crwm n、1cr18ni9。 答：16mn 是低合金结构钢，常用于桥梁、船舶、车辆、压力容器和建筑结 构等，一般不

16、进行热处理；cr12mov 是高碳高铬工具钢，常用于制造落料模、 弯曲模等到冷作模具，热处理为球化退火、淬火+低温回火；60si2mn 属合金弹 簧钢，用于作减震板簧、螺旋弹簧等，热处理为淬火+中温回火，还要进行喷丸 处理；3cr2w8v 属合金模具钢，用于热挤模和压铸模等，锻后退火、淬火+高温 或中温回火；20crmnti 属合金渗碳钢，主要用于加工尺寸较大的变速齿轮等高 强度渗碳工件，热处理方式为渗碳后淬火+低温回火；gcr15 属滚动轴承钢，用 于制造滚动轴承，热处理为球化退火、淬火+低温回火；wl8cr4v 属合金刃具钢， 制造钻头、铣刀等，热处理为锻后退火、淬火+回火；40cr 属合

17、金调质钢，制 造较为重要的轴、齿轮、蜗杆等，热处理为淬火+高温回火；crwmn 属低合金工 具钢，做拉刀、长铰刀和长丝锥等低速刀具，热处理为为球化退火、淬火+低温 回火；1cr18ni9 属铬镍不锈钢，做要求良好耐蚀性的各种结构工件、容器、管 道等。 17.说明下列工件或工具应选用什么材料比较合适，并确定相应的最终热处 理方法： 沙发弹簧、汽车板弹簧、普通车床主轴、汽车变速箱齿轮、圆板牙、重载冲 孔板、铝合金压铸模、低精度塞规、高精度量规、手术刀。 答：沙发弹簧用普通弹簧钢丝，在 200250c 的油槽中进行回火；汽车板 弹簧用 60si2mn 钢，淬火+中温回火后进行喷丸处理；车床主轴 40

18、cr 或 40mnvb 等合金调质钢，淬火+低温回火；汽车变速箱齿轮用 20crmnti，渗碳后淬火+低 温回火；圆板牙用 9crsi 低合金工具钢，锻后球化退火，淬火+低温回火；重载 冲孔板用 cr12 或 cr12mov，球化退火，淬火+低温回火；铝合金压铸模用 7 3cr2w8v，锻后退火，淬火+高温或中温回火；低精度塞规用 gcr15 或 9crsi， 淬火+低温回火；高精度量规用 gcr15 或 9crsi，淬火+低温回火，进行稳定化 处理，在 150c 左右进行长时间保温；手术刀用 7cr17，淬火+低温或中温回 火； 18.为什么铸造生产中常发现化学成分具有三低（碳、硅、锰的质量

19、分数低） 一高（硫的质量分数高）特点的铸铁，容易成白口铸铁？为什么在同一铸件中， 往往表层或薄壁部分较易形成白口铸铁？ 答：因为在白口铁中，碳全部以渗碳体形式存在，而在铸铁的化学成分中， 碳、硅是强烈促进石墨化的成份，其含量越高，石墨化也易进行，而硫是强烈 阻碍石墨化的元素，还会降低铁水的流动性，锰虽阻碍石墨化，但能减轻硫的 有害作用；铸件的冷却速度对其石墨化的影响也很大，在表层或薄壁部分，因 冷却速度较快，石墨化不充分而易形成白口铸铁。 19.下列铸件宜采用何种铸铁制造？ 车床床身、农用柴油机曲轴、自来水三通、手轮。 答：车床床身一般用 ht200 或 ht250 灰铸铁、农用柴油机曲轴用球

20、墨铸铁； 自来水三通和手轮一般用 ht100 一般灰铸铁制造。 20 为什么在砂轮上磨淬过火的 w18cr4v、9sicr、t12a 等钢制工具时，要经 常用水冷却，而磨 yt30 等制成的刀具，却不能用水急冷？ 答：因为这些钢制工具都属于合金工具钢，当在高温下容易退火而失去工作 能力，所以要常用水冷却；而 yt30 属于硬质合金，对热冷比较敏感，如果用水 冷则会造成刀具出现裂纹而报废。 21.下列刀具应选用何种硬质合金？ （1）高速切削铸铁件的刀具，精加工，连续切削无冲击； （2）高速切削一般钢铸件的刀具，加工中较大冲击。 答：（1）选用短切削加工用硬质合金(k 类)，或采用长切削或短切削加

21、工 用硬质合金(m 类)；（2）选用长切削加工用硬质合金(p 类)，或采用长切削或 短切削加工用硬质合金(m 类)。 22. 什么是功能材料及理想材料？说出你知道的五种现代功能材料，并指出 他们的作用范围。 答: 功能材料是指具有特殊的电、磁、光、热、声、力、化学性能和理化效 应的各种新材料，用以对信息和能量的感受、计测、传导、输运、屏蔽、绝缘、 吸收、控制、记忆、存储、显示、发射、转化和变换的目的。 理想材料零件是一种按照零件的最佳使用功能要求来设计制造的，由单质材 料、复合材料、功能梯度材料和按照一定规律分布的功能细结构材料甚至嵌入 8 器件等构成的复杂非均匀材料零件。它之所以称之为“理想

22、” ，是因为其主体构 成材料的设计制造无不以实现功能和结构的完美结合为目标。 电功能材料电功能材料: : 电功能材料是指主要利用材料的电学性能和各种电效应的材料。 包括导电材料、超导电材料、电阻材料、电接点材料、电绝缘材料、电容器材 料、电压材料、热释电材料和光导电材料等。电功能材料广泛用于电气工程、 电子技术和仪器仪表诸领域。 磁功能材料磁功能材料：主要利用材料的磁性能和磁效应，实现对能量和信息的转换、 传递、调制、存储、检测等功能。它们广泛用于机械、电力、电子、电信、仪 器、仪表等领域。 光学功能材料：光学功能材料：主要功能有光的发射和传输、光信息转换、存储、显示、计 算和光的吸收。用于机

23、械、电力、电子、电信、仪器、仪表等领域。 具有独特热物理性能和热效应的材料称为热功能材料热功能材料，用于制作发热、致冷、 感温元件，或作为蓄热、传热、绝热介质，应用于各技术领域。当材料同时兼 有优良的热传导、电导和适当的热膨胀特性和强度性能时，又可用来制作集成 电路、电子元器件等的基板、引线框架、谐振腔、双金属片等。 敏感材料：敏感材料：传感器通常由敏感元件和转换元件所组成。敏感材料按物理、 化学和结构特性可分为半导体、陶瓷、有机聚合物、金属、复合材料等；多用 于机械、电力、电子、电信、仪器、仪表等领域。 23什么是纳米材料？说出你知道的 10 种纳米材料，并指出他们的作用范 围。 纳米材料又

24、称超微细材料，其粒子粒径范围在 1100nm 之间，即指至少在 一维方向上受纳米尺度(0.1100nm)调制的各种固体超细材料。 纳米 tio2粉体按一定比例加入到化妆品中，则可以有效地遮蔽紫外线。将 金属纳米粒子掺杂到化纤制品或纸张中，可以大大降低静电作用。纳米陶瓷材 料除保持传统性能外，还具有高韧性和延展性，tio2陶瓷晶体材料能被弯曲， 其塑性变形可达 100。将纳米大小的抗辐射物质掺入到纤维中，可制成防紫 外线、电磁波辐射的“纳米服装” 。纳米材料溶于纤维，不仅能吸收阻隔 95 以上的紫外线和电磁波，而且具有无毒、无刺激，不受洗涤、着色和磨损影响， 可做成衬衣、裙装、运动服等，保护人体

25、皮肤免受辐射伤害。纳米银粉、镍粉 轻烧结体作为化学电池、燃烧电池和光化学电池中的电极，可以增大与液体或 气体之间的接触面积，增加电池效率，有利于电池的小型化。用拌入纳米微粒 的水泥、混凝土建成的楼房，可以吸收降解汽车尾气，城市的钢筋水泥从此能 像森林一样“深呼吸” 。纳米膜能够探测到由化学和生物制剂造成的污染，并能 够对这些制剂进行过滤，从而消除污染。数层纳米粒子包裹的智能药物进入人 9 体后，可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。 第二章习题参考答案 2-1 零件、铸件和模样三者在形状和尺寸上有哪些区别？ 答: 在尺寸方面：零件尺寸最小，铸件上有加工余量，尺寸比零件大，模样上除了要加加工余

26、量外，还需加上液态金属的收缩率，故尺寸最大。 在形状方面：铸件与零件相比，铸件在垂直于分型面的壁上有起模斜度，且有些小孔、小 槽不铸出。模样与铸件相比，在需铸出的孔处，并无孔，且需加上型芯头。 2-2确定图 2-63 所示零件的浇注位置、分型面和手工造型方法，并画出铸造工艺图。 图 2-63 支承台 解: 铸造工艺图如下图所示。在零件的铸造工艺图上，分型面在图中横向的中心线上，已 标在图上。手工造型时应采用两箱造型法。说明：零件图中的 8 个小孔不铸出，垂直于分 型面的铸件表面应加上起模斜度。 上 下 10 2-3 比较各种铸造方法的特点。 答：各种铸造方法的特点见下表。 铸造类别砂型铸造金属

27、型铸造压力铸造熔模铸造离心铸造 适用合金不限制以有色合金 为主 用于有色合 金 以碳钢和合 金钢为主 多用于黑色 金属和铜合 金 铸件大小及 重量 不限制中小件一般中小件一般 4，铸钢5 铜合金2， 其它 0.51， 孔0.7 通常 0.7，孔 1.52.0 最小内孔为 7 表面粗糙度 /m 粗糙12.56.33.20.812.51.6 尺寸公差 /mm 1001.01000.41000.31000.3 金属利用率 /% 707095907090 铸件内部质 量 结晶粗结晶细结晶细结晶粗结晶细 生产率（适 当机械化、 自动化） 可达 240 型/ 小时 中等高中等高 2-4 下列铸件在大批量生

28、产时最适宜采用哪种铸造方法？ 铝合金活塞、车床床身、齿轮铣刀、铸铁水管、照相机机身 答： 11 铝合金活塞：金属型铸造 车床床身：砂型铸造 齿轮铣刀：熔模铸造 铸铁水管： 离心铸造 照相机机身：压力铸造。 2-5 某种纯铜管是由坯料经冷拔而成。请回答以下问题： （1）铜管的力学性能与坯料有何不同？ （2）在把铜管通过冷弯制成输油管的过程中，铜墙铁壁管常有开裂，原因是什么？ （3）为了避免开裂，铜墙铁壁管在冷弯前应进行何种热处理？ （4）热处理前后铜管的组织和性能发生了哪些变化？ 解： （1）铜管的强度、硬度比坯料高，塑性、韧性比坯料低。 （2）铜管塑性本已较低，冷弯则需铜管再产生较大的塑性变形

29、，当冷弯时的塑性变形量大 于材料的塑性，则铜管就会开裂。 （3）铜管在冷弯前应进行再结晶退火，以消除铜管中的加工硬化，恢复其塑性。 （4）热处理前，铜管的组织为变形组织：变形晶粒或冷加工纤维组织，力学性能为强度、 硬度较高，塑性、韧性较低。热处理后，其组织为正常组织：等轴晶粒，力学性能则为强 度、硬度较低，塑性、韧性较高。 2-6 铅的熔点为 327，请问： （1）在室温下弯折铅板是属于冷加工还是热加工？ （2）铅板在室温下弯折为什么会越弯越硬？ （3）上述铅板在室温下停止弯折一段时间后又会重新变软，为什么？ 解： （1）铅的再结晶温度为： t再0.4(327+273)-273= -33室温，

30、可见铅的再结晶温度为-33,根据冷热加工的定义， 即使它在室温下的塑性变形仍属于热加工变形，所以在室温下弯折铅板是热加工。（3）其 温度超过其再结晶温度，当停止弯折放置一段时间后，由于再结晶后。 （2）金属在进行热加工时，内部存在着加工硬化和再结晶这两个过程，当加工硬化的速度 超过再结晶软化的速度时，金属的硬度就会越来越高。铅板在室温下的弯折就属于这种情 况。 （3）由于铅板在室温下的弯折属于热加工，铅板在室温下停止弯折后，加工硬化过程不再 进行，但再结晶软化过程并没有停止，经过一段时间后，再结晶就能把原先累积起来的加 工硬化完全消除，会使其强度和硬度降低而产生软化现象，所以铅板就重新变软。

31、12 2-7 为什么金属晶粒越细，金属的力学性能越好？试根据金属塑性变形的理论加以说明。 解：金属的晶粒越细，每个晶粒周围的具有不同位向的晶粒和晶界数量就越多，当一个晶 粒产生塑性变形时，就会受到这些晶粒和晶界的阻碍，因而阻碍就越大，即金属的变形抗 力就越大，也就是金属的强度、硬度越高。金属晶粒越细，金属塑性变形时参与变形的晶 粒数越多，使得每个晶粒需产生的变形量越小，这样不但使金属的变形更均匀，变形的能 力也更大，即金属的塑性越好。金属的强度越高，塑性越大，使得金属受到冲击时，裂纹 越不易产生和扩展，这就表明金属抵抗冲击载荷的能力越高，即金属的韧性越好。 2-8 画出图 2-64 所示零件的

32、自由锻件图，并确定自由锻基本工序。 图 2-64 齿轮 解：零件的自由锻件图如下图所示。坯料采用圆棒料时，其自由锻基本工序为完全镦粗、 局部镦粗、冲孔和扩孔。 2-9 要制造底部中心有一圆孔的杯形件，应进行哪些冲压基本工序？ 答：落料、拉深、冲孔。如采用冲孔、落料、拉深也可以做，但孔的形状和位置会受到影 响。 2-10 用三块 1m1m 的钢板制造一根 3m 长的圆管。说明制造过程，并画出焊缝布置示 意图。 解： 13 制造过程如下：先将三块钢板分别卷成圆管状，并焊接成三段 1m 长的圆管，再把三段圆 管焊成一根 3m 长的圆管，焊接时要使三段圆管的三条直焊缝相互错开，不要连成一直线。 焊缝布

33、置示意图如下图所示。图中粗黑实线和虚线均表示焊缝。 2-11 为下列产品选择适宜的焊接方法。 （1）壁厚 mm 的锅炉筒体的批量生产； （2）汽车油箱的大量生产； （3）减速器箱体的单件或小批量生产； （4）在 45 钢刀杆上焊接硬质合金刀片； （5）铝合金板焊接容器的批量生产； （6）自行车钢圈的大量生产。 解： （1）壁厚小于 30mm 的锅炉筒体的批量生产：采用埋弧焊 （2）汽车油箱的大量生产：采用缝焊 （3）减速器单件或小批量生产：采用手工电弧焊 14 （4）在 45 钢刀杆上焊接硬质合金刀片：采用硬钎焊 （5）铝合金板焊接容器的批量生产：采用氩弧焊 （6）自行车钢圈的大量生产：将卷好

34、边的钢圈坯料按一定长度截断，进行对焊。 第三章作业 1.热塑性塑料与热固性塑料的主要区别在哪里？ 答:热塑性塑料是指受热时软化，冷却后硬化的过程能反复进行的塑料。热固性塑料则是受 热软化，冷却固化过程不能重复进行的塑料。 2塑料的成形方法有哪些？试述各自的应用范围。 答: (1) 注射成形注射成形: 注射成形是生产一般塑料制件最常用的方法，应用于热塑性塑料和部分 热固性塑料的成形。注射成形生产周期短、效率高，易于实现机械化、自动化，而且制品 尺寸精确，适用于大批量制造形状复杂件、薄壁件及带有金属或非金属嵌件的塑料制品， 如电视机、收录机的外壳等。 (2) 挤出成形挤出成形: 挤出成形是应用最广

35、、适应性最强的加工方法。配合不同形状和结构的口模， 可生产塑料管、棒、板、条、带、丝及各种异型断面的型材，还可进行塑料包覆电线、电 缆工作。 (3) 压制成形压制成形: 压制成形是热固性塑料常用的成形方法，也可用于流动性极差的热塑性塑料 (如聚四氟乙烯)的成形，如常见的电器开关、插头、插座、轴瓦、汽车方向盘等就是用压 制成形的。 (4) 吹塑成形吹塑成形: 吹塑成形只限于热塑性塑料的成形(如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙 烯、聚碳酸酯、聚酰胺等)，常用于成形中空、薄壁、小口径的塑料制品，如塑料瓶、塑料 罐、塑料壶等。还可利用吹塑原理生产各种塑料薄膜。 (5) 浇铸成形浇铸成形: 浇铸成形主要

36、适用于流动性好、收缩小的热塑性塑料或热固性塑料,尤其适 15 宜制作体积大、重量大、形状复杂的塑料件。 (6) 滚塑成形滚塑成形: 滚塑是制造大型中空塑料制品最经济的方法，尤其是在模具中使用石棉、氟 塑料等不粘材料可生产局部有孔或敞口的塑料制品，因而已越来越多地用于生产大型厚壁 的塑料管道、塑料球、塑料桶等。 3塑料的机械加工与金属材料的机械加工有何区别？ 答: 塑料零件的机械加工与金属的切削加工方法基本相同，如可以车、铣、刨、钻、扩、 铰、镗、锯、锉、攻丝、滚花等。但在切削时，应充分考虑塑料与金属的性能差异，如塑 料的散热性差、热膨胀系数大、弹性大，加工时容易变形、软化、分层、开裂、崩落等。

37、 因此，要采用前、后角较大的锋利刀具，较小的进给量和较高的切削速度；正确地装夹和 支承工件，减少切削力引起的工件变形；并采用水冷或风冷加快散热。 4橡胶中除生胶外还添加哪些物质？它们各自起何作用？ 答: 防老化剂:防止橡胶过早老化，失去使用性能、 增塑剂:增加橡胶的可塑性，便于制成各种形状。 填料:增加制品的强度等性能。 硫化剂和硫化促进剂: 橡胶末硫化前缺乏良好的物理机械性能，实用价值不大，加入硫化剂和硫化 促进剂能提高橡胶的综合性能，尤其是抗拉强度、伸长率、耐磨性、硬度等方面明显改善。 并能使橡胶具有良好的耐热性能和耐老化性能，提高抗氧老化性能，具有良好的加工性能。 5橡胶制品的成形方法有

38、哪些？试述各自的应用范围。 答：橡胶制品的成形方法主要有挤压成形、压延成形、模压成形等。 (1)挤压成形。用螺旋挤压机将混炼后的胶料通过口模挤压成连续断面的制品，如胶管、 胶棒、密封胶带等。其原理与塑料挤压成形相同。 (2)压延成形。用压延机将混炼后的胶料压成薄的胶板、胶片等，或在胶片上压出某种 花纹，或在帘布、帆布的表面挂涂胶层，或将两层胶片贴合起来。此法只适用于形状比较 简单的半成品成形。 (3)模压法。可将混炼后的胶料直接放在模压机上的金属模具内压制成形，此法适用于 小型橡胶零件的生产，如密封圈、皮碗、减震件等。也可将压延出的胶片、胶布等按照制 品形状大小裁剪后再在压机上用模具压制成半成

39、品或成品，如胶鞋、橡胶球等。此法适用 于形状比较复杂的橡胶零件的生产。 6陶瓷制品的成形方法有哪些？试述各自的应用范围。 答：陶瓷制品的成形方法主要有可塑成形、注浆成形和压制成形及固体成形等。 (1)可塑成形。是采用手工或机械的方法对具有可塑性的坯料泥团施加压力，使其发生 塑性变形而制成生坯的方法。常用的可塑成形方法有挤压、滚压、旋压、雕塑及印坯等。 主要用于民用陶瓷器皿的生产，工业上用于陶瓷管、棒或型材的成形，如热电偶保护套管、 高温炉管等。 (2)注浆成形。是将制备好的坯料泥浆注入多孔性模具内(石膏模或金属模)，形成特定 厚度的坯体后再倒出多余的浆料，待注件干燥收缩后修坯脱模获取制件的方法

40、。由于泥浆 坯料的流动性大大好于泥团坯料，故此方法主要用于制造形状复杂但精度要求不高的普通 陶瓷制品。 (3)压制成形。是将含有极少水分的粉状坯料放在金属模具内压制成致密生坯的成形 方法。压制成形的过程简单，制品形状尺寸准确，便于实现机械化。是工程陶瓷和金属陶 16 瓷的主要成形方法。 (4)固体成形。是先将粉料制成一定强度的块料或经过预烧制成有一定强度的坯料，然 后再进行车、铣、刨、钻等加工成形的方法。使用于制造复杂的零件。 7如何解决金属基复合材料的基体与纤维的化学不相溶性？ 答：（1）采用成形方法。如挤压成形法、旋压成形法、模锻成形法、粉末冶金法、爆炸成 形法等。 （2）采用机械连接、胶

41、接连接和焊接等；机械连接主要采用螺栓连接、铆钉连接 和销钉连接；胶接是用胶粘剂将复合材料制件连接起来的方法；热塑性复合材料和金属基 复合材料常采用焊接方法进行连接。 第四章快速成形技术作业 1rp 49254：1.004 一块,1.25 一块,7 一块,40 一块. 原则是一般选三块，最多选四块。 4某轴的尺寸为 20h6，试确定验收极限并选择计量器具。 答：该轴的极限尺寸为 20.019.987，it=0.013mm, 查表得：a=0.001mm,1=0.0009mm, 选择分度值为 0.0005 的比较仪能满足要求，其不确定度为 0.0005mm。 验收极限为： 上验收极限=20-0.00

42、1=19.999mm 下验收极限=19.987+0.001=19.988mm 5某孔的尺寸为 100h10，试确定验收极限并选择计量器具。 答：该轴的极限尺寸为 100.0100.14，it=0.14mm, 查表得：a=0.01mm,1=0.009mm, 选择分度值为 0.01 的内径千分尺能满足要求，其不确定度为 0.008mm。 验收极限为： 上验收极限=100.14-0.01=100.13mm 下验收极限=100+0.001=100.01mm 6光滑极限量规有何特点？如何判断工件的合格性？ 答：光滑极限量规的外形与被检测对象相反，检验孔的量规称为塞规，检验 轴的量规称为卡规（或环规） 。

43、 光滑极限量规一般是通规和止规成对使用，通规是检验工件最大实体尺寸的 量规，止规是检验最小实体尺寸的量规。 检验时如果通规能通过工件而止规不能通过，则认为工件是合格的，否则工 21 件就不合格。 7量规除了规定制造公差外，为什么还要规定磨损极限？ 答：考虑到通规在使用过程中，因经常要通过工件会逐渐磨损，为了使通规 具有一定的使用寿命，除规定制造量规的尺寸误差外，还规定允许的最小磨损 量，使通规误差带从最大实体尺寸向工件公差带内缩一个距离。 8光滑极限量规按用途可分为工作量规、验收量规和校对量规三种，各有 何特点？ 答：工作量规是在零件制造过程中，操作者对零件进行检验时所使用的量规。 操作着应该

44、使用新的或磨损较小的通规。 验收量规：检验部门或用户代表在验收零件时所使用的量规。验收量规一 般不专门制造，它是从磨损较多但又未超过磨损极限的旧工作量规中挑选出来 的。这样，由操作者自检合格的零件，检验人员检收时也一定合格。 校对量规：用以检验工作量规的量规。孔用工作量规使用通用计量器具测 量很方便，不需要校对量规。故只有轴用工作量规才使用校对量规。 9什么是最小条件？什么是最小区域法？说明如何应用最小区域法评定形 状误差？ 答：最小条件是指被测实际要素对其理想要素的最大变动量为最小。最小条 件是评定形状误差的基本原则。最小区域法实质上是最小条件的具体体现；最 小区域法是在具体评价形状误差时，

45、往往按最小区域评定误差值的方法称为最 小区域法。 如图 1a 所示，评定直线度误差时理想要素 ab 与被测实际要素相接触， h1、h2、h3、是相应于理想要素处于不同位置 a1b1、a2b2、a3b3所得 到的各个最大变动量，其中 h1为各个最大变动量中的最小值，即 h1h2，即 h1就是其直线度误差值。因此，评定形状误差时，理想要素 的位置应符合最小条件，以便得到唯一的最小的误差值。 如图 1b 所示，评定圆度误差时用两同心圆包容被测实际要素，图中画出了 c1和 c2两组，其中 c1组同心圆包容区域的半径 r1 小于任何一组同心圆包容 区域的半径。这时，认为 c1组的位置符合最小条件，其区域

46、为最小区域，则区 22 域宽度 r1为该实际圆的圆度误差值。 10什么是基准？什么是模拟基准？说一说实验室哪些测量工具可作为模拟 基准？ 答：基准是即是理想要素，在位置公差中对被测要素起着定向或定位的作用， 也是确定位置公差的依据。模拟基准是指采用模拟法来体现的基准。如实验室 中的测量平台等。 11 用框式水平仪按节距法测量导轨直线度误差、桥板跨距为 200mm，水 平仪为 0.02/1000，测得结果如下表所示。试作误差曲线，并求出其直线度误 差值。 答：水平仪分度值为 0.02/1000,在 200mm 长度上相对高度为： 2000.2/1000=0.004mm,将误差值列出表 1 进行计

47、算后，再按比例作图 2 所示， 横坐标为分段距离，纵坐标为被测导轨高度误差值，连接各点，即得经过缩放 后的导轨轮廓线。 表表 1 1 节距法测量平导轨数据分析表节距法测量平导轨数据分析表 分 段 距 离 0200 200400 400600 600800 8001000 气泡相对于其零线的格数+1+1 -2-2+1 累 积 格 数+1+20-2-1 高 度 误 差 值 （）+4+80-8-4 由图 2 用最小区域法评定其直线度误差,可得导轨的直线度误差为: 4 8 -4 -8 0 误差/m 200 800 600 400 1000 距离/mm f 图 2 导轨误差曲线图 23 f=0.012m

48、m. 12分别说明圆跳动和全跳动，端面对轴线的垂直度和端对轴线的端面全跳 动各有何区别？ 答：圆跳动是以某一轴线的某一圆的跳动误差而全跳动则是以某一轴线的 某一圆柱面或平面的跳动误差。端面对轴线的垂直度是以线为基准的，而面对 轴线的端面全跳动则是以面为基准的整个面的垂直度。 13齿轮传动的使用要求有哪些？影响各使用要求的误差主要有哪几个项 目？ 答：齿轮传动的使用要求有传递运动的平稳性，载荷分布均匀性以及齿侧 间隙。影响各使用要求的误差主要有：齿圈径向跳动误差、齿厚偏差、公法线 长度变动误差及公法线平均长度偏差。 14在齿轮的误差项目中，fw 和fwm 有何异同之外？ 答：fw 是公法线长度变

49、动误差而fwm 是公法线平均长度偏差。fw 是 实际公法线长度最大值与最小值而fwm 是指在齿轮一周公法线长度均值与公 称值之差。 15齿轮误差的单项综合检测有何区别？ 答：齿轮的单项测量是指对被测齿轮的单个参数项目进行的测量，单项测量 除了用于验收外，也常用于工艺过程是否正常找出加工误差产生的原因必要时 对工艺过程进行调整。 齿轮综合测量是将被测齿轮与测量元件按单面或双面啮合作连续啮合运动， 沿啮合线方向或径向测出齿轮的综合误差，综合测量是连续性测量，效率高， 易于实现机械化，自动化测量，适用于大批生产齿轮的测量。 16根据齿轮工作图，试说明在尺寸、形位、表面粗糙度及齿轮制造精度 等到方面有

50、哪些检测项目？分别使用什么检测方法和测量器具？ 答：需要检测的尺寸有：齿顶圆直径、内孔直径及槽宽，使用单项检测可 以用内径千分尺、游标卡尺。形位公差有齿轮两端面对内孔轴线的跳动公差、 键槽两端面对内孔轴线的对称度公差。使用单项检测，可以用模拟心轴，用千 分表测量齿轮两端面对内孔轴线的全跳动，用量块及千分表测量齿轮键槽两端 面对内孔轴线的全跳动。表面粗糙度有内孔面，槽两端面，使用单项检测，可 以用粗糙度比较仪等。齿圈径向跳动误差：用齿圈径向跳动检查仪；齿厚偏差： 用齿厚游标卡尺测量；公法线长度变动量：用公法线长度千分尺测量； 24 第六章金属切削原理作业第六章金属切削原理作业 1切削加工由哪些运

51、动组成？它们各有什么作用？ 答：切削加工由主运动和进给运动组成。 主运动是直接切除工件上的切屑层，使之转变为切屑，从而形成工件 新包表面。进给运动是不断的把切削层投入切削，以逐渐切出整个工件 表面的运动。 2切削用量三要素是什么？ 答：切削用量三要素的切削速度，进给量，和背吃刀量。 3刀具正交平面参考系由哪些平面组成？它们是如何定义的？ 答：刀具正交平面参考系由正交平面 po,基面 pr,切削平面 ps 组成；正交平 面是通过切削刃上选定点,且与该点的基面和切削平面同时垂直的平面；基面是 通过切削刃上选定点,且与该点的切削速度方向垂直的平面；切削平面是通过切 削刃上选定点,且与切削刃相切并垂直

52、与基面的平面。 25 4刀具的工作角度和标注角度有什么区别？影响刀具工作角度的主要因素 有哪些？ 答：刀具的标注角度是刀具设计图上需要标注的刀具角度，它用于刀具的制 造、刃磨和测量；而刀具的工作角度是指在切削过程中，刀具受安装位置和进 给运动的影响后形成的刀具角度。 影响刀具工作角度的主要因素有：横向和纵向进给量增大时，都会使工作前 角增大，工作后角减小；外圆刀具安装高于中心线时，工作前角增大，工作后 角减小；刀杆中心线与进给量方向不垂直时，工作的主副偏角将增大或减小。 5什么是积屑瘤？试述其成因、影响和避免方式。 答：积屑瘤在以低速加工塑性金属材料时，在刀具前面靠近切削刃处粘着一 小块剖面呈

53、三角形的硬块（硬度通常是工件材料的 23 倍） ，叫着积屑瘤。 切削时，由于粘结作用，使得切屑底层与切屑分离并粘结在刀具前面上，随 着切屑连续流出，切屑底层依次层层堆积，使积屑瘤不断长大。积屑瘤稳定时 可以保护切削刃，代替切削，但由于积屑瘤形状不稳定，对精加工不利，且其 破裂可能加剧刀具的磨损。 避免方式：加切削液；不在中速区进行切削；增大刀具前角等。 6金属切削层的三个变形区各有什么特点？ 答：第一变形区的特征是沿滑移面的剪切变形，以及随之而来的加工硬化； 第二变形区的特征是切屑与刀具之间的强烈的挤压和磨擦所引起的切屑层金属 的剧烈变形和切屑与刀具界面温度的升高，形成积屑瘤；第三变形区是在已

54、加 工表面形成过程中受到挤压、磨擦使表面层金属产生变形，并伴随切削热的作 用。 7各切削力对加工过程有何影响？ 答：主切削力 fc ： 是计算机床动力，校核刀具.夹具的强度和刚变的主要 依据之一；轴向力 fc ： 是计算和校验机床进给系统的动力.强度和刚度的主 要依据之一；径向力 fp： 是用来计算与加工精度有关的工作扰度.刀具和机 床零件的强度等。 8切削热是如何产生的？它对切削过程有什么影响？ 答： 切削热主要来自切削区域的三个变形区，即切削层金属发生弹性和塑 性变形产生的热；刀具前刀面与切削底部摩擦产生的热；刀具后刀面与工件已 加工表面摩擦产生的热。 影响：大量的切削热使切削温度升高，切

55、削温度能改变工件材料的性能； 改变前刀面的摩擦系数和切削力的大小；影响刀具磨损和积屑瘤的形成与消退； 也影响 工件的加工精度和已加工表面质量等。 26 9刀具磨损的形式有哪些？磨损的原因有哪些？ 答：（1）形式： 前刀面磨损，后刀面磨损，前刀面和后刀面同时磨损或边 界磨损。 （2）原因：硬质点磨损-硬质点磨损是由于工件基体组织中的碳化物、 氮化物、氧化物等硬质点及积屑瘤碎片在刀具表面的刻划作用而引起的机械磨 损。在各种切削速度下，刀具都存在硬质点磨损。硬质点磨损是刀具低速切削 时发生磨损的主要原因，因为其它形式的磨损还不显著。 粘结磨损-在高温高压作用下，切屑与前刀面、已加工表面与后刀面之间的

56、 磨擦面上，产生塑性变形，当接触面达到原子间距离时，会产生粘结现象。硬 质合金刀具在中速切削工件时主要发生粘结磨损。 扩散磨损-切削过程中，由于高温、高压的作用，刀具材料与工件材料中某 些化学元素可能互相扩散，使两者的化学成分发生变化，削弱刀具材料的性能， 形成扩散磨损。硬质合金中的 co、c、w 等元素扩散到切屑中被带走，切屑中 的铁也会扩散到硬质合金中，使刀面的硬度和强度降低，磨损加剧。扩散磨损 是硬质合金刀具在高速切削时磨损的主要原因之一。 化学磨损-在一定温度下，刀具材料与某些周围介质（如空气中的氧，切削 液中的添加剂硫、氯等）发生化学反应，生成硬度较低的化合物而被切屑带走， 或因刀具

57、材料被某种介质腐蚀，造成刀具的磨损。 10.什么是刀具的磨钝标准？什么是刀具的耐用度？ 答：刀具磨损到一定限度后就不能继续使用，这个磨损限度称为磨钝标准。 刀具耐用度是指刀具由刃磨后开始切削，一直到磨损量达到磨钝标准所经 过的总切削时间。 11何谓工件材料的切削加工性？它与哪些因素有关？ 答：切削加工性是在一定条件下，某种材料切削加工的难易程度。材料加工 的难易，不仅取决于材料本身，还取决于具体的切削条件。 影响因素：(1)材料的强度和硬度。工件材料的硬度和强度越高，切削力 越大，消耗的功率也越大，切削温度刀就越高，刀具的磨损加剧，切削加工性 就越差。 (2)材料的韧性。韧性大的材料，在切削变

58、形时吸收的能量较多，切削力和 切削温度较高，并且不易断屑，故其切削加工性能差。 (3)材料的塑性。材料的塑性越大，切削时的塑性变形就越大，刀具容易产 生粘结磨损和扩散磨损；在中低速切削塑性较大的材料时容易产生积屑瘤，影 响表面加工质量；塑性大的材料，切削时不易断屑，切削加工性较差。 27 (4)材料的导热率。材料的导热系数越高，切削热越容易传出，越有利于降 低切削区的温度，减小刀具的磨损，切削加工性也越好。但温升易引起工件变 形，且尺寸不易控制。 12.试对碳素结构钢中含碳量大小对切削加工性的影响进行分析。 答：高炭钢的硬度高，塑性低，导热性差，故切削力大，切削温度高，刀具 耐用度低，切削加工

59、性差。中碳钢的切削加工性较好，但经热轧或冷轧，或经 正火或调值后，其加工性也不相同，低碳钢硬度低，塑性和韧性高，故切削变 形大，切削温度高，断屑困难，易粘屑，不易得到小的表面粗糙值，切削加工 性差。 13说明前角和后角的大小对切削过程的影响。 答：增大前角可减小切削变形，切削热，降低切削功率的消耗还可以抑制积 屑瘤和鳞刺的产生，提高加工质量。增大前角，会使楔角减小，切削刃与刀头 强度降低，易造成崩刃，还会使刀头的散热面积容热体积减小，使切削区局部 温度上升，易造成刀具的磨损，刀具难用度下降。增大后角可减小刀具后面与 已加工表面间的摩擦，减小刀具磨损，还可使切削刃钝圆半径减小，提高刃口 锋利程度

60、，改善表面加工质量。但后角过大，将削弱切削刃的强度，减小散热 体积使散热条件恶化，降低刀具难用度。 14说明刃倾角的作用。 答：影响切屑的流出方向；当 s0时，切屑沿主切削刃方向流出；当 s0时，切屑流向待加工表面；当 s0时，切屑流向已加工表面。 影响刀尖强度和散热条件；当 s0时，切削过程中远离刀尖的切削刃处 先接触工件，刀尖可免受冲击，同时，切削面积在切入时由小到大，切出时由 大到小逐渐变化，因而切削过程比较平稳，大大减小了刀具受到的冲击和崩刃 的现象。 影响切削刃的锋利程度。当刃倾角的绝对值增大时，可使刀具的实际前角增 大，刃口实际钝圆半径减小，增大切削刃的锋利性。 15切削液的主要作