机械制造工艺解析

某工厂铸造一批哑铃，常出现如图1・59所示的明缩孔，有什么措施可

以防止，并使铸件的清理工作量最小？

冒口

缩

冷铁

-答：可采用次序凝固，使铸件按规定方

向从一部分到另一部分逐渐凝固。在铸件也许出现缩孔的厚大部位安放冒

口。或在铸件远离浇冒口的部位增设冷铁，加紧该处的冷却速度，使厚壁

凸台反而最先凝固，从而实现自下而上的次序凝固。如图所示

某厂自行设计了一批如图所示的铸铁铁槽型梁。铸后立即进行了机械加工使用

一段时间后，在梁的长度方向上发生了弯曲变形。

（1）该梁壁厚均匀，为何还会变形？判断梁的I变形方向。

（2）有何铸造工艺措施能减少变形？

（3）为防止铸件变形，请改善槽型梁构造

答：1.由于该铸件有应力是不稳定日勺，将自发时逍过变形来减小内应力，趋于稳

定状态。向下凹。

2.采用同步凝固以便冷却均匀，或用“反变形”工艺。

3.采用如下图所示构造。或增长外圆角，减小热节。

某铸件时常产生裂纹缺陷，怎样辨别其性质？假如属于热裂纹，应当从那些方

面寻找原因？

（1）热裂常发生在铸件的拐角处，截面厚度突变史等应力集中的部位或铸件最终

凝固区日勺缩孔附近或尾部。裂纹往往沿晶界产生和发展，外形波折，不规则，裂

缝较宽，裂口表面氧化较严重。

冷裂外形常穿过晶粒，呈持续直线状。裂缝细小，宽度均匀，断口表面洁净

光滑，具有金属光泽或微氧化色。

（2）铸件构造不合理，合金的收缩大，型（芯）砂退让性差以及铸造工艺不合

理均也许引起热裂，刚和铁中口勺硫，磷减少了刚和铁的韧性，使热裂的倾向大大

提高。

确定如图所示铸件的铸造工艺方案，规定如下：

（1）按单件小批生产条件分析最佳方案；

（2）按所选方案绘制浇注位置，分型面，分模面。

采用型芯三箱造型，或使用型芯二箱造型

造型措施为手工造型，方案如图:

试比较压力铸造，低压铸造，挤压铸造三种措施的异同点及应用范围。

•异同点：压力铸造是动型提供压力，最终从动型中顶出铸件；低压铸造是压缩

空气提供压力，铸件由浇口进行补缩，不要冒口；挤压铸造的压力很小，外力

不直接作用在工件上，没有塑性变形组织。

•应用范围：压力铸造广泛应用于汽车，拖拉机，仪器仪表，医疗器械等制造行

业中；低压铸造常用来生产汽缸体，汽缸盖，活塞，曲轴箱，壳体等高质量铝

合金，镁合金铸件，有时用于生产铜合金，铸铁件。挤压铸造适合于生产多种

力学性能规定高，气密性好的后壁铸件，如汽车铝轮毂，发动机铝活塞，铝缸

体，制动器铝铸件等，不适合生产构造复杂的铸件。

在以便铸造和易于获得合格铸件的条件下，图1・62所示铸件构造有何值得改善

之处？怎样改善？

G4

130(20-30mm)

120(3()-5()mm)

因铸件在壁厚20mm,52mm处无法承受15()MPa强度，因此不满足性能规定。

锡在2()℃、钩在1100℃变形，各属于哪种变形？为何(锡时熔点为232C,

鸨的熔点为338()℃)?

答：按照绝对温度计算。绝对温度零点是-237℃o

锡在2()℃变形属于热变形，其T再=0.4X(232+237)K<(237+20)K：

鸨在1100℃变形属于冷变形，其T再=0.4X

(338O+237)K>(1100+237)Ko

怎样确定模锻件分模面的位置？

答：按照如下原则确定分模面的位置

1)要保证模锻件能从模膛中取出。

2)按选定的分模面制成的锻模后，应使上、下两模沿分模面的模脚轮廓一致,

以便在安装锻模和生产中轻易发现错模现象，及时调整锻模的位置。

3)最佳把分模面选在模膛深度最浅的位置处，使金属很轻易充斥模膛，便于

取出锻件，有助于锻模的制造。

4)选定n勺分模面应使零件上所加的敷料至少。

5)最佳使分模面为一种平面，使上、下锻模的膛深度基本一致，差异不合适

过大，以便于制造锻模。

图2-55所示的零件的模锻工艺性怎样？为何？应怎样修改使其便于模锻?

答：工艺性不好，原因在于有突出物，不便于取模，存在着薄壁，并且没有一定

的拔模斜度。

修改后日勺图形见教材P70,如图2-26o

图2-56所示日勺两个零件采用锤上模锻工艺成形，试选择合适的分模面。

图2-57所示零件若批量分别为单件、小批、大批量生产时，应选用哪种措施制

造？定性的画出多种措施所需的锻件图。

(1)其生产为单件，宜采用自由锻，锻件图如下。

(2)小批量生产的齿轮，宜采用摩擦压力机上模锻，锻件图如下。

(3)大批量生产的通孔回转体零件，宜采用平锻机上模锻，锻件如下。

图2-57不同样的零件

图2-58所示零件采用模锻措施制坯，设计上有哪些不合理的地方？为何?

不合理日勺地方如图:

1.应设计为圆角，减小金属流动时的摩擦阻力和使金属液充足的填满模膛;

2.应有一定日勺拔模斜度，便于拔模;

3.应设计得更厚，否则金属轻易冷却，不易充斥模膛；

4.应为非机械加工面，模锻日勺尺寸精度高和表面粗糙度底，所示处不用于配合

用①5()冲孔模具来刍产①50落料件能否保证冲压件日勺精度？为何？

答：不能。冲孔模的设计以凸模为基准，考虑到磨损，凸模取合乎公

差规定日勺最大值，因而，使用冲孔模，来生产落料件，尺寸偏大。

用①250X1.5板料能否一次拉深成直径为①50日勺拉深件？应采用哪些措施才

能保证正常生产？假如为多次拉深，请设计每次次深系数。

答：不能一次拉深成型，应采用多次拉深，为保证材料有足够的J塑性,

一两次拉深之后应安排工序间的退火处理，再着，多次拉深中，拉深系数应一次

比一次大。

各次拉深系数，m深0.5,m2=0.625,m3=0.64(m=mlXm2Xm3=0.2)。

试述图2-60所示冲压件/、〕生产过程。

e

1.先从板材上冲裁出上图形状。

2.再在图示位置冲掉两个圆孔。

3.最终沿着图示虚线位置折弯

常见焊接缺陷有哪几种？其中对焊接接头性能危害最大的为哪几种？

答：焊接接头口勺不完整性称为焊接缺陷，重要有焊接裂纹，未焊透，夹渣，气孔

和焊缝外观缺陷等。其中危害最大的是焊接裂缝和气孔。

产生焊接应力与变形的原因是什么？焊接过程中和焊后，焊缝区纵向受力与

否同样？清除和防止焊接应力有哪些措施？

答：焊接过程H勺加热和冷却受到周围冷金属的约束，不能自由膨胀和收缩。当约

束很大时，则会产生残存应力，无残存变形。当约束很小时，既产生残存应力，

又产生残存变形。

采用如下措施可以防止或消除煤接应力：

(1)焊接不要有密集交叉，截面和长度也要尽量小，以减少焊接局部加

热，从而减少焊接应力。

(2)采用合理的焊接次序，使焊缝可以自由收缩，以减少应力。

(3)采用小线能量，多层焊，也可减少焊接应力。

（4）焊前预热兀以减少工件温差，也能减少残存应力。

（5）当焊缝还处在较高温度时，锤击焊缝使金属伸长，也能减少焊接残存

应力。

（6）焊后进行消除应力欧I退火可消除残存应力。

按下图示拼接大块钢板与否合理？为何？要否变化？怎么变化？为减少焊

接应力与变形，其合理的焊接次序是怎样的？

答：不合理。

焊缝密集交叉。局部加热多，易产生焊接应力和变形。

可考虑改成图2H勺拼接方式，或图3方式。

合理的焊缝次序为，应先分别焊接左图上，中，下三块。然后将三块连成

整体。

<----------------->

图2

点焊的热源是什么？为何会有接触电阻？接触电阻对点焊熔核时形成有什

么影响？怎样控制接触电阻的大小？

答：点焊是用圆柱电极压紧工件，通过电流流过工件产热获得焊点。工件无为金

属，金属有自身的电阻。接触电阻小时，吸热少而散热快，导致熔核偏向电阻大

的一方，形成熔核偏移。可以采用特殊电极或工艺垫片来变化接触电阻。

用下列板材制作圆筒型低压容器，试分析其可焊性，并选择焊接措施和焊接

材料。

（1）A3钢板，厚20mm,批量生产；（2）20钢板，厚2mm,批量生产；（3）

45钢板，厚6mm,单件生产；（4）紫铜板，厚4mm,单件生产；（5）铝合金

板，厚20mm,单件生产；（6）银锦不锈钢板，厚10mm，小批生产。

答：（对焊丝、焊剂、焊条牌号不做规定）

（1）可焊性很好，采用批量生产，小件使用CO2焊，选用H08Mn2SiA焊丝加

强脱氧和合金化，大件用埋弧焊选用H08A或H08MnA焊丝和HJ431焊剂；

（2）可焊性良好，采用缝焊（板厚不不小于3邕米，无密封规定，应选用电阻

点焊，有密封规定，选用缝焊）；

（3）可焊性不大好，采用手弧焊，使用J607,或J707焊条；

（4）铜的焊接性较低碳钢低。可选用敏弧焊焊丝选用特制的紫铜焊焊丝。焊剂

重要成分是硼砂和硼酸。

（5）焊接性不好，采用氮弧焊，专用铝合金焊丝；

（6）馍、铭日勺加入使合金钢中日勺碳当量增长，可焊性差，应采用氧弧焊，选用

Ni-Cr不锈钢焊丝，也可采用手弧焊，采用不锈钢焊条。

如下图三种焊件，其焊件布置与否合理？若不合理，加以改正。

解：三种皆不合理，改善如下:

下图示两种低碳钢支架，如批量生产，设计最合理的生产工艺方案。如用焊

接措施，试选用焊接措施，并对接头形式与焊接材料提出工艺规定。

答：应当用焊接工艺，焊接措施是手弧焊。

选用J422焊条。

接口形式可采用单边Y型坡口。

图画得不理想，没有遵守轴测图的画法规定。

焊接梁尺寸如图3-56所示，材料为15钢厩有钢板最大长度为2500mmo规定:

决定腹板与上、下翼板的焊缝位置,选择焊接措施，画出各条焊缝接头形式并制定

各条焊缝和焊接次序

killII一IIIJP由

答：腹板与上、下翼板H勺焊缝位置应选在腹板上日勺耳板与翼板交接处，图中5〜10

的位置，采用手弧焊，焊接次序如图中数字所示，各焊缝接头形式如下。注意对称焊

上下翼板的对接接头受力最大，先焊接，也要避开最大应力处。

焊缝1,对接接头，双Y形接头

对称来焊

焊缝

2-6,8-10,口

T形接头，不-----------r

开坡口

焊缝7

计算下图示对接焊缝的横向收缩量。

S=0.25*(3*3+17*17+3*17)/20+0.125*3

=4.7375

切屑是怎样形成日勺?常见的切屑有几种？

答：(I)金属切削过程实际就是切屑的形成过程。被切削金属层受到刀具的

挤压作用，产生弹性变形。伴随切削日勺继续进行，刀具继续给被切金属层施加压

力，金属内部日勺应力和应变也随之变大；当应变抵达材料的屈服极限时，被切削

金属层产生塑性变形。此时切削仍在进行，金属内部应力与应变继续变大，当

应力抵达材料断裂强度极限时，被切金属层就会断裂而形成切屑。此时，金属内

部应力迅速下降，又重新开始弹性变形一塑性变形一断裂变形日勺循环，产生新日勺

切屑。

(2)常见日勺切屑有带状、节状、崩碎三类切屑。

粗车45钢轴外圆，毛坯直径dw=86mm,粗车后直径dm=8()mm,被加工外圆

表面长度lw=50mm,切入、切出长度11=12=3mm,切削用量vc=120m/min,

f=0.2mm/r,ap=3mm,试求基本工艺时间tm。

答：车削行程长度1=11+12+1w=50+3+3mm=56mm；

tm=兀*dw*l*h/(1000*v*f*ap)

l=lw+ll+12=50+3+3=56mm

h=(86-80)2=3

vc=120m/min=2m/s代入得：

tm=n*86*56*3/(1000*2*0.2*3)=37.8s

简述平面铳刀的构造特点，并根据铳刀的特点归纳平面铳削的工艺特点。

答:平面铳刀重要有圆柱铳刀和端面铳刀两种，前者轴线平行于被加工表面，

后者轴线垂直于被加工表面。由于铳刀日勺刀齿都是相似日勺，因此可以用一种刀齿

的特点来阐明整个铳刀日勺特点。而每个刀齿都相称于一把车刀，因此铳刀的构造

特点与车刀几乎相似。

铳削日勺工艺特点重要有如下几种方面：

(1)生产率高。

(2)轻易产生冲击和振动。

(3)刀齿散热条件很好。

（4）切削的方式多样化。

对7级精度日勺斜齿圆柱齿轮、蜗轮、扇形齿轮、多联齿轮和内齿轮，各采用什

么措施加工比较合适？

答:斜齿圆柱齿轮采用滚齿，蜗轮采用滚齿法；扇形齿轮、多联齿轮采用插齿

法；内齿轮采用插齿法或拉齿法。

对齿面淬硬和齿面不淬硬的6级精度直齿圆柱齿轮，其齿形区）精加工面应采

用什么措施？

答：对没有淬硬的6级精度直齿圆柱齿轮可以进行剃齿，从而抵达需要的精

度。而对淬硬了的可以采用布齿，以消除淬火后日勺氧化皮和轻微磕碰而产生日勺齿

面毛刺与压痕.

7.2.5试分析图7-61所示齿轮的设计基准、装配基挂及滚切齿形时的定位基准、测

量基准。

答：平面B是平面A的设计基准，其他均以中心轴为设计基准，齿轮的轴线和

端面

B为装配基准，滚切齿形时以孔和端面B为定位基准，孔口勺轴线为测量基准。

7.2.9分析图7-64所示钻较连杆零件小头孔，保证小头孔与大头孔之间的距离及两

孔的平行度。(1)指出各定位元件所限制的自由度：(2)判断有无欠定位或过定

位；(3)对不合理的定位方案提出修改意见。

答：(1)A元件限制了x、y方向移动两个自由度,B元件限制了x、y方向的移

动,平面限制了绕x、y的转动和沿z的移动;

(2)存在过定位,A和B都限制了零件x、y方向上日勺移动；

(3)改动如图a所示，将小头上改为菱形销。

7.3.8指出图7-69所示零件难以加工或无法加工的部位，并提出改进意见。

答：(a)如下图所示。

(b)中各台阶面难以加工，应当留有退刀槽或过渡圆。

(c)内部螺纹孔难以加工，应当从零件的顶部打通。

8平

此

处

一

平

面

很

难

工

加

支两处平

面设计

成平齐

­.如图7・70所示的零件，成批生产为每月100件，试制定其加工工艺规

程。

序号工序内容TFT简图定位基准机床设缶

切割下料锯床

容

1^2

热处理（调质）热处理炉

——

侨两剂面.毛坯外WI恍端面，打顶

打中心孔尖

孔专用机床

Y—

相年一地外网节■—端外网及顶尖孔卧式车床

相军。2Cmm轴径

06.H

相下另一端外咧另一端外圆及顶尖孔卧式车床

租车020mm轴径

色GS

6修整顶尖孔外圆卧式车床

-

7精车一端外圆一端外圆及顶尖孔卧式车床

⑴精车①20k6mm轴

径