先进成形与智能技术 习题及答案汇 第2-10章

1.简要说明液态合金的充型能力与合金流动性之间的关系？不同化学成分的合金为何流动性不同？为什么铸钢的充型能力比铸铁差？答：(1)充型能力：液态合金充满铸型型腔，获得尺寸精确、形状精准、轮廓清晰健全成形件的能力，称为液态合金的充型能力。合金流动性：液态合金本身的流动能力，称为合金的流动性，是合金的主要铸造性能之一。影响合金的流动性的因素不仅有合金的成分、温度、杂质含量及物理性质，而且还包括外界条件如铸型性质、浇注条件、铸件结构等因素。不同的合金，其流动性有很大差异。其中液态金属的黏度越小，其流动性就越好，充型能力就越强，反之其充型能力越差；对同种合金而言，化学成分不同，其流动性不同。合金流动性是内因，充型能力是合金流动性结合外部工艺条件后的综合外在体现，二者相互关联又有区别。(2)纯金属和共晶成分的合金是在恒温下进行结晶的，此时由铸件断面的表层向中心逐层凝固，已结晶固体层与剩余液体的界面比较清晰、平滑，对中心未凝固的液态金属的流动阻力小，故流动性最好。其它成分的合金是在一定温度范围内结晶的，即经过液、固两相共存区。该区中液相与固相界面不清晰，其固相为树枝晶，它使固体层内表面粗糙，增加了对液态合金流动的阻力，因而流动性差。合金的结晶温度范围愈宽，则液固两相共存的区域愈宽，液态合金的流动阻力愈大，故流动性愈差。显然，合金成分愈接近共晶成分，流动性愈好。(3)铸钢和铸铁的化学成分不同，凝固方式不同，具有共晶成分的铸铁在结晶时逐层凝固，已结晶的固体内表面较光滑，对金属液的流动阻力小，故流动性好，充型能力强；而铸钢在结晶时为糊状凝固或中间凝固，初生的树枝状晶体阻碍了金属熔体的流动，故流动性差，充型能力差，所以铸钢的充型能力比铸铁差。2.铸件的凝固方式依照什么划分？哪些合金趋向于逐层凝固？答：(1)铸件在凝固的过程中，其断面上一般分为三个区：固相区、凝固区和液相区。对凝固区影响较大的是凝固区的宽窄，依此划分凝固方式为逐层凝固、糊状凝固和中间凝固。(2)合金的结晶温度范围越小，凝固区域越窄，越倾向于逐层凝固。低碳钢、近共晶成分铸铁更趋向于逐层凝固。3.浇注温度能不能过高或者过低？为什么？答：浇注温度不能过高或过低。原因：在铸造过程中，浇注温度的控制十分重要。浇注温度过高会导致金属氧化、气孔增多、表面粗糙以及合金成分偏析，同时可能引起铸件收缩不均和裂纹。而温度过低则会使金属流动性差，影响充型，导致铸件不完全、气孔或夹杂物增多，并可能引发冷裂纹或合金偏析。因此，适当的浇注温度能确保金属良好的流动性、充型完整性、表面质量和内部致密性，最终确保铸件的力学性能和外观质量。不同金属材料有不同的最佳浇注温度范围，通常要求温度控制在适当范围内，以避免过高或过低带来的不良影响。4.缩孔缩松产生的原因是什么？如何防止？答：(1)铸件形成后，在最后凝固的区域由于没有得到液态金属或合金的补缩，收缩出现的集中孔洞称为缩孔，分散而细小的孔洞称为缩松。缩孔和缩松常分散在铸件壁厚的轴线区域、厚大部位、冒口根部和内浇口附近。(2)防止缩孔和缩松的措施：(a)合理选用铸造合金，在使用条件允许的情况下，尽量选取结晶温度窄的合金成分。(b)按照定向凝固原则进行凝固，有效地控制凝固过程。(c)合理地确定内浇道位置及浇注工艺。(d)通过设置冒口和冷铁，使铸件从远离冒口的地方开始凝固并逐渐向冒口推进，冒口最后凝固。5.合金充型能力不好时，易产生那些缺陷？设计铸件时应如何考虑充型能力？答：(1)合金充型能力不好时，易产生气孔、冷隔、缩孔、浇不足、裂纹等缺陷。气孔：充型不足可能导致气体无法顺利排出，气体被困在铸件内部，形成气孔。气孔的存在会显著影响铸件的机械性能，尤其是在压力和疲劳载荷下。冷隔：金属在铸型中流动不连续，导致不同部分的金属在冷却前未能充分结合，形成接缝，尤其在复杂形状的铸件中更容易出现。缩孔：缩孔是金属在铸件凝固时，由于充型不足而产生的空洞，尤其在铸件的厚壁部分。缩孔会严重影响铸件的强度，常发生在大截面部位或者局部流动受限的地方。浇不足：如果合金的充型能力不足，可能导致铸型的部分区域无法完全充满，产生缺陷。例如，铸件边缘或复杂细小部分可能出现空缺。裂纹：如果合金充型能力不足，可能导致温度分布不均匀，从而引起内外应力的差异，导致铸件发生裂纹。(2)为避免合金充型能力不好引起的缺陷在设计铸件时应：(a)选择合适的合金合金的充型能力与其流动性和粘度密切相关。设计时应选择流动性好的合金，尤其是在复杂形状或薄壁铸件中，选择流动性较好的合金能够有效改善充型能力。(b)优化铸件结构减少急剧的截面变化：在设计铸件时，应尽量避免截面过渡过于陡峭，以减少金属流动不畅的现象；增大壁厚：合理增大关键部位的壁厚，特别是在容易出现充型不足的区域，可以有效避免缩孔和冷隔；设计合理的流道系统：合理的流道、浇口和冒口设计可以促进金属的顺利流动，确保充型的完整性。(c)控制浇注温度浇注温度对合金的流动性有显著影响。较高的浇注温度有助于改善合金的流动性，从而改善充型能力。但温度过高也可能导致金属氧化、气孔等问题，因此应在设计中考虑合理的温控措施。(d)优化铸型设计选择适当的型腔形状：设计时要考虑合金流动的特点，避免型腔过于复杂，影响金属流动。尽量保持流道平滑、宽度适当，避免急剧弯曲和狭窄部分。合理设计冒口和排气系统：冒口设计要能够有效地补充在铸件凝固过程中流失的金属，同时保证气体能够顺利排出。(e)预热型腔在某些情况下，预热型腔可以改善充型能力。尤其是在使用高粘度合金时，适当的型腔预热可以减少温度差异，避免合金在流动过程中发生凝固，从而有效提高充型效果。(f)仿真分析使用计算流体力学和铸造仿真软件进行充型分析，模拟合金在型腔内的流动情况。这种方法可以帮助设计师识别潜在的充型问题并进行优化调整。6.试分析下图轨道铸件热应力形成的原因，各部分应力属什么性质（拉应力、压应力）？并用虚线表示铸件的变形方向。题6图轨道铸件答：略。7.什么是合金的收缩？影响合金收缩的影响因素有哪些？铸造变形和裂纹是怎样产生的？如何防止它们的产生？答：(1)液态合金从浇注温度逐渐冷却、凝固，直至冷却到室温的过程中，其尺寸和体积缩小的现象，称为收缩。它是铸造合金本身的物理性质，也是合金重要的铸造性能之一。整个收缩过程会经历液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个阶段。液态收缩为合金从浇注温度冷却至液相线温度的收缩，凝固收缩为合金从液相线冷却至固相线温度之间的收缩，固态收缩为合金从固相线温度冷却至室温时的收缩，合金的总收缩率为上述三个阶段收缩率的总和。合金的液态收缩和凝固收缩表现为合金体积的缩减，常用体积收缩率表示，是铸件产生缩孔、缩松的基本原因；合金的固态收缩主要表现为铸件各个方向上的线尺寸的缩减，通常用线收缩率表示，是铸件产生内应力、变形和裂纹的基本原因。(2)化学成分不同的铸造合金有不同的收缩率；浇注温度越高，过热量越大，合金的液态收缩率增加，合金的总收缩率加大。(3)铸件变形原因：铸件凝固过程中由于壁厚不同，冷却速度不一致，使铸件最后凝固的部位产生应力，导致铸件变形。铸件裂纹原因：(a)铸件凝固收缩过程中，由于各部位冷却速度不一致，导致收缩受阻，当阻力超出材料强度极限时，铸件产生裂纹；(b)钢水中杂质、有害气体量比较大时，会割裂基体，使铸件产生裂纹；(4)铸件变形防治方法：(a)大平面铸件设置加强筋、模具上设计出反变形量；(b)铸件壁厚设计过渡不要过大；铸件裂纹防治方法：(a)钢水纯净度要高，使用优质的原材料；(b)避免铸件收缩受阻；(c)浇注型温不宜过低。8.简要描述压铸和低压铸造的区别，并分析它们优缺点及适用范围。答：(1)压铸是一种利用高压将熔融金属注入金属模具中冷却固化的铸造工艺。其特点是金属液体以高压（一般在70-100MPa之间）快速注入模具腔体。低压铸造是通过施加较低的气压（通常在0.02-0.5MPa之间），将熔融金属推送到模具腔体中冷却固化。与压铸相比，低压铸造的压力要低得多。(2)压铸和低压铸造的优缺点及适用范围(a)压铸优点：生产效率高，由于采用高压注射方式，铸件能够在短时间内冷却，成型速度较快。铸件精度高，压铸能够生产尺寸精度较高的铸件，且表面光滑，减少了后续的加工。(b)压铸缺点：压铸模具成本高，模具需要承受高压力，因此模具的材料和制造成本较高。对材料的限制较多，常用于铝、锌、镁等低熔点金属。铸件内存在气孔和夹杂物的风险，高压注入可能导致铸件内气泡的夹带，影响铸件的机械性能。压铸适用范围：压铸适合复杂结构，制造形状复杂、壁薄的铸件。且压铸过程可高度自动化，适合大批量生产。(c)低压铸造的优点：铸件质量好，由于是通过气压慢慢推动金属进入模具，铸件中气泡和夹杂物较少，铸件的密实度和机械性能更好。模具寿命长，低压铸造中使用的模具受到的压力较小，因此相对较长久。(d)低压铸造缺点：生产效率较低，由于施加的气压较低，金属流动速度较慢，成型周期较长，效率不如压铸高。模具设计复杂，由于低压铸造需要使用气体压力推送金属，模具设计较为复杂，需要更多的考虑气流和金属流动的因素。低压铸造适用范围：适用材料广泛，适用于多种金属材料，尤其是适合铸造高熔点金属。低压铸造适用于较大尺寸的铸件，能够制造厚壁铸件，尤其适合铝合金、铜合金等。低压铸造适用于中等批量生产，生产大批量时成本较高。9.从保证质量与简化操作两方面考虑，确定分型面的主要原则有哪些？答：分型面：砂型与砂型间的接合面。分模面：模样与模样间的接合面。原则：(a)应使铸件全部或大部分置于同一半型内；(b)尽量减少分型面的数目；(c)分型面应尽量选用平面；(d)便于下芯、合箱和检测；(e)不使砂箱过高；(f)受力件的分型面的选择不应削弱铸件结构强度；(g)注意减轻铸件清理和机械加工量。10.解释低压铸造技术的工艺原理，并讨论其在生产大型铝合金铸件（如汽车轮毂）中的应用优势。比较低压铸造与传统重力铸造的差异。答：(1)低压铸造技术工艺原理：低压铸造利用气体或电磁力将金属液压入铸型来实现充型，作用压力较低（20~60kPa）。充入密闭坩埚中的压缩空气产生压强，与升液管内部形成压强差，金属液在压力的作用下从升液管进入铸型中，并在一定的压力下凝固。(2)低压铸造技术在生产大型铝合金铸件如汽车轮毂时，展现出显著的优势：它通过施加较低的压力使熔融金属平稳填充模具，减少了气孔和夹渣等缺陷，提升了铸件的质量和机械性能；同时实现了更高的尺寸精度和更好的材料利用率，降低了废品率。此外，该工艺有助于提高生产自动化程度，优化了大批量生产的效率与成本效益，且能够获得更佳的表面光洁度，减少了后续加工的需求。(3)与传统的重力铸造相比，低压铸造通过施加一定的气体压力（通常是压缩空气），使熔融金属从底部上升并填充到上部的铸型腔体中，这种技术特别适用于生产具有复杂形状和薄壁结构的铝合金部件。在低压铸造过程中，熔融的铝合金放置在一个密封的坩埚内，位于铸型的下方。通过向坩埚内的空间充入压缩气体（通常是干燥的压缩空气），产生一个低压环境，这个压力迫使熔融金属通过升液管上升，并且平稳地填满铸型腔。当铸件凝固后，压力被释放，未使用的熔融金属回流到坩埚中。随后打开铸型取出成品铸件。11.确定下图a、b所示铸件的铸造工艺方案，要求如下：1）按单件、小批生产和大量生产两种条件分析最佳方案。2）按所选方案绘制铸造工艺图（包括浇注位置、分型面、型芯、芯头及浇注系统等）。（a）底座（b）回转筒形零件题11图答：略。12.什么是特种铸造？常见的特种铸造类型有哪些？答：(1)特种铸造是指为了满足某些特定要求和性能标准，采用特殊工艺方法进行的铸造过程。这种铸造工艺通常涉及一些特殊材料、复杂的铸件形状、较高的精度要求、或者在非常严苛的工作条件下使用的铸件。(2)常用的特种铸造方法有熔模精密铸造、石膏型精密铸造、陶瓷型精密铸造、消失模铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造、差压铸造、真空吸铸、挤压铸造、离心铸造、连续铸造、半连续铸造、壳型铸造、石墨型铸造、电渣熔铸等。13.铸造工艺对铸造结构有什么样的要求？答：铸造工艺对铸件结构的要求主要包括简洁性、精确性、可焊性、强度和刚度、声学性等方面。合理的铸造工艺设计可以提高铸件的品质和可靠性，降低制造成本，为产品的应用提供可靠的基础。铸件的结构设计要考虑到所需的精度和尺寸变化，在设计过程中要保证铸件的尺寸精度和形状精度。在铸造工艺中，铸件需要与其他零件进行焊接，因此铸件的结构设计要符合焊接要求，保证焊接良好。14.什么是铸件的结构斜度？它与起模斜度有何不同？下面所示铸件的结构是否合理？应如何改正？题14图答：(1)铸件的结构斜度是指铸件表面相对于铸型型腔的倾斜角度，通常指的是铸件壁面与垂直方向之间的角度。它的目的是为了确保铸件能够顺利从模具中取出，避免铸件在冷却过程中因收缩而卡住在模具中；起模斜度是指铸件在铸造完成后，从模具中脱出的方向和角度。这个角度是模具设计中的一个重要参数，它决定了模具的分型面角度和铸件的脱模方式。(2)铸件的结构斜度与起模斜度的不同点：结构斜度是产品功能或者外观所需要的，起模斜度也叫拔模斜度，是铸造时为了能够让模具顺利从砂型等取出而特意做的斜度。产品设计时可以没有斜度，但在模具设计时要考虑要增加一些斜度以利于拔模，结构斜度是产品功能或者外观所需要的。(3)略15.铸造性能对铸造结构的要求有哪些？答：铸造性能对铸造结构的要求有：(a)消除内部侧凹；(b)避免或减少抽芯部位；(c)避免型芯交叉。合理的铸件结构不仅能简化铸型的结构，降低制造成本，同时也改善铸件质量。16.快速成形技术是指什么？在铸造工艺中有哪些应用？答：(1)快速成形技术是一种利用计算机辅助设计、三维扫描以及先进的材料打印技术，通过逐层添加材料来快速制造物理部件或原型的技术。它的核心是通过数字化文件将设计转化为实际的物理产品，在短时间内完成从设计到原型的制作。(2)这些技术通常用于快速原型制造、产品验证、模具制作等多个领域。17.简要描述如何使用3D打印技术设计和制造铸模，包括选用的材料和打印技术（如SLA、SLS等）。答：略。18.简要描述完整的数字化铸造流程，并分析在这个流程中如何利用数字模拟和预测软件来减少试错次数和优化产品质。答：数字化铸造流程是将计算机辅助设计（CAD）、计算机辅助工程（CAE）与快速成型、3D打印等技术相结合，通过数字模拟和预测软件对铸造工艺进行优化和控制，确保铸件在生产过程中达到预期的质量。这个流程通常包括以下几个步骤：(a)设计阶段使用CAD软件进行铸件和模具的设计。设计师根据产品要求，创建三维模型，确保设计符合功能需求和生产可行性。(b)模具设计基于CAD数据，设计铸造模具并进行虚拟装配，确定模具的几何形状和尺寸，评估其可制造性。(c)铸造工艺仿真使用CAE软件进行铸造过程的仿真模拟。通过模拟铸造过程中的流动、凝固、热传递等现象，分析铸件的成形情况。(d)虚拟试验与优化通过模拟试验，预测铸造过程中的缺陷（如气孔、冷隔、裂纹等），并对工艺参数（如注入速度、温度、压力等）进行优化调整。(e)快速成型与原型验证利用快速成型技术（如3D打印）制造出模具或铸件原型，进行实际试验，检查设计是否符合预期，发现潜在问题。(f)制造阶段根据优化后的工艺方案，进行实际的铸造生产。使用高精度的数控机床或自动化设备进行铸件生产。(g)质量检测与反馈对铸件进行质量检查，采用无损检测技术（如X射线、CT扫描）对铸件进行内部缺陷检测，确保产品质量。第3章参考答案常见的塑性成形方法有哪些？各有什么特点?答：锻造：锻造件质量比铸件高，能承受大的冲击力作用，塑性、韧性和其他方面的力学性能也都比铸件高。节约原材料，缩短加工工时，生产效率高。轧制：主要用在金属材料型材、板、管材等。轧制使材料截面减小，长度增加。挤压：坯料在三向不均匀压应力作用下，从模具的孔口或缝隙挤出使之横截面积减小长度增加。生产范围广，产品规格、品种多；生产灵活性大，适合小批量生产；产品尺寸精度高，表面质量好。拉拔：用外力作用于被拉金属的前端，将金属坯料从小于坯料断面的模孔中拉出。尺寸精确，表面光洁；工具、设备简单；连续高速生产断面小的长制品。冲压：靠压力机和模具对板材、带材、管材和型材等施加外力，使之产生塑性变形或分离。可得到轻量、高刚性之制品；生产性良好，适合大量生产、成本低；可得到品质均一的制品，材料利用率高、剪切性及回收性良好。碳钢在锻造温度范围内变形时，是否会有冷变形强化现象？答：不会，碳钢的锻造温度一般都在再结晶温度之上，且碳钢在锻造温度范围内处于奥氏体单相组织（γ相），这种面心立方晶格的硬度较低，容易变形。在锻造温度范围内，碳钢会发生动态回复和动态再结晶，这些过程会消除因变形而产生的加工硬化效应。3.什么是金属的可锻性？影响可锻性的因素有哪些？答：金属的可锻性是衡量材料在经受压力加工时获得优质制品难易程度的工艺性能。影响可锻性的因素有：金属化学成分、金属组织结构、变形温度、变形速度、变形方式等。4.什么是热变形?什么是冷变形?各有何特点？生产中如何选用?答：热变形是指金属在再结晶温度以上的变形。其特点为：变形后沿着流线方向（纵向）的抗拉强度较高，而垂直于流线方向（横向）的抗拉强度较低。同时促进动态再结晶，从而减少加工硬化。冷变形是指金属在再结晶温度以下的变形，其特点为：冷变形工艺使金属获得较高的尺寸精度和表面质量，冷变形会产生加工硬化现象，残余应力较大。生产中的选用：冷变形常用于制造高强度、高硬度的零件，如板料冲压、冷挤压、冷锻和冷轧等。热变形常用于制造大型铸件、锻件等。5.铅在20℃、钨在1000℃时变形，各属哪种变形？为什么（铅的熔点为327℃，钨的熔点为3380℃）？答：铅在20℃时的变形：铅的熔点为327℃，再结晶温度的计算公式为0.4倍的熔点（绝对温度），即0.4×(327+273.15)K=258.26K=−14°C。因为20℃高于铅的再结晶温度（-14℃），所以铅在20℃时的变形属于热变形。钨在1000℃时的变形：钨的熔点为3380℃，再结晶温度的计算公式同样为0.4倍的熔点即0.4×(3380+273.15)=1461.26K=1188.26℃。因为1000℃低于钨的再结晶温度（1188.26℃），所以钨在1000℃时的变形属于冷变形。综上所述，铅在20℃时的变形是热变形，而钨在1000℃时的变形是冷变形。这是因为铅的变形温度高于其再结晶温度，而钨的变形温度低于其再结晶温度。流线组织是怎样形成的？它的存在有何利弊？答：流线组织：在锻造时，金属的脆性杂质被打碎，沿着金属的主要伸长方向呈碎粒状或链状分布；塑性杂质随着金属变形沿主要伸长方向呈带状分布，这样热锻后的金属组织就具有一定的方向性，通常称为流线组织。利：提高力学性能：良好的流线可以使锻件的力学性能更好，尤其是沿流线纵向上的力学性能。提高零件承载能力：如果流线分布合理，可以显著提高零件的承载能力。例如，吊钩采用弯曲工序成形时，就能使流线方向与吊钩受力方向一致，从而可提高吊钩承受拉伸载荷的能力。弊：各向异性：金属流线的存在使得金属性能呈现各向异性，即沿着流线方向的抗拉强度较高，而垂直于流线方向的抗拉强度较低。质量问题：如果锻造流线方向和锻件将来的主要受力方向处理不好，容易出现锻件质量问题，如裂纹等。7.如REF_Ref168937310\h图3-66所示的钢制挂钩，拟用铸造、锻造、板料切割这三种工艺制造。试问用哪种工艺制得的挂钩承载力最大?为什么?图3-SEQ图10-\*ARABIC66钢制挂钩答：锻造工艺：锻造过程中，金属材料经过反复的变形和再结晶，金属的晶粒得到细化，内部的夹杂物和缺陷被压实或打破，从而提高了材料的密实度和均匀性。这种工艺保持了金属的连续纤维（流线），使得材料的力学性能在各个方向上都比较均匀，尤其是沿流线方向的力学性能最佳。铸造工艺：铸造件通常存在一些内部缺陷，如气孔、缩孔、缩松和夹杂等，这些缺陷会显著降低材料的承载能力。此外，铸造件的晶粒组织较为粗大，且各向异性明显，导致其力学性能不如锻造件。板料切割工艺：板料切割工艺是从轧制过的钢坯上直接切割成型，虽然避免了铸造中的一些缺陷，但由于没有经过锻造过程中的塑性变形，其内部组织和力学性能不如锻造件，尤其是没有保持完整的金属流线，因此在承载力上通常低于锻造件。综上所述，锻造工艺能够提供最佳的力学性能和最高的承载力，因此在制造需要承受大载荷的钢制挂钩时，锻造工艺是最合适的选择。8.试从生产率、锻件精度、锻件复杂程度等方面比较自由锻和模锻两种锻造方法？答：生产率：自由锻：自由锻造的灵活性大，生产效率相对较低，因为它依赖于操作工人的技能和经验，且不易实现机械化和自动化。模锻：生产效率高，劳动强度低，尺寸精确，加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件；适用于批量生产。模锻时，金属的变形在模膛内进行，故能较快获得所需形状，生产率高，一般比自由锻造高3～4倍，甚至十几倍。锻件精度：自由锻：锻件精度低，加工余量大，劳动强度大，生产率也不高，因此它主要应用于单件、小批量生产。锻件形状简单、尺寸精度低、表面粗糙。模锻：锻件尺寸较精确，能锻造出自由锻造很难锻出的形状，外形美观，呈流线形，表面质量较好，加工余量较小。模锻件尺寸较精确，表面质量较好，加工余量较小。锻件复杂程度：自由锻：锻件形状简单，操作灵活，它在重型机器及重要零件的制造上有特别重要的意义。模锻：可以锻制形状复杂的锻件；由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复杂。模锻件成形是靠模膛控制，可锻出形状复杂、更接近于成品的锻件。9.进行自由锻件的结构设计时应注意哪些问题？答：锻件上应避免有锥形、斜面和楔形表面，锻造具有锥体或斜面结构的锻件，需制造专用工具，锻件成形也比较困难，从而使工艺过程复杂，不便于操作，影响设备使用效率，应改进设计。锻件由数个简单几何体构成时，几何体间的交接处不应形成空间曲线。自由锻锻件上不应设计出加强筋、凸台、工字形截面或空间曲线表面。自由锻锻件的横截面若有急剧变化或形状较复杂时，应设计成由几个简单件构成的几何体。每个简单件锻制成形后，再用焊接或机械连接方式构成整体件。10.重要的轴类锻件为什么在锻造过程中安排有镦粗工序？答：减少焊合内部缺陷：锻件在制造过程中可能会存在缩孔、疏松、偏析等缺陷。合理的镦粗工序能够有效地焊合这些内部缺陷，减小偏析。提高机械性能：通过反复的镦粗工序可以提高锻件的综合机械性能。11.模锻模膛按功能分类哪几类？各有什么功能？答：预锻模膛：使坯料变形到接近于锻件的形状和尺寸，终锻时金属容易充满终锻模膛，同时也减小了终锻模膛的磨损，延长使用寿命。终锻模膛：使坯料最后变形到锻件所要求的形状和尺寸。它的形状与锻件的形状相同；由于锻件冷却时要收缩，终锻模膛的尺寸应比锻件尺寸放大一个收缩量，一般钢件收缩量取1.2%～1.5%。12.改正REF_Ref168937190\h图3-67所示模锻件结构的不合理之处。图3-SEQ图10-\*ARABIC67模锻件结构答：原设计中垂直分模面的表面没有设计斜度，转角处没有设计圆角过渡，等。改进结构中将Φ90的表面增加斜度，转角处改为圆角，等。13.下列制品选用哪种锻造方法制作？答：活扳手（成批）；铣床主轴（成批）；大六角螺钉（成批）；起重机吊钩（小批）；万吨轮主传动轴（单件）活动扳手(成批):活动扳手通常采用模锻法进行大批量生产。铣床主轴(成批):铣床主轴适合采用模锻法进行成批生产。大六角螺钉(成批):大六角螺钉适合采用模锻法进行成批生产。起重机钓钩(小批):起重机钓钩适合采用自由锻法进行小批量生产。万吨轮主轴(单件):万吨轮主轴适合采用自由锻法进行单件生产。什么是冲裁工序、弯曲工序、拉深工序？它们各有何变形特点？答：冲裁工序：冲裁是利用模具在压力机上使材料与制件沿一定的轮廓线产生相互分离的工序，包括落料、冲孔、切断、修边、剖切等。弯曲工序：弯曲是将金属板料、棒料、管料或型材等毛坯按照一定的曲率和角度进行变形，从而得到定角度和形状零件的冲压工序。拉深工序：拉深（又称拉延）是利用拉深模在压力机的压力作用下，将平板坯料或空心工序件制成开口空心零件的加工方法。设计冲压件结构时应考虑哪些原则？答：圆角过渡：冲裁件的直线或曲线连接处应有适当的圆角，以避免冲裁模制造困难和模具损坏。只有在采用少废料、无废料排样模具结构时可以不要圆角。最小圆角半径：冲裁件的圆角半径应根据材料厚度`t`来确定，当`t＜1mm`时，均以`t=1mm`计算。凸出或凹入部分的宽度：冲裁件凸出或凹入部分的宽度不宜太小，并应避免过长的悬臂。腰圆形冲裁件设计：腰圆形冲裁件的圆弧半径R应大于工件宽度的一半，以采用少废料排样。如果圆弧半径R等于工件宽度的一半，则不能采用少废料排样，否则会产生台肩。冲孔尺寸：冲孔时，孔的尺寸不宜过小，其最小尺寸与孔的形状、材料的机械性能、材料的厚度等因素有关。材料合理排样：冲裁件的形状应能符合材料合理排样，减少废料。用φ50mm冲孔模具来生产φ50mm落料件能否保证落料件的精度？为什么？答：不能保证，原因如下：间隙差异：由于冲孔模具和落料模具在设计时凸凹模间隙的确定方式不同，如果用冲孔φ50mm的模具来落料φ50mm落样件，落料件的尺寸会大一定的间隙尺寸，从而影响精度。断面质量及模具寿命：适当的凸凹模间隙对于保证断面质量、模具寿命以及成品的尺寸精度至关重要。而用φ50mm冲孔模具来生产φ50mm落料件，会导致间隙不合适，进而影响精度。落料模与拉深模的凸、凹模间隙有什么不同？为什么？答：落料是分离工序，凸凹模边缘是锋利的刃口，用于将材料从板料上剪切下来。落料的凸凹模间隙一般小于板的厚度，且要求间隙合适。通常，单边间隙z取为材料厚度的m倍，其中m是与材料性能及厚度有关的系数。拉深是变形工序，凸凹模边缘为圆角，以便于材料的流入和形状的形成。拉深模的凸模和凹模间隙一般大于板料的厚度。通常，单边间隙z1的取值范围为1.1至1.2倍的材料厚度。用φ60mm落料模具来生产φ60mm冲孔件能否保证冲压件的精度？为什么？用φ300mm×1.0mm的板料能否一次拉深成φ60mm的拉深件？应采用什么措施？答：用φ60mm落料模具来生产φ60mm冲孔件不能保证冲压件的精度，因为落料模和冲孔模在模具间隙和刃口磨损特性上存在差异。用φ300mm×1.0mm的板料不能一次拉深成φ60mm的拉深件，采取措施：

多次拉深，可以采用多次拉深的方法，每次拉深逐渐减小直径，使每次拉深系数都在材料允许的范围内。中间退火，在多次拉深过程中，由于材料加工硬化，可能需要进行中间退火处理，以恢复材料的塑性，便于下一次拉深。压边力控制，合理控制压边力，防止拉深过程中出现起皱现象。压边力过小，容易起皱；压边力过大，会增加拉深力，可能导致拉裂。材料的回弹现象对冲压生产有何影响？答：形状变形，回弹可能使冲压件的形状发生变形。在拉深或翻边等工序中，材料的回弹会导致冲压件的轮廓形状与模具形状不一致。模具设计难度增加，为了补偿材料的回弹，模具设计者需要在模具结构设计时考虑回弹量，并进行相应的修正。这增加了模具设计的复杂性和难度。

模具磨损加剧，由于回弹导致冲压件与模具的贴合度不佳，在冲压过程中可能会产生不均匀的受力，这会加速模具的磨损。生产周期延长，处理回弹问题需要进行多次调试和修正，无论是在模具设计阶段还是在生产过程中。这会导致生产周期延长，降低生产效率。工件拉深时为什么会出现起皱和破裂现象？应采取什么措施解决这些质量问题？答：1.起皱原因切向压应力过大：在拉深过程中，工件圆周方向（切向）会受到较大的压应力。当这个压应力达到一定程度时，工件的边缘部分材料就会失去稳定性，从而产生起皱现象。压边力不足：如果压边装置提供的压边力不够，就无法有效抑制材料在切向的流动，也容易导致起皱。解决措施增加压边力：通过调整压边装置，适当增加压边力，使材料在拉深过程中能够受到足够的约束，减少切向流动，从而防止起皱。不过，压边力也不能过大，否则可能会引起其他问题。采用拉深筋或拉深槛：在模具上设置拉深筋或拉深槛，能够增加材料在流入凹模过程中的阻力，限制材料的流动，起到防止起皱的作用。2.破裂原因径向拉应力过大：拉深时，工件径向（从中心到边缘的方向）会产生拉应力。当拉应力超过材料的强度极限时，材料就会发生破裂。例如，拉深系数过小（拉深变形程度过大），会使径向拉应力过大，导致破裂。材料性能和质量问题：如果材料的塑性差、厚度不均匀或者表面有缺陷，也容易在拉深过程中出现破裂情况。解决措施合理设计拉深工艺参数：包括合理选择拉深系数，避免拉深变形程度过大。如果不能一次拉深成功，可以采用多次拉深的方法，每次拉深都控制在材料允许的变形范围内。选择合适的材料和毛坯尺寸：选用塑性好、质量合格的材料。同时，根据拉深件的最终尺寸要求，合理确定毛坯尺寸，避免因材料尺寸不合理导致拉深过程中应力过大。优化模具设计：合理设计凸、凹模的圆角半径和模具间隙。较大的圆角半径可以降低拉深时的应力集中；合适的模具间隙能够保证拉深件壁厚均匀，减少破裂的可能性。1.中厚板轧制过程中有哪些板形快速调节手段？（1）液压弯辊所谓液压弯辊，就是采用液压缸的压力，使工作辊或支撑辊在轧制过程中产生附加弯曲，以此改变有载辊缝形状，保证钢板的平直度和断面形状合乎要求。弯曲工作辊的方法改变工作辊挠度的机理主要是改变工作辊和支撑辊之间互相弹性压扁量的分布曲线。弯曲支撑辊方法改变工作辊挠度的机理是弯辊力改变了支撑辊的弯曲挠度。对于窄板轧机，采用弯曲工作辊方法比较好；而对于宽板轧机，采用弯曲支撑辊方法比较好。（2）轧辊分段冷却轧辊的热凸度可以对轧辊的磨损、轧辊的弹性变形给以一定程度的补偿，控制轧辊冷却液流量沿辊身长的分布，调节热凸度，影响有载辊缝形状，参与板形控制，这就是轧辊分段冷却。轧辊分段冷却技术在厚板生产中已经得到成功的应用。（3）轧辊的倾辊调整(主要是针对镰刀弯并伴随打的单边浪缺陷)由于液压AGC厚度控制系统，具有轧辊的一侧可以单独进行压下调节的功能，出现了轧辊倾辊调整控制板形的技术。为了使这种调整不影响钢板轧制的厚度，通常采用一端压下，另一端作相应抬升的调整方法。2.热轧带钢除鳞的作用是什么？避免影响带钢表面质量，避免因因氧化铁皮硬脆而加速轧辊磨损3.冷轧带钢张力调整的依据？轧制张应力大小在不超过屈服极限的范围选择，一般取(0.1～0.6)ReH。轧制带材越薄、变形抗力越大，张应力应取较大值。但成品道次，考虑到断带和罩式退火炉的粘卷问题，张应力不能取太大，一般取50N/mm2。4.轧制变形区有哪些重要参数？咬入角α、变形区长l、轧件在出、入口断面上的高度(h1和h0)及宽度(b15.为什么轧制时强制咬入后能够实现稳定轧制？因为稳定轧制条件(4-32)对摩擦力的要求比咬入条件(4-14)低。6.如何准确测定轧制过程前滑和后滑的数值？通过实验进行测定，用冲子在轧辊表面上打出两个小坑，如果将冲坑的距离视为l，则轧制时留在轧件表面上的两个冲坑印痕之间的距离即为l17.轧制力计算时的基本假设是什么？（1）轧制时，轧辊产生弹性压扁，使变形区长度增长，常近似地认为按触弧为平板压缩；（2）轧制薄板时，可将圆弧看成直线；（3）接触弧用抛物线代替圆弧；（4）采用圆弧方程，但改用极坐标，以利求解。8.采利柯夫单位压力公式的局限性及适用范围？公式中没有考虑金属材料在变形过程中的加工硬化现象的影响，而且在变形区内没有考虑黏着区的存在。以直线代替圆弧的接触弧方程只有对冷轧薄板时比较接近，此时弦弧差别较小，冷轧薄板时黏着现象不太显著，所以采利柯夫公式应用在冷轧薄板情况下是比较准确的。9.西姆斯(Sims)公式主要用来计算哪种轧制过程？热轧带钢10.斯通(Stone)公式主要用来计算哪种轧制过程？冷轧带钢11.简述如何实现极薄带的轧制。二十辊轧机的辊系如何布置？（1）应减少工作辊的直径，因为工作辊的弹性压扁在轧制极薄带材时可能等于或大于带材的厚度，使用直径更小的工作辊是必要的。（2）采用高效率的工艺润滑剂，适当加大张力，以减小轧制力‌。（3）采取中间退火来消除加工硬化，这也是减小金属变形抗力的有效手段‌二十辊轧机辊系是按1-2-3-4呈塔形布置，上下对称设置在机架的8个梅花孔内。上下两个工作辊分别靠在两个第一中间辊上；上下两对第一中间辊又支撑在3个第二中间辊上；而6个第二中间辊则支撑在外层固定于梅花孔里的8个支撑辊组上。12.什么是板形？试结合典型板形的表现形式分析板形的形成原因。板形是指板、带材的平直度，即浪形、瓢曲或旁弯的有无及程度，其好坏是指板、带材横向各部位是否产生波浪或折皱‌。板形的形成主要取决于伸长率或压缩率沿宽度方向是否相等‌。以下是结合典型板形表现形式对板形形成原因的分析：（1）‌单边浪缺陷‌：这种缺陷通常指的是在冷轧板生产过程中，带钢边部的延伸大于中部的延伸而产生的缺陷。‌（2）双边浪缺陷‌：与单边波浪对应，指的是带钢的两边延伸都大于中部，残余应力过于突出导致双边波浪形成。‌（3）中浪缺陷‌：指的是带钢的中部延伸量过大超过了两边而产生中间浪。13.什么是异步轧制？其主要优点有哪些？异步轧制是一种速度不对等轧制，上下工作辊表面线速度不等，以降低轧制力；因此又称差速轧制，也称搓轧。采用异步轧制可以大大地降低轧制力，所以设备重量轻，能耗低，轧机变形小，产品精度高；减少了轧辊的磨损和中间退火，降低了生产费用；轧制道次少，生产率高；轧机可轧厚度大。异步轧制不但适用于冷轧板带，并且可以用于热轧板等。14.复合板带波纹辊轧制技术的特点是什么？复合板带波纹辊轧制技术是一种新型特种轧制技术，该技术基于波纹辊特殊辊型曲线形成局部强应力作用，有助于提高异种金属的变形协调性和复合强度。（1）轧道次中由于波纹辊的作用，在波谷位置处率先形成局部强应力，促进双金属进入结合状态，应力值从波谷向波腰与波峰处不断减小；在后续的平轧道次中，原来的波峰位置则会由于局部强应力作用可再次促进两金属的结合。（2）局部强应力不仅促进了两金属的轧制复合，而且增强了界面“破裂与嵌入”的能力，促进硬脆表面金属和氧化膜的加速错动、破碎，使界面两侧新鲜金属大面积流出并结合，且随着轧制的进行不断扩散，有效提高界面结合率和结合性能。（3）粗轧道次提高了轧辊与难变形金属的接触面积，不仅增加了纵向延伸率，而且使难变形金属预存了弯曲量；在精轧道次中，在平辊作用下预存金属予以伸展，可以弥补两种金属的延伸率差异，促进变形协调，减小两金属间的残余应力，改善板形质量。（4）波平轧制(CFR)形成的波纹型界面不仅有效增大了两种金属的结合面积，而且将结合界面形状由传统的二维提升至三维，大幅提高了复合板的抗拉、抗剪、抗冲击等多种力学性能。15.简述连铸连轧的冶金学特征及工艺优势。连铸连轧的冶金学特征是将铸造和轧制两种工艺结合起来，将液态金属直接浇入辊缝中，在连续铸造凝固的同时进行轧制变形，实现了铸造和轧制的连续化生产，轧辊既起着结晶器的作用，又同时对金属进行轧制变形，使得液态金属能够迅速凝固并成型，其工艺优势包括节约能源、提高成材率、简化生产流程、缩短生产周期以及提升产品质量‌。16.如何保证连轧坯的质量？（1）控制连铸坯的纯净度‌。纯净度是指钢中非金属夹杂物的数量、形态和分布，这对连铸坯的质量至关重要，应选择合适的精炼方式，并全过程采用保护浇铸，以尽可能降低钢中夹杂物的含量。‌（2）确保连铸坯的表面质量‌。这主要包括避免连铸坯表面出现裂纹、夹渣及皮下气泡等缺陷。这些缺陷主要是在钢液在结晶器内坯壳生长过程中产生的，需要严格控制浇铸温度、拉坯速度、保护渣性能、浸入式水口的设计、结晶器振动以及结晶器液面的稳定等因素。‌（3）重视连铸坯的内部质量‌。内部质量是指连铸坯是否具有正确的凝固结构，以及是否存在裂纹、偏析、疏松等缺陷。为了保证内部质量，需要合理分配二冷区冷却水，严格对中支撑系统，并可以采用铸坯压下技术和电磁搅拌技术来进一步改善连铸坯的内部质量。‌（4）控制连铸坯的外观性质。这主要是指连铸坯的形状是否规矩，尺寸误差是否符合规定要求。这与结晶器内腔尺寸、表面状态及冷却的均匀性密切相关，因此需要严格控制这些因素以保证连铸坯的外观质量。‌（5）加强质量监管和细节管理‌。例如，对连铸装备和工艺进行优化，严格把关每一个环节和工序，做到精益求精。同时，对坯料进行严格的验收和检查，发现缺陷及时采取措施进行整改，以确保连轧坯的质量稳定性。熔焊、压焊和钎焊的区别主要体现在焊接原理的不同。（（答：焊接冶金过程的特点有：1）冶金温度高，合金元素烧损严重。2）冶金反应不充分，易产生焊接缺陷。焊条药皮在冶金过程中主要起机械保护作用、冶金处理作用和改善焊接工艺性能的作用。熔焊接头包括哪几部分？何谓焊接热影响区？从焊接方法和工艺上考虑，能否减少答：熔焊接头主要包括焊缝、熔合区和热影响区。热影响区是指焊接过程中，焊件受热的影响（但未熔化）而发生组织和力学性能变化的区域。从焊接方法和工艺上考虑，焊接热影响区可以减少，但是是不可避免的。机械保护作用、冶金处理作用和改善焊接工艺性能的作用。按药皮性质的不同，焊条可分为氧化钙型、氧化钛钙型、钛铁矿型、氧化钛型、纤维素型、低氢钾型、低氢钠型、石墨型、盐基型等。如O2、、eO3等（CaO、Na2O、等。酸性焊条和碱性焊条的差异主要体现在焊接熔渣的酸碱度不同。（。电子束焊主要有真空电子束焊、低真空电子束焊和非真空电子束焊。答：常用的压力焊有电阻焊、摩擦焊、超声波焊和扩散焊4种。---4mm电阻缝焊过程是将焊件装配成搭接接头，并置于两滚轮电极之间，滚轮对焊件加压并转-什么是焊接结构的结构工艺性？在焊接结构设计时如何考虑其结构工艺性？试举答：常见的焊接缺欠有咬边、焊瘤、未焊透、气孔、裂纹和夹渣。5-50 （a） （b） （c）图5-50题13图答：图a焊缝布置不合理，焊缝位置太靠近加工孔的位置。应减小焊缝的尺寸。图b焊缝布置不合理，中间四条焊缝设计不便于施焊和焊缝布置密集。应减少焊缝数量。c第六章思考题参考答案简述电化学加工的原理及种类。原理：基于电化学作用原理去除材料（阳极溶解）或增加材料（阴极积沉）的加工技术。分类：1.利用电化学阳极溶解来进行加工，主要有电解加工、电解抛光等；2.利用电化学阴极沉积进行加工，主要有电镀、涂镀、电铸等；3.利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺，主要有电化学加工与机械加工相结合，如电解磨削、电化学阳极机械加工。电解加工中，何谓电流效率？电流效率指实际溶解（或沉积）金属所占的耗电量对通过总电量的有效利用率。定义电流效率η为：η喷射电沉积与传统电沉积有何区别？喷射电沉积与传统电沉积在传质速率、扩散层厚度、极限电流密度等方面存在差异。喷射电沉积与传统电沉积的区别主要在工艺方式和效果上。喷射电沉积通过高速喷射电解液，显著提高了金属离子的传质速率，减小了扩散层厚度，从而提高了极限电流密度，允许更快的沉积速率和更致密的涂层。相比之下，传统电沉积依靠自然扩散或弱对流传质，扩散层较厚，传质速率较低，极限电流密度受限。喷射电沉积涂层致密且区域控制精准，适用于复杂形状、高质量涂层的制备，如微电子器件和精密模具。传统电沉积工艺简单、成本低，适合大面积防腐或装饰性镀层，但效率相对较低。试述激光加工的能量转化过程，以及它是如何从电能转化为光能又转化为热能来加工材料的。首先，激光器将电能转化为光能，通过受激辐射产生高相干性和高能量密度的激光；然后，聚焦的激光束照射到材料表面，材料吸收光能并转化为热能，引起熔化、汽化、烧蚀或热影响等效应，从而实现切割、焊接、打孔、雕刻或表面改性等加工过程。电子束加工和离子束加工在原理上有何异同？电子束加工和离子束加工均利用高能粒子束在真空环境中对材料进行加工，但在原理和应用上有所不同。电子束以高速电子为载体，通过热效应和电磁相互作用实现材料的熔化、汽化或改性，穿透力较强，适用于焊接、热处理等加工；而离子束以带电离子为载体，通过动能传递和表面撞击引起溅射、刻蚀或化学反应，主要作用于表面，适用于薄膜沉积、精密抛光等表面微细加工。电子束、离子束、激光束三者相比，在工艺和应用范围上各有何特点？电子束：电子束具有高能量密度和可精确聚焦的特点，因而加工精度高、效率高，且无污染，属于清洁加工技术。电子束加工根据功率密度和能量注入时间的不同，应用于打孔、切割、蚀刻、焊接、热处理及光刻等领域，适合需要高精度、深度较大的加工场景。离子束：离子束利用带电离子对材料表面进行轰击，具有极高的加工精度和表面修饰能力，主要作用于材料表面，适合纳米级和亚微米级加工。广泛应用于半导体制造、光学器件加工、薄膜沉积、表面改性和高精度表面抛光等，尤其在微电子和高端制造中具有重要价值。激光束：激光束通过聚焦光能实现高温效应，能熔化或气化几乎所有材料，包括耐热合金、陶瓷、石英和金刚石等硬脆材料。其加工灵活性强，可实现无接触加工。激光加工广泛用于切割、焊接、表面改性、打孔、雕刻和增材制造，特别适合硬脆材料和复杂形状工件的加工。简述增材制造技术的种类。种类：粉末床熔融、定向能量沉积、立体光固化、粘接剂喷射、材料挤出、材料喷射、薄材叠层。简述激光粉末床熔融技术与电子束粉末床熔融技术的区别与各自优势。区别：1.能量源不同，激光粉末床熔融技术使用激光，电子束粉末床熔融技术使用电子束；2.激光粉末床熔融技术通常在惰性气体（如氩气）保护环境中运行，以避免材料氧化和污染；电子束粉末床熔融技术在高真空环境中工作，以确保电子束稳定性并防止散射；3.电子束粉末床熔融技术适用于导电性良好的金属材料，不适合非导电性材料；激光粉末床熔融技术适用材料更广泛。优势：电子束粉末床熔融能量利用率高，生产效率高，适合大批量生产，较少需要进行后处理；激光粉末床熔融技术的设备成本相对较低，材料适用范围广泛，特别适合生产复杂几何形状的零件，且加工精度高，表面质量优异。简述影响激光近净成形质量的因素。影响因素：激光功率、扫描速度、扫描路径和光斑大小等工艺参数；粉末的颗粒尺寸、形状及成分等材料特性；成形环境中的气氛控制等。7-1请分别说明冷轧钢板表面缺陷和焊接内部缺陷适合的无损检测方法是什么？答：对于冷轧钢板的表面缺陷，适用于涡流检测；焊接内部缺陷更适用于超声波检测和射线检测。7-2有一批涡轮叶片，需要检测是否有裂纹，请举出两种以上的方法，并阐述其对应的优缺点。答：超声波检测。优点：1、能检测涡轮叶片内部的裂纹，可以对较深裂纹的缺陷有较好的检测能力。2、可以检测复杂形状的叶片。缺点：1、在检测大型复杂叶片上花费时间长。2、表面质量要求高，对于不太光滑的表面会影响检测效果。X射线检测。优点：1、可以得到高分辨率图像，能捕捉到微小裂纹、气孔等缺陷。2、对于复杂形状的叶片，可以检测到内部进行全面的检测。缺点：1、对于大型叶片需要多次拍摄，导致检测速度慢。2、X射线设备以及维护成本高。涡流检测。优点：1、对于微小裂纹和缺陷有较高的灵敏度。2、适用于不同的金属材质。缺点：1、适用于表面和近表面缺陷的检测，对于深层缺陷的探测效果较差。2、粗糙表面可能导致检测结果失真。7-3在生产过程中需要采用光学传感来检测产品表面质量进行分类，请从硬件和检测算法方面阐述具体流程和核心技术。答：硬件主要包括运用相机、镜头以及光源等来对图像进行获取，在运用图像处理算法来对捕获到的图像进行分析。图像处理主要包括先对图像进行前处理来进行图像去噪，再运用分类算法来对产品的表面质量进行分类。7-4卷积神经网络的主要特点是什么，有哪些典型的网络模型，请列举出三种卷积神经网络在工业领域中的应用。答：卷积神经网络有可以从复杂场景中通过自学习的方式自动提取任务所需的特征的特点，有VGG16、ResNet、MobileNet等经典网络结构。重轨的缺陷检测：基于多维视觉感知，利用卷积神经网络来对高速铁路的重轨进行缺陷检测；基于射线的铸件缺陷检测：运用基于卷积神经网络的图像缺陷分割模型，实现对压铸件的内部缺陷实时在线检测；7-5超声检测的优点和局限性分别是什么？请举出三种超声检测在工业质量检测中的典型应用。答：优点：成本低、操作简便、技术灵活、设备轻便。局限性：缺陷判定不直观，难以确定缺陷的密度、大小及类型等。对检测人员的技能和经验要求很高。在质量检测中，主要利用超声波进行航空机匣环件的缺陷检测来保证航空发动机服役寿命和质量安全、利用平面波进行管座角焊缝缺陷检测，还有基于超声波对波纹复合板界面进行缺陷的在线检测。7-6什么是平面波、柱面波和球面波，它们各有什么特点？答：平面波是指波阵面呈现为相互平行的平面的波，在平面波中，波阵面与波的传播方向垂直；柱面波是指柱面波是一种波阵面为同心圆柱面的波。其波源为一条线，当长度远大于波长的线状波源进行径向振动时，在各向同性介质中辐射的波即为柱面波；球面波是指波阵面为同心球面的波，从波源向介质中的各个方向传播。7-7请说明射线检测设备的主要组成部分以及在工业中的典型应用。答：主要由X射线源、X射线探测器、机械轴以及计算机组成。在工业领域中主要应用X射线来对合金铸件的内部缺陷进行检测以及智能分级。智能传感器相比传统传感器，其结构形式有什么不同，具有哪些优势或特点？结构形式：传统传感器：通常由传感单元和接口单元组成，主要负责将物理信号转换为电信号，输出多为模拟量信号，不具备信号处理和组网功能，需要连接到特定测量仪表才能完成信号的处理和传输智能传感器：集成了传感芯片、通信芯片、微处理器、驱动程序、软件算法等，形成一个系统级产品。是一种带微处理器的兼具信息检测、信息处理、信息记忆、逻辑思维和判断功能的传感器。相对于传统传感器，智能传感器集感知、信息处理、通信于一体，可实现自校准、自补偿、自诊断等处理功能。优势或特点测量精度高：智能传感器具有信息处理功能，可通过软件修正各种确定性系统误差（如通过自动校零去除零点，与标准参考基准实时对比，进行自动标定与非线性校正、异常值处理等），还可适当补偿随机误差、降低噪声，提高了传感器的测量精度。可靠性与稳定性高：集成传感器系统小型化，消除了传统结构的某些不可靠因素（如温度变化导致的零点和灵敏度漂移），改善整个系统的抗干扰件能力。同时，具有实时自检、自动诊断、校淮和数据存储的功能，保障了传感器使用过程中的可靠性与稳定性。信噪比与分辨力高：智能传感器具有信息处理、信息存储和记忆功能，通过信息处理可以去除测量数据中的噪声，将有用信号提取出来；通过信息处理中的数据融合可以消除多参数测量状态下交叉灵敏度的影响，保证在多参数状态下对特定参数测量时具有高的分辨率。组态功能与自适应性强：智能传感器可以实现多传感器多参数综合测量，有一定的自适应能力，可根据检测对象或条件的改变，相应地改变量程反输出数据的形式。同时它具有判断分析与处理功能，能根据系统工作情况决策各部分的供电，使系统工作在最优功耗状态，也可优化与上位机的数据传送速率等。性价比高：智能传感器主要是通过软件而不是硬件实现传感测量功能，以嵌入式微处理器为核心，集成了传感单元、信号处理单元和网络接口单元，能够将各种现场数据直接在有线/无线网络上传输、发布与共享。随着集成电路工艺的进步，微处理器芯片成本也越来越低，因此智能传感器具有较高的性价比。PID控制中比例单元、积分单元、微分单元各有什么作用？比例微分控制有什么规律？比例单元：按比例反应控制系统的偏差信号，系统一旦产生偏差，控制器的比例调节立即产生作用以减少偏差。比例作用大时可加快调节速度，减少误差，但是比例调节过大时，会使系统的稳定性下降。积分单元；主要是用来消除静差，所谓静差，就是系统稳定后输出值和设定值之间的差值，积分环节实际上就是偏差累计的过程，把累计的误差加到原有系统上以抵消系统造成的静差。由于积分控制作用不及时，固一般不单独使用。微分单元：微分单元反映系统偏差信号的变化率，具有预见性，能预见偏差变化的趋势，从而产生超前的控制作用。微分作用对噪声干扰有放大作用，过强的微分调节可能降低系统的抗干扰能力2。微分作用不能单独使用，需要与比例或积分调节结合。比例微分控制的规律为：当被控变量发生偏差时，调节器的输出信号增量与偏差大小及偏差对时间的微分（偏差变换速度）成正比。基于神经网络的系统辨识的三要素是什么？有何作用？系统辨识有三大要素：数据、模型类、等价准则。数据：能观测到的被辨识系统的输入／输出数据。为了能够辨识实际系统，对输入信号的最低要求是在辨识时间内系统的动态过程必须被输入信号持续激励，即要求输入信号的频率必须足以覆盖系统的频谱，同时要求输入信号应能使给定问题的辨识模型精度足够高。模型类：待寻找模型的范围。模型只是在某种意义下对实际系统的一种近似描述，若要同时兼顾其精确性和复杂性，则既可以由一个或多个神经网络组成，也可以加入线性系统，一般选择能逼近原系统的最简模型。等价准则：辨识的优化目标，用来衡量模型与实际系统的接近情况。4.厚度自动控制系统的组成包括哪几部分？分别起什么作用？（1）厚度的检测部分厚度控制系统能否精确地进行控制，首先取决于一次信号的检测，对热连轧来说，测厚仪可以是X射线或γ射线的非接触式测厚仪，而冷连轧除有用上述两种之外，在较低速度情况下还可以采用接触式测厚仪；（2）厚度自动控制装置它是整个厚度自动控制系统的核心部分，其作用是将测厚仪测出的厚度偏差信号，进行放大或经计算机的功能程序处理，然后输出控制压下位置的信号；（3）执行机构根据控制信号对带钢厚度直接进行控制，例如通过压下电动机或液压装置调整压下位置或通过主电动机改变轧制速度，调节带钢的张力，来实现厚度的控制。5.轧制成形过程中板带的板形是如何实现自动控制的？L1级、L2级、L3级在控制系统中分别起什么作用？现代板带轧机的板形自动控制系统一般通过两个控制层面来实现，即一个是过程自动化级另一个是基础自动化级的二级自动控制系统。过程自动化级中包含有板形设定模块，基础自动化级中一般采用板形闭环反馈控制，也称为AFC(AutomaticFlatnessControl)或ASC(Auto-maticShapeControl)。L1级：负责直接控制生产设备，如轧机的压下系统、弯辊系统等，实时执行L2级发送的控制指令，并对设备状态进行实时监控和数据采集。L2级：根据L1级上传的实时数据和预设的板形目标，进行过程优化计算，生成具体的控制指令发送给L1级，同时对生产过程进行监控和调整。L3级：负责整个生产线的管理和协调，包括生产计划的制定、物料跟踪、质量控制等。L3级向L2级提供生产目标和设定值，并接收L2级上传的生产数据，进行分析和决策。第9章先进成形模拟仿真技术习题及答案常用的成形过程建模方法有哪几种？HenckyHencky第二定理。Q