《金属工艺学(第2版)》习题答案 第14章习题与答案

思考题

1.锻压成形与铸造成形的原理是否相同？其成形条件有什么不同？

解.：锻压成形与铸造成形的原理是不相同。金属压力加工是指在外力作

用下，坯料产生塑性变形，改变形状、尺寸，改善性能，获得型材、棒材、

板材、线材或锻压件等的加T方法,铸造是指熔炼金属，制造铸型，并将熔

融金属浇入型腔，凝司后获得一定形状和性能铸件的成形方法。

锻压成形条件：金属具有良好的塑性。铸造成形条件：金属具有良好的

铸造性能。

2.为什么说锻造不仅是最基本的成形加工方法，也是最重要的改性方

法？锻造过程中的形变和相变对锻件的显微组织有什么影响？

解：金属经锻压加工后，可使金属毛坯的晶粒变得细小，并使原铸造组

织中的内部缺陷（如微裂纹、气孔、缩松等）压合，使金属的力学性能提高。故

锻造不仅是最基本的成形加工方法，也是最重要的改性方法。

如果在锻造过程中对锻件的形变、相变加以控制，可以获得组织性能好

的锻件，因此，大多数受力复杂、承载大的重要零件，常采用锻件毛坯。

3.自由锻为什么能够锻造大型锻件，而模般只能锻造中小型锻件？中小

厂为什么常常采用胎模锻？

解：自由锻是指只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直

接使坯料变形而获得所需的几何形状及内部质量锻件的锻造方法。锻造时，

被锻金属受力时的变形是在上、下砧铁平面之间作自由流动，故能够锻造大

型锻件。

模锻是指利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法。模锻受到设备能

力的限制，模锻件重量一般在150kg以下，且锻模制造成本高，模锻需要专

门设备。所以，模锻主要适用于中、小型锻件的大批量生产。

胎模锻与自由锻相比，生产率高，锻件精度高；与模锻相比，不需要专

用模锻设备，锻模制造容易，工艺灵活。因此在没有模锻设备的中小型工厂,

常常采用胎模锻方法生产批量不大的模锻件。

4.要制造如图16-36所示螺母板手，问用哪一种方法制得的产品承载能

力最大？试说明其理由。（1）铸造；（2）锻造；（3）板料切削。

图16-36思考题4图

解：锻造。

（1）金属经锻压加工后，可使金属毛坯的晶粒变得细小，并使原铸造组

织中的内部缺陷（如微裂纹、气孔、缩松等）压合，使金属的力学性能提高。

（2）使流线的分布与零件外轮廓相符而不被切断，力学性能较高。

5.冷冲压时会产生冷变形强化现象，试分析其利弊。

解：冷变形强化它可强化金属材料，特别是一些不能用热处理进行强化

的金属，如纯金属、奥氏体不锈钢、形变铝合金等，都可用冷轧、冷挤、冷

拔或冷冲压等加工方法来提高其强度和硬度。但是，冷变形强化会给金属进

一步变形带来困难。所以常在变形工序之间安排中间退火，以消除冷变形强

化，恢复金属塑性。

习题

1.何谓金属压力加工？为什么金属压力加工在机械工业中能获得广泛应

用？

解：金属压力加工是指在外力作用下，坯料产生塑性变形，改变形状、

尺寸，改善性能，获得型材、棒材、板材、线材或锻压件等的加工方法。

金属压力加工应用广泛，因为它具有如下特点：

（1）改善金属内部组织，提高力学性能

金属经锻压加工后，可使金属毛坯的晶粒变得细小，并使原铸造组织中

的内部缺陷（如微裂纹、气孔、缩松等）压合，使金属的力学性能提高。

（2）生产率较高

除自由锻造外，其他压力加工都具有较高的生产率，如齿轮轧制、滚轮

轧制等制造方法均比机械加工的生产率高出几倍甚至几十倍以上。

（3）节省金属材料

由于压力加T提高了金属的强度等力学性能，因此，相对地缩小了同等

载荷下的零件的截面尺寸，减轻了零件的质量。另外，采用精密锻压时，可

使锻压件的尺寸精度和表面粗糙度接近成品零件，做到少切削或无切削加工。

2.何谓塑性变形？简述单晶体及多晶体塑性变形的原理？

解：不随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。

单晶体金属的塑性变形大多数情况下都是以滑移方式进行的。单晶体在

外力作用下被拉伸或压缩时，平行于晶面的切应力才会使晶体产生塑性变形。

在切应力作用下，原子离开原来的平衡位置，改变了原子间的相互距离，产

生了变形，原子位能增高。由于处于高位能的原子具有返回到原来低位能平

衡位置的倾向，所以当应力去除后变形也随之消失。当切应力增加到超过晶

面间抗力时，使某晶面两侧的原子产生相对滑移，滑移的距离是原子间距的

整数倍，滑移后，若去除切应力，己滑移的原子也不能恢复到原始位置，被

保留的这部分变形即塑性变形。

工业用金属•般都是多晶体，多晶体是由许多微小的单个晶粒杂乱组合

而成的，塑性变形与单晶体比较并无本质上的差别，每个晶粒内的塑性变形

仍以滑移为主的方式进行，其塑性变形过程可以看成是许多单个晶粒塑性变

形的总和。

3.冷变形强化对工件性能及加工过程有何影响？

解：冷变形强化它可强化金属材料•，特别是一些不能用热处理进行强化

的金属，如纯金属、奥氏体不锈钢、形变铝合金等，都可用冷轧、冷挤、冷

拔或冷冲压等加工方法来提高其强度和硬度。但是，冷变形强化会给金属进

一步变形带来困难。所以常在变形工序之间安排中间退火，以消除冷变形强

化，恢复金属塑性。

4.何谓回复和再结晶？举例说明其应用场合。

解：回复：当加热温度不高时，原子的扩散能力很低，冷变形金属的显

微组织无显著变化，只能消除一些晶格畸变，使内应力明显减小，强度、硬

度略有下降，塑性、韧性有所回升。这种变化过程称为回复。将弹簧钢丝冷

卷弹簧后常进行低温退火(也称定性处理)，就是利用回复基本保持冷拔钢丝的

高强度.又消除了卷曲变形产生的内应力C

再结晶：当加热温度较高时，原子的活动能力增大，冷变形金属的显微

组织将发生明显的变化。由破碎、拉长或压扁的晶粒将转变为新的均匀细小

的等轴晶粒，从而消除了加工硬化和内应力，力学性能得到恢复。这一过程

称为再结晶。如钢丝冷拔后产生冷变形强化，难以继续拉拔，可通过再结晶

退火消除冷变形强化，

5.金属冷变形和热变形之间有何异同？

解：再结晶温度以下的变形称为冷变形。冷变形过程中只有冷变形强化

而无回复与再结晶现象。冷变形时变形抗力大，变形量不宜过大，以免产生

裂纹。因变形是在低温下进行，无氧化脱碳现象，故可获得较高的尺寸精度

和表面质量。

再结晶温度以上的变形称为热变形。热变形后的金属具有再结晶组织而

不存在冷变形强化现象，因为冷变形强化被加热时发生的再结晶过程消除。

热变形能以较小的功达到较大的变形，变形抗力通常只有冷变形的1/5〜1/1(),

所以金属压力加工多采用热变形。但热变形时因产生氧化脱碳现象，工件表

面粗糙，尺寸精度较低。

6.钢中锻造流线是怎样形成的？要制造一种重要螺栓，锻造流线怎样分

布才合理？

解：锻造时，金属的脆性杂质被打碎，顺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。这种

热锻后的金属组织具有一定的方向性，通常称为锻造流线。

要制造一种重要螺栓，锻造流线的分布与零件外轮廓相符而不被切断才

合理。即螺栓工作时的正应力与流线方向一致，切应力与流线方向垂直。

7.何谓金属的可锻性？如何衡量其好坏？影响可锻性的因素有哪些？

解：金属的可锻性能是指金属锻压成形的难易程度，它与塑性和变形抗

力有关，塑性愈高，变形抗力愈小，则可锻性愈好，锻造性能越好。反之，

锻造性能愈差。金属的可锻性是金属材料重要的工艺性能，影响可锻性的主

要因素是金属的本质和变形条件。

X.压力加T前，坯料加热的目的是什么？

解：加热的目的是提高金属的塑性，降低变形抗力，以改善其可锻性，

获得良好的锻后组织，

9.何谓始锻温度和终锻温度？始锻或终锻温度过高或过低对锻造有什么

影响？

解：始锻温度是指开始锻造的温度，也是允许的最高加热温度。这一温

度不宜过高，否则可能造成过热和过烧；但始锻温度也不宜过低，因为过低

则使锻造温度范I韦I缩小，缩短锻造操作时间，增加锻造过程的加热次数。

终锻温度是指停止锻造的温度。这一温度过高，易形成粗大晶粒，降低

力学性能；终锻温度过低，则塑性显著降低，变形困难，容易产生冷变形强

化。

10.过热和过烧对锻件质量有什么影响？如何防止过热和过烧？

解：过热是指将金属加热到过高温度或高温下保持时间过长而引起晶粒

粗大的现象。过热的坯料锻造性能不好，锻出的锻件的力学性能也差。生产

中常常采用退火热处理将钢的过热组织细化。

过烧是指加热温度超过始锻温度过多，使晶粒边界出现氧化及熔化的现

象。过烧金属的塑性完全丧失，一锻即碎。过烧是一种无法挽救的加热缺陷。

生产中必须严格控制加热温度和保温时间，以防止过热和过烧。

11.何谓自由锻、模锻？比较它们的优缺点。

解：自由锻是指只用简单的通用性工具，或在锻造设备的上、下砧间直

接使坯料变形而获得所需的儿何形状及内部质量锻件的锻造方法。

自由锻工艺灵活，所用工具设备简单，通用性较大，成本低，可锻造小

至几克大至数百吨的锻件，但锻件精度低，工人劳动强度大，要求工人技术

水平较高，生产率低，

模锻是指利用模具使坯料变形而获得锻件的锻造方法。

模锻与自由锻比较有很多优点，如：生产率较高，有时可比自由锻高几

十倍；锻件形状和尺寸比较精确，加工余量少，能锻制形状比较复杂的零件;

模锻操作技术要求不高，工人劳动强度低。但模锻受到设备能力的限制，模

锻件重量一般在150kg以下,且锻模制造成木高.模锻需要专门设备0

12.自由锻造的基本工序有哪儿种？它们可完成哪些工作？

解：基本工序是使金属产生一定程度塑性变形，以达到所需形状和尺寸

的工艺过程，包括徽粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等。

分别完成锹粗、拔长、冲孔、切割、弯曲、扭转、错移及锻接等工作。

13.模型锻造的锻件为什么带有飞边？飞边有什么作用？

解：模型锻造的锻件带有飞边是因为终锻模膛的周围开有飞边槽。

飞边作用：在模锻过程中，当金属尚未充满锻模前，流入飞边槽的金属

可形成封闭环，阻止更多的金属外流，以保证金属充满模膛。当模膛充满后,

飞边槽还可容纳被挤出的多余金属。

14.胎模锻与自由锻、锤上模锻相比，有哪些特点？适用于什么生产场

合？

解：胎模锻与自由锻相比，生产率高，锻件精度高；与模锻相比，不需

要专用模锻设备，锻模制造容易，工艺灵活。缺点是工人劳动强度较高，生

产效率较低，模具寿命短。因此在小批量生产中应用广泛。

15.简述自由锻件和模锻件的结构设计要求。

解：自由锻件设计要求：在满足使用性能要求的条件下，应使锻件形状

简单，易于锻造。

⑴形状简单

⑵避免加凸台、强肋、工字形截面

⑶避免曲面交接

⑷避免截面尺寸的急剧变化

模锻件结构设计要求：

⑴设计时应考虑便于金属充满模膛，便于锻件出模，便于制模及有利于

延长锻模寿命等。

⑵模锻件应具有合理的分模而、模锻斜度和圆角。

⑶锻件的外形力求简单、平直、对称，避免截面差过大、薄壁、高肋和

高台等结构。

⑷应避免窄沟、深槽、深孔及多孔结构C

⑸对复杂锻件，在条件许可下，可用锻一焊组合结构，以简化工艺。

16.试述板料冲压的特点和应用？板料冲压有哪些主要工序？

解：特点：可以压制形状复杂的零件，冲压件具有较高的尺寸精度和表

面质量，互换性好，一般不需切削加工，废料较少。冲压件的重量轻、强度

和刚度好。冲压操作简单，工艺过程便于实现机械化和自动化，生产率高，

成本低。由于冲模制造复杂，大批量生产时，板料冲压的优越性显得尤为突

出。

应用：板料冲压应用十分广泛，如汽车、拖拉机、农业机械、航空、电

器、仪表以及日用品等工业部门。

冲压的基本工序可分为分离和成形两大类。

17.为什么零件在拉深时会形成折皱？在实际生产中如何防止零件的折

皱？

解：拉深过程中，由于板料边缘受到压应力的作用，很可能产生波浪状

变形折皱。板料厚度愈小，拉深深度愈大，就愈容易产生折皱。

为防止拉深过程中坯料边缘受切向压应力作用产生起皱，可用压边圈将

坯料周压紧，进行拉伸。压力的大小以工件不起皱，不拉裂为宜。当拉深件

的深度较大，不能一次拉深成形时，可多次拉深。多次拉深需进行中间退火,

以消除冷变形强化，恢复塑性。