2025年《高性能制造》材料成型专项训练卷

2025年《高性能制造》材料成型专项训练卷考试时间：______分钟总分：______分姓名：______一、选择题（每题2分，共20分。请将正确选项的字母填在括号内）1.下列哪种材料通常不适用于传统的热塑性成型工艺？A.聚乙烯(PE)B.聚苯乙烯(PS)C.青铜(Brass)D.聚丙烯(PP)2.在金属轧制过程中，道次压下量过大可能导致的直接后果是：A.形变硬化加剧B.晶粒显著粗化C.横向流动严重D.产生严重的加工硬化3.金属粉末冶金技术最适合制备哪种类型的产品？A.需要承受高冲击载荷的结构件B.具有复杂内部流道的小型零件C.需要优异导电性的电线电缆D.要求高表面光洁度的装饰件4.增材制造（3D打印）技术中，选择性激光烧结（SLS）主要适用于成型哪种材料？A.光敏树脂B.玻璃纤维增强复合材料C.金属粉末D.高分子注塑级颗粒5.为了减少冲压件在弯曲过程中出现开裂，通常采取的措施之一是：A.增大弯曲半径B.提高材料的屈服强度C.减小材料的延伸率D.增加冲压次数6.注塑成型工艺中，影响制品冷却均匀性的主要因素是：A.模具型腔的形状B.注射压力C.保压时间D.冷却水道的设计7.粉末冶金工艺相比传统的金属铸造，其主要优势之一是：A.成本低廉B.易于实现复杂形状C.可制备多孔材料D.生产效率高8.金属锻造工艺通常用于生产哪种性能要求的零件？A.高耐磨性B.高疲劳强度C.高导电性D.高化学稳定性9.吹塑成型工艺主要用于生产哪种类型的产品？A.薄膜B.管材或瓶罐类中空制品C.细长型杆件D.薄壁旋转体10.在考虑材料成型工艺时，所谓“成型性”主要是指材料的哪种能力？A.被加工成所需形状的难易程度B.在成型过程中抵抗变形的能力C.成型后保持形状的稳定性D.与模具材料发生化学作用的倾向二、填空题（每空1分，共15分。请将答案填在横线上）1.金属塑性变形是在_______应力状态下发生的永久变形。2.塑料成型工艺中，_______是一种将熔融塑料通过模具型腔挤出成型的方法。3.粉末冶金技术制备的零件通常具有_______和_______的特点。4.增材制造的核心思想是_______，即材料只在需要的地方添加。5.冲压工艺通常在_______温度下进行。6.为了防止金属在热成型过程中发生过度氧化和脱碳，需要在保护性气氛（如_______）或真空中进行。7.高分子材料成型的根本是利用其_______随温度变化的特性。8.金属轧制根据轧制温度不同，可分为_______和_______两种。9.模具是塑料注射成型中必不可少的工具，其结构通常包括_______和_______两部分。三、名词解释（每题3分，共12分。请给出简洁、准确的定义）1.材料成型性2.粉末冶金3.热成型4.增材制造四、简答题（每题5分，共10分）1.简述影响金属锻造性能的主要因素。2.与传统的去除材料制造方法相比，增材制造在材料利用率和设计自由度方面有哪些优势？五、分析题（每题8分，共16分）1.分析在注塑成型过程中，保压阶段的主要作用及其影响因素。2.针对一种常见的工程零件（如螺栓、齿轮、壳体等），简要分析其可能的材料选择及其对应的成型工艺，并说明选择理由。---试卷答案一、选择题1.C*解析思路：热塑性成型适用于具有热塑性的材料，即在加热时软化流动，冷却时凝固定型的材料。聚乙烯(PE)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PP)都是典型热塑性塑料。青铜是金属材料，通常通过铸造或锻造等工艺成型，不属于热塑性成型范畴。2.D*解析思路：金属轧制过程中，道次压下量过大，单位变形量过大，会导致金属材料严重加工硬化，材料变硬变脆，后续轧制困难，甚至可能造成破裂。选项A是变形的必然结果，但不是过大的直接负面后果。选项B通常在更大变形量或高温下发生。选项C是轧制过程中的现象，与压下量大小不直接对应“过大”的后果。3.B*解析思路：粉末冶金技术利用金属粉末作为原料，通过压制成型和高温烧结，可以直接制造出具有复杂内部结构（如多孔、通道）的零件，这是其显著优势。选项A的结构件通常需要优良的抗冲击性能，常通过锻造或热处理获得。选项C的导电性要求通常由纯金属或特殊合金满足。选项D的表面光洁度要求较高，可能需要后续加工。4.C*解析思路：选择性激光烧结（SLS）是增材制造技术的一种，它使用高能激光束扫描金属粉末床，将粉末局部熔化并烧结在一起，逐层构建三维物体。因此，它主要使用金属粉末作为原料。选项A是光固化成型（SLA）的原料。选项B是复合材料的成型方式。选项D是注塑成型的原料。5.A*解析思路：冲压件弯曲时，外层受拉应力，内层受压应力。弯曲半径过小，外层拉应力会超过材料的屈服强度和延伸率极限，导致开裂。增大弯曲半径可以减小外层拉应力，从而防止开裂。选项B提高屈服强度会加剧开裂风险。选项C减小延伸率同样加剧开裂风险。增加冲压次数并非防止开裂的有效方法。6.D*解析思路：冷却水道是模具中用于通入冷却介质（如冷却水）的通道。冷却水道的设计直接影响模具型腔内熔体冷却的均匀性和冷却速率。设计合理的水道可以使制品各部分冷却速度一致，避免因冷却不均导致变形、翘曲或内应力。选项A型腔形状影响成型精度和脱模，但非冷却均匀性的主要因素。选项B注射压力影响填充速度和密度。选项C保压时间影响补缩效果。7.C*解析思路：粉末冶金工艺可以直接制造出具有特定孔隙率（多孔结构）的材料或零件，这是其独特优势，广泛用于需要过滤、吸声、减震等应用的场合。选项A成本可能较高，尤其对于复杂零件。选项B虽然也能制造复杂形状，但相对注塑等工艺可能精度稍低。选项D生产效率通常低于铸造。8.B*解析思路：金属锻造是通过外力使金属坯料发生塑性变形，从而获得所需形状和尺寸的零件的加工方法。锻造过程能将金属的纤维组织沿零件的受力方向排列，使零件获得更好的内部组织和力学性能，特别是更高的强度和疲劳强度。选项A耐磨性通常通过表面处理或选择硬质合金获得。选项C导电性主要取决于材料本身。选项D化学稳定性也主要取决于材料种类。9.B*解析思路：吹塑成型是一种将熔融状态的塑料型坯置于模具型腔中，通过气体（通常是压缩空气）将其吹胀，使其紧贴模具内壁，冷却后得到中空制品的成型方法。典型的制品包括各种瓶子、罐子、容器等。选项A薄膜通常通过吹膜或拉伸成型。选项C细长型杆件常用挤出或拉拔工艺。选项D薄壁旋转体可通过旋压或特定注塑工艺。10.A*解析思路：“成型性”在材料科学中，尤其是在材料成型领域，指的是材料在特定的成型工艺（如塑造成型、锻造成型、轧制成型等）下，被加工成所需形状的难易程度和可加工性。选项B描述的是材料的塑性或延展性。选项C描述的是材料的尺寸稳定性。选项D描述的是材料的化学活性。二、填空题1.压应力*解析思路：金属塑性变形是在外力作用下产生内部抵抗，即应力，但材料并未破坏，发生永久变形。这种应力通常表现为压缩或剪切应力状态，而非简单的拉伸应力。2.挤出*解析思路：挤出成型是将熔融状态的塑料通过具有特定截面形状的口模（模头），挤出成连续型材（如管材、棒材、片材、薄膜等）的工艺方法。3.高密度、高性能*解析思路：粉末冶金技术可以制造出密度接近理论密度的致密材料，并且通过控制粉末成分和工艺，可以获得具有特殊性能（如自润滑、高耐磨、多孔等）的高性能材料。4.由下而上（或逐层叠加）*解析思路：增材制造的核心思想与传统的去除材料制造（如车削、铣削）相反，它不是去除材料，而是按照数字模型，逐层（通常是由下而上）添加材料（如金属粉末、塑料丝、陶瓷生料等）来构建物体。5.低温*解析思路：冲压通常是指冷变形冲压，即在不高于材料再结晶温度的常温或低温下进行的冲压工艺，以利用材料的冷加工硬化提高强度和刚度。热冲压则在高温下进行，用于成形高强钢等。6.氩气（或氮气）*解析思路：金属在高温下容易与空气中的氧气发生氧化反应，并可能发生脱碳（失去表面碳元素）。为了防止这些现象，热成型（尤其是热轧、热锻等）需要在保护性气氛（如惰性气体氩气或氮气）或真空中进行。7.热致相变*解析思路：塑料是高分子聚合物，其物理状态会随温度发生明显变化，通常在低温下为固态（玻璃态），加热到一定温度（玻璃化转变温度Tg以上，熔点Tm以上）变为粘流态。塑料成型就是利用这种由固态到粘流态的热致相变特性，通过加热、塑化、模具成型、冷却固化等步骤完成。8.冷轧、热轧*解析思路：金属轧制根据变形温度不同，分为冷轧和热轧。冷轧在低于金属再结晶温度下进行，能提高材料强度和硬度，但变形抗力大。热轧在高于或接近金属再结晶温度下进行，变形容易，能改善金属组织性能，但表面质量相对差。9.型腔、型芯*解析思路：注塑模具是用来成型塑料制品的工具。它将熔融的塑料注入模腔，使其冷却定型。模具的核心部分是构成制品内外形状的型腔和形成制品内部空腔（如果需要）的型芯。三、名词解释1.材料成型性：指材料在一定的成型工艺条件下，能够被有效地塑造成所需形状的能力。它综合反映了材料的塑性、流动性、可加工性等与成型相关的性能。2.粉末冶金：一种以金属粉末（或金属与非金属粉末混合物）为原料，经过压制成型、高温烧结等工序，制造金属材料、复合材料以及各种类型制品的工艺方法。3.热成型：指利用材料受热软化或变粘流动，并在外力作用下使其在模具中成型，然后冷却定型的一种成型工艺。常用于塑料和玻璃等材料。4.增材制造：又称添加制造，是一种与传统的去除材料制造（如切削、磨削）相反的制造方法。它根据数字模型，通过材料逐层叠加的方式制造三维实体零件的技术。四、简答题1.影响金属锻造性能的主要因素包括：*材料的塑性：材料的延伸率、屈服强度、加工硬化敏感性等是决定其是否易于锻造的关键因素。塑性好的材料易于变形。*锻造温度：必须在材料的再结晶温度以上进行锻造，以保持材料的塑性，减少变形抗力，并获得良好的组织性能。温度过高可能导致过热、过烧；温度过低则易开裂。*变形速度：变形速度影响材料的流动应力。通常存在一个最佳变形速度范围。*应力状态：三向压应力有利于金属塑性变形的进行，而拉伸应力则不利。*锻造工艺方法：不同的锻造方法（如自由锻、模锻、热锻、冷锻）对材料性能的要求和影响不同。2.与传统的去除材料制造方法相比，增材制造在材料利用率和设计自由度方面的优势：*材料利用率高：增材制造是“按需制造”，材料只在需要的地方添加，几乎没有材料浪费，尤其对于复杂结构，避免了传统方法中因去除大量材料造成的浪费。传统方法（切削、磨削）的材料利用率通常较低（约50%-80%）。*设计自由度高：增材制造允许制造出传统方法难以甚至无法实现的复杂几何形状，如内部通道、点阵结构、有机形态等。它摆脱了刀具路径和刚性模具的限制，使得产品设计更加自由，易于实现个性化定制和创新结构。五、分析题1.注塑成型过程中，保压阶段的主要作用及其影响因素：*主要作用：保压阶段是在注射成型的高温、高压熔体进入模具型腔并初步固化后，继续施加压力（低于注射压力）的阶段。其主要作用是：*补充收缩：弥补熔体在冷却过程中因体积收缩而造成的尺寸减小，使制品尺寸稳定，减少因收缩不均引起的变形和翘曲。*提高密度和强度：压力有助于将熔体压实，排除型腔内的气体，提高制品的密度、致密性和力学强度。*影响因素：保压阶段的效果受到以下因素影响：*保压压力：保压压力越高，补充收缩的效果越好，制品密度和强度也越高，但同时能耗增大，且可能引起飞边。压力过低则效果不明显。*保压时间：保压时间过长可能导致制品过热、降解，并增加能耗。时间过短则补充收缩不足。保压时间需要根据制品尺寸、壁厚、材料特性等因素确定。*保压位置：保压可以采用单一位置或多位置保压，根据制品结构需要合理设置保压点，以实现更均匀的补缩。*材料特性：不同塑料的热膨胀系数、冷却速率、粘度随压力和温度的变化关系不同，影响保压效果。*模具结构：模具的冷却水道设计、排气设计等也会影响保压过程的顺利进行。2.针对一种常见的工程零件（如螺栓），简要分析其可能的材料选择及其对应的成型工艺，并说明选择理由。*例子：螺栓*材料选择：常用材料为钢，特别是优质碳素结构钢（如45钢）或合金结构钢（如40Cr、35CrMo等）。*理由：螺栓通常需要承受较大的拉伸载荷，要求材料具有足够的强度（特别是抗拉强度