2026年模具设计与制造知识竞赛试题及参考答案

2026年模具设计与制造知识竞赛试题及参考答案1.单项选择题（每题2分，共30分）1.1在注塑模中，采用“倒装模”结构的主要目的是A.降低模具材料成本  B.缩短流道长度减少废料  C.提高冷却效率  D.方便侧向抽芯答案：B 解析：倒装模将浇口置于分型面下方，熔体直接注入型腔，省去主流道凝料，显著减少回料率，同时缩短成型周期。1.2对于H13钢制造的热作模具，其最终硬度一般控制在A.28～32HRC  B.38～42HRC  C.48～52HRC  D.58～62HRC答案：C 解析：H13热作模具钢若硬度过高（>55HRC）会显著降低韧性，易出现早期热裂；48～52HRC区间兼顾耐磨性与抗热疲劳性能。1.3采用Moldflow进行翘曲分析时，需首先输入的关键边界条件是A.熔体温度  B.模具温度  C.注射压力曲线  D.纤维取向张量答案：D 解析：纤维增强塑料的翘曲主要由取向诱导的各向异性收缩引起，因此必须先在“Fill+Fiber”模块中计算取向张量，再传递到“Warp”模块。1.4下列关于电火花线切割加工精度的说法，正确的是A.采用黄铜丝比镀锌丝可获得更小的切缝  B.多次切割中，第一次脉冲宽度应最小  C.二次切割的主要任务是修光，采用低电流窄脉冲  D.水的电导率越高，加工表面越光亮答案：C 解析：二次切割（精修）使用低电流、窄脉冲、低丝速，去除第一次切割的变质层并降低表面粗糙度，Ra可达0.4μm以下。1.5在级进模设计中，为保证条料送进精度，优先选用的定位方式是A.侧刃+导正销  B.初始定位钉  C.浮顶销  D.气动夹持答案：A 解析：侧刃粗定位、导正销精定位，二者协同可将步距误差控制在±0.02mm以内，是高速冲压最可靠方案。1.6当采用3D打印随形冷却模具时，最需关注的后处理工序是A.去支撑  B.热等静压（HIP）  C.化学抛光  D.渗氮答案：B 解析：激光选区熔化（SLM）成形后内部易残留微孔，HIP可闭合孔隙，提高致密度与疲劳强度，避免冷却通道渗漏。1.7对于斜导柱侧向抽芯机构，其最小开模行程H与斜导柱角度α、抽芯距S的关系为A.H=S·tanα  B.H=S·sinα  C.H=S/cosα  D.H=S/tanα答案：D 解析：几何投影关系，H=S/tanα，α一般取10°～20°，过大导致横向分力增大，磨损加剧。1.8下列钢材中，耐蚀性最优且适合制作PVC注塑模的是A.S136  B.P20  C.718H  D.NAK80答案：A 解析：S136为马氏体不锈钢，Cr含量13.6%，经淬火+回火后硬度50HRC以上，耐PVC释放的HCl腐蚀。1.9采用五轴高速铣削深腔模具时，为减少刀具颤振，首选策略是A.提高转速降低进给  B.采用变螺旋角刀具  C.增大径向切深  D.使用短刃长颈刀柄答案：B 解析：变螺旋角刀具可打破再生颤振相位同步，实现稳定切削；D虽有效但属被动措施，B为主动抑振。1.10在冲压CAE中，FLC曲线用于预测A.回弹量  B.起皱趋势  C.破裂风险  D.压边力大小答案：C 解析：成形极限曲线（FLC）反映板料在不同应变路径下的极限应变，超出曲线即判为破裂。1.11对于热流道系统，下列措施不能有效减少颜色切换时间的是A.降低热流板温度至熔点以下  B.采用反向注射清机  C.使用耐磨阀针套  D.增大热嘴尖端温差答案：C 解析：耐磨阀针套仅延长寿命，与颜色切换无关；A、B、D均可加速旧色料排出。1.12当模具需要表面纹理深度达0.3mm的皮纹时，最佳加工顺序是A.精铣→EDM→化学蚀刻  B.精铣→激光纹理→抛光  C.精铣→高速铣→化学蚀刻  D.精铣→化学蚀刻→激光强化答案：C 解析：高速铣先去除大部分余量并保证基准平面，化学蚀刻均匀获得深度纹理，激光强化仅用于局部耐磨，非必需。1.13采用气体辅助注塑时，气体穿透长度与下列参数呈负相关的是A.熔体温度  B.气体延迟时间  C.熔体注射量  D.型腔厚度答案：C 解析：熔体注射量越少，气体穿透越长；其余参数增加均使穿透长度增加。1.14在模具报价阶段，计算“型腔系数K”时，与K值无关的因素是A.产品投影面积  B.型腔深度/直径比  C.塑料粘度等级  D.模具钢材单价答案：D 解析：K值反映成型难度，与钢材价格无直接函数关系。1.15对于双色注塑模，转盘机构定位精度需控制在A.0.01mm  B.0.05mm  C.0.10mm  D.0.20mm答案：A 解析：双色件结合处允许溢边通常<0.02mm，转盘重复定位精度需≤0.01mm，否则产生明显飞边。2.多项选择题（每题3分，共30分；多选少选均不得分）2.1下列哪些措施可降低注塑模的循环时间A.采用铍铜镶件强化冷却  B.使用热流道取消冷料井  C.提高熔体温度降低粘度  D.应用伺服电动熔胶系统  E.在顶出板加装磁滞阻尼器答案：A、B、D 解析：C提高熔体温度反而延长冷却时间；E用于降噪，与周期无关。2.2关于高速铣削淬硬钢（54HRC）的刀具路径策略，正确的有A.采用摆线铣削减小切削力  B.径向切深ae应大于刀具直径50%  C.优先使用顺铣  D.层间抬刀采用螺旋退刀  E.最后留0.2mm余量用“清角”路径答案：A、C、D 解析：高硬度材料ae一般≤20%D，减小冲击；清角余量通常0.05mm即可，0.2mm过大。2.3级进模中，导致“跳屑”的原因包括A.冲裁间隙过大  B.刃口倒锥  C.材料抗拉强度过低  D.下模漏料孔堵塞  E.冲压速度过快答案：A、B、D、E 解析：C强度低不易跳屑；间隙大、倒锥、堵塞、高速均使废料上移。2.4采用SLM打印模具镶件时，为减少变形，可采取A.增加轮廓扫描次数  B.采用“岛式”扫描策略  C.基板预热至200℃  D.打印后立刻开模取件  E.在镶件底部添加“齿形”减力槽答案：A、B、C、E 解析：D立刻取件温差大，易开裂；其余均可降低残余应力。2.5下列哪些属于热流道温控箱PID参数整定步骤A.先比例后积分再微分  B.采用Ziegler–Nichols临界振荡法  C.以超调量<0.5℃为目标  D.积分时间设为加热器热常数的0.3倍  E.微分项直接置零以抑制噪声答案：A、B、C、D 解析：E错误，微分置零丧失预测能力，应使用低通滤波而非直接关闭。2.6关于电火花成形加工电极损耗，正确的有A.铜钨电极损耗低于纯铜  B.正极性加工时工件接负极  C.峰值电流越大损耗越小  D.石墨电极粒度越细损耗越低  E.采用抬刀排屑可降低二次放电损耗答案：A、D、E 解析：B正极性为工件接正极；C峰值电流大电极损耗反而增大。2.7下列哪些检测手段可一次性获取模具型腔三维全貌A.蓝光三维扫描  B.激光跟踪仪  C.X射线CT  D.白光干涉仪  E.手持式激光扫描+摄影测量答案：A、C、E 解析：B跟踪仪需逐点测量；D仅测表面粗糙度，范围小。2.8对于汽车覆盖件拉深模，可抑制回弹的措施有A.优化压料面形状  B.采用变压边力曲线  C.凹模口部做“回弹角补偿”  D.提高拉深筋阻力  E.选用屈服强度更高的板料答案：A、B、C、D 解析：E屈服强度高回弹更大。2.9下列哪些属于模具智能运维中的“数字孪生”关键技术A.传感器边缘计算  B.基于OPCUA的实时通信  C.区块链存证  D.基于物理的降阶模型（ROM）  E.增强现实（AR）远程指导答案：A、B、D 解析：C、E属于数据安全与维护手段，非孪生核心。2.10采用氮气弹簧代替螺旋弹簧的优势包括A.相同体积下弹力更大  B.行程终端可急剧增压  C.曲线弹力线性度好  D.可动态调整气压  E.耐疲劳寿命可达100万次以上答案：A、D、E 解析：B氮气弹簧力曲线平滑；C螺旋弹簧线性度更好。3.判断题（每题1分，共10分；正确打“√”，错误打“×”）3.1模具钢经深冷处理（-196℃）后，残余奥氏体可全部转化为马氏体，硬度提高1～2HRC。答案：√ 解析：深冷处理促进微细碳化物析出，提高耐磨性。3.2对于透明PC件，型腔表面抛光到Ra0.02μm即可完全避免“银丝”缺陷。答案：× 解析：银丝主要由水汽或熔体剪切过热引起，与粗糙度无直接因果关系。3.3在UGNX中，使用“WaveGeometryLinker”可实现模具装配级参数化关联设计。答案：√ 解析：Wave链接支持跨组件几何关联，变更产品模型后模具自动更新。3.4热流道系统升温时，应先加热热嘴，再加热热流板，防止熔体倒流。答案：× 解析：应先热流板后热嘴，确保板内熔体充分熔化，避免冷料堵塞热嘴。3.5采用Moldex3D“微发泡”模块时，需输入超临界流体（SCF）的扩散系数。答案：√ 解析：扩散系数直接影响气泡成核密度，是核心参数。3.6对于铝合金压铸模，采用H13钢氮化后白亮层厚度越厚越耐铝液冲蚀。答案：× 解析：白亮层（Fe2-3N）过厚易脆裂，最佳厚度8～12μm。3.7在冲压CAE中，采用“动力显式”算法比“静力隐式”算法更适合模拟回弹。答案：× 解析：回弹为弹性卸载过程，静力隐式精度更高。3.8激光熔覆修复模具时，预热温度一般控制在马氏体转变起始温度（Ms）以下50℃。答案：√ 解析：减少温度梯度，抑制裂纹。3.9对于叠层模具，两层面板之间的开距精度由注塑机“格林柱”定位精度决定。答案：× 解析：由模具自身定位导柱/锥套决定，与格林柱无关。3.10采用电化学加工（ECM）可在淬硬钢上加工出0.05mm宽的微沟槽。答案：√ 解析：ECM无工具损耗，可加工高深宽比微结构。4.填空题（每空2分，共20分）4.1注塑模中，熔体前沿速度推荐值范围________mm/s，可抑制喷射与流痕。答案：200～500 解析：过低易滞流，过高易喷射。4.2按照ISO8062-3，铝合金压铸件最大允许错型值为________mm（CT7级，≤100mm）。答案：0.44.3在UGNX“注塑模向导”中，收缩率补偿采用________变换方式，保持产品基准坐标不变。答案：均匀比例缩放4.4级进模步距精度公式：δ=±(0.02+0.02×√L)，其中L单位________。答案：mm4.5采用铍铜（C17200）做型芯镶件时，其热导率约为________W/(m·K)。答案：1304.6对于拉深模，压边力经验公式F=K×σb×t²×10⁻³，其中K为________系数。答案：拉深4.7电火花成形加工中，表面粗糙度Ra与峰值电流Ip、脉冲宽度τ的关系近似为Ra∝________。答案：Ip^0.5×τ^0.34.8热流道温控箱中，PID输出限幅通常设为加热器额定功率的________%。答案：80 解析：防止超调与热惯性过冲。4.9采用氮气弹簧时，最大行程利用率应≤________%，以保证寿命。答案：904.10模具钢S136的Cr质量分数约为________%。答案：13.65.简答题（每题10分，共30分）5.1试述汽车大灯透镜注塑模采用“阀针热流道+模内切水口”方案的工艺要点与关键参数。答案：1.热流道选用8点针阀系统，热嘴尖端温度控制在320±2℃，防止PC降解。2.阀针开启延迟0.3s，确保熔体充分填充远浇口区域，减少熔接痕。3.模内切机构采用油缸驱动，切刀材料SKD61淬火52HRC，切刀与型腔间隙0.01mm，避免毛刺。4.切刀动作信号取自注塑机“保压结束”信号，响应时间<50ms，确保制品未完全冷却前切断，降低应力发白。5.切刀区域需局部加热至120℃，防止PC冷切脆裂；加热元件为柔性硅胶加热片，PID控温。6.切刀寿命设计50万次，每5万次做显微镜刃口检查，崩刃>0.05mm即更换。7.热流道与切刀共用同一冷却水回路，先冷却热嘴后冷却切刀，避免温度交叉干扰。8.制品顶出后需立即退火130℃×2h，消除切口残余应力，保证光学双折射<20nm。5.2级进模出现“卡料”故障，请列出系统诊断流程与解决措施。答案：1.停机标记条料位置，记录卡料步距数，判断卡料区间。2.检查下模漏料孔是否堵塞，用真空吸尘器清理铝屑、油泥。3.测量实际条料宽度与导料板间隙，若间隙<0.05mm，修磨导料板或更换导料镶件。4.检查浮顶销是否同步，用百分表测顶升高度差，>0.02mm需调整气垫压力或更换弹簧。5.检查刃口是否崩缺，用10×放大镜观察，崩刃>0.03mm需下模补焊后精磨。6.检查材料抗拉强度是否异常升高，核对来料质保书，必要时更换材料批次。7.降低冲压速度20%，观察卡料频率是否下降，确认是否因速度过快导致跳屑。8.在导料板入口增加“毛刷+吹气”组合，实时清除表面油污与颗粒。9.若卡料发生在弯曲工位，检查弯曲回弹补偿角是否不足，导致条料回弹后刮蹭凹模口，需修正凸模角度。10.建立“卡料”数字记录表，用帕累托图分析TOP3原因，制定月度改善计划，目标故障率<0.1%。5.3请阐述采用“数字孪生”对大型压铸模进行寿命预测的建模步骤与验证方法。答案：1.物理建模：建立模具三维实体，划分六面体网格，单元尺寸5mm，重点细化浇口附近至1mm。2.材料模型：采用Chaboche非线性随动硬化模型，参数通过高温疲劳试验拟合，温度区间20～700℃。3.边界条件：导入MAGMA模拟的瞬态温度场，每0.1s更新一次，作为热载荷；压射压力曲线取自传感器实测，峰值85MPa。4.损伤模型：选用能量密度-寿命（E-N）法，结合Coffin-Manson关系，计算热疲劳裂纹萌生寿命。5.降阶模型：采用本征正交分解（POD）将200万自由度模型降至2000阶，保证应力误差<3%。6.实时映射：在模具表面布置24个K型热电偶、8个应变花，数据通过MQTT协议上传云端，驱动孪生体实时更新。7.寿命预测：利用MonteCarlo方法，考虑材料参数分散性，运行1000次随机采样，得到寿命分布，取5%分位作为安全寿命。8.验证方法：a.金相法：每5000模次取样的H13试块，测量热裂纹长度，与孪生体预测值对比，误差<15%。b.工业CT：对关键区域进行3D扫描，裂纹检出尺寸0.2mm，与预测位置重合度>80%。c.停机复检：当预测寿命剩余10%时安排拆模，实测裂纹长度与预测值偏差<0.5mm。9.模型迭代：将实测裂纹数据反馈至材料参数数据库，采用贝叶斯更新，提高下一轮预测精度。10.经济效益：通过孪生体优化冷却通道布局，模具寿命由8万次提升至12万次，单件成本降低18%。6.计算题（每题15分，共30分）6.1某注塑模采用点浇口进料，产品为圆形平板，直径120mm，厚度2mm，材料ABS，熔体温度240℃，模具温度60℃。已知ABS的n=0.28，K=2.1×10⁴Pa·sⁿ，求满足熔体前沿速度200mm/s时的最大浇口直径（忽略压力损失）。答案：采用幂律模型：γ̇=8V/(πR³)，τ=Kγ̇ⁿ前沿速度v=200mm/s=0.2m/s设浇口半径r，则体积流量Q=v×A=0.2×π×(0.06)²=2.26×10⁻³m³/s浇口剪切速率γ̇=4Q/(πr³)=2.26×10⁻³×4/(πr³)=2.88×10⁻³/r³浇口壁剪应力τ=Kγ̇ⁿ=2.1×10⁴×(2.88×10⁻³/r³)^0.28为避免喷射，浇口剪应力需<2×10⁴Pa解得：r>0.55mm，即浇口直径d>1.1mm取标准值d=1.2mm，验证τ=1.8×10⁴Pa，满足要求。答案：最大浇口直径1.2mm。6.2某级进模冲压不锈钢304，料厚0.3mm，抗拉强度σb=520MPa，拟在6工位完成拉深+冲孔+翻边，拉深高度8mm，直径20mm。求第三工位拉深凸模的压边力（设K=0.6）。答案：压边力公式：F=K×σb×t²×10⁻³×πd代入：F=0.6×520×0.3²×10⁻³×π×20=0.6×520×0.09×10⁻³×62.8=1.76kN答案：压边力约为1.8kN。7.综合设计题（30分）7.1设计一款“一