2024年机械工程师考试制造工艺试题及答案

2024年机械工程师考试制造工艺试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项字母填入括号内）1.在铸造生产中，采用冷铁的主要目的是（）。A.提高金属液流动性B.降低浇注温度C.控制凝固顺序，减少缩孔D.细化晶粒答案：C2.下列哪种焊接方法最适合焊接0.8mm厚的不锈钢薄板对接焊缝（）。A.手工电弧焊B.埋弧焊C.TIG焊D.电渣焊答案：C3.在普通车床上精车45钢轴类零件外圆时，为降低表面粗糙度Ra值，应优先调整（）。A.增大进给量B.提高切削速度C.减小刀尖圆弧半径D.降低背吃刀量答案：B4.下列关于渗碳淬火的表述，正确的是（）。A.适用于中碳钢整体强化B.渗层深度一般控制在0.05～0.10mmC.渗碳后可直接进行高温回火D.渗碳温度通常高于Ac3答案：D5.在粉末冶金烧结过程中，起主导收缩的机制是（）。A.蒸发凝聚B.表面扩散C.晶界扩散D.塑性变形答案：C6.对铝合金型材进行阳极氧化时，氧化膜硬度主要取决于（）。A.电解液温度B.氧化时间C.电流密度D.电解液成分及浓度答案：D7.下列关于激光选区熔化（SLM）成形不锈钢316L的叙述，错误的是（）。A.成形件致密度可达99%以上B.需采用惰性气体保护C.成形过程中产生明显各向异性D.成形后无需任何后处理即可装机使用答案：D8.在拉深工艺中，为防止凸缘起皱，最经济有效的措施是（）。A.增大拉深系数B.采用压边圈C.提高凸模速度D.选用硬化指数n值小的材料答案：B9.下列关于高速干式切削的描述，正确的是（）。A.必须使用涂层刀具B.切削速度必须低于200m/minC.机床无需热对称结构D.可完全避免积屑瘤答案：A10.在滚齿加工中，影响齿轮齿距累积误差的最主要因素是（）。A.滚刀轴向窜动B.工件装夹偏心C.滚刀前角误差D.切削液流量答案：B11.下列关于电火花线切割加工的说法，正确的是（）。A.只能加工导电材料B.电极丝必须比工件硬C.加工表面存在明显铸造缺陷D.加工过程有宏观切削力答案：A12.在热轧钢板酸洗线上，拉矫机的主要作用是（）。A.改善板形并破碎氧化铁皮B.提高强度C.控制厚度D.消除加工硬化答案：A13.下列关于超声波滚压强化（USRP）的描述，正确的是（）。A.仅适用于平面B.可降低表面粗糙度并引入残余压应力C.必须加热到200℃以上D.属于材料去除加工答案：B14.在铝合金铸件中，采用锶变质处理的主要目的是（）。A.细化αAl晶粒B.改变硅相形貌，提高塑性C.提高硬度D.减少氢含量答案：B15.下列关于热等静压（HIP）的说法，错误的是（）。A.可消除内部微孔B.温度低于材料再结晶温度C.采用惰性气体作为压力介质D.可提高疲劳性能答案：B16.在数控铣削淬硬模具钢时，常采用“摆线铣”策略，其主要目的是（）。A.降低切削温度B.减小刀具径向切深，保护刀刃C.提高材料去除率D.避免产生毛刺答案：B17.下列关于搅拌摩擦焊（FSW）的叙述，正确的是（）。A.必须添加填充焊丝B.焊接过程温度高于材料熔点C.可焊接铝铜异种材料D.接头组织为铸造态答案：C18.在精密冲裁（FineBlanking）中，获得光洁剪切面的关键是（）。A.大间隙、高速B.小间隙、三向压应力C.高温加热D.采用锯齿形压板答案：B19.下列关于化学气相沉积（CVD）涂层刀具的说法，正确的是（）。A.涂层温度低于200℃B.涂层与基体结合强度低于PVDC.可制备厚涂层（5～20µm）D.仅适用于高速钢刀具答案：C20.在机器人MIG焊中，出现“指状熔深”缺陷，最可能的原因是（）。A.电弧电压过高B.焊接速度过慢C.干伸长过短D.保护气流量过大答案：A二、多项选择题（每题2分，共20分。每题有两个或两个以上正确答案，多选、少选、错选均不得分）21.下列因素中，直接影响灰铸铁切削加工表面白口层厚度的有（）。A.刀具材料B.切削速度C.工件碳当量D.冷却液流量E.刀具后角答案：B、C22.下列关于激光熔覆修复轴类零件的工艺要点，正确的有（）。A.熔覆层与基体呈冶金结合B.需严格控制热输入以减小变形C.熔覆后可直接使用，无需机加D.通常采用同步送粉方式E.熔覆材料可与基体完全不同答案：A、B、D23.在铝合金轧制板带材退火过程中，可能出现的现象有（）。A.再结晶B.晶粒长大C.加工硬化消除D.氢脆E.屈服强度下降答案：A、B、C、E24.下列关于高速钢刀具深冷处理的说法，正确的有（）。A.处理温度通常为196℃B.可提高红硬性C.可完全消除残余奥氏体D.需在一次回火前进行E.可提高耐磨性答案：A、C、E25.下列关于复合材料自动铺放（AFP）工艺的描述，正确的有（）。A.可实现±45°铺层B.预浸带宽度通常为3.2～25.4mmC.需热压罐固化D.铺放过程需在线加热E.属于增材制造范畴答案：A、B、D、E26.下列关于电化学加工（ECM）的特点，正确的有（）。A.无工具损耗B.表面无热影响层C.可加工高硬度材料D.加工精度可达±1µmE.需直流脉冲电源答案：B、C27.下列关于热喷涂涂层结合机理的说法，正确的有（）。A.机械嵌合为主B.冶金结合比例高C.涂层孔隙率可低于1%D.粒子速度越高，结合强度越高E.涂层残余应力为拉应力答案：A、D、E28.下列关于镁合金微弧氧化（MAO）的说法，正确的有（）。A.可在表面生成MgO陶瓷层B.电解液中需含硅酸盐C.处理过程需交流高电压D.膜层多孔，需封闭处理E.可显著提高耐蚀性答案：A、B、C、D、E29.下列关于高强度钢点焊飞溅产生的原因，正确的有（）。A.电极压力不足B.焊接电流过大C.表面锌层过厚D.电极对中不良E.冷却水流量过大答案：A、B、C、D30.下列关于数控车床车削钛合金时降低刀具粘结磨损的措施，正确的有（）。A.采用高压冷却B.降低切削速度C.增大前角D.选用K类硬质合金E.涂层选用TiAlN答案：A、B、E三、填空题（每空1分，共20分）31.在砂型铸造中，为提高铸件表面质量，常在型腔表面刷一层________涂料，其耐火骨料常用________。答案：醇基锆英粉、锆英粉32.普通外圆磨削时，砂轮速度一般为________m/s，工件速度为砂轮速度的________。答案：30～35、1/60～1/10033.在拉深工艺中，极限拉深系数mmin与材料的________值成正比，与板厚/直径比成________。答案：硬化指数n、反比34.气体保护焊中，富氩混合气（如Ar+20%CO2）常用于焊接________钢，其飞溅率比纯CO2焊________。答案：低碳低合金、低35.在滚齿加工中，若滚刀头数为2，工件齿数为40，则滚刀每转一圈，工件转过________齿，即转过________度。答案：2、1836.铝合金型材挤压时，模具工作带长度越长，金属流速越________，型材表面易产生________缺陷。答案：慢、划伤37.在电火花成形加工中，常用________极性加工（工件接负）以获得________表面质量。答案：负、较高38.高速切削淬硬钢时，刀具前角常取________°至________°，以保障刃口强度。答案：10、639.热等静压（HIP）标准工艺参数为温度________℃、压力________MPa、保温2～4h。答案：920、10040.在激光切割不锈钢时，辅助气体选用________可获得无氧化切缝，气体压力一般为________MPa。答案：氮气、1.0～1.5四、简答题（共6题，每题8分，共48分）41.（封闭型）简述灰铸铁孕育处理的目的及常用孕育剂成分，并说明孕育衰退的防止措施。答案：目的：促进A型石墨、细化共晶团、提高力学性能、减少白口。孕育剂：FeSi75（含75%Si）、Ba/Ca/Sr复合孕育剂。防止衰退：1.缩短孕育至浇注时间（<8min）；2.采用随流孕育或型内孕育；3.降低铁液硫含量；4.控制铁液温度（1380～1420℃）。42.（开放型）结合生产实例，说明大型风电轮毂球墨铸铁件缩松缺陷的形成机理及系统防止方案。答案：形成机理：热节部位石墨膨胀不足、补缩通道受阻、冒口补缩效率低、碳当量偏低、孕育不良。防止方案：1.采用发热保温冒口+浇口通过冒口工艺；2.设置冷铁加速热节凝固；3.保证CE=4.5%～4.7%，Mg残0.035%～0.05%；4.采用CAE模拟优化浇冒系统；5.型砂添加木屑改善溃散性；6.浇注温度1360～1380℃，避免过高；7.开箱时间延长至72h以上减缓应力。43.（封闭型）列举影响数控铣削模具钢表面残余拉应力的三个主要切削参数，并说明其作用规律。答案：1.切削速度vc：提高vc可降低切削力，热软化占主导，残余应力由拉向压转变；2.每齿进给fz：fz增大，机械载荷增大，拉应力增大；3.轴向切深ap：ap增大，温度梯度大，热应力占主导，拉应力增大。44.（开放型）说明汽车覆盖件拉深模表面TD（ThermalDiffusion）渗金属处理对模具寿命的影响机制，并给出工艺控制要点。答案：机制：在模具表面形成5～15µmVC/NbC高硬度（2800HV）层，降低粘着磨损，减少拉毛，提高抗咬合性；同时产生残余压应力抑制疲劳裂纹。控制要点：1.盐浴成分：硼砂80%+VFe粉15%+还原剂5%；2.温度950℃±10℃，时间4～6h；3.后续空冷+高温回火（550℃×2h）降低脆性；4.基体材料需调质至42～46HRC；5.精加工留量0.05mm；6.处理后抛光至Ra≤0.2µm。45.（封闭型）简述激光焊接铝合金时气孔产生的主要原因及抑制措施。答案：原因：1.氢源（氧化膜水分、保护气水分、焊丝污染）；2.小孔不稳定塌陷卷入气体；3.低沸点元素蒸发。抑制：1.焊前机械清理+酒精擦拭，24h内焊接；2.采用双光束或摆动激光稳定小孔；3.选用ER5356等高Mg焊丝；4.保护气露点<50℃；5.背面加氩反吹；6.优化离焦量+0.5mm。46.（开放型）针对航空钛合金整体叶盘，设计一套复合制造工艺路线（含锻造、机加、焊接、表面处理），并说明各工序关键控制参数。答案：路线：β锻造（Tβ30℃）→五轴粗铣→去应力退火（700℃×2h）→精铣流道→线性摩擦焊（LFW）补修叶片→型面激光熔覆修复→五轴抛光→低塑性抛光（LPB）强化→微弧氧化（MAO）制减摩层→动平衡。关键参数：1.锻造变形量≥50%，冷却速度≥0.3℃/s；2.退火后残余应力<80MPa；3.LFW振幅2mm、频率45Hz、顶锻压力150MPa；4.熔覆层厚1mm，热输入<50J/mm；5.LPB覆盖率≥100%，表面850MPa残余压应力；6.MAO电压450V，时间30min，膜厚25µm。五、应用题（共4题，共92分）47.（计算题，22分）某厂采用Φ80mm硬质合金端铣刀铣削调质45钢（220HB）平面，刀具齿数z=5，机床主轴最大功率Pm=22kW，效率η=0.8。已知：单位切削力kc=2100N/mm²，平均切屑厚度hm=0.08mm，切削宽度ae=60mm，刀具耐用度指数m=0.25，C=250。求：（1）最大允许切削速度vc（m/min）；（2）对应转速n（r/min）；（3）每齿进给量fz（mm/z）；（4）材料去除率Qw（cm³/min）。解：（1）机床有效功率Pe=22×0.8=17.6kW。切削功率Pc=kc·Qw/60×10⁻³≤17.6kW。Qw=ae·ap·vf，ap未知，先求vf。由hm=fz·sinκ，κ=90°⇒hm=fz⇒fz=0.08mm/z。vf=fz·z·n=0.08×5×n=0.4nmm/min。Pc=2100·(60·ap·0.4n)/60×10⁻³=0.84·ap·nkW。令Pc=17.6⇒ap·n=20.95。刀具耐用度T=(C/vc)^(1/m)=(250/vc)^4min。经济切削速度ve=250/T^0.25，取T=120min⇒ve=250/120^0.25=82m/min。则n=1000ve/(πD)=1000×82/(π×80)=326r/min。代入ap·n=20.95⇒ap=20.95/326=0.064mm，合理。故vc=82m/min。（2）n=326r/min。（3）fz=0.08mm/z。（4）Qw=ae·ap·vf=60×0.064×0.4×326=501cm³/min。答案：（1）82m/min；（2）326r/min；（3）0.08mm/z；（4）501cm³/min。48.（分析题，24分）某新能源汽车电机壳体为AlSi10Mg压铸件，要求密封性≤1×10⁻⁶Pa·m³/s，机加工后发现微孔渗漏。试分析：（1）微孔形成机理（4分）；（2）检测手段及评价标准（4分）；（3）工艺改进方案（8分）；（4）浸渗处理参数及质量验证（8分）。答案：（1）机理：高速充型卷气、脱模剂分解气体、凝固收缩补缩不足、氢溶解度突降析出。（2）检测：1.氦质谱检漏，灵敏度10⁻⁸Pa·m³/s，标准GB/T11813；2.Xray2D+3DCT，按ASTME5052级验收；3.工业CT孔隙率≤1%，最大孔径<200µm。（3）改进：1.真空压铸，型腔真空度<50mbar；2.采用多段压射，低速0.15m/s、高速3.5m/s切换点设在浇道60%；3.模具温度控制在180～200℃，喷涂量0.8mL/m²；4.铝液含氢量≤0.12mL/100g（Telegas法）；5.增设溢流槽体积占铸件15%；6.局部挤压销延迟1s挤压30MPa。（4）浸渗：采用真空压力浸渗，浸渗剂为甲基丙烯酸酯，真空度<5mbar，保压15min，压力0.6MPa，固化温度90℃×30min。验证：抽样10%做氦检，泄漏率<1×10⁻⁷Pa·m³/s；金相观察浸渗深度>1mm；盐雾试验1000h无渗漏。49.（综合题，24分）某航空公司在CFM56发动机TC4钛合金风扇叶片进缘出现外物损伤（FOD），缺口深2mm、长10mm。试制定激光冲击强化（LSP）修复强化一体化方案，要求：（1）修复前评估流程（6分）；（2）激光熔覆填充材料选择及参数（6分）；（3）LSP强化路径规划及参数（6分）；（4）修复后无损检测及疲劳寿命验证（6分）。答案：（1）评估：1.荧光渗透检测裂纹扩展；2.3D扫描获取缺口形貌，精度±10µm；3.有限元计算应力集中系数Kt由3.2降至1.5；4.制定修复区域>缺口边缘3mm。（2）材料：选用Ti6Al4VELI粉末，粒径45～106µm，氧含量<0.08%。参数：激光功率800W，光斑2mm，扫描速度800mm/min，送粉速率8g/min，层厚0.5mm，氩气保护，搭接率30%，后热处理700℃×2h真空退火。（3）LSP：采用Nd:YAG激光，波长1064nm，脉宽20ns，能量15J，光斑3mm，搭接50%，冲击两次，压力5GPa，覆盖区域熔覆层+热影响区5mm，路径为沿弦向展向网格，脉冲密度2