2026年锻造工模具设计与制造试题及答案

2026年锻造工模具设计与制造试题及答案一、单项选择题（每题1分，共20分。每题只有一个正确答案，请将正确选项的字母填入括号内）1.热作模具钢5CrNiMo的最终热处理工艺通常为（）。A.淬火＋低温回火B.淬火＋中温回火C.淬火＋高温回火D.调质＋氮化答案：C2.在锤锻模的飞边槽设计中，飞边桥部高度h与锻件投影面积A的经验关系式为（）。A.hB.hC.hD.h答案：A3.下列因素中，对模具热疲劳裂纹萌生影响最小的是（）。A.模具表面粗糙度B.模具材料的导热系数C.模具的预紧力D.模具型腔的圆角半径答案：C4.采用QRO90Supreme（瑞典）制造铝合金挤压模时，其最高工作温度不宜超过（）。A.550℃B.600℃C.650℃D.700℃答案：B5.在热锻模CAE分析中，摩擦因子m采用玻璃润滑剂时一般取（）。A.0.05B.0.15C.0.30D.0.45答案：A6.对于闭式精密模锻，分流降压腔的主要作用是（）。A.降低变形抗力B.提高金属充填性C.控制锻件高度尺寸D.减少模具弹性变形答案：C7.在模具电火花成型加工中，电极损耗率θ与脉宽ti、脉间to的关系可近似表示为（）。A.θB.θC.θD.θ答案：A8.下列热处理工艺中，可显著提高基体钢（如H13）的二次硬化峰值硬度的是（）。A.1030℃油淬＋540℃两次回火B.1100℃油淬＋600℃两次回火C.1030℃油淬＋580℃两次回火D.1100℃油淬＋540℃两次回火答案：D9.在锻模寿命预测模型中，Coffin-Manson公式用于估算（）。A.热疲劳裂纹萌生寿命B.机械疲劳裂纹扩展寿命C.磨损体积损失D.高温氧化失重答案：A10.当模具型腔表面出现“龟裂”时，最有效的修复方法是（）。A.手工电弧堆焊后手工打磨B.激光熔覆＋CNC精整C.电刷镀镍D.火焰喷涂铝青铜答案：B11.在锤锻模的承击面校核中，承击面积A与锻锤吨位G（kN）的经验关系为（）。A.AB.AC.AD.A答案：B12.下列冷却方式中，对H13钢锻模获得最佳强韧性配合的是（）。A.空冷B.油冷C.高压气淬（5barN₂）D.盐水冷答案：C13.在模具氮化处理中，化合物层厚度通常控制在（）。A.1–3µmB.5–8µmC.10–15µmD.20–25µm答案：B14.对于大型模锻液压机用模具，其最大允许弹性变形量一般取（）。A.0.05mmB.0.10mmC.0.15mmD.0.20mm答案：B15.在模具CAD阶段，进行“分模面”设计时，首要遵循的原则是（）。A.分模面必须为平面B.分模面应使锻件无侧向凹坑C.分模面应使模膛深度最小D.分模面应使飞边面积最大答案：B16.下列表面强化技术中，可同时提高耐磨性与抗热疲劳性能的是（）。A.离子渗氮B.激光淬火C.喷丸强化D.PVD镀TiN答案：B17.在锻模再制造过程中，采用“高速熔覆＋五轴铣”复合工艺，熔覆层稀释率应控制在（）。A.<1%B.1–3%C.3–5%D.5–8%答案：B18.当模具出现“塌角”失效时，其主要失效形式属于（）。A.磨粒磨损B.粘着磨损C.塑性变形D.疲劳断裂答案：C19.在模具钢的纯净度评价中，GB/T10561-2005规定A类夹杂（硫化物）评级图最恶劣级别为（）。A.1.0B.2.0C.3.0D.5.0答案：D20.在模具寿命周期成本LCC模型中，占比最高的成本单元通常是（）。A.初始材料费B.加工制造费C.使用维护费D.报废回收费答案：C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，请将所有正确选项的字母填入括号内，漏选、错选均不得分）21.下列因素中，会显著降低热锻模热疲劳寿命的有（）。A.模具表面脱碳B.模具预热温度不足C.锻件毛坯加热温度过高D.模具型腔圆角过小E.采用水基石墨润滑剂答案：A、B、C、D22.在模具钢H13的合金设计思路中，主要加入的碳化物形成元素包括（）。A.CrB.MoC.VD.NiE.Co答案：A、B、C23.关于模具激光熔覆修复，下列说法正确的有（）。A.熔覆层与基体呈冶金结合B.热输入低，变形小C.可熔覆梯度功能材料D.熔覆后无需后续热处理E.熔覆层硬度一定高于基体答案：A、B、C24.在锻模CAE后处理中，可用于判断折叠缺陷的判据有（）。A.最大损伤值DmaxB.流线交叉角C.等效应变梯度D.温度梯度E.最大主应力答案：A、B、C25.下列工艺措施中，可有效降低精密模锻件高度尺寸波动的有（）。A.设置分流降压腔B.采用伺服压力机闭环控制C.模具型腔表面镀CrD.增加飞边桥部宽度E.采用多工步成形答案：A、B、E26.在模具失效分析中，可用来区分“磨粒磨损”与“粘着磨损”的手段有（）。A.SEM形貌观察B.EDS成分分析C.硬度测试D.粗糙度测量E.XRD相分析答案：A、B27.下列关于模具表面PVD镀TiAlN的说法，正确的有（）。A.沉积温度一般<500℃B.可显著提高红硬性C.镀层厚度通常为2–5µmD.对基体硬度无要求E.镀后需高温回火答案：A、B、C28.在大型模锻模具的预紧斜铁设计中，需考虑的因素有（）。A.模具热膨胀量B.锻击偏心载荷C.斜铁自锁角D.模具起吊方式E.模具材料弹性模量答案：A、B、C29.下列检测方法中，可用于在线监测模具表面裂纹扩展的有（）。A.声发射B.红外热像C.数字图像相关（DIC）D.涡流检测E.超声TOFD答案：A、C、D30.在模具钢的各向异性评价中，常用的指标有（）。A.纵向与横向冲击韧性比值B.纵向与横向延伸率差值C.纵向与横向硬度差值D.纵向与横向疲劳寿命比值E.纵向与横向导热系数差值答案：A、B、D三、填空题（每空1分，共20分）31.在热锻模设计中，模块的最小封闭高度Hmin与锻锤吨位G（kN）的经验关系为：Hmin≥________mm。答案：35032.对于H13钢，最佳二次硬化回火温度区间为________℃。答案：540–56033.在模具钢纯净度评级中，B类夹杂代表________。答案：氧化铝34.当模具表面温度循环幅度ΔT=300℃时，H13钢的热疲劳裂纹萌生寿命Nf（循环次数）可用Manson-Coffin公式估算，其指数C约为________。答案：-0.635.在锻模CAE中，采用刚性粘塑性模型时，应变速率敏感指数m通常取________。答案：0.1236.对于铝合金挤压模，模具预热温度一般控制在________℃。答案：450±1037.在模具电火花加工中，若要求表面变质层厚度<5µm，则精加工单脉冲能量应小于________µJ。答案：2538.在模具寿命周期成本LCC模型中，若模具购置费为C0，则使用维护费约占________%。答案：55–6539.在锤锻模的飞边槽设计中，飞边桥部宽度b与高度h的比值b/h一般取________。答案：2–340.采用激光熔覆修复模具时，熔覆层与基体的结合强度应≥________MPa。答案：70041.在模具钢H13的调质工艺中，淬火冷却至________℃时转入回火炉可有效防止开裂。答案：80–10042.对于大型模锻模具，其最大允许弹性变形量δmax与锻件高度公差ΔH的关系为δmax≤________ΔH。答案：0.343.在模具氮化处理中，扩散层硬度梯度要求HV0.3从表面到50µm深处下降不超过________%。答案：2044.在模具失效统计中，热疲劳失效占比约为________%。答案：4545.在模具钢的冲击韧性测试中，横向试样与纵向试样的冲击功比值应≥________。答案：0.746.在模具CAD阶段，锻件分模面轮廓线的最小拔模角一般取________°。答案：347.在模具激光淬火中，扫描速度v与功率P的经验关系为：当光斑直径d=2mm时，v≈________mm/s。答案：80048.在模具钢的回火稳定性评价中，回火硬度下降5%所对应的时间t0.95与温度T的关系可用Arrhenius方程表示，其激活能Q≈________kJ/mol。答案：32049.在模具寿命试验中，采用阶梯加载法时，载荷步长ΔF与最大载荷Fmax的比值取________。答案：0.150.在模具表面喷丸强化中，若采用Φ0.3mm铸钢丸，喷丸强度阿尔门A试片弧高值应达到________mmA。答案：0.20四、简答题（每题6分，共30分）51.简述热锻模飞边槽“桥部”与“仓部”的功能差异，并给出桥部高度h的常用经验公式。答案：桥部主要起阻流作用，迫使金属充填模膛；仓部用于容纳多余金属，减小变形抗力。桥部高度h经验公式：h=52.说明模具钢H13二次硬化峰值硬度出现的微观机制，并指出其最佳回火温度区间。答案：二次硬化源于回火过程中Mo、V碳化物（M2C、MC）的弥散析出，产生沉淀强化。最佳回火温度540–560℃，硬度可达54–56HRC。53.列举三种在线监测模具裂纹扩展的技术，并比较其优缺点。答案：1.声发射：实时性好，可定位，但易受环境噪声干扰；2.数字图像相关（DIC）：直观、全场测量，需表面散斑，受烟尘影响；3.涡流检测：对表面裂纹敏感，无需耦合剂，但只能测表面，需近距离。54.简述激光熔覆修复锻模时，如何控制熔覆层稀释率以保证性能。答案：通过优化激光功率密度、扫描速度、送粉速率，使稀释率控制在1–3%；采用梯度功能材料过渡，熔覆后550℃去应力退火，确保熔覆层硬度与韧性匹配。55.给出模具寿命周期成本LCC的构成表达式，并说明降低使用维护费的两条途径。答案：LCC=C0+C1+C2+C3（C0购置费、C1加工费、C2使用维护费、C3报废回收费）。降低C2途径：1.采用表面强化技术延长寿命；2.建立预测性维护体系，减少意外停机。五、计算与分析题（共60分）56.（本题10分）某汽车连杆锤锻模，锻件投影面积A=3200mm²，材料为H13，模块封闭高度H=400mm，锻锤吨位G=25kN。试校核：（1）飞边桥部高度h；（2）承击面积是否满足要求；（3）若模具最大弹性变形δ=0.08mm，是否满足锻件高度公差ΔH=±0.25mm。答案：（1）h=（2）承击面积A≥400√G=400×5=2000mm²，实际模块四周承击面宽30mm，则A=2×(200+100)×30=18000mm²>2000mm²，满足；（3）δ/ΔH=0.08/0.25=0.32<0.3，不满足，需提高模块刚度或减小载荷偏心。57.（本题15分）某铝合金挤压模，材料H13，工作温度500℃，型腔表面最大拉应力σ=600MPa，模具表面温度循环ΔT=250℃，频率f=0.02Hz。采用Manson-Coffin公式估算热疲劳裂纹萌生寿命：Δ已知热膨胀系数α=1.2×10⁻⁵℃⁻¹，弹性模量E=180GPa，约束系数K=0.5，求Nf。答案：热应变Δεth=KαΔT=0.5×1.2×10⁻⁵×250=1.5×10⁻³；塑性应变幅Δεp≈Δεth=1.5×10⁻³；代入公式：1.5×10⁻³×Nf^{0.6}=0.02⇒Nf^{0.6}=13.33⇒Nf=13.33^{1/0.6}=13.33^{1.667}=72循环。58.（本题15分）某闭式精密模锻件，材料42CrMo，锻件高度H=30mm，允许高度偏差±0.1mm，模锻力F=8000kN，模具材料H13，弹性模量E=210GPa，型腔投影面积A=2000mm²，模具结构为整体式，求模具最大弹性变形量δ，并判断是否满足锻件公差（要求δ≤0.3ΔH）。答案：将模具简化为圆柱，直径D=√(4A/π)=50.5mm，高L=200mm；弹性变形δ=FL/(AE)=8000×10³×200/(2000×210×10³)=3.81mm；显然过大，需采用预应力组合结构：外圈5CrNiMo套圈过盈0.3mm，刚度提高约3倍，δ≈1.2mm，仍>0.03mm，需进一步增加套圈壁厚或采用多层预应力结构，使δ≤0.03mm方可满足。59.（本题20分）某大型航空钛合金模锻模，材料为镍基高温合金GH4169，模膛最大深度80mm，需采用五轴高速铣削加工。给定：刀具：Φ10mm整体硬质合金球头刀，刃数z=2，螺旋角30°；切削速度vc=120m/min，每齿进给fz=0.05mm/z，轴向切深ap=0.3mm，径向切深ae=0.6mm；机床最大主轴转速nmax=20000r/min，最大功率Pmax=30kW；钛合金比切削力kc=2500N/mm²，GH4169高温合金kc=3200N/mm²。试计算：（1）主轴转速n；（2）进给速度vf；（3）材料去除率MRR；（4）切削功率Pc；（5）判断是否超过机床功率并给出优化措施。答案：（1）n=vc/(πD)=120000/(π×10)=3822r/min<20000，满足；（2）vf=fz·z·n=0.05×2×3822=382mm/min；（3）MRR=ap·ae·vf=0.3×0.6×382=68.8mm³/s；（4）Pc=kc·MRR=3200×68.8×10⁻³=220W=0.22kW；（5）Pc<<Pmax，远未超限。优化：可提高ap至1mm，ae至2mm，vf提至1200mm/min，MRR=0.3×2×1200/60=12cm³/min，Pc=3200×200×10⁻³=0.64kW，仍远<30kW，可大幅缩短加工时间。六、综合设计题（共30分）60.某企业需开发一