云南开放大学机械制造基础期末试卷与参考答案

云南开放大学机械制造基础期末试卷与参考答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在金属材料的力学性能指标中，表示材料抵抗塑性变形能力的指标是（）。A.强度B.硬度C..塑性D.韧性2.铁碳合金相图中，共析点的含碳量是（）。A.0.0218%B.0.77%C.2.11%D.4.3%3.下列铸造方法中，生产精度最高、表面质量最好的方法是（）。A.砂型铸造B.金属型铸造C.熔模铸造D.压力铸造4.焊接时，焊条药皮的主要作用不包括（）。A.稳定电弧B.产生保护气体C.填充金属D.脱氧、合金化5.在切削过程中，对切削力影响最大的因素是（）。A.切削速度B.进给量C.背吃刀量D.刀具几何角度6.下列热处理工艺中，属于最终热处理的是（）。A.退火B.正火C.淬火+高温回火D.去应力退火7.公差带图中，确定公差带相对于零线位置的那个极限偏差是（）。A.上偏差B.下偏差C.基本偏差D.标准公差8.下列齿轮加工方法中，属于成形法的是（）。A.插齿B.滚齿C.铣齿D.剃齿9.在机械加工中，一个（或一组）工人在一个工作地点，对一个（或同时对几个）工件连续完成的那一部分工艺过程称为（）。A.工序B.工步C.走刀D.安装10.下列材料中，最适合制造汽车变速箱齿轮的是（）。A.HT200B.45钢C.20CrMnTiD.W18Cr4V二、多项选择题（每题3分，共15分。每题至少有两个正确选项，多选、少选、错选均不得分）1.下列属于金属材料工艺性能的有（）。A.铸造性B.锻造性C.焊接性D.切削加工性E.疲劳强度2.影响金属锻造性能的主要因素有（）。A.金属的化学成分B.金属的组织状态C.变形温度D.变形速度E.应力状态3.下列焊接方法中，属于熔化焊的有（）。A.手工电弧焊B.电阻焊C.氩弧焊D.电渣焊E.摩擦焊4.切削液的主要作用包括（）。A.冷却作用B.润滑作用C.清洗作用D.防锈作用E.提高刀具硬度5.制定零件机械加工工艺规程时，选择粗基准应考虑的原则有（）。A.保证加工表面与非加工表面的位置要求B.粗基准一般不得重复使用C.选择平整、光洁、面积足够大的表面D.便于工件装夹和加工E.选择精度要求最高的表面三、判断题（每题1分，共10分。正确的打“√”，错误的打“×”）1.布氏硬度HBW适用于测量薄件或表面硬化层的硬度。（）2.奥氏体是碳在γ-Fe中形成的间隙固溶体，具有良好的塑性和韧性。（）3.铸件中产生缩孔的根本原因是液态收缩和凝固收缩大于固态收缩。（）4.自由锻适用于大批量生产形状复杂的锻件。（）5.埋弧自动焊的焊接质量稳定，但只能在平焊位置施焊。（）6.刀具的主偏角增大，会使径向切削力减小，轴向切削力增大。（）7.表面淬火只能改变工件表面的组织与性能，而心部仍保持原来的状态。（）8.互换性是指同一规格的一批零件或部件，任取其一，不需任何挑选或修配就能装在机器上，并满足规定的性能要求。（）9.拉削加工属于高生产率、高精度的加工方法，但拉刀制造复杂，成本高。（）10.工艺成本中，与年产量成正比变化的费用称为不变费用。（）四、填空题（每空1分，共15分）1.金属的结晶过程由______和______两个基本过程组成。2.根据含碳量不同，钢可分为低碳钢（C含量＜______%）、中碳钢和高碳钢（C含量＞______%）。3.铸造生产的显著优点是能够制造形状______的毛坯或零件。4.模锻按设备不同可分为锤上模锻、______模锻、平锻机上模锻等。5.焊条E4303中，“43”表示熔敷金属的______不低于430MPa。6.车削外圆时，工件旋转是______运动，刀具纵向移动是______运动。7.常用的淬火冷却介质有水、______和______。8.基本尺寸相同的孔和轴配合时，孔的尺寸减去轴的尺寸所得的代数差，此差值为正时称为______，为负时称为______。9.机械加工中，获得尺寸精度的方法有试切法、______、定尺寸刀具法和______。五、名词解释题（每题3分，共15分）1.加工硬化2.锻造比3.焊接热影响区4.刀具寿命5.工序集中六、简答题（每题5分，共25分）1.简述退火的主要目的。2.简述砂型铸造中，型砂应具备的主要性能。3.简述减少焊接应力和变形的工艺措施（列举至少三项）。4.简述积屑瘤对切削过程的影响。5.简述机械加工中，划分加工阶段的主要目的。七、分析计算题（每题10分，共20分）1.现有一批45钢（含碳量约0.45%）齿轮，要求齿面具有高的硬度和耐磨性，心部具有良好的综合力学性能。请分析：（1）应选择何种热处理工艺？（2分）（2）简述该热处理工艺的主要步骤。（4分）（3）说明最终得到的齿面组织和心部组织分别是什么？（4分）2.在车床上车削一轴类零件的外圆，已知工件毛坯直径为ϕmm，要求加工后直径为ϕmm，加工表面粗糙度Ra值为3.2μm。若采用一次走刀完成加工，试计算：（1）背吃刀量（切削深度）应为多少毫米？（3分）（2）若已知机床主轴转速n=400r/min（提示：=，=fn，其中（3）要达到要求的表面粗糙度，从刀具几何角度方面，可以采取哪些措施？（至少两项）（3分）八、综合应用题（每题10分，共20分）1.下图所示为一带孔圆盘零件（示意图略，文字描述：一个法兰状圆盘，中心有通孔，圆周均布6个螺栓孔，上下端面及外圆有尺寸和粗糙度要求）。材料为HT200，生产数量为200件。请分析并回答：（1）该零件的毛坯最适合采用何种铸造方法获得？为什么？（3分）（2）若采用机械加工，试为其拟定主要加工表面的加工顺序（用文字简述，如：先加工哪个面，再加工哪个面，并说明定位基准选择的考虑）。（4分）（3）圆周上6个均布的螺栓孔可以采用何种机床和加工方法保证其位置精度？（3分）2.某工厂生产一批传动轴，材料为40Cr，要求轴颈处尺寸为ϕ40（1）请解释安排“正火”工序的主要目的。（2分）（2）请解释安排“淬火+低温回火”工序的主要目的，并说明最终得到的组织是什么？（3分）（3）“铣键槽”工序为何安排在“淬火”之前？如果安排在“淬火+回火”之后进行会有什么问题？（3分）（4）该轴的最终尺寸精度和表面粗糙度主要由哪道工序保证？（2分）参考答案与解析一、单项选择题1.A解析：强度是材料抵抗永久变形和断裂的能力，即抵抗塑性变形的能力。硬度是抵抗局部塑性变形（压入）的能力；塑性是产生永久变形而不破坏的能力；韧性是吸收塑性变形功和断裂功的能力。2.B解析：铁碳合金相图中，共析点S点的成分为含碳0.77%，温度为727℃，在此点发生共析反应，生成珠光体。3.C解析：熔模铸造（失蜡铸造）由于使用了可熔性模型和细密的耐火材料，铸件尺寸精度高（可达CT4-7），表面粗糙度值低（Ra可达1.6~12.5μm），是所列方法中精度和表面质量最好的。4.C解析：焊条药皮的主要作用是：稳定电弧、产生保护气体隔绝空气、对熔池脱氧并添加合金元素、形成熔渣保护焊缝。填充金属主要靠焊芯熔化提供。5.C解析：背吃刀量（切削深度）对切削力的影响最大，其增大会使切削宽度成比例增加，切削力几乎成比例增大。切削速度影响较小，进给量次之。6.C解析：最终热处理是使零件达到使用性能要求的热处理，如淬火+回火（调质）、表面淬火等。退火和正火通常作为预备热处理，去应力退火属于消除内应力的热处理。7.C解析：基本偏差是用以确定公差带相对于零线位置的上偏差或下偏差，一般为靠近零线的那个偏差。标准公差决定公差带的大小。8.C解析：成形法加工齿轮是用与被切齿轮齿槽形状相符的成形刀具切出齿形，如用盘状铣刀或指状铣刀铣齿。插齿和滚齿属于展成法（范成法），剃齿是精加工方法。9.A解析：工序是工艺过程的基本单元，指一个（或一组）工人，在一个工作地（或一台设备）上，对同一个（或同时对几个）工件所连续完成的那部分工艺过程。10.C解析：汽车变速箱齿轮要求表面硬度高、耐磨，心部强韧性好以承受冲击和弯曲载荷，因此需要采用渗碳钢（如20CrMnTi）进行渗碳淬火+低温回火处理。45钢淬透性不足，HT200是铸铁，W18Cr4V是高速钢，成本高且韧性相对较差。二、多项选择题1.ABCD解析：工艺性能是指材料在制造工艺过程中所表现出来的性能，如铸造性、锻造性、焊接性、切削加工性等。疲劳强度属于力学性能。2.ABCDE解析：金属的锻造性能（可锻性）受内因（金属的本质：成分、组织）和外因（变形条件：温度、速度、应力状态）共同影响。3.ACD解析：熔化焊的特点是将待焊处母材金属熔化以形成焊缝。手工电弧焊、氩弧焊、电渣焊均属此类。电阻焊（如点焊）和摩擦焊属于压力焊（固态焊）。4.ABCD解析：切削液主要起冷却、润滑、清洗和防锈四大作用。它不能改变刀具材料本身的硬度。5.ABCD解析：选择粗基准的原则包括：保证相互位置要求原则、余量均匀分配原则、便于工件装夹原则、粗基准不重复使用原则。粗基准本身是粗糙的表面，不可能选择精度要求最高的表面。三、判断题1.×解析：布氏硬度压痕大，测量值稳定，适用于测量灰铸铁、有色金属及退火、正火、调质状态的钢材等原材料或半成品的硬度，不适用于薄件或表面硬化层。测量薄件或表面层常用洛氏或维氏硬度。2.√解析：奥氏体是面心立方结构，滑移系多，塑性好，是钢在高温下的主要组织，也是许多热处理工艺希望得到的组织。3.√解析：铸件在凝固过程中，液态收缩和凝固收缩所产生的体积缩减如果得不到液态金属的补充，就会在最后凝固的部位形成集中缩孔或分散缩松。4.×解析：自由锻工具简单，通用性强，但生产率低，加工余量大，劳动强度大，主要用于单件、小批量生产，以及大型锻件的制造。形状复杂的锻件更适合模锻。5.√解析：埋弧焊焊接时电弧埋在焊剂层下燃烧，为了保持焊剂覆盖，通常只能在水平或小角度的倾斜位置施焊。6.√解析：主偏角κr增大，切削层公称宽度减小，公称厚度增大，使作用于工件直径方向的径向分力Fp减小，而轴向分力Ff增大。7.√解析：表面淬火（如感应淬火、火焰淬火）是通过快速加热使工件表层奥氏体化后迅速冷却，仅使表层获得马氏体组织而硬化，心部组织不变。8.√解析：这是互换性的基本定义，分为完全互换和不完全互换，是现代规模化生产的基础。9.√解析：拉削一次行程能完成粗、精加工，精度高（IT7~IT8），表面质量好（Ra0.4~1.6μm），效率高，但拉刀设计制造复杂，成本高，适用于大批量生产。10.×解析：工艺成本中，与年产量成正比变化的费用称为可变费用（如材料费、计件工资）。与年产量无直接关系的费用称为不变费用（如机床折旧、管理费）。四、填空题1.形核，长大2.0.25，0.6（常见划分标准，可能有细微差别，通常低碳钢C≤0.25%，中碳钢0.25%<C<0.6%，高碳钢C≥0.6%）3.复杂4.曲柄压力机（或热模锻压力机）5.抗拉强度最小值6.主，进给7.油，盐水溶液（或盐浴、碱浴等）8.间隙，过盈9.调整法，自动控制法五、名词解释题1.加工硬化：金属材料在再结晶温度以下进行塑性变形时，随着变形程度的增加，其强度和硬度升高，而塑性和韧性下降的现象。也称为冷作硬化或应变硬化。2.锻造比：锻造时金属变形程度的一种表示方法。通常用拔长时的锻造比表示为拔长前后坯料的横截面积之比（Y=/F3.焊接热影响区：在焊接过程中，焊缝附近的母材因受热的影响（但未熔化）而发生金相组织和力学性能变化的区域。其组织和性能不均匀，常是焊接接头的薄弱环节。4.刀具寿命：刀具由刃磨后开始切削，直到磨损量达到磨钝标准为止所经历的总切削时间（单位：min）。通常用T表示。它是衡量刀具材料切削性能、工件材料加工性及切削条件合理性的重要参数。5.工序集中：在安排零件的工艺路线时，将尽可能多的加工内容集中在一个工序中完成，从而使总的工序数目减少。其特点是设备数量少，工件装夹次数少，易于保证表面间的位置精度，但设备结构复杂，调整维护要求高。六、简答题1.退火的主要目的包括：（1）降低硬度，提高塑性，改善切削加工性能或冷变形加工性能；（2）细化晶粒，均匀组织，为后续热处理（如淬火）作好组织准备；（3）消除铸件、锻件、焊接件及冷加工件中的残余内应力，防止变形和开裂。2.砂型铸造中，型砂应具备的主要性能有：（1）强度：抵抗外力破坏的能力，保证铸型在制造、搬运和浇注过程中不易损坏；（2）透气性：使浇注时产生的气体能顺利排出，防止铸件产生气孔；（3）耐火性：在高温金属液作用下不软化、不熔融，防止粘砂；（4）退让性：在铸件凝固收缩时，型砂能相应变形、退让，减小收缩阻力，防止铸件开裂；（5）可塑性：易于成形，能获得清晰的型腔轮廓。3.减少焊接应力和变形的工艺措施主要有：（1）合理的焊接顺序和方向：如对称焊、分段退焊等；（2）反变形法：预判变形方向，在焊前使工件反向变形；（3）刚性固定法：用夹具或工装强制固定工件，限制变形（但会增加应力）；（4）锤击焊缝法：在焊缝冷却过程中，用圆头小锤锤击焊缝金属，使其延展以补偿收缩；（5）预热和缓冷：减小焊接区的温度梯度，降低冷却速度。4.积屑瘤对切削过程的影响具有两面性：有利方面：（1）保护刀具：积屑瘤覆盖部分前刀面，可代替刀刃切削，减小刀具磨损；（2）增大前角：积屑瘤使刀具实际工作前角增大，减小切削变形和切削力。不利方面：（1）影响尺寸精度：积屑瘤周期性生长和脱落，导致切削深度变化，影响工件尺寸和形状精度；（2）影响表面质量：脱落的积屑瘤碎片会粘附或划伤已加工表面，增大表面粗糙度；（3）引起振动：积屑瘤的不稳定易引起切削振动。5.划分加工阶段（如粗加工、半精加工、精加工、光整加工）的主要目的有：（1）保证加工质量：粗加工切除大量余量，产生的切削力、热和变形大，划分阶段可避免其对精加工表面的影响；（2）合理使用设备：粗加工用大功率、低精度机床，精加工用高精度机床，发挥设备优势；（3）便于安排热处理工序：使热处理工序（如时效、淬火等）自然插入加工阶段之间；（4）便于及时发现毛坯缺陷：粗加工阶段可及早发现铸件气孔、砂眼或锻件裂纹等缺陷，避免后续浪费。七、分析计算题1.（1）应选择渗碳淬火+低温回火工艺。对于低碳钢或低碳合金钢齿轮，要求齿面硬、心部韧，渗碳是最佳表面硬化方法。45钢含碳量中等，若要求不高也可采用表面淬火，但题目要求心部良好综合力学性能，渗碳钢更优。但45钢并非典型渗碳钢，实际中更多采用20CrMnTi等。若按45钢考虑，且要求齿面高硬度，则更可能采用表面淬火（如感应淬火）+低温回火。此处按常见工程案例，齿轮常用渗碳钢，故答渗碳。但结合45钢材质，严格来说，45钢齿轮一般采用调质（或正火）后表面淬火+低温回火。为符合题目“齿面高硬度、心部良好综合性能”的典型要求，参考答案按渗碳淬火+低温回火给出，并注明材料选用问题。（2）主要步骤：①渗碳：将齿轮放入渗碳介质中，加热到900~950℃（奥氏体区），保温足够时间，使碳原子渗入表面，获得一定厚度的渗碳层。②淬火：渗碳后，将齿轮重新加热到淬火温度（通常为800~850℃），然后迅速冷却（油冷），使表面高碳层获得高硬度的马氏体组织，心部低碳部分也获得马氏体或其它强化组织。③低温回火：淬火后在150~200℃左右低温回火，消除淬火应力，提高韧性，稳定组织。（3）最终组织：①齿面组织：回火马氏体+少量残余奥氏体+碳化物（高碳区）。②心部组织：若为低碳钢渗碳，心部为低碳马氏体或铁素体+珠光体（取决于淬透性）；若为45钢表面淬火，则心部为原始的正火或调质组织（如回火索氏体）。解析备注：本题核心是区分整体淬火与表面硬化工艺的选择。45钢作为中碳钢，更常规的工艺是调质后表面淬火。但题目描述是齿轮“齿面”高硬度，“心部”良好综合性能，这是典型的渗碳齿轮特征。在实际出题中，可能隐含了材料应为20CrMnTi等信息。答题时按“渗碳”思路能完整展示知识要点。2.（1）计算背吃刀量：毛坯直径为ϕmm，取其基本尺寸（公称尺寸）为60mm。工件要求直径为ϕmm，取其基本尺寸为55mm。单边余量（半径余量）为(60因为是一次走刀完成，所以背吃刀量=2.5mm（注：实际加工中需考虑偏差，但计算通常按基本尺寸差的一半。）（2）计算切削速度和进给速度：计算切削速度时，直径d取切削过程中的平均直径或起始直径。为简化，常用起始直径（毛坯直径）或最终直径计算。此处用起始直径（60mm）计算更符合开始切削时的状态，但用最终直径（55mm）计算反映的是结束时的状态。工程上常用待加工表面直径。题目未明确，按初始直径计算：=进给速度：=（3）为达到Ra3.2μm的表面粗糙度，从刀具几何角度可采取的措施有：①增大刀尖圆弧半径：可以减少已加工表面的残留面积高度，降低粗糙度。②减小副偏角：同样可以减少残留面积高度。③磨出修光刃：在刀具上磨出一小段平行于已加工表面的刃段，可以在进给量较大时修光表面。④使用正值刃倾角：使切屑流向待加工表面，保护已加工表面。⑤保持刀具锋利（减小前、后刀面磨损），减小切削过程中的挤压和摩擦。八、综合应用题1.（1）该零件（带孔圆盘，材料HT200，批量200件）的毛坯最适合采用砂型铸造（机器造型）。因为：①材料HT200是灰铸铁，铸造性能优良，是典型的铸造材料；②零件结构为回转体带孔法兰，形