哈工大机械工程材料成形及技术基础习题及答案

哈工大机械工程材料成形及技术基础习题及答案一、单项选择题（每题2分，共30分）1.设计砂型铸造铸件时，要求铸件壁厚不小于该铸造合金的最小允许壁厚，原因是A.起模过程中铸件易发生粘砂缺陷B.金属液充型过程中易产生浇不足、冷隔缺陷C.铸件冷却后易产生过大的残余应力D.铸件内部易产生集中缩孔缺陷2.以下关于熔模铸造工艺特点的描述中，错误的是A.适合生产高熔点、难切削加工的合金铸件B.适合各种生产批量，从小批量到大批量均可C.铸件尺寸精度低，表面质量差D.可以生产形状非常复杂的薄壁铸件3.金属自由锻加工过程中，若始锻温度过高，最可能出现的缺陷是A.金属过热、过烧B.金属氧化烧损减少C.金属延伸率降低D.金属冲击韧性提升4.对弯曲变形的轴类零件进行偏心压力矫直时，压弯点的位置应该设置在A.弯曲凸侧的对称位置B.弯曲凸侧的中点位置C.弯曲凹侧的对称中点D.弯曲凹侧的端点位置5.电阻点焊焊接工艺属于以下哪类焊接方法A.熔焊B.压焊C.钎焊D.气焊6.以下焊接方法中，最适合焊接铝、镁及其合金薄板，且焊接变形小、接头质量高的是A.埋弧焊B.钨极氩弧焊C.电渣焊D.手工电弧焊7.拉深工序中，拉深系数m是拉深后工件的直径与毛坯直径的比值，拉深系数越小说明A.拉深变形程度越小B.拉深变形程度越大C.拉深过程越不容易产生起皱缺陷D.拉深过程越不容易产生拉裂缺陷8.砂型铸造生产中，铸件产生砂眼缺陷的主要原因是A.型砂强度不足B.型砂含水量过高C.砂型透气性差D.金属浇注温度过高9.锤上模锻中，预锻模膛与终锻模膛的区别是A.预锻模膛设有飞边槽，终锻模膛不设飞边槽B.终锻模膛设有飞边槽，预锻模膛一般不设飞边槽C.预锻模膛和终锻模膛都必须设有飞边槽D.预锻模膛和终锻模膛都不需要设置飞边槽10.与碱性焊条相比，酸性焊条具有以下哪个特点A.对焊件表面的铁锈、油污不敏感，焊缝成型美观B.焊缝金属的抗裂性能更好C.焊缝金属的强度、韧性等机械性能更好D.更适合焊接承受动载荷的重要结构11.生产形状复杂、壁厚较小的铸件时，优先选用以下哪种成分的铸造合金，以获得更好的充型能力A.共晶成分B.亚共晶成分C.过共晶成分D.任意成分12.以下冷冲压工序中，属于分离工序的是A.弯曲B.拉深C.落料D.翻边13.冷塑性变形后金属产生加工硬化，加工硬化带来的性能变化是A.强度、硬度升高，塑性、韧性下降B.强度升高，塑性升高C.强度下降，塑性升高D.强度、硬度、塑性都下降14.低碳钢焊接过程中，焊接热影响区中性能最差、最容易成为焊接薄弱区域的是A.熔合区B.过热区C.正火区D.部分相变区15.计算自由锻大型锻件的坯料质量时，公式中的烧损率所对应的损耗是指A.锻造加热过程中金属氧化造成的烧损损耗B.坯料下料过程中锯切造成的损耗C.锻造冲孔工序产生的芯料损耗D.锻件修整切端头产生的损耗二、多项选择题（每题3分，共24分，多选、少选、错选均不得分）1.以下缺陷中，属于砂型铸造常见工艺缺陷的有A.浇不足B.冷隔C.缩孔D.加工硬化E.热裂2.自由锻锻造工艺中，基本变形工序包括以下哪些A.镦粗B.拔长C.冲孔D.弯曲E.落料3.钨极氩弧焊的工艺特点包括以下哪些A.氩气保护效果好，无焊渣B.适合焊接铝、镁等活泼金属C.焊接飞溅大，焊缝成型差D.焊接热影响区小，焊接变形小E.可以焊接厚度1mm以下的薄板4.为了防止砂型铸造铸件产生浇不足、冷隔缺陷，可以采取以下哪些工艺措施A.提高金属液的浇注温度B.提高直浇道的高度，增大充型压力C.适当增大铸件的最小壁厚D.降低型砂的退让性E.降低浇注速度5.冷冲压加工工艺的特点包括以下哪些A.冲压件尺寸精度高，表面质量好B.生产效率高，适合大批量生产C.可以成型形状复杂的薄壁零件D.材料利用率高，废料少E.加工过程无需加热毛坯，能耗低6.以下焊接方法中，属于压焊范畴的有A.点焊B.缝焊C.摩擦焊D.钎焊E.对焊7.锻造加工中，能够降低金属变形抗力、改善金属塑性，提升锻造质量的措施有A.提高锻造变形温度B.提高变形速度C.降低变形速度D.增大变形程度E.提前预热锻造模具8.拉深工艺中，常见的质量缺陷有哪些A.起皱B.拉裂C.回弹D.毛刺E.凸缘变形不均三、填空题（每空1分，共16分）1.铸造按照造型工艺的不同，总体可以分为__________和__________两大类。2.衡量金属可锻性的两个核心指标是__________和__________。3.完整的焊接接头主要由__________和__________两个核心部分组成。4.冲压的基本工序按照加工性质分为两大类，分别是__________工序和__________工序。5.熔模铸造工艺过程中，制备单个蜡模后，需要先进行__________工序，之后再进行型壳制备，最后焙烧浇注。6.为了防止拉深过程中凸缘失稳产生起皱缺陷，拉深模具通常需要设置__________装置。7.手工电弧焊过程中，当焊接电弧长度增加时，电弧电压会__________。8.实现铸件定向凝固原则，消除缩孔缺陷，主要依靠设置__________配合冷铁来实现。9.冲裁加工中，当冲裁间隙处于合理范围时，冲裁件断面__________、毛刺最小，尺寸精度最高。10.摩擦焊依靠__________产生热量使焊件接头达到塑性状态，再施加顶锻力实现焊接，接头不需要整体熔化。11.铸件冷却过程中，由于各部分冷却速度不同，会产生内应力，当内应力超过金属的强度极限时，会产生__________缺陷。12.胎模锻是介于__________和模锻之间的一种锻造工艺，适合中小型锻件的中小批量生产。四、简答题（每题6分，共30分）1.简述砂型铸造设计铸件时，要求铸件壁厚均匀的原因。2.什么是焊接热影响区？低碳钢焊接热影响区分为哪几个主要区域，各区域的组织性能特点是什么？3.简述锤上模锻中飞边槽的主要作用。4.比较酸性焊条与碱性焊条的工艺性能和适用场合。5.什么是塑性加工中的加工硬化？加工硬化在实际生产中有哪些意义？五、计算分析题（每题15分，共30分）1.某工厂需要冲裁直径d=120mm的圆形低碳钢落料件，材料厚度t=2.5mm，已知该低碳钢的抗剪强度τ=310MPa，取安全系数K=1.3，计算所需的冲裁力，并说明应选择多大吨位的冲床。2.某工厂生产灰铸铁圆柱形铸件，尺寸为φ250mm×400mm，砂型铸造生产后发现铸件中心轴线位置存在集中缩孔缺陷，请分析该缩孔产生的原因，并提出可行的工艺改进措施消除该缺陷。六、综合应用题（共20分）某机械厂需要承接三种不同零件的生产任务，具体要求如下：（1）大批量生产汽车发动机的铝合金气缸体，形状复杂，尺寸精度要求较高，批量为10万件/年；（2）单件生产大型船用低速柴油机曲轴，材料为合金钢，总重量为12吨，长度6m；（3）大批量生产家用抽油烟机的外壳，材料为1mm厚的低碳钢钢板，要求批量大，表面质量好。请分别针对三种零件选择最合适的成形加工工艺，说明选择理由，并简述主要的工艺过程。参考答案---一、单项选择题1.B2.C3.A4.B5.B6.B7.B8.A9.B10.A11.A12.C13.A14.B15.A二、多项选择题1.ABCE2.ABCD3.ABDE4.ABC5.ABCDE6.ABCE7.ACE8.ABE三、填空题1.砂型铸造；特种铸造2.塑性；变形抗力3.焊缝区；焊接热影响区4.分离；成形5.模组组合（或焊接浇注系统）6.压边圈7.升高（增大）8.冒口9.平整光滑10.摩擦变形11.裂纹（热裂、冷裂均可）12.自由锻四、简答题1.参考答案：铸件壁厚均匀的原因主要有两点：（1）若铸件各部分壁厚相差过大，厚壁部分冷却速度慢，薄壁部分冷却速度快，会导致铸件冷却过程中各部分收缩不一致，产生较大的残余内应力，严重时会导致铸件开裂、变形缺陷。（2）壁厚差过大时，厚壁位置容易形成金属液聚集，凝固过程中容易产生缩孔、缩松缺陷，降低铸件的力学性能和致密性。因此设计铸件时要求壁厚尽量均匀。2.参考答案：焊接热影响区是指焊缝两侧的母材金属，在焊接过程中没有发生熔化，但受到焊接热作用发生组织和性能变化的区域。低碳钢焊接热影响区分为三个主要区域：（1）过热区：紧邻熔合区，加热温度达到奥氏体晶粒剧烈长大温度，晶粒粗大，塑性韧性显著下降，是热影响区中性能最差的区域。（2）正火区：加热温度在Ac3以上，奥氏体晶粒细化，冷却后得到均匀细小的正火组织，力学性能优于母材，是热影响区中性能最好的区域。（3）部分相变区：加热温度在Ac1~Ac3之间，部分珠光体和铁素体发生奥氏体相变，冷却后晶粒大小不均，力学性能略有下降。3.参考答案：锤上模锻的飞边槽主要作用有三个：（1）容纳锻造过程中多余的金属，防止多余金属流出模膛，保证锻件充满。（2）飞边在变形过程中产生横向阻力，促使金属充满模膛，提高锻件的成型质量。（3）锻造完成后切去飞边，能够调整锻件的尺寸，保证锻件的外形尺寸符合要求。4.参考答案：工艺性能对比：（1）酸性焊条：药皮中含有较多酸性氧化物，工艺性好，对焊件表面的铁锈、油污、水分不敏感，不容易产生气孔，焊缝成型美观，可交直流两用；但脱硫脱磷能力差，焊缝金属抗裂性差，力学性能较低。（2）碱性焊条：药皮含有较多碱性氧化物和较多碳酸盐，脱氧脱硫脱磷能力强，焊缝金属抗裂性好，力学性能（尤其是冲击韧性）高；但工艺性差，对铁锈油污敏感，容易产生气孔，一般要求直流电源，焊缝成型美观度差。适用场合：酸性焊条适合焊接一般结构件，低碳钢不重要构件，对性能要求不高的场合；碱性焊条适合焊接重要结构件，承受动载荷的结构，低合金钢、高强度钢焊接。5.参考答案：加工硬化是指冷塑性变形过程中，金属的位错密度升高，位错相互交割产生缠结，导致变形抗力增大，强度硬度升高，塑性韧性下降的现象。加工硬化的实际意义：（1）加工硬化是塑性变形能够均匀进行的保证，没有加工硬化，塑性变形会集中在局部位置，导致材料断裂，因此可以实现冷塑性加工（如冷拉、冷冲压）的连续进行。（2）加工硬化可以提高金属的强度硬度，作为一种强化手段，适合不能用热处理强化的金属（如铝合金、铜合金、奥氏体不锈钢）的强化。（3）加工硬化会提高后续加工的变形抗力，增加能耗，需要中间退火消除加工硬化后才能继续加工。五、计算分析题1.参考答案：冲裁力的计算公式为：F=本题中，圆形落料件周长L=F冲床吨位需要大于计算冲裁力，因此选择吨位为400kN（即40吨）的冲床即可满足要求。2.参考答案：该铸件缩孔产生的原因：（1）灰铸铁属于逐层凝固的合金，凝固过程中发生体积收缩，需要外部金属液补缩才能获得致密铸件。（2）该铸件为均匀壁厚的圆柱形，中心位置散热慢，是整个铸件最后凝固的区域，原生产工艺没有设置合理的补缩通道和补缩冒口，中心位置收缩时没有足够的金属液补充，因此在最后凝固的中心轴线位置形成集中缩孔。改进措施：（1）采用定向凝固工艺原则，将铸件的厚大端（本例为顶部）放置在上部，设置足够尺寸的补缩冒口，使铸件从远离冒口的底部向顶部冒口顺序凝固，中心区域的收缩由冒口内的金属液补充，消除中心缩孔。（2）可在铸件中心外壁位置放置外冷铁，加快中心外壁的冷却速度，进一步强化定向凝固效果，提高补缩效率。（3）调整浇注工艺，适当控制浇注温度和浇注速度，保证金属液的补缩能力，避免缩孔产生。六、综合应用题参考答案：（1）汽车发动机铝合金气缸体：最合适的成形工艺是低压金属型铸造。选择理由：该零件为大批量生产，形状复杂，尺寸精度和致密性要求高；铝合金熔点较低，适合金属型铸造，低压金属型铸造的铸件尺寸精度高、表面质量好、内部致密，生产效率高，成本低，适合10万件级别的大批量生产。主要工艺过程：预制高精度金属型模具→预热模具→喷涂脱模涂料→安装型芯→合模→低压下将铝合金金属液压入型腔→保压凝固→开型取出铸件→清理浇冒口和飞边→固溶时效热处理→精度检验。（2）大型船用柴油机合金钢曲轴：最合适的成形工艺是自由锻。选择理由：该零件为单件生产，尺寸大、重量大，模锻需要制备大型专用模具，成本极高，周期长，不适合单件生产；自由锻不需要专用模具，仅通过通用工具锻造即可成型，适合大型锻件的单件生产，且自由锻锻件内部组织致密，力学性能好，满足曲轴承受重载的性能要求。主要