内科大金属工艺学主要知识点详解

PAGEPAGE18主要知识点详解1知识点1.合金的铸造性能

一、合金流动性不好时容易产生哪些铸造缺陷？影响合金流动性的因素有哪些？设计铸件时，如何考虑保证合金的流动性?合金的流动性是指液态合金本身的流动能力。合金流动性不好时，容易出现冷隔、浇不足、气孔、夹渣及缩孔等铸造缺陷。

影响合金流动性的主要因素有：合金的成分、温度、物理性质、难熔质点和气体等。

设计铸件时，应从以下几个方面考虑保证合金的流动性:

(1)从合金流动性的角度考虑，在铸造生产中，应尽量选择共晶成分、近共晶成分或凝固温度范围小的合金作为铸造合金。

(2)液态合金的比热容和密度越大、导热系数越小、粘度越小，合金的流动性越好。

(3)液态合金的浇注温度必须合理。二、什么是铸造合金的收缩性？有哪些因素影响铸件的收缩性？

合金在从液态冷却至室温的过程中，其体积或尺寸缩小的现象称为收缩。从浇注温度冷却到室温分为液态收缩、凝固收缩和固态收缩三个收缩阶段。

铸件收缩的大小主要取决于合金成分、浇注温度、铸件结构和铸型。三、铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是什么？生产工艺上有哪些预防措施？

铸件中产生缩孔和缩松的主要原因是合金的液态收缩和凝固收缩。

在实际生产中，通常采用顺序凝固原则，并设法使分散的缩松转化为集中的缩孔，再使集中的缩孔转移到冒口中，最后将冒口去除，即可获得完好铸件。即通过设置冒口和冷铁，使铸件从远离冒口的地方开始凝固并逐渐向冒口推进，冒口最后凝固。四、铸件产生铸造内应力的主要原因是什么？如何减小或消除铸造内应力？

铸件产生铸造内应力的主要原因是合金的固态收缩。

为了减小铸造内应力，在铸造工艺上可采取同时凝固原则。所谓同时凝固原则，就是采取工艺措施保证铸件结构上各部分之间没有温差或温差尽量小，使各部分同时凝固。此外，还可以采取去应力退火或自然时效等方法，将残余应力消除。五、什么是铸件的冷裂纹和热裂纹？防止裂纹的主要措施有哪些？

如果铸造内应力超过合金的强度极限时，铸件便会产生裂纹。裂纹分为热裂和冷裂两种。

（1）热裂：热裂是在凝固后期高温下形成的，主要是由于收缩受到机械阻碍作用而产生的。它具有裂纹短、形状曲折、缝隙宽、断面有严重氧化、无金属光泽、裂纹沿晶界产生和发展等特征，在铸钢和铝合金铸件中常见。

防止热裂的主要措施是：除了使铸件的结构合理外，还应合理选用型砂或芯砂的黏结剂，以改善其退让性；大的型芯可采用中空结构或内部填以焦炭；严格限制铸钢和铸铁中硫的含量；选用收缩率小的合金。

（2）冷裂：冷裂是在较低温度下形成的，常出现在铸件受拉伸部位，特别是有应力集中的地方。其裂缝细小，呈连续直线状，缝内干净，有时呈轻微氧化色。

壁厚差别大，形状复杂或大而薄的铸件易产生冷裂。因此，凡是能减少铸造内应力或降低合金脆性的因素，都能防止冷裂的形成。同时在铸钢和铸铁中要严格控制合金中的磷含量。知识点2.砂型铸造工艺方法及其工艺特点

一、什么是砂型铸造的手工造型和机器造型，各有什么特点？

（1）手工造型：指全部用手工或手动工具完成的造型工序。手工造型按起模特点分为整模、挖沙、分模、活块、假箱、三箱等造型方法。

手工造型方法比较灵活，适应性较强，生产准备时间短，但生产率低、劳动强度大，铸件质量较差。因此，手工造型多用于单件小批量生产。

（2）机器造型：指用机器完成全部或至少完成紧砂和起模操作的造型工序。机器造型可大大提高生产率和铸件尺寸精度，降低表面粗糙度，减少加工余量，并改善工人的劳动条件，目前正日益广泛地应用于大批量生产中。二、什么是铸造工艺图？其主要包含哪些内容？

铸造工艺图是在零件图上用各种工艺符号表示出铸造工艺方案的图形，是在对铸件进行工艺分析的基础上，来确定出铸件的浇注位置、分型面、型芯的数量、形状及其固定方法、加工余量、拔模斜度、收缩率、反变形量、浇注系统、冒口、冷铁的尺寸及布置、砂箱的形状及尺寸等。三、什么是浇注位置，浇注位置选择一般性的原则是什么?

铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型内所处的空间位置。选择浇注位置时应以保证铸件质量为主，一般应注意以下几个原则：

（1）应将铸件上质量要求高的表面或主要加工面，放在铸型的下面。

（2）对于一些需要补缩的铸件，应把截面较厚的部分放在铸型的上部或侧面。

（3）对于具有大面积的薄壁铸件，应将薄壁部分放在铸型的下部，同时尽量使薄壁立放或倾斜浇注，这样有利于金属的充填。

（4）对于具有大平面的铸件，应将铸件的大平面放在铸型的下面。四、什么是分型面，分型面选择一般性的原则是什么？

分型面是指两半铸型相互接触的表面。在选择铸型分型面时应考虑如下原则：

（1）分型面应选在铸件的最大截面上，并力求采用平面。

（2）应尽量减少分型面的数量，并尽量做到只有一个分型面。

（3）应尽可能减少活块和型芯的数量，注意减少砂箱高度。

（4）尽量把铸件的大部分或全部放在一个砂箱内，并使铸件的重要加工面、工作面、加工基准面及主要型芯位于下型内。知识点3.特种铸造工艺

一、什么是特种铸造？常用的特种铸造方法有哪些？

通常把不同于普通砂型铸造的其它铸造方法统称为特种铸造。

常用的特种铸造方法有：熔模铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、低压铸造、陶瓷型铸造等。二、熔模铸造的主要生产过程涉及哪些工艺环节？

熔模铸造的主要生产过程有压制蜡模，结壳，脱模，造型，焙烧和浇注。三、为了确保铸件质量和延长铸型寿命，金属型铸造必须采取哪些工艺措施？

为了确保铸件质量和延长铸型寿命，金属型铸造必须采取一定的工艺措施。主要有：浇注前必须预热金属型；加强金属型的排气；金属型的型腔应喷刷涂料；应尽早开型取出铸件，防止铸铁产生白口组织。四、为什么压力铸造生产的铸件不安排大余量的机械加工和热处理？

由于压力铸造是液态金属高速充型，液流会包裹住大量空气，最后以气孔的形式留在压铸件中。因此，压铸件不能进行大余量的机械加工，以免气体暴露，削弱铸件的使用性能。有气孔的压铸件也不能进行热处理，因为在高温时，气孔内气体膨胀会使铸件表面鼓泡。五、离心铸造与砂型铸造相比较有何工艺特点？

（1）工艺过程简单，铸造中空筒类、管类零件时，省去了型芯、浇注系统和冒口，节约金属和其它原材料。

（2）液态金属在离心力作用下充型并凝固，其中密度较小的气体、夹渣等均集中于铸件内表面，而金属则从外向内呈方向性结晶，因而铸件组织致密，无缩孔、气孔、夹渣等缺陷，力学性能较好。

（3）便于铸造“双金属”铸件，如制造铜套挂衬滑动轴承，既可达到滑动轴承的使用要求，又可节约较贵的滑动轴承合金材料知识点4.常用铸造合金及其生产特点

一、什么是铸造铝硅合金的变质处理？

铸造铝硅合金又称硅铝明，含硅量一般在10～13％，铸造后几乎全部得到共晶组织，由于共晶体由粗大针状硅晶体和α固溶体构成，故强度低，脆性大，因此在浇注前在合金液中加入占合金重量2～3％的钠盐（2／3NaF＋1／3NaCl），进行变质处理，细化合金共晶组织。二、根据石墨形态特征，铸铁有哪些类型？

根据石墨的形态特征不同，可以将铸铁分为普通灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁。三、什么是铸铁的石墨化？影响石墨化的主要因素有哪些？

铸铁中碳以石墨形式析出的过程称为石墨化。

影响铸铁石墨化的因素很多，其中主要因素是化学成分和冷却速度。四、灰口铸铁件壁厚越大强度越高的说法，为什么不对？

铸铁的性能与铸件壁厚尺寸有关。壁越厚，铸件内部冷却速度越慢，石墨化程度增加，基体中碳含量降低倾向获得铁素体为基的灰口铸铁，因此强度反而下降。五、铸钢有哪些铸造工艺特点？

铸钢的熔点高（约1500℃）、流动性差、收缩率高（达到2％）。在熔炼时，易吸气和氧化，在浇注过程中易产生粘砂、浇不足、冷隔、缩孔、变形、裂纹、夹渣和气孔等缺陷。

所用型（芯）砂须有良好的透气性、耐火性、强度和退让性，应遵守顺序凝固原则进行工艺设计。知识点1.焊接基础

一、焊接的本质是什么？如何分类？有何优点？

焊接是利用加热或加压等手段，使分离的两部分金属，借助于原子的扩散与结合而形成原子间永久性连接的工艺方法。

焊接方法的种类很多，根据实现金属原子间结合的方式不同，可分为熔化焊、压力焊和钎焊3大类。

焊接方法具有如下优点：

（1）成形方便：焊接方法灵活多样，工艺简便；在制造大型、复杂结构和零件时，可采用铸焊、锻焊方法，化大为小，化复杂为简单，再逐次装配焊接而成。

（2）适应性强：采用相应的焊接方法，不仅可生产微型、大型和复杂的金属构件，也能生产气密性好的高温、高压设备和化工设备；此外，采用焊接椒ǎ鼓苁迪忠熘纸鹗艋蚍墙鹗舻牧印?/span>

（3）生产成本低：与铆接相比，焊接结构可节省材料10%～20%，并可减少划线、钻孔、装配等工序。另外，采用焊接结构能够按使用要求选用材料。在结构的不同部位，按强度、耐磨性、耐腐蚀性、耐高温等要求选用不同材料，具有更好的经济性。二、什么是焊接电弧？电弧的构造有何特点？什么情况下有正接法与反接法之分？各区域温度约为多少？

焊接电弧是电极与工件之间的强烈而持久的气体放电现象。

电弧的构造：焊接电弧由阴极区、阳极区和弧柱区3部分组成。

采用直流弧焊机焊接时有正接法与反接法之分，正接是将工件接电源正极，焊条接负极；反接是将工件接电源负极，焊条(或电极)接正极。

用钢焊条焊接工件时，阳极区温度约为2600K，阴极区温度约为2400K，电弧中心区温度最高，可达6000～8000K。三、焊条电弧焊时，对焊接电源有哪些基本要求？常用焊接电源的类型有哪些？

焊条电弧焊时，对焊接电源的基本要求有：

（1）具有陡降的特性；

（2）具有一定的空载电压以满足引弧的需要，一般为50～90V；

（3）限制适当的短路电流，以保证焊接过程频繁短路时，电流不致无限增大而烧毁电源。短路电流一般不超过工作电流的1.25～2倍。

常用焊接电源的类型有交流弧焊机、直流弧焊机和交、直流两用弧焊机。四、焊接冶金过程有何特点？焊接过程中为什么要对焊接区进行有效保护？

焊接冶金过程特点：电弧焊时，被熔化的金属、熔渣、气体三者之间进行着一系列物理化学反应，如金属的氧化与还原，气体的溶解与析出，杂质的去除等。因此，焊接熔池可以看成是一座微型冶金炉。但是，焊接冶金过程与一般的冶炼过程不同，主要有以下特点。

（1）冶金温度高：容易造成合金元素的烧损与蒸发；

（2）冶金过程短：焊接时，由于焊接熔池体积小(一般2～3cm3)，冷却速度快，液态停留时间短(熔池从形成到凝固约10s)，各种化学反应无法达到平衡状态，在焊缝中会出现化学成分不均匀的偏析现象。

（3）冶金条件差：焊接熔池一般暴露在空气中，熔池周围的气体、铁锈、油污等在电弧的高温下，将分解成原子态的氧、氮等，极易同金属元素产生化学反应。反应生成的氧化物、氮化物混入焊缝中，使焊缝的力学性能下降；空气中水分分解成氢原子，在焊缝中产生气孔、裂缝等缺陷，会出现“氢脆”现象。

上述情况将严重影响焊接质量，因此，必须采取有效措施来保护焊接区，防止周围有害气体侵入金属熔池。五、焊条的组成及作用是什么？焊条的选用原则有哪些？

（1）焊条是由金属焊芯和药皮两部分所组成的，焊芯的主要作用是作为电极和填充金属；药皮的作用主要是稳弧、保护、脱氧、渗合金及改善焊接工艺性。

（2）选用焊条的基本原则如下：

1）等强度原则

即选用与母材同强度等级的焊条。一般用于焊接低碳钢和低合金钢。

2）同成分原则

即选用与母材化学成分相同或相近的焊条。一般用于焊接耐热钢、不锈钢等金属材料。

3）抗裂纹原则

选用抗裂性好的碱性焊条，以免在焊接和使用过程中接头产生裂纹。一般用于焊接刚度大、形状复杂、使用中承受动载荷的焊接结构。

4）抗气孔原则

受焊接工艺条件的限制，如对焊件接头部位的油污、铁锈等清理不便，应选用抗气孔能力强的酸性焊条，以免焊接过程中气体滞留于焊缝中，形成气孔。

5）低成本原则

在满足使用要求的前提下，尽量选用工艺性能好、成本低和效率高的焊条。六、焊接变形的基本形式有哪些？

焊接变形的基本形式有收缩变形、角变形、弯曲变形、波浪变形和扭曲变形等。七、焊接应力与变形产生的原因是什么？减少焊接应力与变形的工艺措施主要有哪些？

焊接过程中，对焊件进行不均匀加热和冷却，是产生焊接应力和变形的根本原因。

减少焊接应力与变形的工艺措施主要有：

1）预留收缩变形量

根据理论计算和实践经验，在焊件备料及加工时预先考虑收缩余量，以便焊后工件达到所要求的形状、尺寸。

2）反变形法

根据理论计算和实践经验，预先估计结构焊接变形的方向和大小，然后在焊接装配时给予一个方向相反、大小相等的预置变形，以抵消焊后产生的变形。

3）刚性固定法

焊接时将焊件加以刚性固定，焊后待焊件冷却到室温后再去掉刚性固定，可有效防止角变形和波浪变形。此方法会增大焊接应力，只适用于塑性较好的低碳钢结构。

4）选择合理的焊接顺序

尽量使焊缝自由收缩。焊接焊缝较多的结构件时，应先焊错开的短焊缝，再焊直通长焊缝，以防在焊缝交接处产生裂纹。如果焊缝较长，可采用逐步退焊法和跳焊法，使温度分布较均匀，从而减少了焊接应力和变形。

5）锤击焊缝法

在焊缝的冷却过程中，用圆头小锤均匀迅速地锤击焊缝，使金属产生塑性延伸变形，抵消一部分焊接收缩变形，从而减小焊接应力和变形。

6）加热“减应区”法

焊接前，在焊接部位附近区域(称为减应区)进行加热使之伸长，焊后冷却时，加热区与焊缝一起收缩，可有效减小焊接应力和变形。

7）焊前预热和焊后缓冷

预热的目的是减少焊缝区与焊件其他部分的温差，降低焊缝区的冷却速度，使焊件能较均匀地冷却下来，从而减少焊接应力与变形。知识点2.常用焊接方法及特点

一、什么是钎焊？钎焊是如何分类的？钎焊的接头形式有何特点？

钎焊是利用熔点比母材低的金属作为钎料，加热后，钎料熔化，焊件不熔化，利用液态钎料润湿母材，填充接头间隙并与母材相互扩散，将焊件牢固的连接在一起。

根据钎料熔点的不同，将钎焊分为软钎焊和硬钎焊。

（1）软钎焊：软钎焊的钎料熔点低于450°C，接头强度较低(小于70MPa)。

（2）硬钎焊：硬钎焊的钎料熔点高于450°C，接头强度较高(大于200MPa)。

钎焊接头的承载能力与接头连接面大小有关。因此，钎焊一般采用搭接接头和套件镶接，以弥补钎焊强度的不足。二、电弧焊的分类有哪些，有什么优点？

利用电弧作为热源的熔焊方法，称为电弧焊。可分为手工电弧焊、埋弧自动焊和气体保护焊等三种。手工自动焊的最大优点是设备简单，应用灵活、方便，适用面广，可焊接各种焊接位置和直缝、环缝及各种曲线焊缝。尤其适用于操作不变的场合和短小焊缝的焊接；埋弧自动焊具有生产率高、焊缝质量好、劳动条件好等特点；气体保护焊具有保护效果好、电弧稳定、热量集中等特点。三、焊条电弧焊时，低碳钢焊接接头的组成、各区域金属的组织与性能有何特点？

（1）焊接接头由焊缝金属和热影响区组成。

1）焊缝金属：焊接加热时，焊缝处的温度在液相线以上，母材与填充金属形成共同熔池，冷凝后成为铸态组织。在冷却过程中，液态金属自熔合区向焊缝的中心方向结晶，形成柱状晶组织。由于焊条芯及药皮在焊接过程中具有合金化作用，焊缝金属的化学成分往往优于母材，只要焊条和焊接工艺参数选择合理，焊缝金属的强度一般不低于母材强度。

2）热影响区：在焊接过程中，焊缝两侧金属因焊接热作用而产生组织和性能变化的区域。

（2）低碳钢的热影响区分为熔合区、过热区、正火区和部分相变区。

1）熔合区

位于焊缝与基本金属之间，部分金属焙化部分未熔，也称半熔化区。加热温度约为1490～1530°C，此区成分及组织极不均匀，强度下降，塑性很差，是产生裂纹及局部脆性破坏的发源地。

2）过热区

紧靠着熔合区，加热温度约为1100～1490°C。由于温度大大超过Ac3，奥氏体晶粒急剧长大，形成过热组织，使塑性大大降低，冲击韧性值下降25%～75%左右。

3）正火区

加热温度约为850～1100°C，属于正常的正火加热温度范围。冷却后得到均匀细小的铁素体和珠光体组织，其力学性能优于母材。

4）部分相变区

加热温度约为727～850°C。只有部分组织发生转变，冷却后组织不均匀，力学性能较差。四、什么是电阻焊？电阻焊分为哪几种类型、分别用于何种场合？

电阻焊是利用电流通过工件及焊接接触面间所产生的电阻热，将焊件加热至塑性或局部熔化状态，再施加压力形成焊接接头的焊接方法。

电阻焊分为点焊、缝焊和对焊3种形式。

（1）点焊：将焊件压紧在两个柱状电极之间，通电加热，使焊件在接触处熔化形成熔核，然后断电，并在压力下凝固结晶，形成组织致密的焊点。

点焊适用于焊接4mm以下的薄板(搭接)和钢筋，广泛用于汽车、飞机、电子、仪表和日常生活用品的生产。

（2）缝焊：缝焊与点焊相似，所不同的是用旋转的盘状电极代替柱状电极。叠合的工件在圆盘间受压通电，并随圆盘的转动而送进，形成连续焊缝。

缝焊适宜于焊接厚度在3mm以下的薄板搭接，主要应用于生产密封性容器和管道等。

（3）对焊：根据焊接工艺过程不同，对焊可分为电阻对焊和闪光对焊。

1）电阻对焊

焊接过程是先施加顶锻压力(10～15MPa)，使工件接头紧密接触，通电加热至塑性状态，然后施加顶锻压力(30～50MPa)，同时断电，使焊件接触处在压力下产生塑性变形而焊合。

电阻对焊操作简便，接头外形光滑，但对焊件端面加工和清理要求较高，否则会造成接触面加热不均匀，产生氧化物夹杂、焊不透等缺陷，影响焊接质量。因此，电阻对焊一般只用于焊接直径小于20mm、截面简单和受力不大的工件。

2）闪光对焊

焊接过程是先通电，再使两焊件轻微接触，由于焊件表面不平，使接触点通过的电流密度很大，金属迅速熔化、气化、爆破，飞溅出火花，造成闪光现象。继续移动焊件，产生新的接触点，闪光现象不断发生，待两焊件端面全部熔化时，迅速加压，随即断电并继续加压，使焊件焊合。

闪光对焊的接头质量好，对接头表面的焊前清理要求不高。常用于焊接受力较大的重要工件。闪光对焊不仅能焊接同种金属，也能焊接铝钢、铝铜等异种金属，可以焊接0.01mm的金属丝，也可以焊接直径500mm的管子及截面为20000mm2的板材。五、激光焊的基本原理是什么？有何特点及用途？

激光焊利用聚焦的激光束作为能源轰击工件所产生的热量进行焊接。

激光焊具有如下特点：

1）激光束能量密度大，加热过程极短，焊点小，热影响区窄，焊接变形小，焊件尺寸精度高；

2）可以焊接常规焊接方法难以焊接的材料，如焊接钨、鉬、钽、锆等难熔金属；

3）可以在空气中焊接有色金属，而不需外加保护气体；

4）激光焊设备较复杂，成本高。

激光焊可以焊接低合金高强度钢、不锈钢及铜、镍、钛合金等；异种金属以及非金属材料(如陶瓷、有机玻璃等)；目前主要用于电子仪表、航空、航天、原子核反应堆等领域。六、电子束焊的基本原理是什么？有何特点及用途？

电子束焊利用在真空中利用聚焦的高速电子束轰击焊接表面，使之瞬间熔化并形成焊接接头。

电子束焊具有以下特点：

1）能量密度大，电子穿透力强；

2）焊接速度快，热影响取消，焊接变形小；

3）真空保护好，焊缝质量高，特别适用于活波金属的焊接。

电子束焊用于焊接低合金钢、有色金属、难熔金属、复合材料、异种材料等，薄板、厚板均可。特别适用于焊接厚件及要求变形很小的焊件、真空中使用器件、精密微型器件等。知识点3.常用金属材料的焊接性一、什么是金属材料的焊接性？影响金属焊接性的主要因素有哪些？

焊接性是指金属材料在一定的焊接工艺条件下(焊接方法、焊接材料、焊接工艺参数和结构形式等)，获得优质焊接接头的难易程度。它包括两方面的内容，一是结合性能，即在一定焊接工艺条件下，焊接接头产生焊接缺陷的敏感性；二是使用性能，即在一定焊接工艺条件下，焊接接头对使用要求的适应性。

影响金属焊接性的因素很多，主要有材料(化学成分、组织状态、力学性能等)、设计(结构型式)、工艺(焊接方法、焊接规范等)及工作条件(工作温度、负荷条件、工作环境等)等4个方面。二、生产中常用什么方法来评价金属材料的焊接性？

化学成分是影响金属材料焊接性的主要因素。生产中，常根据钢材的化学成分来评定其焊接性。由于钢中含碳量对其焊接性的影响最为明显，通常把钢中合金元素含量对其焊接性的影响，按其作用换算成碳元素的相当含量，即用碳当量（CE）法评价金属材料的焊接性。三、铸铁的焊接性如何？铸铁焊补时，常见的焊接缺陷是什么？

铸铁含碳量高，含硫、磷等杂质较多，塑性差，焊接性也极差。所以，铸铁不宜作为焊接结构材料。

铸铁焊补时，常见的焊接缺陷有：

（1）焊接接头易产生白口组织

碳和硅是促进石墨化元素，焊接时会大量烧损，焊后冷却速度又快，不利于石墨的析出，故容易产生白口组织。

（2）易产生焊接裂纹

铸铁是脆性材料，焊接时容易产生白口和淬硬组织。当焊接应力超过铸铁抗拉强度时，就会在焊缝或近缝区产生裂纹，甚至完全开裂。

（3）易产生气孔和夹渣

铸铁中的碳、硅元素剧烈氧化，形成CO气体和硅酸盐熔渣，它们滞留在焊缝中会形成气孔和夹渣等缺陷。四、碳素钢、低合金结构钢的焊接应注意什么？

碳素钢中的低碳钢塑性好、淬硬倾向小，不易产生裂纹。但是还应注意在低温环境下焊接厚度大、刚性大的结构时，应进行预热，否则容易产生裂纹；重要结构焊后要进行去应力退火以消除焊接应力；中碳钢有一定的淬硬倾向，焊接接头容易产生低塑性的淬硬组织和冷裂纹，焊接性较差，应采用焊前预热焊后缓冷等措施减小淬硬倾向，减小焊接应力；高碳钢焊接性较差，大多用于修理一些损坏件，也注意焊前预热和焊后缓冷。

低合金结构钢焊接的特点一是热影响区有较大的淬硬倾向，且随强度等级的提高，淬硬倾向亦随着显著增大；二是热影响区的冷裂纹倾向，也随着强度等级的提高而增大，在刚性较大的接头中，甚至会出现所谓的“延迟裂纹”。五、铜、铝及其合金的焊接特性是什么？

铜及其合金采用一般的焊接方法焊接性很差的原因是：裂纹倾向大，气孔倾向大，容易产生焊不透缺陷及合金元素易氧化。通常采用氩弧焊、气焊、手弧焊和钎焊等方法，以氩弧焊的焊接质量最好。

铝及其合金采用一般的焊接方法焊接性很差的原因是：极易氧化，易产生气孔，易产生裂纹。通常采用氩弧焊、电阻焊、钎焊和气焊等方法。六、难熔金属及其合金的焊接方法是什么？

难熔金属如钛、锆、钼、铌等由于焊接性较差，加热时会强烈吸收氧、氢和氮等气体，并由气体杂质污染引起性能变化和热循环造成显微结构的变化。通常采用氩弧焊、等离子焊和电子束焊等焊接方法。知识点4.焊接接头工艺设计

一、焊条电弧焊的接头形式主要有哪些？

焊条电弧焊接头的基本形式有4种：对接接头、角接接头、T形接头和搭接接头。

（1）对接接头受力较均匀，焊接质量易于保证，应用最广，应优先选用。

（2）角接接头和T形接头受力情况较对接接头复杂，但接头呈直角或一定角度时必须采用这两种接头形式。它们受外力时的应力状况相仿，可根据实际情况选用。

（3）搭接接头受力时，焊缝处易产生应力集中和附加弯矩，一般应避免选用。但因其不须开坡口，焊前装配方便，对受力不大的平面连接也可选用。二、焊条电弧焊的坡口形式主要有哪些？

焊条电弧焊接头坡口的基本形式有I形、V形、U形和X形等。I形坡口主要用于厚度为1~6mm钢板的焊接；V形坡口主要用于厚度为3～26mm钢板的焊件；U形坡口主要用于厚度为20～60mm钢板的焊接；X形坡口主要用于厚度为12～60mm钢板的焊接，需双面施焊。三、焊条电弧焊接头及坡口形式在实际生产中如何选用？

焊接接头与坡口形式的选择，应根据焊接结构形状、尺寸、受力情况、强度要求、焊件厚度、焊接方法及坡口加工难易程度等因素综合决定

焊接时应尽量避免厚薄相差很大的金属板焊接，以便获得优质焊接接头。必须采用时，在较厚板上应加工出过渡形式。四、焊接接头工艺设计时，焊缝的布置应注意哪些问题？

焊缝布置一般应从下述几方面考虑：

（1）便于装配和施焊

焊缝位置必须具有足够的操作空间以满足焊接时运条的需要。焊条电弧焊时，焊条须能伸到待焊部位。点焊与缝焊时，要求电极能伸到待焊部位。埋弧焊时，则要求施焊时接头处应便于存放焊剂。

（2）有利于减少焊接应力与变形

设计焊接结构时，应尽量选用尺寸规格较大的板材、型材和管材，形状复杂的可采用冲压件和铸钢件，以减少焊缝数量，简化焊接工艺和提高结构的强度和刚度。同时，焊缝布置应尽可能对称布置(图1434)，以减小变形。

（3）焊缝的布置应避免密集、交叉

焊缝交叉或过分集中会造成接头部位过热，增大热影响区，使组织恶化，性能严重下降。两条焊缝间距一般要求大于3倍板厚。

（4）避开最大应力区和应力集中部位

焊接接头是焊接结构的薄弱环节。因此，焊缝布置应避开焊接结构上应力最大的部位。另外，在集中载荷作用的焊缝处应有刚性支撑。

（5）避开机械加工面

焊接时会引起工件变形，对于位置精度要求较高的焊接结构，一般应在焊后进行精加工；对于位置精度要求不高的焊接结构，可先进行机械加工，但焊缝位置与加工面要保持一定距离。

（6）便于焊接和检验

设计封闭容器时，要留工艺孔，如入孔、检验孔和通气孔。焊后再用其他方法封堵。五、焊接结构工艺图应表达的内容有哪些？

焊接结构工艺图上应表达出：（1）构成件的形状及各有关构成件之间的相互关系；（2）各构成件的装配尺寸及有关板厚、型材规格等。（3）焊缝的图形符号和尺寸；（4）焊接工艺的要求知识点1.压力加工的基本概念

一、什么是压力加工？压力加工方法主要有哪些？主要用途是什么？

压力加工是使金属坯料在外力作用下产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和性能的毛坯或零件的加工方法。

压力加工方法主要有：轧制、挤压、拉拔、自由锻造、模型锻造和板料冲压等。其中，轧制、挤压和拉拔方法以生产原材料为主；自由锻造、模型锻造和板料冲压方法以生产毛坯为主。二、什么是金属的纤维组织？纤维组织有何特点？

在热变形过程中，材料内部的夹杂物及其他非基体物质，沿塑性变形方向所形成的流线组织，称为纤维(流线)组织。

纤维组织的特点如下：在变形金属中形成纤维组织后，纵向(顺纤维方向)的强度、塑性和韧性增高，横向(垂直纤维方向)同类性能下降，力学性能出现各向异性；此外，纤维组织的稳定性很高，不会因热处理而改变，采用其他方法也无法消除，只能通过合理的锻造方法来改变纤维组织在零件中的分布方向和形状。三、在设计和制造零件时，如何考虑纤维组织的合理分布？

在设计和制造零件时，必须考虑纤维组织的合理分布，应充分发挥其纵向性能高的优势，因此，在设计和制造零件时，应使零件工作时承受的最大正应力与纤维方向一致，最大切应力与纤维方向垂直，并尽可能使纤维方向沿零件的轮廓分布而不被切断。四、什么是金属的锻造比？如何选择合适的锻造比？

锻造比通常是用拔长时的变形程度来衡量。

锻造比的大小影响金属的力学性能和锻件质量，增加锻造比有利于改善金属的组织与性能，但锻造比过大也无益。五、什么是金属的锻造性能？影响金属锻造性能的主要因素有哪些？

金属的锻造性能是衡量材料经受压力加工难易程度的工艺性能，它包括塑性和变形抗力两个因素。塑性高，变形抗力小，则锻造性能好；反之，锻造性能差。

影响金属锻造性能的因素主要包括金属的本质和变形条件两个方面。

1．金属的本质

（1）化学成分的影响：一般来说，纯金属的锻造性能优于合金的锻造性能。合金元素的含量愈多，成分愈复杂，则金属的锻造性能愈差。

（2）组织结构的影响：同样成分的金属在形成不同的组织结构时，其锻造性能有很大差别。金属在单相状态下的锻造性能优于多相状态。

2．变形条件

（1）变形温度：一般而言，随着温度的升高，金属的塑性提高，变形抗力减小，改善了金属的锻造性能。

（2）变形速度：指单位时间内材料的变形程度。变形速度对锻造性能的影响有一个临界值，低于临界值时，随变形速度增加，金属的变形抗力增加，塑性减小。当高于临界值时，由于塑性变形产生的热效应(消耗于金属塑性变形的能量一部分转化为热能，使金属的温度升高)加快了再结晶过程，使金属的塑性提高，变形抗力减小，锻造性能得以改善。

（3）应力状态：三向受压时金属的塑性最好，出现拉应力则使塑性降低。这是因为压应力阻碍了微裂纹的产生和发展，而金属处于拉应力状态时，内部缺陷处会产生应力集中，使缺陷易于扩展和导致金属的破坏。六、压力加工时，金属变形的基本规律是什么？

压力加工时，金属的变形遵循体积不变定律和最小阻力定律。

1．体积不变定律：金属坯料变形后的体积等于变形前的体积，金属塑性变形过程实际上是通过金属流动而使坯料体积进行再分配的过程。

2．最小阻力定律：金属变形时首先向阻力最小的方向流动。七、压力加工与其他成形方法比较有哪些特点？

（1）能改善金属的组织，提高金属的力学性能。压力加工能消除金属铸锭内部的气孔、缩孔和树枝状晶等缺陷，并由于金属的塑性变形和再结晶，可是粗大晶粒细化，得到致密的金属组织，从而提高金属的力学性能；

（2）可提高材料的利用率。压力加工主要是靠金属在塑性变形时改变形状，使其体积重新分配，不需要切除金属，因而材料的利用率高；

（3）压力加工具有较高的生产率；

（4）可获得精度较高的毛坯或零件。知识点2.常用锻造方法及特点

一、锻前加热的目的是什么？

金属毛坯锻前加热的目的是提高金属塑性、降低变形抗力、使之易于流动成形并获得良好的锻后组织，锻前加热对提高锻造生产率，保证锻件质量以及节约能耗等都有直接的影响。二、自由锻工序有哪些？制订自由锻工艺规程的主要内容和步骤是什么？

自由锻工序分为基本工序、辅助工序和修整工序。基本工序有镦粗、拔长、冲孔、弯曲、切割、错移和扭转；辅助工序有压钳口、倒棱和压痕等；修整工序有校正、滚圆、平整等。

制订自由锻工艺规程的主要内容和步骤如下：

（1）绘制锻件图：锻件图是在零件图的基础上，考虑切削加工余量、锻件公差、工艺余块等所绘制的图样。

（2）选择锻造工序：确定锻造工序的依据是锻件的形状、尺寸、技术要求和生产数量等。

（3）确定坯料质量和尺寸：坯料有铸锭和型材两种，前者用于大、中型锻件，后者用于中、小型锻件。

（4）选择锻造设备：应根据坯料的种类、质量以及锻造基本工序、设备的锻造能力等因素，并结合工厂现有设备条件综合确定锻造设备。三、何为模型锻造？常用的模型锻造设备有哪些？与自由段相比，模型锻造有何特点？

模型锻造是金属在外力作用下产生塑性变形并充满模膛而获得锻件的方法。

常用模锻设备有模锻锤、热模锻压力机、平锻机和摩擦压力机等。

与自由锻相比，模锻件尺寸精度高，机械加工余量小，锻件的纤维组织分布更为合理，可进一步提高零件的使用寿命。模锻生产率高，操作简单，容易实现机械化和自动化。但设备投资大，锻模成本高，生产准备周期长，且模锻件的质量受到模锻设备吨位的限制，因而适用于中、小型锻件(一般＜150kg)的成批和大量生产。四、绘制模锻件图时应考虑的主要问题有哪些？

绘制模锻件图时应考虑的主要问题如下：

1）选择分模面：一般按以下原则确定：①应保证锻件从模膛中顺利取出，故分模面一般应选取在锻件最大尺寸的截面上；②应使分模面处上、下模膛外形一致，以便能及时发现错模；③应使模膛浅而宽，以利于金属充满模膛；④应保证锻件上所加余块最少。

2）确定加工余量、公差、余块和连皮：模锻件的加工余量一般在1～4mm之间；公差一般取±0.3～3mm。具体可查阅相关手册确定。模锻件均为批量生产，应尽量减少或不加余块，但直径小于30mm的孔一般不予锻出。

模锻时不能直接锻出通孔，在该部位留有一层较薄的金属，称为连皮(图1113)，在锻造后与飞边一同切除。

3）确定模锻斜度和圆角半径。模锻件平行于锤击方向的侧面，应设计成一定斜度，以便顺利取出锻件。外斜度α(锻件外壁上的斜度)值一般取5°～10°，内斜度β(锻件内壁上的斜度)值一般取7°～15°。

模锻件所有转角处均应设计成圆角，以便使金属在模膛内易于流动，保持金属纤维的连续性，提高锻件质量和模具寿命。一般外圆角半径r取1.5～12mm，内圆角半径R取(3～4)r。五、何为胎模锻造？胎模的结构形式及主要用途有哪些？胎模锻造的特点是什么？

胎模锻造是在自由锻设备上使用胎模来生产锻件的方法。通常用自由锻方法使坯料初步成形，然后在胎模内终锻成形。

常用胎模的结构形式及用途为：扣模主要用于非回转体锻件的局部或整体成形；筒模主要用于锻造法兰盘、齿轮坯等回转体盘类零件；合模由上、下模两部分组成，主要用于锻造形状较复杂的非回转体锻件。

胎模锻造的特点介于自由锻与锤上模锻之间，比自由锻生产率高，锻件质量较好，锻模简单，生产准备周期短，广泛用于中、小批量的小型锻件的生产。六、什么是精密模锻？其工艺特点是什么？对加热方法有什么要求？

精密模锻是指在普通锻造设备上锻造高精度锻件的方法。其主要工艺特点是使用两套不同精度的锻模。先使用普通锻模锻造，留有0.1～1.2mm的精锻余量，然后切下飞边并进行酸洗，再使用高精度锻模，直接锻造出满足精度要求的产品零件。在精密模锻过程中，要采用无氧化和少氧化的加热方法。七、自由锻件的设计原则是什么？

自由锻件应设计得尽量简单。具体要求如下：

1．尽量避免锥面或斜面；

2．避免圆柱面与圆柱面、圆柱面与棱柱面相交；

3．避免椭圆形、工字形及其他非规则斜面或外形；

4．避免加强筋或凸台等结构；

5．横截面尺寸相差较大和形状复杂的零件，可采用分体锻造，再采用焊接或机械连接组合为整体。八、模锻件结构设计原则是什么？

1．零件形状力求简单，避免带有长而复杂的分枝和多向弯曲等复杂形状；

2．零件形状尽可能对称，以使锻模和设备受力均匀，延长其使用寿命；

3．零件上与分模面垂直的表面尽可能避免凹槽和孔，以便于取出锻件；

4．高避免薄壁，筋、深孔和直径过大的凸缘，以减小金属充模阻力；

5．对于复杂零件可以采用锻焊组合结构，以简化模锻工艺和降低废品率。知识点3.冲压成形特点及应用

一、冲压成形在变形和力学方面的特点是什么？

冲压成形中的毛坯是厚度远远小于板平面尺寸的板料以及由此决定的外力作用方式与大小等原因，致使冲压成形具有如下非常突出的特点：（1）大多数的冲压变形可以近似当作平面应力状态来处理，使变形力学的分析和工艺参数的计算得以简化；（2）以拉应力作用为主的伸长类冲压成形过程多于以压应力为主的压缩类成形过程；（3）板料毛坯的内应力数值接近或等于材料的屈服应力，有时甚至小于板料的屈服应力；（4）模局对板料毛坯作用力所形成的拘束作用程度较轻。二、什么是板料冲压？有何特点？

板料冲压是利用冲模在压力机上对板料施加压力使其变形或分离，从而获得一定形状、尺寸的零件的加工方法。

板料冲压具有如下特点：

（1）生产率高，操作简单，便于实现机械化和自动化；

（2）产品质量好：尺寸精度和表面质量较高，互换性好，一般不须进一步加工。

（3）材料利用率高：可冲制形状复杂的零件，废料少。

（4）冲模制造复杂，成本高，只有在大批量生产的条件下，才能显示出优越性。三、板料冲压的基本工序有哪些？

板料冲压的基本工序可分为分离工序和成形(或变形)工序两大类：

分离工序：使冲压件与板料沿所要求的轮廓线相分离的工序。如落料、冲孔、切断和修整等；

成形工序：使板料产生塑性变形而不破裂的工序。如弯曲、拉深、成形和翻边等。四、冲孔与落料有何异同？冲裁时对凸凹模刃口的尺寸有什么要求？

落料、冲孔所用的冲模结构以及板料的变形过程均相同，但二者冲裁目的不同。落料是为了制取工件的外形，故冲下的部分为工件，带周边的为废料；冲孔则相反，是要制取工件的内孔，故冲下的部分为废料，带孔的部分为工件。

冲孔时，凸模刃口尺寸应等于孔的尺寸，凹模刃口尺寸为凸模尺寸加上模具间隙值z；落料时，凹模刃口尺寸应等于工件的外形尺，凸模刃口尺寸为凹模尺寸减去模具间隙值z。五、板料弯曲时，应力分布有什么特点，在材料排样时应注意哪些问题？

板料弯曲时，内侧金属受切向压应力，产生压缩变形；外层金属受切向拉应力，产生伸长变形。在材料排样时应注意：弯曲时应尽可能使弯曲线与坯料纤维方向垂直，亦即使材料所受的拉应力与纤维方向一致，否则容易产生破裂。在双向弯曲时，应使弯曲线与纤维方向呈45°。六、什么是板料的回弹现象，有什么措施可以减小或避免？

板料弯曲结束后，其弯曲角度会略有增大，这种现象称为回弹现象。

通过采用使模具角度比工件角度小一个回弹角和加强弯曲件变形部位的刚性措施可以减小或避免回弹现象。七、板料拉深时产生缺陷的原因是什么，拉深件的结构工艺性有哪些？

拉深是使平面板料成形为中空形状零件的冲压工序，主要缺陷是起皱和拉裂。起皱是拉深时由于较大的切向应力使板料失稳造成的，采用加压边圈的方法予以防止；拉裂一般出现在直壁与底部的过渡圆角处，采用限制拉深系数、凹凸模工作部分加工成圆角、合理的凹凸模间隙等。

设计拉深件时主要考虑以下几个方面：

（1）拉深件的形状应力求简单、对称；

（2）尽量避免直径小而深度过大，否则不仅需要多副模具进行多次拉深，而且容易出现废品；

（3）拉深件的底部与侧壁，凸缘与侧壁应有足够的圆角；

（4）不要对拉深件提出过高的精度或表面质量要求。知识点4.现代塑性加工技术及特点

一、现代塑性加工技术有哪些，其发展趋势是什么？

现代塑性加工技术有超塑性成形、回转成形、粉末锻造、高能率成形和半固态金属成形等加工技术。

塑性加工技术的发展趋势：

（1）采用柔性成型工艺及发展锻压生产的柔性加工系统（FMS）；

（2）增加设备的柔性；

（3）发展省力的成形技术；

（4）实现精密塑性成形并与其他工艺交叉运用；

（5）成形过程的数值模拟及模具CAD/CAM。二、塑性加工技术的特点及应用有哪些？

塑性成形技术与金属且学加工、铸造、焊接等加工工艺相比，具有以下特点：材料利用高；力学性能好；尺寸精度高；生产效率高等。

塑性成形的特点使之在冶金、机械、航空、航天、船舶、军工、仪器仪表、电器和日用五金等工业领域得到广泛应用，在国民经济中占有十分重要的地位。三、常用超塑性成形工艺有哪些？

常用超塑性成形工艺有以下几种：

（1）超塑性模锻：超塑性模锻与常规模锻的主要区别在于工艺参数不同和具有一套能够使模具和变形材料在成形过程中保持恒温的加热装置，通常采用感应加热和电阻加热。

（2）超塑性无模拉拔：它是利用感应线圈局部加热，使材料处于超塑性变形温度时而进行拉拔的工艺方法。连续加热时，可生产等断面制品；断续加热并控制拉拔速度与感应线圈移动速度，可生产不等断面制品。

（3）超塑性气压胀形：它是利用凹模或凸模的形状，把板料和模具加热到预定温度，然后向模具内通入压缩空气，使板料紧贴在凹模或凸模上，从而获得所需制件。主要用于钛合金、铝合金和双相不锈钢薄板(一般为0.4～4mm)的成形。

（4）超塑性胀形与扩散连接复合工艺(SPF/DB)：SPF/DB工艺是先将板坯胀形至所需形状，而后通过局部扩散连接使其结合在一起。四、正确选择塑性成形方法的原则是什么？

塑性成形方法应保证零件和毛坯的使用性能；要依据生产批量大小和工厂设备能力、模具装备条件；在保证零件技术要求前提下，尽量选用工艺简便、生产率高、质量稳定的塑性成形方法。并应力求生产成本低廉。

主要知识点详解2切削加工基础知识一、何谓切削运动？

刀具与工件之间的相对运动称为切削运动。它包括主运动和进给运动。

主运动是切下切屑所需的最基本的运动。与进给运动相比，它的速度高、消耗机床功率多。主运动一般只有一个。

进给运动是多余材料不断被投入切削，从而加工出完整表面所需的运动。进给运动可以有一个或几个。主运动和进给运动的适当配合，就可对工件不同的表面进行加工。二、试述刀具材料应具备的性能。

刀具材料应具备的性能为：

1）高的硬度。刀具材料的硬度必须高于工件材料的硬度。在常温下，刀具材料的硬度一般应在HRC60以上。

2）足够的强度和韧性。以便承受切削力和切削时产生的振动，防止刀具脆性断裂和崩刃。

3）高的耐磨性。即抵抗磨损的能力。一般情况下，刀具材料硬度越高，耐磨性越好。

4）高的耐热性。指刀具材料在高温下仍能保持硬度、强度、韧性和耐磨等性能。

5）良好的工艺性和经济性。为便于刀具本身的制造，刀具材料应具有好的切削性能、磨削性能、焊接性能及热处理性能等，而且要追求高的性能价格比。三、试述积屑瘤的产生对切削加工的影响。

积屑瘤的存在有利也有弊。积屑瘤的不稳定使切削深度和厚度不断发生变化，影响加工精度，并引起切削力的变化，产生振动、冲击，而且脱落的积屑瘤碎片粘附在已加工表面上，使加工表面粗糙。因此，在精加工过程中，应采取改变切削速度、选用适当的切削液等措施避免积屑瘤的产生。由于积屑瘤的硬度高于刀具，可以代替切削刃进行切削，起到保护刀具的作用，同时积屑瘤的存在，增大了刀具的实际工作前角，使切削过程轻快。因此，粗加工时积屑瘤的存在是有利的。四、试述合理选用切削用量三要素的基本原则。

选择切削用量的原则是：在保证加工质量，降低成本和提高生产率的前提下，使ap、f、v的乘积最大，即使基本工艺时间最短。

粗加工时，要尽可能提高金属切除率，同时还要保证规定的刀具耐用度。在机床功率足够时，应尽可能选取大的背吃刀量，除留下精加工的余量外，最好一次走刀切除全部粗加工的余量。其次，根据工艺系统的刚度，按工艺装备及技术条件选择大的进给量。最后再根据刀具耐用度的要求，针对不同的刀具材料和工件材料，选择合适的切削速度v，以保证在一定刀具耐用度条件下达到最高生产率。

精加工时，首先应保证零件的加工精度和表面质量，同时还要保证必要的刀具耐用度和生产率。精加工往往采用逐渐减小背吃刀量的方法来逐步提高加工精度。为了既可保证加工质量，又可提高生产率，精加工时常采用专门的精加工刀具并选用较小的背吃刀量和进给量，以及较高的切削速度将工件加工到最终的质量要求。五、何谓材料的相对加工性？改善材料切削加工性的途径有哪些？

在判别材料的切削加工性时，一般以切削正火状态45钢的作为基准，写作，而把其它各种材料的同它相比。其比值称为相对加工性，即

=/

改善材料切削加工性的方法主要有：

(1)调整材料的化学成分

(2)采用热处理改善材料的切削加工性车削加工

一、试述在普通车床上可以完成的主要工作。

车削加工时，工件的旋转是主运动，刀具做直线进给运动。因此，车削加工主要用来进行各种回转面的加工，如外圆面、内圆面、锥面、螺纹和滚花面等。在普通车床上可以完成的主要工作包括钻中心孔、钻孔、铰孔、攻丝、车外圆、镗孔、车端面、切断、车成形面、车锥面、滚花、车螺纹等。二、加工细长轴时，容易产生腰鼓形（中间大、两头小），试分析产生的原因及应采取的措施。

加工细长轴时，由于工件径向刚性较差，在切削受力的过程中，引起较大的径向变形，使中间部位的切削深度较两端小，从而产生腰鼓形变形。为减小腰鼓形变形，可采用较大的主偏角，减小切削深度，采用中心架、跟刀架等方法。三、试述车床上车圆锥面的方法及适用场合。

利用车床加工锥面的方法包括宽刀法、小刀架转位法、偏移尾架法、靠模法。

宽刀法可以车削内、外锥面，只能加工短锥面；小刀架转位法可车内、外锥面，锥面斜角大小不限，只能手动进给，加工短锥面，适用单件小批生产；偏移尾架法只能加工斜角很小的外锥面，否则会造成顶尖与工件中心孔的不良接触，可以加工长锥面，能采用自动进给；靠模法可以车内、外锥面，能采用自动进给，可以加工长锥面，加工质量及生产率高，需有靠模装置。四、车削加工的工艺特点是什么？

车削的工艺特点为：

1）易于保证各加工表面之间的位置精度。车削加工时，工件以主轴的回转中心或两顶尖的中心连线为轴线作回转运动，各个表面具有同一回转轴线，其相对位置精度易于保证。

2）切削过程平稳。与刨削和铣削相比，车削过程是连续的，没有大的冲击和振动。若切削用量一定时，其切削面积和切削力基本上不发生变化。因此，车削加工可以采用较大的切削用量进行高速切削或强力切削，提高生产效率。

3）适用于有色金属零件的精加工。由于有色金属材料本身的硬度低，塑性、韧性较高，如果采用砂轮磨削，从工件上脱离的磨屑容易堵塞砂轮，影响加工过程，难以得到光洁的加工表面。所以，有色金属零件的表面粗糙度Ra要求较小时，不宜采用磨削，可以利用车削或精细车、铣削来进行加工。

4）刀具简单。车刀是最简单的一种刀具，其制造、刃磨、安装方便，使工艺过程简单。五、车床上加工成形表面的方法有哪些？

车床上加工成形表面的方法包括手动操作法、成形刀法和靠模法。钻削与镗削加工

一、常用钻床有哪些？分别使用于那些场合？

常用的钻床有台式钻床、立式钻床及摇臂钻床。

台式钻床是一种放在台桌上使用的小型钻床，它适用于单件、小批量生产，对小型工件上直径较小的孔的加工(一般孔径小于13mm)；立式钻床是钻床中最常见的一种，它常用于中、小型工件上较大直径孔的加工(一般孔径小于50mm)；摇臂钻床主要用于大、中型工件上孔的加工(一般孔径小于80mm)。二、钻孔的工艺特点是什么？

钻孔的工艺特点为：

1）钻头容易引偏。由于横刃较长又有较大负前角，使钻头很难定心；钻头比较细长，且有两条宽而深的容屑槽，使钻头刚性很差；钻头只有两条很窄的螺旋棱带与孔壁接触，导向性也很差；由于横刃的存在，使钻孔时轴向抗力增大。因此，钻头在开始切削时就容易引偏，切入以后易产生弯曲变形，致使钻头偏离原轴线。

2）排屑困难。钻孔时，由于切屑较宽，容屑尺寸又受限制，因而，在排屑过程中，往往与孔壁产生很大的磨擦和挤压，拉毛和刮伤已加工表面，从而大大降低孔壁质量。

3）切削热不易传散。由于钻削是一种半封闭式的切削，切削时所产生大量的热量，并且大量的高温切屑不能及时排出，切削液又难以注入切削区，切屑、刀具与工件之间摩擦又很大，因此，切削温度较高，致使刀具磨损加剧，从而限制了钻削用量和生产效率的提高。三、简述钻孔时，产生“引偏”的原因及减小“引偏”的措施。

钻孔时，产生“引偏”是由于横刃较长又有较大负前角，使钻头很难定心；钻头比较细长，且有两条宽而深的容屑槽，使钻头刚性很差；钻头只有两条很窄的螺旋棱带与孔壁接触，导向性也很差；由于横刃的存在，使钻孔时轴向抗力增大。因此，钻头在开始切削时就容易引偏，切入以后易产生弯曲变形，致使钻头偏离原轴线。

钻头的引偏将使加工后的孔出现孔轴线的歪斜、孔经扩大和孔失圆等现象。减小“引偏”的措施包括预钻锥形定心坑；采用钻套为钻头导向；刃磨时，尽量将钻头的两个半锋角和两条主切削刃磨得完全相等。四、群钻与标准麻花钻相比主要有哪些优点？

群钻与标准麻花钻相比修磨横刃，使横刃变短，横刃的前角值增大，从而减少横刃的不利影响；开磨分屑槽，在加工塑性材料时，能使较宽的切屑分成几条，以便顺利排屑，减小切屑与孔壁之间的磨擦和挤压，从而大大提高孔壁质量。五、镗床镗孔的方式有哪几种？分别适用于什么情况？

按其进给形式可分为主轴进给和工作台进给两种方式。

主轴进给方式在工作过程中，随着主轴的进给，主轴的悬伸长度是变化的，刚度也是变化的，易使孔产生锥度误差；另外，随着主轴悬伸长度的增加，其自重所引起的弯曲变形也随之增大，使镗出孔的轴线弯曲。因此，这种方式只适宜镗削长度较短的孔。

工作台进给方式可以用来镗削较短的孔，镗削箱体两壁相距较远的同轴孔系，可以镗削大孔。刨、插、拉削加工

一、试述牛头刨床、龙门刨床和插床的切削运动及应用场合。

在牛头刨床上加工时，刨刀的纵向往复直线运动为主运动，工件随工作台作横向间歇进给运动。其最大的刨削长度一般不超过1000mm，因此，牛头刨床适合于加工中、小型工件。

在龙门刨床上加工时，工件随工作台的往复直线运动为主运动，刀架沿横梁或立柱作间歇的进给运动。由于其刚性好，而且有2－4个刀架可同时工作，因此，龙门刨床主要用来加工大型工件或同时加工多个中、小型工件。其加工精度和生产率均比牛头刨床高。二、试述刨削的工艺特点及应用。

刨削的工艺特点为：

1）机床与刀具简单，通用性好。刨床结构简单，调整、操作方便；刨刀制造和刃磨容易，加工费用低；刨床能加工各种平面、沟槽和成形表面。

2）刨削精度低。由于刨削为直线往复运动，切入、切出时有较大的冲击振动，影响了加工表面质量。刨平面时，两平面的尺寸精度一般为IT9～IT8，表面粗糙度值Ra为6.3～1.6um。在龙门刨床上用宽刃刨刀，以很低的切削速度精刨时，可以提高刨削加工质量，表面粗糙度Ra值达0.8～0.4um。

3）生产率较低。因为刨刀为单刃刀具，刨削时有空行程，且每往复行程伴有两次冲击，从而限制了刨削速度的提高，使刨削生产率较低。但在刨削狭长平面或在龙门刨床上进行多件、多刀切削时，则有较高的生产率。

因此，刨削目前多用于单件小批生产及修配工作中。三、试述拉床的运动及拉刀的组成。

拉削时，只有主运动，即拉刀的直线移动，而无进给运动。进给运动是由后一个刀齿较前一个刀齿递增一个齿升量af的拉刀完成的。

拉刀是由头部、颈部、过度锥部、前导部、切削部、校正部、后导部及尾部组成。拉刀切削部是拉刀的主要部分，担负着切削工作，包括粗切齿和精切齿两部分。四、试分析拉削加工生产率高的原因。

拉刀是多刃刀具，加工过程中刀刃与加工表面接触较长，一次行程可切除加工表面的全部余量，完成粗切、半精切、精切、校正和修光等工作，所以拉削加工的生产率高。五、试述拉削的工艺特点及应用。

拉削的工艺特点：

1）生产率高。拉刀是多刃刀具，一次行程可完成粗切、半精切、精切、校正和修光等工作。

2）加工精度高、表面粗糙度小。由于拉削的切削速度较低，切削过程平稳，避免了积屑瘤的出现，加之校准部分的作用，因此，可获得较好的加工质量。一般拉孔的精度为IT8～IT7，表面粗糙度Ra值为0.8～0.4μm。

3）拉床结构简单，刀具寿命长。拉削的运动简单，只有一个主运动，如图14-9所示。拉刀的结构和形状复杂，精度和表面质量要求高，制造成本高。但拉削时速度低，刀具磨损慢，拉刀的寿命长。

拉削应用范围广，主要用来加工各种形状的通孔，如圆孔、方孔、多边形孔和内齿轮等，以及加工各种沟槽，如键槽、T形槽、燕尾槽等。外拉削可加工平面、成形面和外齿轮等。

拉削加工主要用于大批量生产。对单件、小批量生产精度较高、形状复杂的成形面，若其他方法加工困难时，也可以采用拉削。但不能用于加工盲孔、深孔和阶梯孔等铣削加工

一、铣平面时，为什么端铣比周铣优越？

端铣与周铣相比特点如下：

1）端铣的生产率高于周铣。端铣时有较多的刀齿同时参加切削，工作过程更为平稳，端铣刀大多数镶有硬质合金刀头，刚性较好，可以采用大的铣削用量；而周铣用的圆柱铣刀多为高速刚制成，刀轴的刚性较差，使铣削用量受到很大的限制。

2）端铣的加工质量比周铣好。端铣时可利用副切削刃对已加工表面进行修光，只要选取合适的副偏角，可以减小表面粗糙度；而周铣时只有圆周刃切削，已加工表面实际上由许多圆弧组成，使得表面粗糙度较大。

3）周铣的适应性比端铣好。周铣可用多种铣刀铣削平面、沟槽、齿形、成型面等，适应性较强；而端铣只能加工平面。比较可知，端铣主要用于大平面的铣削，周铣多用于小平面，各种沟槽和成型面的铣削。二、试分析一般仅采用逆铣而很少采用顺铣的原因。

用周铣铣平面又分为逆铣和顺铣两种方法。当铣刀和工件接触部分的旋转方向与工件的进给方向相反时称为逆铣；当铣刀和工件接触部分的旋转方向与工件的进给方向相同时称为顺铣。

顺铣忽大忽小的水平分力FH的方向与工作台的进给方向相同，由于工作台进给丝杠与固定螺母之间一般都存在间隙，当水平分力FH值较小时，丝杠与螺母之间的间隙位于右侧，而当水平分力FH值足够大时，就会将工件连同丝杠一起向右拖动，使丝杠与螺母之间的间隙位于左侧。在这种情况下，水平分力FH的大小变化会使工作台忽左忽右来回窜动，造成切削过程不平稳，严重时会打刀甚至损坏机床。逆铣时，水平分立FH与进给方向相反，因此，工作台进给丝杠与螺母之间在切削过程中始终保持一侧紧密接触，工作台不会窜动，切削过程平稳。铣床工作台的进给丝杆和螺母无消除间隙装置时，一般采用逆铣。三、述铣削加工的主要应用范围。

铣削时，主运动是铣刀的回转运动，进给运动是工件的直线运动或曲线运动。铣削可以用来加工平面、成形面、齿轮、沟槽（包括键槽、V形槽、燕尾槽、T形槽、圆弧槽、螺旋槽等），还可进行孔加工，如钻孔、扩孔、等。铣削可分为粗铣、半精铣、精铣，精铣的加工精度一般为IT8～IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6～2.3μm。四、铣削加工的工艺特点是什么？

铣削加工的工艺特点如下：

1）生产率较高。铣刀是典型的多齿刀具。铣削过程中，多个刀齿依次参加切削工作；主运动是回转运动，可以进行高速切削。

2）铣削时容易产生振动。铣刀刀齿在切入、切出工件时会产生冲击，每个刀齿的切削厚度随刀齿的运动而发生变化，切削力也随之变化，使切削过程不平稳，容易产生振动，从而影响加工质量。同时也限制了加工质量和生产率的进一步提高。

3）刀齿散热条件较好。铣刀刀齿在切离工件的一段时间内，可以得到一定程度的冷却，有利于刀齿的散热。但是，刀齿在切入、切离工件时，不但受到冲击力，还受到热冲击，这将加速刀具的磨损，甚至使硬质合金刀具碎裂。

铣削可分为粗铣、半精铣、精铣，精铣的加工精度一般为IT8～IT7，表面粗糙度Ra值可达1.6～2.3μm。磨削加工

一、何谓砂轮硬度？磨削加工中应如何选择砂轮硬度?

砂轮的硬度是指砂轮表面上的磨粒在外力作用下脱落的难易程度。容易脱落的为软，反之为硬。同一种磨料可作成不同硬度的砂轮，这主要取决于结合剂的性能、比例以及砂轮的制造工艺。

砂轮硬度选择合适时，磨削过程中磨钝的磨粒即可自行脱落，露出新的锋利磨粒继续磨削。若所选砂轮太软，磨粒尚未钝化就过早脱落，不仅增加砂轮消耗，而且使砂轮失去正确形状而影响加工精度；若所选砂轮太硬，磨粒钝化后不能及时脱落，会使砂轮表面上磨料间的空隙被磨屑堵塞，造成磨削力增大，磨削热增多，磨削温度升高，使工件产生变形甚至烧伤，而且使表面粗糙度提高，生产率下降。

通常，磨削硬材料时，砂轮硬度应低一些；反之，应高一些。有色金属韧性大，砂轮孔隙易被磨屑堵塞，一般不宜磨削。若要磨削，则应选较软的砂轮。对于成形磨削和精密磨削，为了较好的保持砂轮的形状精度，应选较硬的砂轮。一般磨削常采用中软级至中硬级砂轮。二、试述磨削的工艺特点。

磨削加工具有以下特点：

1)加工精度高、表面粗糙度小。由于磨粒的刃口半径ρ小，能切下一层极薄的材料；又由于砂轮表面上的磨粒多，磨削速度高（30～35m/s），同时参加切削的磨粒很多，在工件表面上形成细小而致密的网络磨痕；再加上磨床本身的精度高、液压传动平稳和微量进给机构，因此，磨削的加工精度高（IT8～IT5）、表面粗糙度小（Ra=1.6～0.2μm）。

2)径向分力Fy大。磨削加工时，由于磨削深度和磨粒的切削厚度都较小，所以，Fz较小，Fx更小。但因为砂轮与工件的接触宽度大，磨粒的切削能力较差，因此，Fy较大。一般Fy=（1.5～3）Fz。

3)磨削温度高。由于具有较大负前角的磨粒在高压和高速下对工件表面进行切削、划沟和滑擦作用，砂轮表面与工件表面之间的摩擦非常严重，消耗功率大，产生的切削热多。又由于砂轮本身的导热性差，因此，大量的磨削热在很短的时间内不易传出，使磨削区的温度很高，有时高达800～1000度。

4)砂轮有自锐性。砂轮有自锐性可使砂轮进行连续加工。这是其它刀具没有的特性。三、内圆磨削与外圆磨削相比有哪些特点？

与外圆磨削相比，内园磨削主要有下列特征：

1）磨削精度较难控制。因为磨削时砂轮与工件的接触面积大，发热量大，冷却条件差，工件容易产生热变形；特别是因为砂轮轴细长，刚性差，易产生弯曲变形，造成圆柱度（内圆锥）误差。因此，一般需要减小磨削深度，增加光磨次数。

2）磨削表面粗糙度Ra大。内圆磨削时砂轮转速一般不超过20000r/min，由于砂轮直径很小，其线速度很难达到外圆磨削时30～50m/s。内圆磨削的粗糙度Ra值一般为1.6～0.4μm。

3）生产率较低。因为砂轮直径很小，磨耗快，冷却液不易冲走屑末，砂轮容易堵塞，故砂轮需要经常修整或更换。此外，为了保证精度和表面粗糙度，必须减小磨削深度和增加光磨次数，也必然影响生产率。四、磨削加工为什么可以获得较高的精度及较低的粗糙度？

由于磨粒的刃口半径ρ小，能切下一层极薄的材料；又由于砂轮表面上的磨粒多，磨削速度高（30～35m/s），同时参加切削的磨粒很多，在工件表面上形成细小而致密的网络磨痕；再加上磨床本身的精度高、液压传动平稳和微量进给机构，因此，磨削的加工精度高（IT8～IT5）、表面粗糙度小（Ra=1.6～0.2μm）。五、试述无心外圆磨的工作原理及应用。

无心外圆磨的加工原理如图所示。磨削时，工件放在两轮之间，下方有一托板。大轮为工作砂轮，旋转时起切削作用。小轮是磨粒极细的橡胶结合剂砂轮，称为导轮。两轮与托板组成V型定位面托住工件。导轮速度v导很低，一般为20～30m/min，无切削能力，其轴线与工作砂轮轴线斜交β角。v导可分解成v工与v进。v工用以带动工件旋转，既工件的圆周进给速度；v进用以带动工件轴向移动，既工件的纵向进给速度。为了使工件定位稳定，并与导轮有足够的摩擦力矩，必须把导轮与工件接触部位修整成直线。因此，导轮圆周表面为双曲线回转面。

无心外圆磨

无心外圆磨削主要用于大批大量生产的细长光轴、轴销和小套等光整加工

一、试述研磨的工作原理及应用。

研磨是在研磨工具与工件之间施以研磨剂，研具在一定压力作用下与工件表面之间作复杂的相对运动，通过研磨剂的机械与化学作用，从工件表面上切除很薄的一层材料，从而达到很高的精度和很小的表面粗糙度的一种精密加工方法。

常见的表面如平面、圆柱面、圆锥面、螺纹表面、齿轮齿面等，都可以用研磨进行精密加工。二、试述珩磨的工艺特点及应用。

珩磨具有如下特点：

1)珩磨能提高孔的尺寸精度（可达IT6～IT5）、形状精度，降低表面粗糙度（Ra值为0.1～0.025μm），但不能提高位置精度。

2)生产率较高。由于珩磨时有多个油石条同时工作，并经常变化切削方向，能较长时间保持磨粒锋利，所以珩磨的效率较高。

3)珩磨表面耐磨性好。这是因为已加工表面由交叉网纹结构，有利于油膜的形成，所以，润滑性能好，表面磨损缓慢。

4)不宜加工有色金属。珩磨实际上是一种特殊的磨削，为了避免堵塞油石，不宜加工塑性较大的有色金属零件。

5)珩磨头结构复杂，调整时间较长。

珩磨加工主要用于孔的光整加工，能加工的孔径范围为φ5-φ500mm，并可加工深径比大于10的深孔。三、试述超级光磨的工艺特点及应用。

超级光磨具有如下特点：

1)表面完整性好。磨头的运动轨迹复杂，加工过程除了有切削作用以外，还有抛光作用，因此，可获得较低的表面粗糙度；磨粒在工件上的运动轨迹纵横交错而不重复，有利于储存润滑油，可提高耐磨性。

2)不能提高尺寸精度、形状精度和位置精度，主要用于降低表面粗糙度。

3)生产率高。由于磨头与工件之间无刚性的运动联接，磨头切除金属的能力较弱，主要用于去除前道工序所留下的加工痕迹，故一般不留加工余量，且加工过程所需要的时间很短(30～60s)，故生产率较高。

4)设备简单，操作方便。超级光磨可在超级光磨机上进行，也可在改装的车床上进行。一般情况下，超级光磨设备的自动化程度高，操作简便。

超级光磨生产率很高，其Ra值可达0.1-0.01，但不能提高工件的尺寸精度和形位精度。超级光磨不仅用于轴类零件的外圆表面的光整加工，而且用于圆锥表面、平面、球面等的光整加工。四、述抛光的工作原理及应用。

抛光具有如下特点：

1)只能降低表面粗糙度，不能保持原有精度或提高精度。经过抛光，粗糙度Ra值可达0.1-0.012μm。

2)容易对曲面进行加工。由于抛光轮是弹性的，能与曲面相吻合，故易于实现曲面的光整加工。

3)劳动条件差。抛光多为手工操作，工作繁重，飞溅的磨粒、介质、微屑等污染工作环境。劳动条件很差。

抛光主要用作零件表面的修饰加工、电镀前的预加工或者消除前道工序的加工痕迹。抛光零件的表面类型不受限制，可以是外圆、内孔、平面、及各种成形面。抛光的材料也不受限制特种加工

一、什么是特种加工？

特种加工不是采用常规的刀具或磨具对工件进行切削加工的工艺方法，而是利用电能、光能、化学能、声能、磁能等物理、化学能量或几种复合形式直接施加在被加工的部位，从而使工件改变形状、去除材料、改变性能等。二、相对于传统加工而言，特种加工具备的特征有哪些？

特种加工具备的特征为：

1）工具材料的硬度可以大大低于工件材料的硬度。

2）可直接利用电能、电化学能、声能或光能等能量对材料进行加工。

3）加工过程中的机械力不明显。

4）各种加工方法可以