锻造工考试题和答案

锻造工考试题和答案一、填空题（共20空，每空1分，总计20分）1.金属的锻造性能常用____和____两个指标综合衡量，塑性越高、变形抗力越小，锻造性能越优。2.45钢的常规始锻温度为____℃，终锻温度为____℃，锻造温度区间控制不当易产生锻造缺陷。3.自由锻的基本工序主要包括镦粗、____、冲孔、____、弯曲、扭转、错移、切割等，是自由锻锻件成形的核心操作单元。4.空气锤的规格以____来标称，常用规格有150kg、250kg、750kg等，标称数值越大，可加工的锻件尺寸上限越高。5.锤上模锻的模锻模膛分为____和____两大类，其中____的形状尺寸与热锻件图完全一致，用于最终成形锻件。6.锻件冷却过程中产生裂纹的根本原因是冷却过程中产生的____超过了材料对应温度下的____，导致局部金属断裂。7.锻件常用的热处理工艺包括退火、____、淬火、____，其中____主要用于消除锻造残余应力、降低硬度、改善切削加工性能。8.自由锻镦粗操作时，为防止坯料失稳弯曲、产生折叠，坯料的原始高径比应控制在____范围内，高径比过大易产生镦弯缺陷。9.蒸汽-空气自由锻锤的工作介质为____或____，其规格同样以落下部分质量标称，适合中型、大型自由锻件生产。10.自由锻实心冲子双面冲孔时，当冲头冲入坯料厚度的____时，需将坯料翻转180°，从反面将孔冲穿，避免孔口周边出现塌角、撕裂。11.锻件中的白点是一种氢致内部裂纹缺陷，主要是由于钢中____含量过高，在冷却过程中析出聚集产生巨大内应力导致，多出现于____钢大截面锻件中。12.自由锻拔长操作时，单次送进量不得小于单边压下量的____倍，否则易在锻件表面产生折叠缺陷；同时送进量不宜超过砧宽的____倍，避免降低拔长效率。13.锤上模锻时，锻件上与分模面垂直的非加工表面必须设计一定角度的____，作用是减小锻件出模阻力，便于锻件从模膛中顺利取出。14.胎模锻是介于自由锻与固定模锻之间的锻造工艺，常用胎模结构包括摔模、____、套模、垫模、____等，生产灵活性强、模具成本低。15.坯料加热过程中产生的氧化皮，是金属表层与炉气中的____、____、二氧化碳等氧化性组分发生化学反应生成的金属氧化物。16.锤上模锻分模面应选在锻件的____位置，保证锻件可顺利从模膛中取出，同时分模面应尽量为平面，便于检查上下模的____偏差。17.锻造加热时，若加热温度过高或高温保温时间过长，会导致奥氏体晶粒粗大，产生____缺陷；若温度进一步升高至接近固相线，会发生晶界氧化熔化的____缺陷，锻件直接报废。18.自由锻锻件的尺寸公差是指锻件名义尺寸的____，加工余量是指锻件表面预留的、需要通过后续机械加工去除的____。19.自由锻弯曲工序中，坯料的弯曲半径不得小于材料允许的____，否则弯曲外侧的拉应力会超过材料塑性极限，产生____缺陷。20.锻件质量检验主要包括外观质量检验、____检验、____检验、无损检测四类，覆盖从表面到内部的全维度质量验证。二、判断题（共15题，每题1分，总计15分。正确打√，错误打×）1.金属的塑性越好、变形抗力越小，其锻造性能越优良。（）2.45钢的终锻温度越低越好，低温锻造可细化晶粒，显著提高锻件力学性能。（）3.自由锻镦粗时，只要坯料高径比小于3，就不会出现镦弯缺陷。（）4.空气锤可通过操作手柄灵活调整锤头行程、打击力大小，具备悬锤、轻打、重打、连续打击等操作功能，适合中小型自由锻件生产。（）5.模锻预锻模膛的作用是使坯料预变形至接近锻件形状尺寸，改善金属流动条件，减少终锻模膛磨损，延长模具使用寿命。（）6.锻件冷却过程中产生的热应力是由表心冷却速度差导致的，整个冷却过程中始终表现为表面受拉应力、心部受压应力。（）7.钢的含碳量越高，锻造性能越好，因为高碳钢强度更高，锻件承载能力更强。（）8.自由锻冲孔前需先将坯料端面镦平，冲头对正冲孔中心，避免冲孔后孔位歪斜、孔形不圆。（）9.胎模锻可生产形状比自由锻更复杂的锻件，模具制造成本低于固定模锻，适合中小批量锻件生产。（）10.锻件产生过热缺陷后，可通过多次正火处理细化晶粒，消除过热影响；若产生过烧缺陷则无法挽救，必须报废。（）11.自由锻拔长时，为提高生产效率，应尽可能采用最大压下量，无需考虑设备吨位和材料塑性限制。（）12.模锻斜度的取值与锻件材料、锻件形状尺寸相关，通常锻件的内模锻斜度比外模锻斜度大2°~3°。（）13.坯料表面的氧化皮硬度较高，锻造时会压入锻件表面降低表面质量，同时会加剧锻模磨损，锻造过程中应及时清除氧化皮。（）14.自由锻拔长大型轴类锻件时，需沿轴线方向逐段送进，每次压下后将坯料翻转90°，保证各方向变形均匀，避免产生弯曲和中心裂纹。（）15.锻件热处理必须在全部机械加工完成后进行，才能保证零件最终的力学性能符合要求。（）三、单项选择题（共15题，每题1分，总计15分。每题只有1个正确答案，将正确答案序号填入括号内）1.下列金属材料中，无法采用锻造工艺进行塑性成形的是（）A.20钢B.45钢C.HT200D.40Cr2.标称规格为250kg的空气锤，其“250kg”指的是（）A.空气锤整机总质量B.空气锤落下部分（活塞、锤杆、锤头）的总质量C.最大打击力为250kgfD.允许加工的最大坯料质量3.自由锻锻造低塑性高合金钢坯料时，为防止镦粗过程中侧面产生纵向裂纹，通常先将坯料两端镦成凹形形成“铆头”再逐步镦粗，该操作方法称为（）A.平砧镦粗B.铆镦C.垫环镦粗D.局部镦粗4.锻件内部白点缺陷的核心产生原因是（）A.加热温度过高导致奥氏体晶粒粗大B.钢中氢含量过高，冷却时氢析出聚集产生巨大内应力C.终锻温度过低导致加工硬化D.冷却速度过慢导致晶粒粗大5.下列锤上模锻分模面的选择原则中，错误的是（）A.分模面应选在锻件最大截面位置，保证锻件顺利出模B.分模面应尽量为平面，简化模具制造和错模检查C.分模面应选在锻件最小截面位置，减少金属敷料消耗D.分模面应使锻件敷料最少，降低材料消耗和加工余量6.下列锻件冷却方式中，冷却速度最快的是（）A.炉冷B.坑冷C.灰砂冷D.空冷7.自由锻冲孔时，对于厚度较薄、孔径小于25mm的小孔，通常将坯料放置在漏盘上直接冲穿，该方法称为（）A.双面冲孔B.单面冲孔C.芯轴扩孔D.漏孔8.锻造加热过程中，过烧缺陷的典型特征是（）A.奥氏体晶粒粗大，锻件力学性能下降B.晶界发生氧化甚至局部熔化，锻造时坯料一击即碎C.坯料表面氧化皮厚度明显增加D.坯料变形抗力升高，锻造时开裂9.下列胎模结构中，主要用于杆类锻件摔圆、修整表面、消除锻件表面不平整缺陷的是（）A.摔模B.扣模C.套模D.合模10.40Cr合金结构钢中型锻件，为避免冷却过程中产生淬火裂纹，通常采用的冷却方式是（）A.空冷B.坑冷或灰砂冷C.水冷D.油冷11.自由锻拔长操作中，每次压下后将坯料绕轴线翻转90°，反复对两个垂直方向进行压缩的拔长方法是（）A.螺旋翻转拔长B.来回90°翻转拔长C.单面逐层拔长D.芯轴拔长12.锤上模锻锻件的通孔位置需设置冲孔连皮，其主要作用是（）A.提高锻件结构强度B.避免模膛内冲头厚度过薄，防止模具受冲击断裂C.减少金属材料消耗D.便于后续机械钻孔定位13.下列缺陷中，属于自由锻拔长操作不当导致的是（）A.镦弯B.表面折叠、对角线裂纹C.孔位歪斜D.端面凹陷14.锻件锻后进行完全退火处理的主要目的是（）A.提高锻件硬度和强度B.消除锻造残余应力，降低硬度，改善切削加工性能C.提高锻件表面耐磨性D.获得马氏体组织，强化基体15.对于大型自由锻锻件的内部裂纹、白点等缺陷，最常用的无损检测方法是（）A.磁粉检测B.渗透检测C.超声波检测D.涡流检测四、简答题（共4题，每题5分，总计20分）1.简述自由锻的工艺特点及适用生产场景。2.简述坯料锻造加热过程中的常见缺陷、产生原因及预防要点。3.简述锤上模锻的模膛分类及各类模膛的作用。4.简述锻件冷却过程中内应力的类型、产生原因及对锻件质量的影响。五、计算题（共2题，每题10分，总计20分）1.某45钢等直径轴类自由锻锻件，锻件尺寸为直径φ160mm、总长900mm，采用直径φ200mm的热轧圆钢作为坯料，已知锻造加热、锻造过程中金属烧损率为3%，不考虑切头、钳口料损耗，试计算该锻件的圆钢坯料下料长度（π取3.14，结果保留整数）。2.某车间采用250kg空气锤生产45钢圆盘齿轮坯锻件，锻件尺寸为外径φ300mm、内孔直径φ100mm、厚度80mm，采用直径φ200mm的圆钢坯料生产，已知镦粗、冲孔过程中金属烧损和冲孔芯料损耗合计占坯料总质量的8%，试计算所需圆钢坯料的下料长度（π取3.14，结果保留整数）。六、实操综合题（共1题，总计10分）某车间采用250kg空气锤生产中小型45钢台阶轴锻件，锻件尺寸为：一端直径φ80mm、长度200mm，另一端直径φ120mm、长度300mm，总长500mm，锻件无特殊性能要求。请结合自由锻操作要求回答以下问题：（1）写出该锻件的完整自由锻生产工序流程（4分）；（2）说明拔长台阶部位时的核心操作注意事项（3分）；（3）确定该锻件的锻后冷却方式及合适的热处理工艺（3分）。以下为试题对应答案：一、填空题1.塑性、变形抗力2.1200、8003.拔长、扩孔4.落下部分（活塞、锤杆、锤头）的总质量5.预锻模膛、终锻模膛、终锻模膛6.合成内应力（热应力+组织应力）、强度极限7.正火、回火、退火8.1.25~2.59.饱和蒸汽、压缩空气10.2/3~3/411.氢、合金结构（中碳合金）12.1、0.813.模锻斜度（拔模斜度）14.扣模、合模15.氧气、水蒸气16.最大截面、错移（错模）17.过热、过烧18.允许偏差范围、金属层厚度19.最小弯曲半径、外侧拉裂20.尺寸精度、内部质量（力学性能及金相组织）二、判断题1.√2.×3.×4.√5.√6.×7.×8.√9.√10.√11.×12.√13.√14.√15.×各题判断依据：2.终锻温度过低会导致金属塑性下降、变形抗力升高，易产生开裂，同时增加设备负荷，并非越低越好；3.坯料高径比合格仅为防止镦弯的必要条件，若加热不均、锤击力偏斜、端面不平整仍会产生镦弯；6.热应力在冷却不同阶段方向变化，最终残余热应力为表面受压、心部受拉，并非始终表面受拉；7.钢的含碳量越高，塑性越差、变形抗力越大，锻造性能越差；11.压下量过大可能超出设备负荷，且低塑性材料大压下量易产生开裂；15.锻件热处理通常在锻造完成后、机械加工前或粗加工后进行，目的是消除锻造应力、改善切削性能，为最终热处理做组织准备，并非必须在机加后进行。三、单项选择题1.C2.B3.B4.B5.C6.D7.B8.B9.A10.B11.B12.B13.B14.B15.C四、简答题1.答：自由锻是利用冲击力或压力使金属在上下砧面间自由流动变形，不受模具型腔限制获得锻件的工艺，其核心特点包括：（1）工具通用性强、生产准备周期短、工艺灵活性高，无需制造专用复杂模具；（2）工艺适配性强，可生产从几十克小锻件到数百吨重型锻件，是大型水轮机主轴、发电机转子、轧辊等重型锻件的唯一可行锻造工艺；（3）锻件成形精度低、表面质量差、加工余量大、材料利用率低，生产效率低，对操作工人技能水平要求高；（4）依靠基本工序组合成形，难以锻造形状复杂、带复杂内腔的锻件，锻件结构设计需尽量简化。适用场景：主要用于单件、小批量生产场景，在重型机械制造、重大装备生产领域不可替代，也常用于机械修配、新产品试制阶段的锻件生产。2.答：坯料加热过程常见缺陷、原因及预防要点如下：（1）氧化：坯料表层铁与炉气中氧化性组分反应生成氧化皮，造成材料损耗、降低表面质量、加剧模具磨损；原因为加热温度高、高温停留时间长、炉气氧化性强；预防措施为采用快速加热工艺减少高温停留时间，控制炉气为弱氧化性气氛，必要时采用少无氧化加热或坯料表面涂防护涂层。（2）脱碳：坯料表层碳元素与炉气反应导致含碳量下降，降低锻件表面硬度和耐磨性；原因为高温长时间加热、炉气中脱碳组分含量高；预防措施为控制加热温度和保温时间，对重要锻件预留足够加工余量去除脱碳层，重要件采用保护气氛加热。（3）过热：加热温度过高或保温时间过长导致奥氏体晶粒粗大，降低锻件力学性能；原因为加热规范执行不到位，温度超出始锻温度过多；预防措施为严格执行加热工艺，校验测温仪表准确性，过热锻件可通过正火处理细化晶粒挽救。（4）过烧：加热温度接近金属固相线导致晶界氧化熔化，锻件一锻即碎；原因为温度失控超出工艺上限过多；预防措施为严格控温，过烧缺陷无挽救价值，需直接报废。（5）加热裂纹：大截面高合金钢坯料加热速度过快，表心温差大产生高热应力导致开裂；原因为装炉温度过高、升温速度过快；预防措施为高合金钢、大截面坯料采用低温装炉、分段预热升温工艺，控制加热速度。3.答：锤上模锻的模膛按功能分为制坯模膛和模锻模膛两大类：（1）制坯模膛：用于对原始坯料进行预变形，使金属沿锻件轮廓合理分配，适配锻件形状需求，减少终锻模膛磨损。常见制坯模膛包括拔长模膛（减小坯料局部截面、增加长度，适配长轴类锻件）、滚压模膛（调整坯料轴向金属分配，去除表面氧化皮）、弯曲模膛（将坯料弯曲为与锻件投影形状匹配的形态，适配弯轴类锻件）、切断模膛（分离锻件与棒料，实现多件连续生产）。（2）模锻模膛：用于锻件最终成形，分为预锻模膛和终锻模膛：预锻模膛形状与锻件接近、圆角与斜度更大，作用是使坯料预成形，改善金属流动条件，避免终锻时产生折叠、充不满缺陷，减少终锻模膛磨损；终锻模膛形状与热锻件图完全一致，设置飞边槽，是锻件最终成形的模膛，飞边槽可容纳多余金属、促使金属充满模膛、缓冲打击力，保证锻件轮廓清晰。4.答：锻件冷却内应力分为热应力、组织应力、附加应力三类：（1）热应力：因锻件表面和心部冷却速度不同、收缩量不一致产生，冷却初期表面冷速快、收缩受心部阻碍，表现为表面受拉、心部受压；冷却后期心部收缩受已硬化表面阻碍，最终残余应力为表面受压、心部受拉，热应力过大时易导致心部横向裂纹，还会引起后续机加变形。（2）组织应力：因冷却过程中表心相变不同步、相变产物比体积差异产生，如奥氏体转变为马氏体时体积膨胀，若表面先完成相变，心部后续相变膨胀受阻碍，最终残余应力为表面受拉、心部受压，应力过大时易产生表面纵向裂纹。（3）附加应力：因锻件各截面厚度差异大、局部冷却和变形不均产生的局部应力，多集中在尖角、薄壁位置，易导致局部开裂。三类应力叠加后若超过材料强度极限，会直接产生冷却裂纹；若未开裂，残余应力会留存于锻件内部，导致机加后尺寸变形，甚至零件使用过程中发生应力失效。五、计算题1.解：（1）首先计算锻件实体体积：锻件为等直径圆柱体，体积公式为V锻=π*(D锻/2)²*L锻，代入D锻=160mm、L锻=900mm，得V锻=3.14*(160/2)²*900=3.14*6400*900=18086400mm³。（3分）（2）考虑3%的烧损率，烧损金属占坯料总质量的3%，因此坯料体积需满足V锻=V坯*(1-3%)，即V坯=V锻/(1-3%)=18086400/0.97≈18645773.2mm³。（3分）（3）计算坯料横截面积：坯料为直径200mm的圆钢，A坯=π*(D坯/2)²=3.14*(200/2)²=31400mm²。（2分）（4）计算下料长度：L坯=V坯/A坯≈18645773.2/31400≈594mm。（2分）即坯料下料长度约为594mm，实际生产时可根据锯口宽度适当增加5~10mm余量。2.解：（1）首先计算齿轮坯锻件的实体体积：锻件为带通孔的圆环，体积为外圆柱体积减内孔圆柱体积，即V锻=π*H/4*(D²-d²)，代入D=300mm、d=100mm、H=80mm，得V锻=3.14*80/4*(300²-100²)=3.14*20*80000=5024000mm³。（3分）（2）考虑8%的总损耗（烧损+冲孔芯料），即损耗占坯料总质量的8%，因此坯料体积需满足V锻=V坯*(1-8%)，即V坯=V锻/(1-8%)=5024000/0.92≈5460869.57mm³。（3分）（3）计算坯料横截面积：坯料为直径200mm的圆钢，A坯=π*(200/2)²=31400mm²。（2分）（4）计算下料长度：L坯=V坯/A坯≈5460869.57/31400≈174mm。（2分）验证坯料高径比为174/200=0.87，符合镦粗工艺对高径比的要求，不会产生镦弯缺陷，下料长度合理。六、实操综合题答：（1）该台阶轴的自由锻生产工