材料成型技術(shù)基礎(chǔ)課后答案

1、第一章金屬液態(tài)成形1.1液態(tài)合金的充型能力是指熔融合金充滿型腔，獲得輪廓清晰、形狀完整的優(yōu)質(zhì)鑄件的能力。2流動性好，熔融合金充填鑄型的能力強，易于獲得尺寸準(zhǔn)確、 外形完整的鑄件。流動性不好，則充型能力差，鑄件容易產(chǎn)生冷隔、氣孔等缺陷。3成分不同的合金具有不同的結(jié)晶特性，共晶成分合金的流動性最好，純金屬次之， 最后是固溶體合金。4相比于鑄鋼，鑄鐵更接近更接近共晶成分，結(jié)晶溫度區(qū)間較小，因而流動性較好。2.澆鑄溫度過高會使合金的收縮量增加，吸氣增多，氧化嚴(yán)重，反而是鑄件容易產(chǎn)生縮孔、 縮松、粘砂、夾雜等缺陷。3.縮孔和縮松的存在會減小鑄件的有效承載面積，并會引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致鑄件的力學(xué)性 能下降。

2、縮孔大而集中，更容易被發(fā)現(xiàn)，可以通過一定的工藝將其移出鑄件體外，縮松小而分散，在鑄件中或多或少都存在著，對于一般鑄件來說， 往往不把它作為一種缺陷來看，只有要求鑄件的氣密性高的時候才會防止。4液態(tài)合金充滿型腔后，在冷卻凝固過程中，若液態(tài)收縮和凝固收縮縮減的體積得不到補 足，便會在鑄件的最后凝固部位形成一些空洞，大而集中的空洞成為縮孔，小而分散的空洞稱為縮松。澆不足是沙型沒有全部充滿。冷隔是鑄造后的工件稍受一定力后就出現(xiàn)裂紋或斷裂，在斷口出現(xiàn)氧化夾雜物，或者沒有融合到一起。出氣口目的是在澆鑄的過程中使型腔內(nèi)的氣體排出，防止鑄件產(chǎn)生氣孔，也便于觀察澆鑄情況。而冒口是為避免鑄件出現(xiàn)缺陷而附加在鑄件上

3、方或側(cè)面的補充部分。逐層凝固過程中其斷面上固相和液相由一條界線清楚地分開。定向凝固中熔融合金沿著與熱流相反的方向按照要求的結(jié)晶取向進行凝固。5.定向凝固原則是在鑄件可能出現(xiàn)縮孔的厚大部位安放冒口，并同時采用其他工藝措施，使鑄件上遠離冒口的部位到冒口之間建立一個逐漸遞增的溫度梯度，從而實現(xiàn)由遠離冒口的部位像冒口方向順序地凝固。鑄件相鄰各部位或鑄件各處凝固開始及結(jié)束的時間相同或相近，甚至是同時完成凝固 過程，無先后的差異及明顯的方向性，稱作同時凝固。定向凝固主要用于體收縮大的合金，如鑄鋼、球墨鑄鐵等。同時凝固適用于凝固收縮小的合金，以及壁厚均勻、合金結(jié)晶溫度范圍廣，但對致密性要求不高的鑄件。6.不

4、均勻冷卻使鑄件的緩冷處受拉，快冷處受壓。零件向下彎曲。10.鑄件的結(jié)構(gòu)斜度指的是與分型面垂直的非加工面的結(jié)構(gòu)斜度，以便于起模和提高鑄件精度。結(jié)構(gòu)斜度是零件原始設(shè)計的結(jié)構(gòu)；拔模斜度是為了造型拔模（起模）方便，而在鑄件上設(shè)計的斜度。無法起模，結(jié)構(gòu)可改為下圖所示1.12無法起模，可將凸臺延伸至分型面1.13結(jié)構(gòu)圓角可減少熱節(jié)，緩解應(yīng)力集中。分型面的圓角不合理，應(yīng)該為直角。1.14 a方案存在較大的水平面，不利于澆鑄，左上角的結(jié)構(gòu)距離太近，不利于鑄造。b方案有較好的結(jié)構(gòu)斜度，利于澆鑄，但存在銳角連接，可能會產(chǎn)生熱節(jié)等缺陷，但 其方向不影響液體流動。綜合比較，b較好1.15加工困難是因為外形結(jié)構(gòu)存在凹面

5、，起模困難，斷腿是因為直角連接處存在應(yīng)力集中?？蓪⒅苯歉臑閳A角，適當(dāng)增加壁厚。根據(jù)結(jié)構(gòu)需要，可將內(nèi)凹弧面改為平面或者其他利于鑄 造的結(jié)構(gòu)。1.16a :鑄造需要型芯?？筛臑楣ぷ中徒Y(jié)構(gòu)b :鑄造時，型芯無法固定。開設(shè)工藝孔，增加型芯頭。c :結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜。可將口開成與內(nèi)壁寬度相同，平滑連接，減少型芯數(shù)量。圓弧外 的凸起，無法起模，可以將分型面轉(zhuǎn)換到與凸起物垂直的面上。d:缺少圓角，且中間部分太厚，容易產(chǎn)生縮孔等缺陷。過渡處倒圓角，尤其是半徑轉(zhuǎn)換的地方。在不改變結(jié)構(gòu)的情況下，可以從底部加一塊型芯， 既可以避免過厚，又可以減少重量。1.18熔模鑄造又稱失蠟鑄造，是利用蠟來制作外殼，形成模具，澆鑄成型

6、的鑄造方法。1制造蠟?zāi)?，將糊狀蠟料壓入金屬模具，冷凝后取出?制造型殼，在蠟?zāi)＝M表面涂上涂料，然后硬化，重復(fù)多次，形成耐火堅硬型殼。3脫蠟，將蠟?zāi)＝霟崴?，融化蠟?型殼焙燒，將型殼放入800-950度加熱爐中保溫，去除殘余蠟和水分5澆注，趁熱澆入合金液，凝固冷卻。6脫殼和清理，人工或機械去除型殼，切除冒口。1.191有較高的尺寸精度和較小的表面粗糙度，機械加工余量小。2導(dǎo)熱性好，冷卻速度快，鑄件的晶粒細(xì)小，力學(xué)性能好。3可實現(xiàn)一型多鑄，提高勞動生產(chǎn)率，節(jié)約造型材料，減輕環(huán)境污染。金屬型因不透氣且無退讓性，鑄件容易產(chǎn)生冷隔冷缺陷，加上金屬型無潰散性，因此不 宜鑄造形狀復(fù)雜、薄壁、大型鑄件。制

7、造成本高，周期長，不宜單件小批生產(chǎn)，受金屬型材 料熔點的限制，不宜生產(chǎn)高熔點合金鑄件。 而砂型鑄造盡管精度低， 但適用范圍廣，成本低， 因此金屬型不能取而代之。1.22離心鑄造時將熔融金屬澆入旋轉(zhuǎn)的鑄型中，在離心力的作用下充填鑄型并凝固成形的 一種鑄造方法。不用型芯即可鑄造出圓筒件，省去了澆鑄系統(tǒng)的冒口；金屬由表向內(nèi)定向凝固， 改善了補縮條件；離心力的作用提高了金屬液的充型能力；便于制造雙金屬鑄件。1.26類別石墨形 態(tài)制造過程適用范圍灰鑄鐵片狀Wc=2.63.6% wSj=1.2% 3.0% ,向鐵液中沖入75%硅鐵或硅鈣合金等。對精度要求較高或大型復(fù)雜鑄 件，加工前應(yīng)進行清除應(yīng)力退火。消除

8、白口退火用于表層 或薄壁處出現(xiàn)白口組織的灰鑄鐵。對表面要求高硬度高耐 磨的導(dǎo)軌等可采用接觸電阻加熱進行表面淬火。常用于制造床身、機座等要 求耐壓、消振、減磨耐磨的 零件可鍛鑄 鐵團絮狀wc=2.22.8% wSj=1.0% 1.8%先由一定化學(xué)成分的鐵水迅速冷卻獲得白口組織，再進行高溫、長時間石墨化退火。適于制造形狀復(fù)雜，壁厚 溥，承受振動，要求較局強 度的小鑄件，如彎頭等球墨鑄 鐵球狀Wsi=2.0%3.2% Wc=3.64.0%沖入稀土鎂合金等球化劑，在鐵液包內(nèi)的球化劑與鐵液充分反應(yīng)后，將 孕育劑放在煉鐵爐出鐵槽內(nèi)，沖入孕育劑。熱處理有為獲得鐵素體基體的退火，獲得珠光體基體的正 火等。應(yīng)用

9、于曲軸、凸輪軸等承受 載荷較大、承受振動和 沖擊、要求耐磨損的鑄件。蠕墨鑄 鐵蠕蟲狀與球墨鑄鐵相似， 只是蠕化鑄鐵液中加入的是適量 的蠕化劑?？捎糜谥圃炱咨w，鋼錠 模，液壓閥等鑄件白口鑄 鐵滲碳體快速冷卻耐磨性要求不高的抗磨鑄 件，可鍛鑄鐵白口胚件等1.28可鍛鑄鐵的碳、硅含量低，流動性差，而且冷卻速度快，故適宜鑄造薄壁小型鑄件， 鑄造厚壁大鑄件，可能會產(chǎn)生澆不到等缺陷。1.29不正確，不同壁厚的灰鑄鐵的力學(xué)性能不一樣，壁厚為5mm的抗拉強度&芝175mpa,滿足條件，而其余的兩個不滿足。第二章金屬塑性成形2-1什么是最小阻力定律？為什么閉式滾擠或拔長模膛可以提高滾擠或拔長效率？ 答

10、： 最小阻力定律是指金屬在塑性變形過程中，如果金屬質(zhì)點有向幾個方向移動的可能時， 則金屬各質(zhì)點將向阻力最小的方向移動。因為閉式的模膛使得材料發(fā)生塑性變形時，朝著填滿型腔方向的阻力唯一最小(開式的可能朝幾個方向的阻力都最小)，因此效率要相對高一些。2-2纖維組織是怎樣形成的？它的存在有何利弊？答：金屬鑄錠組織中存在著偏析夾渣物、第二相等，在熱塑性變形時，隨金屬晶粒的變形方向或延伸呈條狀、線狀或破碎呈鏈狀分布，金屬再結(jié)晶后也不會改變，仍然保留下來，呈宏觀“流線”狀。纖維組織使得金屬的力學(xué)性能呈現(xiàn)出方向性，沿著纖維方向抗拉抗壓強度增 大，垂直于纖維方向的抗拉抗壓強度減弱。2-3何為“過熱” ？何為“

11、過燒” ？它們分別會對鍛件產(chǎn)生什么影響？答：金屬塑性成形過程中，如果加熱溫度過高，導(dǎo)致金屬的晶粒急劇增大， 這種現(xiàn)象稱為“過 熱”；如果溫度過高接近熔點時， 晶界發(fā)生氧化或者局部融化的現(xiàn)象稱為 “過燒”。過熱會導(dǎo) 致金屬塑性減小，塑性成形能力下降；過燒會導(dǎo)致金屬的塑性變形能力完全消失。2-4判斷以下說法是否正確？為什么？(1)金屬的塑性越好，變形抗力越大，金屬可鍛性越好。錯誤；塑性越好，變形抗力越小，可鍛性越好。(2)為了提高鋼材的塑性變形能力， 可以采用降低變形速度或在三相壓應(yīng)力下變形等工藝。錯誤；當(dāng)變形速度低于臨界值時，降低變形速度可以提高材料塑性變形能力，但當(dāng)變形速度高于臨界值時，降低變

12、形速度降低了材料的塑性變形能力。(3)為了消除鍛件中的纖維組織，可以采用熱處理的方式實現(xiàn)。錯誤；只能通過塑性變形改變纖維的方向和分布。2-5求將75mm長的圓鋼拔長到165mm的鍛造比， 以及將直徑50mm、 高120mm的圓鋼鍛 到60mm高的鍛造比。能將直徑為50mm、高180mm的圓鋼敏粗到60mm高嗎？為什么？答：S0H0=S1H1Y =S0/S1=H1/H0=165/75=2.2;Y鍛=120/60=2;不能，因為整體敏粗用圓形截 面坯料的高度和直徑比不大于2.53,此處的高徑比為3.6。2-8帶頭部的軸類零件，在單件小批量生產(chǎn)條件下， 若法蘭頭直徑D較小，桿長L較大時， 應(yīng)如何鍛造

13、？D較大，L較小時，又應(yīng)如何鍛造？答：自由鍛。D較小，L較大時，先將棒料拔長，然后局部敏粗，鍛出頭部；D較大，L較小時，先敏粗，然后鍛軸桿。2-9答：a)不適合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且有肋板；b)不適合，有圓柱面與平面相交形成空間曲線，修改見圖2-15 (b); c)不適合，有梯型槽，去除梯型槽后可用于自由鍛。2-11模鍛時，如何合理確定分模面的位置？答：1、首先保證模鍛件能從模膛中順利取出2、分模面盡量選在能使模膛深度最淺的位置3、盡量使上下兩模沿分模面的模膛輪廓一致4、盡量采用平面，并使上下模膛深度基本一致5、是模鍛件上的敷料最少，鍛件形狀盡可能與零件形狀一致。2-12模鍛與自由鍛有何區(qū)別？答：1、模

14、鍛需要模具及鍛壓設(shè)備，投資較大，生產(chǎn)效率高，適合批量生產(chǎn)。自由鍛設(shè)備簡單，但是生產(chǎn)效率低，適合單件小批量生產(chǎn)2、模鍛能鍛造形狀復(fù)雜的鍛件，尺寸較為精確，并可使金屬流線分布更為合理，力學(xué)性能較高。減少切削加工工作量。自由鍛尺寸精度低， 加工余量大，耗材多3、模鍛操作簡單、勞動強度低。對工人技術(shù)水平要求不高，易于實現(xiàn)機制化、自動化。自由鍛勞動強度大，對工人技術(shù)水平要求較高2-14修改見書圖2-352-15分模面均為對稱面2-17間隙對沖裁件斷面質(zhì)量有何影響？間隙過大或過小會對沖裁產(chǎn)生什么影響？答：凸凹模間隙會嚴(yán)重影響沖裁件的斷口質(zhì)量，間隙合適時，板料內(nèi)形成的上、下裂紋重合一線，斷裂帶和毛刺均較?。?/p>

15、間隙過大時，板料中拉應(yīng)力增大，裂紋提前形成，板料內(nèi)形成 的上下裂紋向內(nèi)錯開，斷口斷裂帶和毛刺均較大；間隙過小時，凸凹模受到板料的擠壓作用大，摩擦加大，板料內(nèi)形成的上、下裂紋向外錯開，斷口形成二節(jié)光面，在兩節(jié)光面間夾有 裂紋。除此之外，凸凹模間隙還影響模具守門、沖裁力和沖裁件尺寸精度。2-18 a）孔徑過大，孔壁過薄，不易沖裁，增大壁厚，減小孔徑b）將直角部分改為圓角，壁厚增大c）彎曲半徑小于最小彎曲半徑，應(yīng)減小壁厚d）底邊過短，不易彎曲，將底邊改為20mm e）將凸臺部分延長與基體相同， 另外在過渡部分倒圓角f）增大沖孔部位與側(cè)壁的距離，將R4增大。2-21沖孔，落料，拉2-22沖孔 落料 彎

16、曲2-23不能；t/D0=1.43% D1=Do*m1=52.566.1525所以不能一次拉深。d2=39.37550.274, d3=30.71239.716,d4=24.5732.17,d5=20.1527;所以至少需要4次拉深。2-24試說明擠壓、拉拔、滾扎、旋壓、精密模鍛的成形工藝與應(yīng)用特點。答：1、擠壓：擠壓是對擠壓模具中的金屬錠坯施加強大的壓力作用，使其發(fā)生塑性變形從 擠壓模具的?？谥辛鞒觯虺錆M凸、凹模型腔，而獲得所需要形狀與尺寸制品的塑性成形方法?？杉庸つ承┧苄暂^差的材料，改善組織和性能。可生產(chǎn)斷面及其復(fù)雜或具有深孔、薄壁以及變斷面的零件，并且擠壓件精度較高，表面粗糙度小，生產(chǎn)

17、效率高。2、 拉拔：在拉力作用下，迫使金屬坯料通過拉拔?？祝垣@得相應(yīng)形狀與尺寸制品的 塑性加工方法，稱為拉拔。拉拔制品表面粗糙度小，生產(chǎn)設(shè)備簡單，維護方便，金屬的塑性 不能充分發(fā)揮，適合連續(xù)高速生產(chǎn)斷面較小的長制品。3、 滾扎：金屬坯料在旋轉(zhuǎn)軋輾的作用下產(chǎn)生連續(xù)塑性變形，從而獲得所要求截面形狀 并改變其性能的加工方法，稱為軋車?yán)?。生產(chǎn)效率高，但是投資較大，而且工作環(huán)境較差，對 軋車?yán)ビ休^高的要求。4、 旋壓：旋壓是利用旋壓機是毛坯和模具以一定的速度共同旋轉(zhuǎn)，并在滾輪的作用下，是毛坯在于滾輪接觸的部位產(chǎn)生局部塑性變形，由于滾輪的進給運動和毛坯的旋轉(zhuǎn)運動，使局部的塑性變形逐步擴展到毛坯的全部所需

18、表面，從而獲得所需形狀和尺寸零件的加工方法。所需成形工藝力小， 施壓工具簡單，費用低，可用來加工某些形狀比較復(fù)雜的零件，并且尺 寸精度高，表面粗糙度小，但是，只適合加工軸對稱的回轉(zhuǎn)件。5、 精密模鍛：在模鍛設(shè)備上鍛造出形狀復(fù)雜、高精度鍛件的模鍛工藝。常用與成批生產(chǎn)形狀復(fù)雜、使用性能高的短軸線回轉(zhuǎn)體零件和某些難以用機械加工方法制造的零件。加工時余量小，生產(chǎn)的零件精度高。對設(shè)備要求較高。2-25什么是超塑性？試說明超塑性成形的工藝特點。有何主要應(yīng)用？答：超塑性成形指金屬或合金在低的變形速率（s=10-210-4/s）、一定的變形溫度（約為熔點絕對溫度的一半）和均勻的細(xì)晶粒度（晶粒平均直徑為0.25

19、 m）條件下，伸長率6超過100%的塑性成形。特點：大延伸、無縮頸、小應(yīng)力、易成形。常用于金屬材料的壓力加工 成形，例如超塑性模鍛和擠壓、超塑性沖壓成形、超塑性氣壓成形。第三章連接成形I.當(dāng)電弧中有空氣侵入時，液態(tài)金屬會發(fā)生強烈的氧化和氮化反應(yīng)，空氣間的水分以及工件表面的油、銹、水在高溫下分解出的氫原子會融入到液態(tài)金屬中，導(dǎo)致接頭塑性和韌度降低，甚至產(chǎn)生裂紋?？梢圆捎靡韵麓胧?在焊接過程中，對融化金屬進行機械保護，使之與空氣隔開。2對焊接熔池進行冶金處理，主要通過在焊接材料中加入一定的脫氧劑和一定的合金 元素，在焊接過程中排除Feo,同時補償合金元素的燒損。4.不能，電弧焊需要電離兩極間的氣

20、體介質(zhì)才能形成電弧，在真空中無法實現(xiàn)。6.采用直流弧焊機進行電弧焊時，有兩種極性接法： 當(dāng)工件接陽極，焊條接陰極時，稱為直 流正接，此時工件受熱較大，適合焊接厚大件。當(dāng)工件接陰極，焊條接陽極時，稱為反接，此時受熱較小，適合焊接薄小工件。交流時，不存在正反接情況。7.焊接變形的基本形式包括：收縮變形，角變形，彎曲變形、扭曲變形、波浪變形預(yù)防措施：焊前預(yù)熱。選擇合理的焊接順序：盡量使焊縫能自由收縮，減少焊接應(yīng)力；對稱焊縫采用分散對稱工藝。加熱減應(yīng)區(qū)。反變形法。剛性固定法。矯正措施：機械矯正變形，利用機械力，產(chǎn)生塑性變形來矯正焊接變形?；鹧娉C正變形，利用金屬局部受熱后的冷卻來抵消已經(jīng)發(fā)生的焊接變形。

21、8.焊接應(yīng)力和變形是同時存在的， 焊接結(jié)構(gòu)中不會只有應(yīng)力或只有變形。 焊接結(jié)構(gòu)內(nèi)部的拉 應(yīng)力和壓應(yīng)力總是保持平衡的， 當(dāng)平衡被破壞時（如車削加工），結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力會重新分 布，變形也會變化。為避免這類變形， 應(yīng)在焊接時采用預(yù)防和減小焊接應(yīng)力和變形的工藝措施， 如焊前預(yù)熱。選擇合理的焊接順序等，在焊接后還可以采用消除焊接應(yīng)力和矯正焊接變形的方法如錘擊焊 縫、機械矯正變形等。9. b方案較為合理。a方案中，2、3、4焊縫的橫向和縱向收縮都會受阻，焊接應(yīng)力較大。10.1可采用焊條電弧焊、埋弧焊、氣體保護焊和電阻焊等。采用電弧焊時，焊前進行預(yù)熱，焊后進行去應(yīng)力退火以消除焊接應(yīng)力?？梢杂秒pY型破口上下兩面進行焊接。2可采用焊條電弧焊。焊前進行預(yù)熱以減小焊接應(yīng)力。采用細(xì)焊條、小電流、開破口、 多層焊，以減小含碳較高的母材金屬的融入量，還可采用焊后緩冷，焊后熱處理等工藝措 施防止裂紋的產(chǎn)生。3可采用焊條電弧焊、氯弧焊，也可以采用埋弧焊。為防止晶間