材料成型技術(shù)基礎(chǔ)第2版課后習(xí)習(xí)題答案

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(dòng)性好，熔融合金充填鑄型的能力強(qiáng)，易于獲得尺寸準(zhǔn)確、外形完整的鑄件。流動(dòng)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(dòng)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(dòng)性較好。2. 澆鑄溫度過(guò)高會(huì)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(huì)減小鑄件的有效承載面積，并會(huì)引起應(yīng)力集中，導(dǎo)致鑄件的力學(xué)性能

2、下降?？s孔大而集中，更容易被發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)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(duì)于一般鑄件來(lái)說(shuō)，往往不把它作為一種缺陷來(lái)看，只有要求鑄件的氣密性高的時(shí)候才會(huì)防止。4 液態(tài)合金充滿型腔后，在冷卻凝固過(guò)程中，若液態(tài)收縮和凝固收縮縮減的體積得不到補(bǔ)足，便會(huì)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(chēng)為縮松。澆不足是沙型沒(méi)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(méi)有融合到一起。出氣口目的是在澆鑄的過(guò)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

3、件上方或側(cè)面的補(bǔ)充部分。逐層凝固過(guò)程中其斷面上固相和液相由一條界線清楚地分開(kāi)。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(jìn)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(shí)采用其他工藝措施，使鑄件上遠(yuǎn)離冒口的部位到冒口之間建立一個(gè)逐漸遞增的溫度梯度，從而實(shí)現(xiàn)由遠(yuǎn)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(kāi)始及結(jié)束的時(shí)間相同或相近，甚至是同時(shí)完成凝固過(guò)程，無(wú)先后的差異及明顯的方向性，稱(chēng)作同時(shí)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(shí)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(duì)致密性要求不高的鑄件

4、。6. 不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(jì)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(jì)的斜度。 無(wú)法起模，結(jié)構(gòu)可改為下圖所示; 無(wú)法起模， 可將凸臺(tái)延伸至分型面 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。 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(huì)產(chǎn)生熱節(jié)等缺陷，但其方向不影響液體流動(dòng)。 綜合比較，b較好 加工困難是因?yàn)橥庑谓Y(jié)構(gòu)存在凹

5、面，起模困難，斷腿是因?yàn)橹苯沁B接處存在應(yīng)力集中。可將直角改為圓角，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)。 a : 鑄造需要型芯。 可改為工字型結(jié)構(gòu) b : 鑄造時(shí)，型芯無(wú)法固定。 開(kāi)設(shè)工藝孔，增加型芯頭。 c : 結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜?？蓪⒖陂_(kāi)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(wú)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(guò)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(guò)厚，又可以減少重量。 熔模鑄造又稱(chēng)失蠟鑄造，是利用蠟來(lái)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。2 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(jiān)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(jī)械去除型殼，切除冒口。 1 有較高的尺寸精度和較小的表面粗糙度，機(jī)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(shí)現(xiàn)一型多鑄，提高勞動(dòng)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(wú)退讓性，鑄件容易產(chǎn)生冷隔冷缺陷，加上金屬型無(wú)潰散性，因此不宜鑄造形狀復(fù)雜

7、、薄壁、大型鑄件。制造成本高，周期長(zhǎng)，不宜單件小批生產(chǎn)，受金屬型材料熔點(diǎn)的限制，不宜生產(chǎn)高熔點(diǎn)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。 離心鑄造時(shí)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(bǔ)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。 類(lèi)別石墨形態(tài)制造過(guò)程適用范圍灰鑄鐵片狀，向鐵液中沖入75%硅鐵或硅鈣合金等。對(duì)精度要求較高或大型復(fù)雜鑄件，加工前應(yīng)進(jìn)行清除應(yīng)力退火。消除白口退火用于表層或薄壁處出現(xiàn)白口組織的灰鑄鐵。對(duì)表面要求高

8、硬度高耐磨的導(dǎo)軌等可采用接觸電阻加熱進(jìn)行表面淬火。常用于制造床身、機(jī)座等要求耐壓、消振、減磨耐磨的零件可鍛鑄鐵團(tuán)絮狀 先由一定化學(xué)成分的鐵水迅速冷卻獲得白口組織，再進(jìn)行高溫、長(zhǎng)時(shí)間石墨化退火。適于制造形狀復(fù)雜，壁厚薄，承受振動(dòng)，要求較高強(qiáng)度的小鑄件，如彎頭等球墨鑄鐵球狀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)用于曲軸、凸輪軸等承受載荷較大、承受振動(dòng)和一定沖擊、要求耐磨損的鑄件。蠕墨鑄鐵蠕蟲(chóng)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

9、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 可鍛鑄鐵的碳、硅含量低，流動(dòng)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(huì)產(chǎn)生澆不到等缺陷。 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(qiáng)度b175mpa, 滿足條件，而其余的兩個(gè)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(zhǎng)模膛可以提高滾擠或拔長(zhǎng)效率答：最小阻力定律是指金屬在塑性變形過(guò)程中，如果金屬質(zhì)點(diǎn)有向幾個(gè)方向移動(dòng)的可能時(shí)，則金屬各質(zhì)點(diǎn)將向阻力最小的方向移動(dòng)。因?yàn)殚]式的模膛使得材料發(fā)生塑性變形時(shí)，朝著填滿型腔方向的阻力唯一最?。ㄩ_(kāi)式的可能朝幾個(gè)方向

10、的阻力都最?。虼诵室鄬?duì)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(shí)，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(huì)改變，仍然保留下來(lái)，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(qiáng)度增大，垂直于纖維方向的抗拉抗壓強(qiáng)度減弱。2-3 何為“過(guò)熱”何為“過(guò)燒”它們分別會(huì)對(duì)鍛件產(chǎn)生什么影響答：金屬塑性成形過(guò)程中，如果加熱溫度過(guò)高，導(dǎo)致金屬的晶粒急劇增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“過(guò)熱”；如果溫度過(guò)高接近熔點(diǎn)時(shí)，晶界發(fā)生氧化或者局部融化的現(xiàn)象稱(chēng)為“過(guò)燒”。過(guò)熱會(huì)導(dǎo)致金屬塑性減小，

11、塑性成形能力下降；過(guò)燒會(huì)導(dǎo)致金屬的塑性變形能力完全消失。2-4 判斷以下說(shuō)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(cuò)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(cuò)誤；當(dāng)變形速度低于臨界值時(shí)，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(shí)，降低變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(shí)現(xiàn)。錯(cuò)誤；只能通過(guò)塑性變形改變纖維的方向和分布。2-5 求將75mm長(zhǎng)的圓鋼拔長(zhǎng)到165mm的鍛造比，以及將直徑50mm、高120mm的圓鋼鍛到60

12、mm高的鍛造比。能將直徑為50mm、高180mm的圓鋼鐓粗到60mm高嗎為什么答：s0H0=s1H1 Y鍛=s0/s1=H1/H0=165/75=;Y鍛=120/60=2；不能，因?yàn)檎w鐓粗用圓形截面坯料的高度和直徑比不大于3，此處的高徑比為。2-8 帶頭部的軸類(lèi)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(zhǎng)L較大時(shí)，應(yīng)如何鍛造D較大，L較小時(shí)，又應(yīng)如何鍛造答：自由鍛。D較小，L較大時(shí)，先將棒料拔長(zhǎng)，然后局部鐓粗，鍛出頭部；D較大，L較小時(shí)，先鐓粗，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(jiàn)圖2-15（b）；c)不適合，有梯

13、型槽，去除梯型槽后可用于自由鍛。2-11 模鍛時(shí)，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(jiǎn)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

14、鍛操作簡(jiǎn)單、勞動(dòng)強(qiáng)度低。對(duì)工人技術(shù)水平要求不高，易于實(shí)現(xiàn)機(jī)制化、自動(dòng)化。自由鍛勞動(dòng)強(qiáng)度大，對(duì)工人技術(shù)水平要求較高2-14 修改見(jiàn)書(shū)圖2-352-15 分模面均為對(duì)稱(chēng)面2-17 間隙對(duì)沖裁件斷面質(zhì)量有何影響間隙過(guò)大或過(guò)小會(huì)對(duì)沖裁產(chǎn)生什么影響答：凸凹模間隙會(huì)嚴(yán)重影響沖裁件的斷口質(zhì)量，間隙合適時(shí)，板料內(nèi)形成的上、下裂紋重合一線，斷裂帶和毛刺均較?。婚g隙過(guò)大時(shí)，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(cuò)開(kāi)，斷口斷裂帶和毛刺均較大；間隙過(guò)小時(shí)，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(cuò)開(kāi)，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(mén)、

15、沖裁力和沖裁件尺寸精度。2-18 a)孔徑過(guò)大，孔壁過(guò)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(guò)短，不易彎曲，將底邊改為20mm e)將凸臺(tái)部分延長(zhǎng)與基體相同，另外在過(guò)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 彎曲2-23 不能；t/D0=% D1=D0*m1=>25 所以不能一次拉深。d2=, d3=,d4=,d5=27;所以至少需要4次拉深。2-24 試說(shuō)明擠壓、拉拔、滾扎、旋壓、精密模鍛的成形工藝與應(yīng)用特點(diǎn)。答：1、擠壓：擠壓是對(duì)擠壓模具中的金屬

16、錠坯施加強(qiáng)大的壓力作用，使其發(fā)生塑性變形從擠壓模具的模口中流出，或充滿凸、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?？缮a(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)效率高。2、拉拔：在拉力作用下，迫使金屬坯料通過(guò)拉拔?？?，以獲得相應(yīng)形狀與尺寸制品的塑性加工方法，稱(chēng)為拉拔。拉拔制品表面粗糙度小，生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，維護(hù)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(zhǎng)制品。3、滾扎：金屬坯料在旋轉(zhuǎn)軋輥的作用下產(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(chēng)為軋輥。生產(chǎn)效率高，但是投資

17、較大，而且工作環(huán)境較差，對(duì)軋輥有較高的要求。4、旋壓：旋壓是利用旋壓機(jī)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(jìn)給運(yùn)動(dòng)和毛坯的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，使局部的塑性變形逐步擴(kuò)展到毛坯的全部所需表面，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(jiǎn)單，費(fèi)用低，可用來(lái)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(duì)稱(chēng)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(jī)械加工方法制造的零件。加工時(shí)余量小，生產(chǎn)的零件精度

18、高。對(duì)設(shè)備要求較高。2-25 什么是超塑性試說(shuō)明超塑性成形的工藝特點(diǎn)。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（=10-210-4/s）、一定的變形溫度（約為熔點(diǎn)絕對(duì)溫度的一半）和均勻的細(xì)晶粒度（晶粒平均直徑為5m）條件下，伸長(zhǎng)率超過(guò)100%的塑性成形。特點(diǎn)：大延伸、無(wú)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1. 當(dāng)電弧中有空氣侵入時(shí)，液態(tài)金屬會(huì)發(fā)生強(qiáng)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(huì)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。 可以采用以下措

19、施：1 在焊接過(guò)程中，對(duì)融化金屬進(jìn)行機(jī)械保護(hù)，使之與空氣隔開(kāi)。2 對(duì)焊接熔池進(jìn)行冶金處理，主要通過(guò)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(guò)程中排除Feo，同時(shí)補(bǔ)償合金元素的燒損。4. 不能，電弧焊需要電離兩極間的氣體介質(zhì)才能形成電弧，在真空中無(wú)法實(shí)現(xiàn)。 6. 采用直流弧焊機(jī)進(jìn)行電弧焊時(shí)，有兩種極性接法：當(dāng)工件接陽(yáng)極，焊條接陰極時(shí)，稱(chēng)為直流正接，此時(shí)工件受熱較大，適合焊接厚大件。當(dāng)工件接陰極，焊條接陽(yáng)極時(shí)，稱(chēng)為反接，此時(shí)受熱較小，適合焊接薄小工件。交流時(shí)，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

20、接順序：盡量使焊縫能自由收縮，減少焊接應(yīng)力；對(duì)稱(chēng)焊縫采用分散對(duì)稱(chēng)工藝。加熱減應(yīng)區(qū)。反變形法。剛性固定法。矯正措施：機(jī)械矯正變形，利用機(jī)械力，產(chǎn)生塑性變形來(lái)矯正焊接變形。 火焰矯正變形，利用金屬局部受熱后的冷卻來(lái)抵消已經(jīng)發(fā)生的焊接變形。8. 焊接應(yīng)力和變形是同時(shí)存在的，焊接結(jié)構(gòu)中不會(huì)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(shí)（如車(chē)削加工）， 結(jié)構(gòu)內(nèi)部的應(yīng)力會(huì)重新分布，變形也會(huì)變化。 為避免這類(lèi)變形，應(yīng)在焊接時(shí)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(jī)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(huì)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(hù)焊和電阻焊等。采用電弧焊時(shí)，焊前進(jìn)行預(yù)熱，焊后進(jìn)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(jìn)行焊接。2 可采用焊條電弧焊。焊前進(jìn)行預(yù)熱以減小焊接應(yīng)力。采用細(xì)焊條、小電流、開(kāi)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、氬弧焊，也可以采用埋弧焊。為防止晶間腐蝕和熱裂，應(yīng)按母材金屬類(lèi)型與之配套的含碳、硅、硫、磷很低的不銹鋼焊條或焊絲。采用小電流、短弧、焊條不擺動(dòng)、快速焊等