《金屬工藝學(xué)(第2版)》習(xí)題答案 第14章習(xí)題與答案

思考題

1.鍛壓成形與鑄造成形的原理是否相同？其成形條件有什么不同？

解.：鍛壓成形與鑄造成形的原理是不相同。金屬壓力加工是指在外力作

用下，坯料產(chǎn)生塑性變形，改變形狀、尺寸，改善性能，獲得型材、棒材、

板材、線材或鍛壓件等的加T方法,鑄造是指熔煉金屬，制造鑄型，并將熔

融金屬澆入型腔，凝司后獲得一定形狀和性能鑄件的成形方法。

鍛壓成形條件：金屬具有良好的塑性。鑄造成形條件：金屬具有良好的

鑄造性能。

2.為什么說鍛造不僅是最基本的成形加工方法，也是最重要的改性方

法？鍛造過程中的形變和相變對鍛件的顯微組織有什么影響？

解：金屬經(jīng)鍛壓加工后，可使金屬毛坯的晶粒變得細(xì)小，并使原鑄造組

織中的內(nèi)部缺陷（如微裂紋、氣孔、縮松等）壓合，使金屬的力學(xué)性能提高。故

鍛造不僅是最基本的成形加工方法，也是最重要的改性方法。

如果在鍛造過程中對鍛件的形變、相變加以控制，可以獲得組織性能好

的鍛件，因此，大多數(shù)受力復(fù)雜、承載大的重要零件，常采用鍛件毛坯。

3.自由鍛為什么能夠鍛造大型鍛件，而模般只能鍛造中小型鍛件？中小

廠為什么常常采用胎模鍛？

解：自由鍛是指只用簡單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧間直

接使坯料變形而獲得所需的幾何形狀及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的鍛造方法。鍛造時(shí)，

被鍛金屬受力時(shí)的變形是在上、下砧鐵平面之間作自由流動(dòng)，故能夠鍛造大

型鍛件。

模鍛是指利用模具使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法。模鍛受到設(shè)備能

力的限制，模鍛件重量一般在150kg以下，且鍛模制造成本高，模鍛需要專

門設(shè)備。所以，模鍛主要適用于中、小型鍛件的大批量生產(chǎn)。

胎模鍛與自由鍛相比，生產(chǎn)率高，鍛件精度高；與模鍛相比，不需要專

用模鍛設(shè)備，鍛模制造容易，工藝靈活。因此在沒有模鍛設(shè)備的中小型工廠,

常常采用胎模鍛方法生產(chǎn)批量不大的模鍛件。

4.要制造如圖16-36所示螺母板手，問用哪一種方法制得的產(chǎn)品承載能

力最大？試說明其理由。（1）鑄造；（2）鍛造；（3）板料切削。

圖16-36思考題4圖

解：鍛造。

（1）金屬經(jīng)鍛壓加工后，可使金屬毛坯的晶粒變得細(xì)小，并使原鑄造組

織中的內(nèi)部缺陷（如微裂紋、氣孔、縮松等）壓合，使金屬的力學(xué)性能提高。

（2）使流線的分布與零件外輪廓相符而不被切斷，力學(xué)性能較高。

5.冷沖壓時(shí)會(huì)產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象，試分析其利弊。

解：冷變形強(qiáng)化它可強(qiáng)化金屬材料，特別是一些不能用熱處理進(jìn)行強(qiáng)化

的金屬，如純金屬、奧氏體不銹鋼、形變鋁合金等，都可用冷軋、冷擠、冷

拔或冷沖壓等加工方法來提高其強(qiáng)度和硬度。但是，冷變形強(qiáng)化會(huì)給金屬進(jìn)

一步變形帶來困難。所以常在變形工序之間安排中間退火，以消除冷變形強(qiáng)

化，恢復(fù)金屬塑性。

習(xí)題

1.何謂金屬壓力加工？為什么金屬壓力加工在機(jī)械工業(yè)中能獲得廣泛應(yīng)

用？

解：金屬壓力加工是指在外力作用下，坯料產(chǎn)生塑性變形，改變形狀、

尺寸，改善性能，獲得型材、棒材、板材、線材或鍛壓件等的加工方法。

金屬壓力加工應(yīng)用廣泛，因?yàn)樗哂腥缦绿攸c(diǎn)：

（1）改善金屬內(nèi)部組織，提高力學(xué)性能

金屬經(jīng)鍛壓加工后，可使金屬毛坯的晶粒變得細(xì)小，并使原鑄造組織中

的內(nèi)部缺陷（如微裂紋、氣孔、縮松等）壓合，使金屬的力學(xué)性能提高。

（2）生產(chǎn)率較高

除自由鍛造外，其他壓力加工都具有較高的生產(chǎn)率，如齒輪軋制、滾輪

軋制等制造方法均比機(jī)械加工的生產(chǎn)率高出幾倍甚至幾十倍以上。

（3）節(jié)省金屬材料

由于壓力加T提高了金屬的強(qiáng)度等力學(xué)性能，因此，相對地縮小了同等

載荷下的零件的截面尺寸，減輕了零件的質(zhì)量。另外，采用精密鍛壓時(shí)，可

使鍛壓件的尺寸精度和表面粗糙度接近成品零件，做到少切削或無切削加工。

2.何謂塑性變形？簡述單晶體及多晶體塑性變形的原理？

解：不隨載荷的去除而消失的變形稱為塑性變形。

單晶體金屬的塑性變形大多數(shù)情況下都是以滑移方式進(jìn)行的。單晶體在

外力作用下被拉伸或壓縮時(shí)，平行于晶面的切應(yīng)力才會(huì)使晶體產(chǎn)生塑性變形。

在切應(yīng)力作用下，原子離開原來的平衡位置，改變了原子間的相互距離，產(chǎn)

生了變形，原子位能增高。由于處于高位能的原子具有返回到原來低位能平

衡位置的傾向，所以當(dāng)應(yīng)力去除后變形也隨之消失。當(dāng)切應(yīng)力增加到超過晶

面間抗力時(shí)，使某晶面兩側(cè)的原子產(chǎn)生相對滑移，滑移的距離是原子間距的

整數(shù)倍，滑移后，若去除切應(yīng)力，己滑移的原子也不能恢復(fù)到原始位置，被

保留的這部分變形即塑性變形。

工業(yè)用金屬?般都是多晶體，多晶體是由許多微小的單個(gè)晶粒雜亂組合

而成的，塑性變形與單晶體比較并無本質(zhì)上的差別，每個(gè)晶粒內(nèi)的塑性變形

仍以滑移為主的方式進(jìn)行，其塑性變形過程可以看成是許多單個(gè)晶粒塑性變

形的總和。

3.冷變形強(qiáng)化對工件性能及加工過程有何影響？

解：冷變形強(qiáng)化它可強(qiáng)化金屬材料?，特別是一些不能用熱處理進(jìn)行強(qiáng)化

的金屬，如純金屬、奧氏體不銹鋼、形變鋁合金等，都可用冷軋、冷擠、冷

拔或冷沖壓等加工方法來提高其強(qiáng)度和硬度。但是，冷變形強(qiáng)化會(huì)給金屬進(jìn)

一步變形帶來困難。所以常在變形工序之間安排中間退火，以消除冷變形強(qiáng)

化，恢復(fù)金屬塑性。

4.何謂回復(fù)和再結(jié)晶？舉例說明其應(yīng)用場合。

解：回復(fù)：當(dāng)加熱溫度不高時(shí)，原子的擴(kuò)散能力很低，冷變形金屬的顯

微組織無顯著變化，只能消除一些晶格畸變，使內(nèi)應(yīng)力明顯減小，強(qiáng)度、硬

度略有下降，塑性、韌性有所回升。這種變化過程稱為回復(fù)。將彈簧鋼絲冷

卷彈簧后常進(jìn)行低溫退火(也稱定性處理)，就是利用回復(fù)基本保持冷拔鋼絲的

高強(qiáng)度.又消除了卷曲變形產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力C

再結(jié)晶：當(dāng)加熱溫度較高時(shí)，原子的活動(dòng)能力增大，冷變形金屬的顯微

組織將發(fā)生明顯的變化。由破碎、拉長或壓扁的晶粒將轉(zhuǎn)變?yōu)樾碌木鶆蚣?xì)小

的等軸晶粒，從而消除了加工硬化和內(nèi)應(yīng)力，力學(xué)性能得到恢復(fù)。這一過程

稱為再結(jié)晶。如鋼絲冷拔后產(chǎn)生冷變形強(qiáng)化，難以繼續(xù)拉拔，可通過再結(jié)晶

退火消除冷變形強(qiáng)化，

5.金屬冷變形和熱變形之間有何異同？

解：再結(jié)晶溫度以下的變形稱為冷變形。冷變形過程中只有冷變形強(qiáng)化

而無回復(fù)與再結(jié)晶現(xiàn)象。冷變形時(shí)變形抗力大，變形量不宜過大，以免產(chǎn)生

裂紋。因變形是在低溫下進(jìn)行，無氧化脫碳現(xiàn)象，故可獲得較高的尺寸精度

和表面質(zhì)量。

再結(jié)晶溫度以上的變形稱為熱變形。熱變形后的金屬具有再結(jié)晶組織而

不存在冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象，因?yàn)槔渥冃螐?qiáng)化被加熱時(shí)發(fā)生的再結(jié)晶過程消除。

熱變形能以較小的功達(dá)到較大的變形，變形抗力通常只有冷變形的1/5?1/1(),

所以金屬壓力加工多采用熱變形。但熱變形時(shí)因產(chǎn)生氧化脫碳現(xiàn)象，工件表

面粗糙，尺寸精度較低。

6.鋼中鍛造流線是怎樣形成的？要制造一種重要螺栓，鍛造流線怎樣分

布才合理？

解：鍛造時(shí)，金屬的脆性雜質(zhì)被打碎，順著金屬的主要伸長方向呈碎粒

狀或鏈狀分布；塑性雜質(zhì)隨著金屬變形，沿主要伸長方向呈帶狀分布。這種

熱鍛后的金屬組織具有一定的方向性，通常稱為鍛造流線。

要制造一種重要螺栓，鍛造流線的分布與零件外輪廓相符而不被切斷才

合理。即螺栓工作時(shí)的正應(yīng)力與流線方向一致，切應(yīng)力與流線方向垂直。

7.何謂金屬的可鍛性？如何衡量其好壞？影響可鍛性的因素有哪些？

解：金屬的可鍛性能是指金屬鍛壓成形的難易程度，它與塑性和變形抗

力有關(guān)，塑性愈高，變形抗力愈小，則可鍛性愈好，鍛造性能越好。反之，

鍛造性能愈差。金屬的可鍛性是金屬材料重要的工藝性能，影響可鍛性的主

要因素是金屬的本質(zhì)和變形條件。

X.壓力加T前，坯料加熱的目的是什么？

解：加熱的目的是提高金屬的塑性，降低變形抗力，以改善其可鍛性，

獲得良好的鍛后組織，

9.何謂始鍛溫度和終鍛溫度？始鍛或終鍛溫度過高或過低對鍛造有什么

影響？

解：始鍛溫度是指開始鍛造的溫度，也是允許的最高加熱溫度。這一溫

度不宜過高，否則可能造成過熱和過燒；但始鍛溫度也不宜過低，因?yàn)檫^低

則使鍛造溫度范I韋I縮小，縮短鍛造操作時(shí)間，增加鍛造過程的加熱次數(shù)。

終鍛溫度是指停止鍛造的溫度。這一溫度過高，易形成粗大晶粒，降低

力學(xué)性能；終鍛溫度過低，則塑性顯著降低，變形困難，容易產(chǎn)生冷變形強(qiáng)

化。

10.過熱和過燒對鍛件質(zhì)量有什么影響？如何防止過熱和過燒？

解：過熱是指將金屬加熱到過高溫度或高溫下保持時(shí)間過長而引起晶粒

粗大的現(xiàn)象。過熱的坯料鍛造性能不好，鍛出的鍛件的力學(xué)性能也差。生產(chǎn)

中常常采用退火熱處理將鋼的過熱組織細(xì)化。

過燒是指加熱溫度超過始鍛溫度過多，使晶粒邊界出現(xiàn)氧化及熔化的現(xiàn)

象。過燒金屬的塑性完全喪失，一鍛即碎。過燒是一種無法挽救的加熱缺陷。

生產(chǎn)中必須嚴(yán)格控制加熱溫度和保溫時(shí)間，以防止過熱和過燒。

11.何謂自由鍛、模鍛？比較它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

解：自由鍛是指只用簡單的通用性工具，或在鍛造設(shè)備的上、下砧間直

接使坯料變形而獲得所需的兒何形狀及內(nèi)部質(zhì)量鍛件的鍛造方法。

自由鍛工藝靈活，所用工具設(shè)備簡單，通用性較大，成本低，可鍛造小

至幾克大至數(shù)百噸的鍛件，但鍛件精度低，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，要求工人技術(shù)

水平較高，生產(chǎn)率低，

模鍛是指利用模具使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法。

模鍛與自由鍛比較有很多優(yōu)點(diǎn)，如：生產(chǎn)率較高，有時(shí)可比自由鍛高幾

十倍；鍛件形狀和尺寸比較精確，加工余量少，能鍛制形狀比較復(fù)雜的零件;

模鍛操作技術(shù)要求不高，工人勞動(dòng)強(qiáng)度低。但模鍛受到設(shè)備能力的限制，模

鍛件重量一般在150kg以下,且鍛模制造成木高.模鍛需要專門設(shè)備0

12.自由鍛造的基本工序有哪兒種？它們可完成哪些工作？

解：基本工序是使金屬產(chǎn)生一定程度塑性變形，以達(dá)到所需形狀和尺寸

的工藝過程，包括徽粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)移及鍛接等。

分別完成鍬粗、拔長、沖孔、切割、彎曲、扭轉(zhuǎn)、錯(cuò)移及鍛接等工作。

13.模型鍛造的鍛件為什么帶有飛邊？飛邊有什么作用？

解：模型鍛造的鍛件帶有飛邊是因?yàn)榻K鍛模膛的周圍開有飛邊槽。

飛邊作用：在模鍛過程中，當(dāng)金屬尚未充滿鍛模前，流入飛邊槽的金屬

可形成封閉環(huán)，阻止更多的金屬外流，以保證金屬充滿模膛。當(dāng)模膛充滿后,

飛邊槽還可容納被擠出的多余金屬。

14.胎模鍛與自由鍛、錘上模鍛相比，有哪些特點(diǎn)？適用于什么生產(chǎn)場

合？

解：胎模鍛與自由鍛相比，生產(chǎn)率高，鍛件精度高；與模鍛相比，不需

要專用模鍛設(shè)備，鍛模制造容易，工藝靈活。缺點(diǎn)是工人勞動(dòng)強(qiáng)度較高，生

產(chǎn)效率較低，模具壽命短。因此在小批量生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。

15.簡述自由鍛件和模鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求。

解：自由鍛件設(shè)計(jì)要求：在滿足使用性能要求的條件下，應(yīng)使鍛件形狀

簡單，易于鍛造。

⑴形狀簡單

⑵避免加凸臺(tái)、強(qiáng)肋、工字形截面

⑶避免曲面交接

⑷避免截面尺寸的急劇變化

模鍛件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求：

⑴設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮便于金屬充滿模膛，便于鍛件出模，便于制模及有利于

延長鍛模壽命等。

⑵模鍛件應(yīng)具有合理的分模而、模鍛斜度和圓角。

⑶鍛件的外形力求簡單、平直、對稱，避免截面差過大、薄壁、高肋和

高臺(tái)等結(jié)構(gòu)。

⑷應(yīng)避免窄溝、深槽、深孔及多孔結(jié)構(gòu)C

⑸對復(fù)雜鍛件，在條件許可下，可用鍛一焊組合結(jié)構(gòu)，以簡化工藝。

16.試述板料沖壓的特點(diǎn)和應(yīng)用？板料沖壓有哪些主要工序？

解：特點(diǎn)：可以壓制形狀復(fù)雜的零件，沖壓件具有較高的尺寸精度和表

面質(zhì)量，互換性好，一般不需切削加工，廢料較少。沖壓件的重量輕、強(qiáng)度

和剛度好。沖壓操作簡單，工藝過程便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化，生產(chǎn)率高，

成本低。由于沖模制造復(fù)雜，大批量生產(chǎn)時(shí)，板料沖壓的優(yōu)越性顯得尤為突

出。

應(yīng)用：板料沖壓應(yīng)用十分廣泛，如汽車、拖拉機(jī)、農(nóng)業(yè)機(jī)械、航空、電

器、儀表以及日用品等工業(yè)部門。

沖壓的基本工序可分為分離和成形兩大類。

17.為什么零件在拉深時(shí)會(huì)形成折皺？在實(shí)際生產(chǎn)中如何防止零件的折

皺？

解：拉深過程中，由于板料邊緣受到壓應(yīng)力的作用，很可能產(chǎn)生波浪狀

變形折皺。板料厚度愈小，拉深深度愈大，就愈容易產(chǎn)生折皺。

為防止拉深過程中坯料邊緣受切向壓應(yīng)力作用產(chǎn)生起皺，可用壓邊圈將

坯料周壓緊，進(jìn)行拉伸。壓力的大小以工件不起皺，不拉裂為宜。當(dāng)拉深件

的深度較大，不能一次拉深成形時(shí)，可多次拉深。多次拉深需進(jìn)行中間退火,

以消除冷變形強(qiáng)化，恢復(fù)塑性。