材料成型加工

第一章

P13/1、什么是液态合金的充型能力？合金的流动性取决于哪些因素？合金流动性不好对铸件质量有何影响？为什么铸钢的流动性比铸铁差？

答：熔融合金充满铸型型腔，获得形状完整，轮廓清晰铸件的能力，称合金的充型能力。

合金的流动性取决于流动性、浇注条件、铸型特点。

若合金的充型能力不足，在型腔填满之前金属液停止流动，铸件将产生浇不足或冷隔等缺陷；浇不足使铸件未能获得完整的形状，冷隔使铸件存在未完全熔合的垂直接缝，铸件的力学性能严重受损。

纯金属合共晶成分的合金在结晶在恒温下进行，结晶过程从表面开始向中心逐层推进，呈现为逐层凝固的特征；而其它成分的合金是在一定的温度范围内结晶的，由于初生树枝状晶体与液体两相共存，结晶过程呈中间凝固方式，粗糙的固液界面加大了合金的流动阻力，合金的流动性变差。铸铁组织与共晶成分接近，而铸钢的成分远离共晶点，因此其流动性比铸铁差。

3、既然提高浇注温度可改善充型能力，那么为什么又要防止浇注温度过高？

答：温度过高，合金的收缩量大，易产生缩孔与缩松，同时温度过高，凝固从于高温时间很长，晶粒长大严重，力学性能下降，因此，浇注温度不能过高。

5、为什么灰铸铁的收缩比碳钢小？

答：灰铸铁的收缩比碳钢小的原因有两个：1，铸铁是糊状而铸钢是层凝固。2，铸铁有石墨化膨胀，而铸钢几乎没有。

7、什么是定向凝固原则？什么是同时凝固原则？各需采用什么措施来实现？上述两种凝固原则各适用哪种场合？答：定向凝固原则是使逐渐远离冒口的部位先凝固，然后是靠近冒口的部位凝固，最后才是冒口凝固。同时凝固是尽量减少铸件各部位间的温度差，使其均匀的冷却加冒口，安放冷铁。

这两种凝固方式适合于收缩率较小的灰铁件铸造。铁水在砂型里面凝固的时候，定向凝固一般都是薄壁部分先凝固，厚壁的部分后凝固，也就是铸件壁厚凝固冷却速度有差异。而同时凝固指的是铸件所有壁厚凝固冷却速度温差较小，一般会在热节部位采用冷铁激冷的方式，迫使热节部位快速凝固，这种凝固方式适合于薄壁、壁厚较均匀的铸件。同时凝

固原则适用铝青铜，铝硅合金和铸钢件。定向凝固适用灰铸铁，锡青铜等。

8、分析如图所示轨道铸件热应力分布，并用虚线表示出铸件的变形方向。

答：热应力是由于铸件壁厚不均匀，各部分冷却速度不同，以致在同一时期铸件各部分收缩不一致引起的。

不均匀冷却使铸件的厚壁或心部受拉应力，薄壁或表层收压应力。铸件的壁厚差别越大、合金的线索缩率越高、弹性模量越大，热应力也越大。

P70/3、铸件的壁厚为什么不能太薄,也不宜太厚,而且应尽可能厚薄均匀?

答：太薄浇筑时浇不足，太厚易产生缩松、缩孔，而且不利于热处理。厚薄均匀有利于铸件凝固，从而避免缩孔、裂纹等等许多铸造缺陷。

第二章

P88/1、何谓塑性变形？塑性变形的实质是什么？

答：①塑性变形就是指当作用于金属的外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后，金属产生永久

性变形，这种变形就称为塑性变形。

②塑性变形的实质是金属晶体内部产生滑移的结构。

5、纤维组织是怎样形成的？它的存在有何利弊？

答：热加工时因铸锭中的非金属夹杂物沿金属流动方向被拉长而形成纤维组织。这些夹杂物在再结晶时不会改变其纤维状。存在的纤维组织会导致金属材料的力学性能呈现各向异性。沿纤维方向（纵向）较垂直于纤维方向（横向）的强度、塑形和冲击韧度都较高。

6、如何提高金属的塑性？最常用的措施是什么？

答：①提高金属的塑性应从以下方面着手：

a.改善金属内部组织：由于单相组织比多相组织的塑性好，均匀细小的组织比粗大的组织塑性好；因此，可以通过热处理的方法尽量获得单相组织或均匀细小的组织。

b.提高变形温度：提高金属塑性变形时的温度，金属的塑性指标增加、变形抗力降低，有利于金属的塑性成形。

c.提高金属塑性变形速度：尽量提高金属塑性变形速度，借助于热效应，使金属塑性指标提高、变形抗力降低，从而提高金属的塑性变形能力。

d.改善金属塑性变形的应力状态：尽量采用压应力数目较多的金属塑性变形方式，以提高金属的塑性。

②最常用的措施是提高金属塑形变形时的温度即对金属加热，在热状态下进行塑性成形。

P95/5、对自由锻造的锻件有哪些结构、工艺性要求？答：由于自由锻只限于使用简单的通用工具成形，因此自由锻件外形结构的复杂程度受到很大限制。在设计自由锻锻件时，除满足使用性能要求外，还应考虑锻造时是否可能，是否经济和方便，满足以下工艺性要求：

1，尽量避免椎体或斜面结构。

2，应避免圆柱面与圆柱面相交。

3，避免椭圆形、工字型或其他非规则形状界面及非规则外形。

4，避免加强筋和凸台等结构。

5，复杂件应设计成为由简单件构成的组合体。

P104/1、如何确定分模面的位置？为什么模锻生产中不能直接锻出通孔？

答：①在制定模锻件图时，须遵照下列原则确定分模面的位置：

a.要保证模锻件易于从模膛中取出。通常分模面选在模锻件的最大截面上。

b.所选定的分模面应能使模膛的深度最浅。这样有利于金属充填模膛，便于锻件的取出和锻模的制造。

c.选定的分模面应能使上、下两模沿分模面的模膛轮廓一

致。这样在安装锻模和生产中发现错模现象时，便于及时调整锻模位置。

d.分模面最好是平面，且上、下锻模的模膛深度尽可能一致。便于模膛制造。

e.所选分模面尽可能使锻件所加的敷料最少。这样既可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量。

②在模锻生产过程中，为了避免上、下模膛中的上、下模突出部分在模锻的锻足阶段直接接触，以避免该部分的直接刚性接触所引起的模具损坏或模锻设备损坏，提高模具的使用寿命，从而提高生产效率、保证模锻设备的安全运行，要求上、下模膛中的突出部分在锻足阶段有一定的距离。由于上、下模膛中的上、下模突出部分的高度有限，在模锻过程中不可能把金属完全分开而挤压出通孔，而只能压凹成盲孔，中间留有一层连皮，这层连皮在切飞边时冲除后，才成为通孔。

由此可知，在模锻生产中不能直接锻出通孔。

P118/3、板料冲压工序中的剪切和冲裁，冲孔和落料有什么异同？

答：1，冲孔和落料是使板料按封闭的轮廓分离的工序。冲孔是冲去中间的废料，周边为所需的零件，而落料则相反，是为了获得冲下的零件。

2，剪切是将板料沿不封闭曲线分离的一种加工方法，而冲裁则是将板料按粉笔轮廓分离的一种加工方法。

6、翻边件的凸缘高度尺寸较大而一次翻边实现不了时，应采取什么措施？

答：翻边件的凸缘高度尺寸较大，而一次翻边实现不了时，可采用先拉深，后冲孔，再翻边的工艺来实现。

7、在成批大量生产条件下，冲制外径为ф40mm、内径为ф20mm、厚度为2mm的垫圈时，应选用何种冲模进行冲制才能保证孔和外圆的同轴度？

答：应选用复合模进行冲制才能保证孔与外圆的同轴度。复合冲模是指在冲床的一次冲程中，在模具同一部位同时完成数道工序的冲模，适用于产量大、精度要求高的冲压件生产。

第三章

P135/1、焊接电弧是怎样一种现象？用直流电和交流电焊接时电弧有何差异？

答：电弧实质是在一定条件下，电荷通过两极之间的气体空间的一种导电现象，或者说是一种气体放电现象。

直流电焊接时有正接和反接之分，焊件接正极，焊条接负极，称为正接，反之称为反接。交流电焊接的时候，阴极阳极不断交替变化，所以不存在极性问题。

4、焊接应力是什么原因引起的？它对焊接结构有什么危害？如何消除焊接应力？

答：焊接过程是一个极不平衡的热循环过程，因而焊件各部分在热胀冷缩及塑性变形的影响下，产生焊接应力。焊接应力的存在将影响焊接构件的使用性能，其承载能力大大降低，甚至在外载荷改变时可能出现脆断的危险。消除的措施有：1，避免焊缝密集交叉和焊缝过大过长。2，选择合理的焊接顺序，使焊缝能够自由收缩。3，使用预热法。4，采用小能量焊接方法，分层焊。5，锤击焊缝法。6，焊后去应力退火处理。

5、分层焊时，焊工有时候会用圆头小锤对红热状态的焊缝进行敲击，请解释原因。

答：焊后使用圆头小锤对红热状态下的焊缝进行敲击可以延展焊缝，从而使焊接应力得到一定的释放。

P147/1、焊条药皮有哪些作用？在药皮形成中是否可以用硅铁、钛铁来替代锰铁？

答：在焊接过程中对保证焊缝质量和改善工艺性能起着极其重要的作用。1，稳弧。2，造气。3，造渣。4，脱氧。5，合金化。6，改善熔滴过渡。不能，因为Mn可以与S结合成MnS，MnS可熔入渣中而使硫部分脱除。

P172/4、如图1所示，焊接梁，材料为20钢，现有钢板最大长度为2500mm，设计要求：确定腹板、上、下翼板、筋板的焊缝位置；选择焊接方法；画出各条焊缝的接头形式；确定各条焊缝的焊接次序。

图1 焊接梁示意图

（1）焊接位置

应考虑到焊缝避免交叉密集、焊缝尽量中心对称、焊缝避开最大应力和应力集中处，另外还要考虑板材规格确定拼接方式。

因此确定如下图所示焊接位置（涂黑处表示上下翼板和

腹板的焊缝），中心应力最大不布置焊缝，焊件左右对称抵消焊接变形，板材拼接时焊缝不交叉密集。

图2 焊接位置示意图

（2）焊接方法

大批量生产时翼板和腹板分别采用埋弧焊焊接然后用焊条电弧焊连在一起，焊接筋板时同样用焊条电弧焊，小批量生产全部使用焊条电弧焊

（3）焊接接头

翼板腹板分别用对接接头拼接，然后T形接头组装，筋板同样采用T形接头。

同时注意翼板和腹板、翼板和筋板厚度不同，为避免较大应力集中，焊接前在翼板开凹槽。