材料成型技術(shù)基礎(chǔ)課后答案

第一章金屬液態(tài)成形

1.①液態(tài)合金的充型力量是指熔融合金布滿型腔，獲得輪廓清晰、外形完整

的優(yōu)質(zhì)鑄件的力量。②流淌性好，熔融合金充填鑄型的力量強，易于獲得尺

寸精確、外形完整的鑄件。流動性不好，則充型力量差，鑄件簡潔產(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

流淌性最好，純金屬次之，最終是固溶體合金。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，因而流淌性較好。

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)峻，反而是鑄件簡

潔產(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?？s孔大而集中，更簡潔被發(fā)覺，可以通過肯定的工藝

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)合金布滿型腔后，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，便會在鑄件的最終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布滿。冷隔是

鑄造后的工件稍受肯定力后就消失裂紋或斷裂，在斷口消失氧化夾雜物，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，也便于觀看澆鑄狀況。而冒口是為避開鑄件消失缺陷而附加在鑄

件上方或側(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

晰地分開。定向凝固中熔融合金沿著與熱流相反的方向依據(jù)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消失縮孔的厚大部位安放冒口，并同時采納其

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漸漸遞增的溫度梯

度，從而實現(xiàn)由遠(yuǎn)離冒口的部位像冒口方向挨次地凝固。鑄件相鄰各部位或

鑄件各處凝固開頭及結(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，以及壁厚勻稱、合

金結(jié)晶溫度范圍廣，但對致密性要求不高的鑄件。

6.不勻稱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）便利，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，可將凸臺延長至分型面

1.13結(jié)構(gòu)圓角可削減熱節(jié)，緩解應(yīng)力集中。分型面的圓角不合理，應(yīng)當(dāng)為直角。

1.14a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淌。綜合比較，b較好

1.15加工困難是由于外形結(jié)構(gòu)存在凹面，起模困難，斷腿是由于直角連接處

存在應(yīng)力集中?？蓪⒅苯歉臑閳A角，適當(dāng)增加壁厚。依據(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)過于簡單?？蓪⒖陂_成與內(nèi)壁寬度相同，平滑連接，削減型芯數(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，簡潔產(chǎn)生縮孔等缺陷。過渡處倒圓角，

尤其是半徑轉(zhuǎn)換的地方。在不轉(zhuǎn)變結(jié)構(gòu)的狀況下，可以從底部加一塊型芯，既

可以避開過厚，又可以削減重量。

1.18熔模鑄造又稱失蠟鑄造，是采用蠟來制作外殼，形成模具，澆鑄成型的鑄

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?/p>

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校芑灹息苄蜌け簾?，將型殼放?00-950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)省造型材料，減輕環(huán)境污染。金屬型因不透氣且無退讓性，鑄件

簡潔產(chǎn)生冷隔冷缺陷，加上金屬型無潰散性，因此不宜鑄造外形簡單、薄壁、

大型鑄件。制造成本高，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

充型力量；便于制造雙金屬鑄件。

1.26類別灰鑄鐵石墨形態(tài)片狀制造過程適用范圍常用于制造床身、機座

等要求耐壓、消振、減磨耐磨的零件wc?2.6~3.6%wsi?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簡單鑄件，加

工前應(yīng)進(jìn)行清除應(yīng)力退火。消退白口退火用于表層或薄壁處消失白口組織的灰

鑄鐵。對表面要求高硬度高耐磨的導(dǎo)軌等可采納接觸電阻加熱進(jìn)行表面淬火。

可鍛鑄鐵團絮狀適于制造外形簡單，壁厚薄，承受振動，要求較高強化學(xué)

成分的鐵水快速冷卻獲得白口組織，再進(jìn)行高溫、度的小鑄件，如彎頭等WC?

2.2~2.8%wsi?1.0%~1.8%先由肯定長時間石墨化退火。球墨鑄鐵球狀

wsi?2.0%~3.2%wc?3.6~4.0%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)用于曲軸、凸

輪軸等承受載荷較大、承受振動和肯定沖擊、要求耐磨損的鑄件。蠕墨鑄鐵

蠕蟲狀與球墨鑄鐵相像，只是蠕化鑄鐵液中加入的是適量的蠕化劑?？焖倮?/p>

卻可用于制造汽缸蓋，鋼錠模，液壓閥等鑄件耐磨性要求不高的抗磨鑄件,

可鍛鑄鐵白口胚件等白口鑄鐵滲碳體

1.28可鍛鑄鐵的碳、硅含量低，流淌性差，而且冷卻速度快，故相宜鑄造薄壁

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ob?175mpa,滿意條件，而其余的兩個不滿意。

其次章金屬塑性成形

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：最小阻力定律是指金屬在塑性變形過程中，假如金屬質(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。由于閉式的模膛使得材

料發(fā)生塑性變形時，朝著填滿型腔方向的阻力唯一最?。ㄩ_式的可能朝幾個方

向的阻力都最?。虼诵室鄬Ω咭恍?。

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、其次相等，在熱塑性變形時，隨金屬晶

粒的變形方向或延長呈條狀、線狀或破裂呈鏈狀分布，金屬再結(jié)晶后也不會轉(zhuǎn)

變，仍舊保留下來，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“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，假如加熱溫度過高，導(dǎo)致金屬的晶粒急劇增大，這種

現(xiàn)象稱為“過熱”；假如溫度過高接近熔點時，晶界發(fā)生氧化或者局部溶化的現(xiàn)

象稱為“過燒”。過熱會導(dǎo)致金屬塑性減小，塑性成形力量下降；過燒會導(dǎo)致金

屬的塑性變形力量完全消逝。

2-4推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力量，可以采納降

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力量，但當(dāng)變形速度高于臨界值時，降低

變形速度降低了材料的塑性變形力量。（3）為了消退鍛件中的纖維組織，可以

采納熱處理的方式實現(xiàn)。錯誤；只能通過塑性變形轉(zhuǎn)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

圓鋼鎖粗到60mm高嗎?為什么?

答：s0H0=s1H1Y^=s0/s1=H1/H0=165/75=2.2;Y^=120/60=2；不能，由于

整體鍛粗用圓形截面坯料的高度和直徑比不大于2.5~3,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？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，然后局部繳粗，鍛出頭部；D

較大，L較小時，先鍛粗，然后鍛軸桿。

2-9答：a）不適合，結(jié)構(gòu)簡單且有肋板；

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當(dāng)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全都4、盡量采納平面，

并使上下模膛深度基本一致5、是模鍛件上的敷料最少，鍛件外形盡可能與零

件外形全都。

2-12模鍛與自由鍛有何區(qū)分？

答：1、模鍛需要模具及鍛壓設(shè)施，投資較大，生產(chǎn)效率高，適合批量生產(chǎn)。自

由鍛設(shè)施簡單，但是生產(chǎn)效率低，適合單件小批量生產(chǎn)

2、模鍛能鍛造外形簡單的鍛件，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。削減切削加工工作量。自由鍛尺寸精度低，加工余量大，耗材

多

3、模鍛操作簡潔、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2-35

2-15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)峻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?。婚g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。

2-18a）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

O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，此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沖孔落料彎曲

2-23不能；VD0=1.43%D1=D0*m1=52.5-66.15>25所以不能一次拉深。

d2=39.375~50.274,d3=30.712-39.716,d4=24.57~32.17,d5=20.15-27;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模口中流出，或布滿凸、凹模型腔，而獲得所需要外形

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)斷面及其簡單或具有深孔、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，迫使金屬坯料通過拉拔?？?，以獲得相應(yīng)外形與尺寸

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)施簡潔，維

護(hù)便利，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)軋輻的作用下產(chǎn)生連續(xù)塑性變形，從而獲得所要求截

面外形并轉(zhuǎn)變其性能的加工方法，稱為軋輻。生產(chǎn)效率高，但是投資較大，而

且工作環(huán)境較差，對軋輯有較高的要求。

4、旋壓：旋壓是采用旋壓機是毛坯和模具以肯定的速度共同旋轉(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

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表面，從

而獲得所需外形和尺寸零件的加工方法。所需成形工藝力小，施壓工具簡潔，

費用低，可用來加工某些外形比較簡單的零件，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)施上鍛造出外形簡單、高精度鍛件的模鍛工藝。常用與

成批生產(chǎn)外形簡單、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)施要求較高。

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（￡=10-2~10-4/S）、肯定的變形

溫度（約為熔點肯定溫度的一半）和勻稱的細(xì)晶粒度（晶粒平均直徑為0.2?5口

m）條件下，伸長率6超過100%的塑性成形。特點：大延長、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

1.當(dāng)電弧中有空氣侵入時，液態(tài)金屬會發(fā)生劇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?？梢圆杉{以下措施：①在焊接過

程中，對溶化金屬進(jìn)行機械愛護(hù)，使之與空氣隔開。②對焊接熔池進(jìn)行冶金處

理，主要通過在焊接材料中加入肯定的脫氧劑和肯定的合金元素，在焊接過程

中排解Fe。，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體介質(zhì)才能形成電弧，在真空中無法實現(xiàn)。

6.采納直流弧焊機進(jìn)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。溝通時，不存

在正反接狀況。

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。選擇合理的焊接挨次：盡量使焊縫能自由收縮，削

減焊接應(yīng)力；對稱焊縫采納分散對稱工藝。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，采用機械力，產(chǎn)生塑性變形來矯正焊接變形?；?/p>

焰矯正變形，采用金屬局部受熱后的冷卻來抵消己經(jīng)發(fā)生的焊接變形。

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。為避開這類變形，應(yīng)在焊接時采

納預(yù)防和減小焊接應(yīng)力和變形的工藝措施，如焊前預(yù)熱。選擇合理的焊接挨次

等，在焊接后還可以采納消退焊接應(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可采納焊條電弧焊、埋弧焊、氣體愛護(hù)焊和電阻焊等。采納電弧焊時，

焊前進(jìn)行預(yù)熱，焊后進(jìn)行去應(yīng)力退火以消退焊接應(yīng)力。可以用雙Y型破口上

下兩面進(jìn)行焊接。

②可采納焊條電弧焊。焊前進(jìn)行預(yù)熱以減小焊接應(yīng)力。采納細(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，