《機械制造基礎(chǔ)》自學考試 習題及解答

目錄第1章緒論 2第2章金屬材料的力學性能 3第3章金屬的結(jié)構(gòu)及結(jié)晶 5第4章鐵碳合金 7第5章鋼的熱處理 9第6章金屬材料與非金屬材料 12第7章鑄造 15第8章壓力加工 18第9章焊接 21第10章金屬切削原理與刀具 26第11章金屬切削機床 30第12章切削加工方法 32第13章機械加工工藝 36第14章機床夾具設(shè)計 42第15章特種加工與先進制造技術(shù) 47

第1章緒論1.簡答題（1）按照在制造過程中質(zhì)量的變化，將零件制造方法分為哪三類？具體有哪些方法？答：1）將零件制造的工藝方法分為材料去除法（質(zhì)量減少Δm<0）、材料成形法（質(zhì)量不變，Δm=0）和材料累加法（質(zhì)量增加，Δm>0）三種類型。2）材料去除法：車削、銑削、鉆削、刨削、磨削等；材料成形法：鑄造、鍛造、粉末冶金及沖壓等；材料累加法：分層實體制造、光固化立體造型、熔融沉積成形等。2.分析題（1）制造技術(shù)發(fā)展的歷史對于當時社會經(jīng)濟運行和發(fā)展有哪些重要的影響？答：制造技術(shù)的發(fā)展是社會經(jīng)濟發(fā)展的主要支撐。從石器時代的簡單工具到20世紀的高精度機床，人類技術(shù)的突破改變了生產(chǎn)能力，加速了社會經(jīng)濟發(fā)展的步伐。制造技術(shù)的發(fā)展對工業(yè)化的推進和部分農(nóng)牧產(chǎn)品的轉(zhuǎn)變方式表現(xiàn)出了深遠的影響。越來越高級的生產(chǎn)工藝和成本意識，催化了傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的轉(zhuǎn)變，形成了制造業(yè)、商貿(mào)業(yè)、服務(wù)業(yè)和新技術(shù)等新經(jīng)濟結(jié)構(gòu)，使社會經(jīng)濟快速發(fā)展。制造技術(shù)的發(fā)展也促進了社會生活水平的提高。易操作、經(jīng)濟高效的制造技術(shù)，不僅對人們的謀生造成正面影響，也為普羅大眾提供了更加高效、更具競爭力的服務(wù)，改變了人類生活的方式、思維模式，以及基本的生活福祉。（2）機械制造業(yè)在國民經(jīng)濟中占有什么樣的位置？為什么說機械制造業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)？答：1）機械制造業(yè)是現(xiàn)代工業(yè)的主體，是國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，是國家工業(yè)體系的重要基礎(chǔ)和國民經(jīng)濟各部門的裝備部。2）在國民經(jīng)濟的各個行業(yè)中所使用的各種各樣的機械儀器及工具，其性能、質(zhì)量都受機械制造業(yè)生產(chǎn)能力、加工效率的影響。因此，機械制造業(yè)對整個工業(yè)的發(fā)展起到基礎(chǔ)和支撐作用，機械制造技術(shù)水平的提高對整個國民經(jīng)濟的發(fā)展，以及科技、國防實力的提高有著直接和重要的影響，是衡量一個國家科技水平和綜合國力的重要標志。

第2章金屬材料的力學性能1.名詞解釋使用性能、屈服強度、上屈服強度、下屈服強度、抗拉強度、斷后伸長率、斷面收縮率、沖擊韌性、沖擊韌度、疲勞強度、物理性能、化學性能答：1）使用性能：指金屬材料在使用過程中表現(xiàn)出來的性能，它包括力學性能（強度、塑性、硬度、沖擊韌性、疲勞強度等）、物理性能（密度、熔點、熱膨脹性、導熱性、導電性等）以及化學性能（耐蝕性、抗氧化性等）。2）屈服強度：指當金屬材料呈現(xiàn)屈服現(xiàn)象時，在試驗期間發(fā)生塑性變形而力不增加的應(yīng)力點。3）上屈服強度ReH：指試樣發(fā)生屈服而力首次下降前的最高應(yīng)力。4）下屈服強度ReL：指在屈服期間不計初始瞬時效應(yīng)時的最低應(yīng)力。5）抗拉強度：指金屬材料抵抗外力而不致斷裂的最大應(yīng)力值，用符號Rm表示。6）斷后伸長率：試樣被拉斷后標距的伸長量與原始標距的百分比，用符號A表示。7）斷面收縮率Z：指斷裂后試樣橫截面面積的最大縮減量與原始橫截面面積之比的百分率。8）沖擊韌性：指材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，常用標準試樣的沖擊吸收能量K表示，沖擊吸收能量由沖擊試驗測得。9）沖擊韌度：將沖擊吸收能量除以試樣缺口處的橫截面面積所得之商，是材料沖擊韌性的一種力學性能指標，用符號αK表示。10）疲勞強度：材料在承受無數(shù)次應(yīng)力循環(huán)而不斷裂或達到規(guī)定的循環(huán)次數(shù)才斷裂的最大應(yīng)力。11）物理性能：指金屬材料在固態(tài)時所表現(xiàn)出來的一系列物理現(xiàn)象的性能，主要包括密度、熔點、熱膨脹性、導熱性、導電性和磁性等。12）化學性能：指金屬材料在室溫或高溫下抵抗外界介質(zhì)對其化學侵蝕的能力。2.簡答題（1）什么是金屬材料的力學性能?根據(jù)載荷形式的不同，力學性能主要包括哪些指標?答：1）金屬的力學性能（又稱為機械性能），是指金屬材料在不同的溫度、介質(zhì)等環(huán)境因素下，承受外加載荷（靜載荷、動載荷和交變載荷等）作用所表現(xiàn)出來的性能。2）根據(jù)載荷形式的不同，常用的力學性能指標有強度、剛度、塑性、硬度、沖擊韌性和疲勞強度等。（2）什么是塑性?衡量的指標有哪些?答：1）塑性是指材料受力時產(chǎn)生塑性變形而不斷裂的能力。2）工程上常用伸長率A和斷面收縮率Z來評價。（3）什么是硬度?壓入法硬度試驗常用的硬度指標有哪些?答：1）硬度是指材料表面在外力作用下，抵抗局部變形，尤其是塑性變形、壓痕或劃痕的能力，是衡量材料軟硬的指標。2）壓入法硬度試驗，按照試驗方法不同，可分為布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度等指標。（4）簡述布氏硬度、洛氏硬度和維氏硬度的硬度試驗原理。答：1）布氏硬度值是由布氏硬度試驗測定的，其試驗原理是：用一定直徑D的硬質(zhì)合金球作為壓頭，在規(guī)定試驗力F的作用下壓入試件表面，保持規(guī)定的時間后卸除試驗力，測量試樣表面壓痕直徑d，用載荷與壓痕球形表面積的比值乘以一個常數(shù)（0.102）作為布氏硬度（HBW）值。2）洛氏硬度試驗法是將特定尺寸、形狀和材料的壓頭（錐頂角為120°的金剛石圓錐體或一定直徑的碳化鎢合金球），按照規(guī)定分兩級試驗力壓入試樣表面，初試驗力加載后測量初始壓痕深度，隨后施加主試驗力，在卸除主試驗力后保持初試驗力時測量最終壓痕深度。根據(jù)殘余壓痕深度h（最終壓痕深度和初始壓痕深度的差值）來計算洛氏硬度值。3）維氏硬度的試驗原理是用一個相對面夾角為136°的金剛石正四棱錐體壓頭，在規(guī)定試驗力F作用下壓入試樣表面，保持規(guī)定時間后，卸除試驗力，測量試樣表面壓痕兩對角線的平均長度d，進而計算出壓痕的表面積S，以0.102×F/S的數(shù)值來表示被測試試樣的硬度值，稱為維氏硬度。（5）什么是金屬材料的工藝性能，它包括哪些方面?答：1）金屬材料的工藝性能是指金屬材料在加工和制造過程中具有的某種特性。2）它包括鑄造性能、鍛造性能、壓力加工性能、焊接性能、切削加工性能和熱處理工藝性能等。3.分析計算題（1）退火低碳鋼做成的d0=10mm，L0=50mm的標準圓形短試樣經(jīng)拉伸試驗，得到如下數(shù)據(jù)：載荷FeL=21100N試樣產(chǎn)生屈服現(xiàn)象，載荷加至Fm=34500N時，試樣產(chǎn)生頸縮現(xiàn)象，然后被拉斷，拉斷后試樣標距長度為Lu=65mm，斷裂處直徑為du=6mm。試求低碳鋼的抗拉強度Rm、屈服強度ReL、伸長率A、斷面收縮率Z。答：抗拉強度Rm=FmS0=34500/π（d屈服強度ReL=FeLS0=21100/π（d伸長率A=Lu-L0L斷面收縮率Z=S0-SuS0×100%=（π（d0/2）2-π（d0/2）2）/π（d0/2）2×100%=（（d0/2）2-（d0/2）2）/（（2）將一根鐵絲反復折彎會發(fā)生什么現(xiàn)象?分析其原因。答：將一根鐵絲反復折彎會發(fā)生：金屬材料在交變載荷下長時間工作而引起斷裂現(xiàn)象。原因是金屬材料表面存在微觀瑕疵裂紋，稱為疲勞源；當材料在交變載荷下工作時，疲勞源處易發(fā)生應(yīng)力集中，從而使裂紋逐漸擴展，形成裂紋擴展區(qū)；當裂紋擴展不斷擴展，使得載荷超過了裂紋擴展區(qū)之外部分的強度極限時，發(fā)成脆性斷裂。（3）用標準試樣測得的金屬材料的力學性能能否直接代表材料制成零件的力學性能?為什么?答：不能直接代表。因為標準試樣測試的材料力學性能主要取決于材料的組織結(jié)構(gòu)、材料的熱處理方法和零件的幾何形狀、尺寸參數(shù)和加工工藝等，這些條件決定了構(gòu)件承受的環(huán)境，應(yīng)力集中、應(yīng)力分布影響著材料的力學性能。

第3章金屬的結(jié)構(gòu)及結(jié)晶1.名詞解釋晶胞、晶粒、晶界、多晶體、過冷度、自發(fā)形核、非自發(fā)形核、同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、合金、組元、合金系、相、組織、固溶體、間隙固溶體、置換固溶體、金屬化合物、固溶強化、合金相圖、勻晶相圖、共晶相圖答：1）晶胞：如果把所有具有相同環(huán)境的原子或原子群作為一個質(zhì)點，則晶體結(jié)構(gòu)可以抽象為這些質(zhì)點在空間上的、周期性規(guī)則排列的空間點陣，晶胞是在空間點陣中取一單位體積（通常為六面體）作為點陣的最小組成單元。2）晶粒：由于每個小晶體都具有不規(guī)則的顆粒外形，晶粒是微小的或\o"微米_微百科"微米尺度的晶體。3）晶界：晶粒與晶粒之間的界面。4）多晶體：由于晶界是兩相鄰晶粒不同晶格方位的過渡區(qū)，所以在晶界上原子排列總是不規(guī)則的，這種由多晶粒組成的晶體結(jié)構(gòu)稱為“多晶體”。5）過冷度：理論結(jié)晶溫度與實際結(jié)晶溫度之差。金屬結(jié)晶的過冷度與冷卻速度有關(guān)，冷卻速度愈快，過冷度就愈大。6）自發(fā)形核：又叫均質(zhì)形核，指液態(tài)金屬絕對純凈，無任何雜質(zhì)，也不和型壁接觸，只是依靠液態(tài)金屬能量的變化，由晶胚直接生核的過程。7）非自發(fā)成核：在實際生產(chǎn)中，金屬液體內(nèi)總是存在著各種固態(tài)質(zhì)點，這種依附于固態(tài)質(zhì)點表面而形成晶核的過程稱為非自發(fā)成核。8）同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：某些固態(tài)金屬在不同溫度和壓力下呈不同的晶體結(jié)構(gòu)，同一種固態(tài)的純金屬（或其他單相物質(zhì)），在加熱或冷卻時由一種穩(wěn)定狀態(tài)變成另一種晶體結(jié)構(gòu)不同的穩(wěn)定狀態(tài)的轉(zhuǎn)變。9）合金：由兩種或二種以上的金屬元素或金屬元素和非金屬元素組成的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)。10）組元：組成合金的元素，組元一般指化學元素，但穩(wěn)定化合物也可以看成是一個組元。11）合金系：指兩種或兩種以上元素按不同比例配制的系列不同成分的合金。12）相：在物質(zhì)中，凡是成分相同，結(jié)構(gòu)相同，并與其他部分以界面分開的均勻組成部分。13）組織：在金相顯微鏡下所觀察到的金屬及其合金中各種晶粒的大小、相貌和分布情況，也稱為顯微組織或金相組織。14）固溶體：當合金由液態(tài)結(jié)晶為固態(tài)后，組元間仍能相互溶解而形成的晶體相。15）間隙固溶體：溶質(zhì)原子分布在溶劑晶格的間隙處而形成的固溶體。16）置換固溶體：溶劑晶格結(jié)點上的原子被溶質(zhì)原子所代替的固溶體。17）固溶強化：由于形成固溶體而引起強度提高的現(xiàn)象。18）金屬化合物：合金組元間發(fā)生相互作用而形成具有金屬特性的一種新相。19）合金相圖：表示在平衡狀態(tài)下，合金系中的合金狀態(tài)與溫度、成分之間關(guān)系的圖解。20）二元勻晶相圖：二組元在液態(tài)和固態(tài)均能無限互溶所構(gòu)成的相圖。21）共晶相圖：兩組元在液態(tài)時無限互溶，固態(tài)時有限溶解，結(jié)晶時發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變，形成兩相機械混合物的相圖。2.簡答題（1）純金屬晶格的基本類型有哪幾種?答：金屬晶體結(jié)構(gòu)有三種，即體心立方、面心立方和密排六方晶格。（2）實際金屬有哪些晶體缺陷?答：點缺陷（晶格空位、間隙原子和置換原子）、線缺陷（晶體中呈連續(xù)線狀分布的位錯）和面缺陷（晶界）三類。（3）生產(chǎn)中有哪些細化晶粒的方法?答：增加過冷度、變質(zhì)處理、附加振動和降低澆注速度等。（4）間隙固溶體的形成條件是什么?答：當溶質(zhì)與溶劑的原子直徑之比小于0.59時，可形成間隙固溶體。（5）金屬化合物相的主要性能特點及其在合金中的作用。答：化合物一般具有復雜的晶格，熔點高，硬而脆。在一個合金系中，固溶體和金屬化合物都是合金的基本相。合金中的化合物分布在固溶體相的基體上，將使合金的強度、硬度明顯提高，但塑性和韌性有所降低。3.分析題（1）純金屬結(jié)晶時，分析其冷卻曲線為什么有一段水平線段?答：純金屬結(jié)晶時，液態(tài)金屬放出熱量凝固成固態(tài)金屬過程中，溫度并不隨時間的變化而變化，直到全部液態(tài)金屬凝固成固態(tài)金屬時，溫度才隨著時間的增加而降低。即，固液二相過程中，溫度不變。所以，純金屬冷卻線有一段水平。（2）金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬結(jié)晶有何異同之處?答：金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變與液態(tài)金屬的結(jié)晶過程有許多相似之處：有一定的轉(zhuǎn)變溫度，轉(zhuǎn)變時都有過冷現(xiàn)象；放出和吸收潛熱；轉(zhuǎn)變過程也是一個形核和晶核長大的過程。例如：同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變時，由于晶界處具有較高的能量，新晶格的晶核總是在原來晶粒的晶界處形核；另外固態(tài)時原子的遷移擴散較困難，所以轉(zhuǎn)變時需要較大的過冷度；晶格的變化伴隨著金屬體積的變化，轉(zhuǎn)變時會產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力。

第4章鐵碳合金1.名詞解釋鐵素體、奧氏體、滲碳體、珠光體、萊氏體、Fe-Fe3C相圖1）鐵素體：碳溶解在α-Fe中的間隙固溶體，常用符號F表示。具有體心立方晶格，其溶碳能力很低，常溫下僅能溶解為0.0008%的碳，在727℃時最大的溶碳能力為0.02%。稱為鐵素體或α固溶體。亞共析成分的奧氏體通過先共析析出形成鐵素體。2）奧氏體：鋼鐵的一種層片狀的顯微組織，通常是碳在面心立方晶格γ-Fe中形成的間隙固溶體。3）滲碳體：鐵與碳形成的金屬化合物，其化學式為Fe3C。滲碳體的含碳量為ωc=6.69%，熔點為1227℃。其晶格為復雜的正交晶格，硬度很高HBW=800，塑性、韌性幾乎為零，脆性很大。4）珠光體：鐵素體和滲碳體一起組成的機械混合物。碳素鋼中珠光體組織的平均碳含量約為0.77%。它的力學性能介于鐵素體和滲碳體之間，即其強度、硬度比鐵素體顯著增高，塑性、韌性比鐵素體要差，但比滲碳體要好得多。5）萊氏體：鋼鐵材料基本組織結(jié)構(gòu)中的一種，常溫下為珠光體、滲碳體和共晶滲碳體的混合物。由液態(tài)鐵碳合金發(fā)生共晶轉(zhuǎn)變形成的奧氏體和滲碳體所組成，其含碳量為ωc=4.3%。6）鐵碳合金相圖：由試驗方法獲得的。wc>6.69%的鐵碳合金在工業(yè)上無使用價值，而當wc=6.69%時，鐵和碳形成較穩(wěn)定的滲碳體，可作為合金的一個組元。鐵碳合金相圖就是以純鐵為一個組元，F(xiàn)e3C為另一個組元組成的，故又稱為Fe-Fe3C相圖。它描述了鐵碳合金在平衡狀態(tài)下成分、溫度與組織之間的關(guān)系。2.簡答題（1）Fe-Fe3C相圖中的基本組織有哪些?答：相圖中有四個基本相，對應(yīng)四個單項區(qū)，分別為：ACD以上為液相區(qū)，AESG為奧氏體區(qū)，GPQ為鐵素體區(qū)，DFK為滲碳體區(qū)。1）四個單相區(qū)：鐵素體（F）、奧氏體（A）、液相（L）和滲碳體（Fe3C）。2）五個兩相區(qū)：L+A、L+Fe3CI、A+Fe3CII、A+F、F+Fe3CⅢ。3）兩個三相區(qū)：ECF共晶線是液相、奧氏體、滲碳體的三相共存線（L、A、Fe3C），PSK共析線是奧氏體、鐵素體、滲碳體的三相共存線（A、F、Fe3C）。（2）說明一次滲碳體、二次滲碳體和三次滲碳體的區(qū)別。答：一次滲碳體是從液相中直接析出的。二次滲碳體是從奧氏體中析出的。三次滲碳體是從鐵素體中析出的。要從組織上講，一次滲碳體只有在含碳量大于2.11%的鐵碳合金（白口鐵）中才能見到。其形貌可以是大塊的板條（過共晶白口鐵中）。另外，高溫萊氏體中包含的滲碳體也可以算作一次滲碳體，因為它們也是從液相中經(jīng)共晶反應(yīng)析出的。二次滲碳體最典型的就是過共析鋼退火平衡組織中，沿晶界網(wǎng)狀分布的那些。另外，珠光體中包含的滲碳體片層也可以算作二次滲碳體，因為它們也是由奧氏體中經(jīng)共析反應(yīng)析出的。（3）簡述鐵碳合金相圖的應(yīng)用。答：1）在選材方面的應(yīng)用，鐵碳合金中隨著碳的質(zhì)量分數(shù)的不同，其平衡組織各不相同，從而導致其力學性能不同，可以根據(jù)零件的不同性能要求來合理地選擇材料。2）在鑄造生產(chǎn)上的應(yīng)用，鐵碳合金中隨著碳的質(zhì)量分數(shù)的增加，其熔點是隨之下降的，工業(yè)純鐵的熔點最高，鑄鐵的熔點最低。3）在鍛壓生產(chǎn)上的應(yīng)用，鋼在室溫時的組織為兩相混合物，塑性較差，變形困難，只有將其加熱到單相奧氏體狀態(tài)，才能獲得較低的強度、較好的塑性和較小的變形抗力，才會易于鍛壓成形。4）在焊接生產(chǎn)上的應(yīng)用，焊接時，由于局部區(qū)域被快速加熱，故從焊縫到母材各處的溫度是不相同的，造成冷卻后的組織性能不同，強度、硬度、韌性、塑性就不均勻，從而容易在脆弱處形成損壞。5）在熱處理生產(chǎn)上的應(yīng)用，鐵碳合金在固態(tài)加熱或冷卻過程中均有相的變化，所以對鋼和鑄鐵可以進行有相變的退火、正火、淬火和回火等熱處理。3.分析題（1）根據(jù)Fe-Fe3C相圖，說明下列現(xiàn)象產(chǎn)生的原因：①低溫萊氏體Ld'比珠光體（答：因為萊式體組織是珠光體和滲碳體的機械混合物，本身就比單一組織差，珠光體又加上脆硬的滲碳體，更加降低了塑性程度。②加熱到1100oC，wc=0.4%的鋼能進行鍛造，wc=4%的鑄鐵不能鍛造；答：wc=0.4%的鋼，其韌性和強度在正常鍛造比例情況下可以鍛造，wc=4%是鑄鐵的含碳量，高于可段性鑄鐵的含碳量，可鍛性鑄鐵的含碳量一般不高于1.4%。③鉗工鋸高碳成分wc≥0.77%的鋼材比鋸低碳成分wc≤0.2%的鋼料費力，鋸條容易磨損；答：因為含碳量大。高碳鋼硬度高，所以鋼條容易磨損。④鋼適宜于鍛壓加工成形，而鑄鐵適宜于鑄造成形；答：因為鋼含碳量在0.0218%~%2.11之間，塑性比較大，抗拉性能比較好，而流動性不好，特別是含碳量在0.35%左右的鋼比較適宜成型加工。鑄鐵含碳量在2.11%~6.69%脆性比較大，抗壓性能比較好，而抗拉強度很小，但流動性很好，所以說鋼適宜壓力加工成型而鑄鐵適宜鑄造成型。⑤鋼鉚釘一般用低碳鋼制成。答：低碳鋼的塑性比較好，一般在生產(chǎn)過程中還要對鉚釘進行退火處理，消除其應(yīng)力，提高韌性。所以鋼鉚釘一般用低碳鋼制成。（2）倉庫內(nèi)存放的兩種同規(guī)格鋼材，其碳含量分別為：wc=0.45%，wc=0.8%，因管理不當混合在一起，試提出兩種以上方法加以鑒別。答：成分：直接分析含碳量，此法最為方便，簡捷。硬度：0.45%鋼硬度比0.8%鋼硬度低很多。組織：0.45%鋼室溫組織為鐵素體+珠光體，0.8%鋼室溫組織為珠光體，組織中不含有鐵素體，但此方法需研磨+腐蝕處理，較復雜。

第5章鋼的熱處理1.名詞解釋鋼的熱處理、等溫冷卻、連續(xù)冷卻、退火、完全退火、球化退火、等溫退火、正火、淬火、回火、調(diào)質(zhì)處理、表面淬火、化學熱處理、滲碳、滲氮、碳氮共滲鋼的熱處理：將鋼在固態(tài)下施加不同的加熱、保溫和冷卻的工藝方法使鋼的內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而獲得所需性能的工藝過程。等溫冷卻：指將加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，快速冷卻到低于A1的某一溫度，并等溫停留一段時間，使奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變，然后再冷卻到室溫。連續(xù)冷卻：將把加熱到奧氏體狀態(tài)的鋼，以不同的冷卻速度連續(xù)冷卻到室溫。退火：將鋼加熱到略高于或略低于臨界點（Ac1、Ac3）某一溫度，保溫一定時間，然后緩慢冷卻（一般隨爐冷卻）的熱處理工藝。完全退火：又稱為重結(jié)晶退火，是將亞共析鋼工件加熱到Ac3以上30~50°C，保溫一定時間后隨爐緩慢冷卻至600°C以下，出爐空冷至室溫的熱處理工藝。球化退火：將工件加熱到Ac?以上30~50°C，保溫一定時間后以不大于50°C/h的速度隨爐冷卻，最終獲得的組織為球狀珠光體（球狀滲碳體分布在鐵素體基體上）。等溫退火：將鋼件加熱到Ac3以上30~50°C（亞共析鋼）或Ac1以上20~40°C（共析鋼和過共析鋼），保持一定時間，使其奧氏體化和奧氏體均勻化。正火：將鋼加熱到Ac3（亞共析鋼）或Accm（共析鋼和過共析鋼）以上30~50°C，保溫后從爐中取出空冷的一種熱處理工藝。淬火：將鋼件加熱到Ac1（或Ac3）以上30~50°C，保溫后快速冷卻以獲得馬氏體或貝氏體組織的熱處理工藝?；鼗穑簩撝匦录訜岬紸c?以下某一溫度，保溫后在空氣或油中冷卻到室溫的熱處理工藝。調(diào)質(zhì)：淬火加高溫回火的雙重熱處理方法，其目的是使工件具有良好的綜合機械性能。表面淬火：利用快速加熱使鋼件表層迅速達到淬火溫度，不等熱量傳到心部就立即淬火冷卻，從而使表層獲得馬氏體組織，心部仍為原始組織?；瘜W熱處理：將工件置于適當?shù)幕钚越橘|(zhì)中加熱和保溫，使一種或幾種元素滲入工件表層，以改變其表面層的化學成分、組織和性能的熱處理工藝。滲碳：將工件放在滲碳性介質(zhì)中，使其表面層滲入碳原子的一種化學熱處理工藝。滲氮：向鋼件表面滲入氮原子，形成含氮硬化層的化學熱處理過程。碳氮共滲/氮碳共滲：向鋼的表面同時滲入碳和氮的過程，以滲碳為主的稱為碳氮共滲，以滲氮為主的稱為氮碳共滲。2.簡答題（1）鋼熱處理加熱后保溫的目的是什么?答：為了使加熱材料的內(nèi)外溫度一致，能夠使材料得到比較理想的性能：比如硬度、韌性、彈性、塑性等。（2）正火與退火的主要區(qū)別是什么?生產(chǎn)中應(yīng)如何選擇正火與退火?答：正火與退火的主要區(qū)別在于溫度、冷卻速度、周期、使用效果。正火的溫度較高，退火的溫度較低。正火的冷卻速度比退火的冷卻速度快。正火的周期短，操作方便；退火的周期長，操作較麻煩。使用效果不同，在滲碳處理以后，正火能消除網(wǎng)狀滲碳體，退火則不能。選擇：1）從切削加工性上考慮，對于低、中碳結(jié)構(gòu)鋼以正火作為預先熱處理比較合適，高碳結(jié)構(gòu)鋼和工具鋼則以退火為宜。至于合金鋼，由于合金元素的加入，使鋼的硬度有所提高，故中碳以上的合金鋼一般都采用退火以改善切削性。2）從使用性能上考慮，如工件性能要求不太高，隨后不再進行淬火和回火，那么往往用正火來提高其機械性能，但若零件的形狀比較復雜，正火的冷卻速度有形成裂紋的危險，應(yīng)采用退火。3）從經(jīng)濟上考慮，正火比退火的生產(chǎn)周期短，耗能少，且操作簡便，故在可能的條件下，應(yīng)優(yōu)先考慮以正火代替退火。（3）常用回火有哪幾種?回火后的組織分別是什么?鋼的性能與回火溫度有何關(guān)系?答：回火分為低溫回火、中溫回火、高溫回火。低溫回火（150~150℃）得到的是回火馬氏體組織，在保存高硬度的情況下，降低鋼的淬火應(yīng)力和脆性；中溫回火（350~500℃）得到的是回火托氏體組織，硬度為HRC40~50，這類組織具有高的彈性極限和屈服極限，具有較好的韌性，主要用于彈性元件等；高溫回火（500~650℃）高溫回火得到的是鐵素體+細粒滲碳體的混合物即回火索氏體組織，具有優(yōu)良的綜合力學性能，多用于結(jié)構(gòu)零件淬火后的回火。隨著回火溫度的升高，硬度、強度下降，而塑性、韌性提高。（4）常用的化學熱處理方法有哪幾種?各適用哪些鋼材?答：化學熱處理可分為滲碳、滲氮、碳氮共滲等。1）滲碳熱處理適用于表面要求高硬度、高耐磨性，而心部要求高韌性的零件，如齒輪、軸類、活塞銷、凸輪等。2）滲氮適用于耐磨性和精度都要求較高的零件或要求抗熱、抗蝕的耐磨件。3）中溫氣體碳氮共滲的主要目的是提高鋼的硬度、耐磨性和疲勞強度。所用的鋼大多為低碳鋼、中碳鋼或合金鋼，如20CrMnTi。主要用于汽車和機床齒輪、蝸輪、蝸桿和軸類零件。4）低溫氣體氮碳共滲以滲氮為主，碳鋼、合金鋼、鑄鐵及粉末冶金材料均可進行低溫氣體氮碳共滲處理。主要應(yīng)用于模具、量具、刃具以及耐磨、承受彎曲疲勞的結(jié)構(gòu)件。3.分析題（1）確定下列工件的熱處理方法：①用60鋼絲熱成形的彈簧；答：淬火+中溫回火。②用45鋼制造的軸，心部要求有良好的綜合力學性能，軸頸處要求硬而耐磨；答：調(diào)質(zhì)+感應(yīng)加熱淬火（軸頸處）。③用T12鋼制造的銼刀，要求硬度為60~65HRC；答：淬火+低溫回火。④鍛造過熱的60鋼鍛坯，要求細化晶粒。答：完全退火（或等溫退火）。（2）45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，硬度為240HBS，若再進行180°C回火，能否使其硬度提高?為什么?又45鋼經(jīng)淬火、低溫回火后，若再進行560°C回火，能否使其硬度降低?為什么?答：45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后，若再進行180℃回火，不能使其硬度提高。因為調(diào)質(zhì)處理得到的組織為回火索氏體，若再進行180℃回火，不會改變回火索氏體的組織形態(tài)。45鋼經(jīng)淬火、低溫回火后，若再進行560℃回火，將會使其硬度降低。因為高溫回火將使低溫回火得到的回火馬氏體組織轉(zhuǎn)變?yōu)榛鼗鹚魇象w組織，因而使其硬度降低。（3）根據(jù)下列零件的性能要求及技術(shù)條件選擇熱處理工藝方法：①用45鋼制作的某機床主軸，其軸頸部分和軸承接觸要求耐磨，52~56HRC，硬化層深1mm。答：整體的軸做調(diào)質(zhì)處理，軸徑與軸承接觸面做高頻表面淬火。②用45鋼制作的直徑為18mm的傳動軸，要求有良好的綜合力學性能，22~25HRC，回火索氏體組織。答：調(diào)質(zhì)處理。③用20CrMnTi制作的汽車傳動齒輪，要求表面高硬度、高耐磨性、58~63HRC，硬化層深0.8mm。答：滲碳淬火+低溫回火。④用65Mn制作的直徑為5mm的彈簧，要求高彈性，38~40HRC，回火托氏體。答：淬火+中溫回火。

第6章金屬材料與非金屬材料1.名詞解釋合金鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼、合金滲碳鋼、合金調(diào)質(zhì)鋼、彈簧鋼、滾動軸承鋼、高速鋼、冷作模具鋼、熱作模具鋼、特殊性能鋼、不銹鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、鑄鐵、白口鑄鐵、麻口鑄鐵、灰鑄鐵、塑料、陶瓷、特種陶瓷、纖維復合材料、疊層復合材料合金鋼：在Fe-C合金中加入一些其他的金屬或非金屬元素構(gòu)成的鋼。低合金結(jié)構(gòu)鋼：又叫普通低合金鋼，是在碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上，加入少量（不大于3%）的合金元素冶煉而成的。合金滲碳鋼：指經(jīng)過滲碳熱處理后使用的低碳合金結(jié)構(gòu)鋼，具有外硬內(nèi)韌的性能，用于承受沖擊的耐磨件，如汽車、拖拉機中的變速齒輪，內(nèi)燃機上的凸輪軸、活塞銷等。合金調(diào)質(zhì)鋼：經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有良好的綜合機械性能的合金鋼，這類鋼含碳量一般為中碳成分wc=0.30%~0.50%。彈簧鋼：指的是制造各類彈簧及其他彈性元件的專用合金鋼。滾動軸承鋼：指制造各類滾動軸承套圈及滾動體的專用鋼。高速鋼：一種高碳高合金工具鋼，具有高的含碳量（0.70%~1.65%）冷作模具鋼：使金屬在冷態(tài)下變形或成形所使用的模具鋼，屬于高碳成分的鋼，常加入鉻、錳、鉬、釩等合金元素。熱作模具鋼：指適宜于制作對金屬進行熱變形加工的模具用的合金工具鋼，屬于中碳成分（0.5%~0.6%），具有良好的綜合機械性能，常加入錫、錳、鎳、鉬等合金元素以提高淬透性和進一步改善鋼的性能。特殊性能鋼：指具有某些特殊的物理、化學或力學性能的合金鋼。不銹鋼：指在自然環(huán)境或一定工業(yè)介質(zhì)中能抵抗腐蝕作用的鋼。耐熱鋼：指在高溫下具有高的抗氧化性和高溫熱強性的鋼。它是通過在鋼中加入合金元素鉻、硅、鋁等使鋼件表面形成一層致密的、高熔點的氧化膜，抑制內(nèi)部金屬繼續(xù)氧化。耐磨鋼：指在強大沖擊和擠壓條件下才能硬化的高錳鋼，其典型鋼種是ZGMn13型。它是生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛的一種耐磨鋼，其主要成分的特點是高碳（0.9%~1.45%）、高錳（11%~14%）。鑄鐵：wc>2.11%（一般為2.5%~4.0%）的鐵碳合金，是以鐵、碳、硅為主要組成元素，并比碳鋼含有較多硫、磷等雜質(zhì)元素的多元合金。白口鑄鐵：鑄鐵中的碳主要以滲碳體形式存在，斷口呈白亮色。灰鑄鐵：鑄鐵中的碳主要以片狀石墨的形式存在，斷口呈灰色。灰鑄鐵具有良好的鑄造性能和切削加工性能，且價格低廉，制造方便，因而應(yīng)用比較廣泛。麻口鑄鐵：鑄鐵中的碳既以滲碳體形式存在，又以石墨狀態(tài)存在。斷口夾雜著白亮的游離滲碳體和暗灰色的石墨，故又稱為麻口鐵。塑料：一類以天然或合成樹脂為主要成分，加入用來改善性能的各種添加劑，在一定溫度、壓力條件下經(jīng)塑制成形，并在常溫下能保持形狀不變的高分子工程材料。陶瓷：由天然或人工合成的粉狀礦物原料和化工原料組成，經(jīng)過成形和高溫燒結(jié)制成的，由金屬和非金屬元素構(gòu)成化合物反應(yīng)生成的多晶體相固體材料。特種陶瓷：以人工化合物（如氧化物、氮化物、碳化物等）為原料制成的。因其有獨特的性能，可滿足工程上的特殊需要。纖維復合材料：主要是由纖維與樹脂復合而成的。層疊復合材料：將兩種以上不同材料層疊在一起形成的。2.簡答題（1）合金元素在鋼中的基本作用有哪些?答：增加固溶強化鋼的力學性能；增加鋼的淬透性，提高鋼的力學性能；提高鋼的抗腐蝕性能；提高鋼的高溫性能。（2）低合金結(jié)構(gòu)鋼的性能有哪些特點?主要用途有哪些?答：具有良好的塑性、韌性及良好的焊接性和壓力加工性；加入合金元素，使其強度、硬度、耐蝕性比普通碳素結(jié)構(gòu)鋼高。主要用于工程建筑、車輛、船舶、油罐、輸油管等。（3）對量具鋼有何要求?量具通常采用何種最終熱處理工藝?答：對量具鋼的性能要求是：高的硬度、高的耐磨性能、高的防銹性能、受溫度影響變形量小。一般都會進行淬火熱處理，還有進行冷凍處理。多次進行140~180℃的穩(wěn)定處理與冷處理。使得量具的穩(wěn)定性能得到保證。（4）硬質(zhì)合金的種類、特點和用途。答：硬質(zhì)合金按照成分和用途可以分為以下幾類：1）鎢鉬鈷硬質(zhì)合金。硬度高、耐磨、抗腐蝕性能好。廣泛應(yīng)用于機械加工、采礦、油田鉆頭等領(lǐng)域。2）鎢鈦鈷硬質(zhì)合金。硬度高，耐磨、耐腐蝕性能好。廣泛應(yīng)用于切削工具、鉆頭、刨刀、齒輪等領(lǐng)域。3）鎢鈷硬質(zhì)合金。硬度高，耐磨性能好，熱穩(wěn)定性好。廣泛應(yīng)用于切削工具、礦山鉆頭、刨刀、切割刀片等領(lǐng)域。4）鎢鉻鈷硬質(zhì)合金。硬度高、耐磨性能好。廣泛應(yīng)用于機械加工、采礦、油田鉆頭等領(lǐng)域。5）鎢鎳鐵硬質(zhì)合金。硬度高、耐蝕性能好。廣泛應(yīng)用于電線電纜、汽車零部件、切割刀片等領(lǐng)域。（5）機床的床身、床腳和箱體為什么大都采用灰鑄鐵鑄造?答：由于鑄鐵在受振動時，石墨能起緩沖作用，它阻止振動的傳播，并把振動能量轉(zhuǎn)為熱能，使灰鑄鐵減振能力約比鋼大10倍，故常用作承受壓力和振動的機床的床身、床腳、箱體等零件。（6）銅合金按化學成分可分為哪幾類?答：純銅、黃銅、鑄造銅合金、青銅和白銅。（7）軸承合金應(yīng)具有哪些性能要求?答：軸承合金應(yīng)具有如下性能：1）良好的減摩性能。要求由軸承合金制成的軸瓦與軸之間的摩擦系數(shù)要小，并有良好的可潤滑性能；2）有一定的抗壓強度和硬度能承受轉(zhuǎn)動著的軸施于的壓力；但硬度不宜過高，以免磨損軸頸；3）塑性和沖擊韌性良好。以便能承受振動和沖擊載荷，使軸和軸承配合良好；4）表面性能好。即有良好的抗咬合性、順應(yīng)性和嵌藏性；5）有良好的導熱性、耐腐蝕性和小的熱脹系數(shù)。（8）什么是復合材料?按其增強體分類時，分可分為哪幾類?答：復合材料是由兩種或兩種以上的組分材料通過適當?shù)闹苽涔に噺秃显谝黄鸬男虏牧?，其既保留原組分材料的特性，又具有原單一組分材料所無法獲得的或更優(yōu)異的特性。強調(diào)增強體時則以增強體材料的名稱為主，如碳纖維增強復合材料、玻璃纖維增強復合材料等。按增強體的幾何形態(tài)分類可分為連續(xù)纖維增強復合材料：包括單向纖維（一維）、無緯布疊層、二維織物層合、多向編織復合材料和混雜復合材料；短纖維復合材料：晶須、短切纖維無規(guī)則地分散在基體材料中制成的復合材料；薄片增強復合材料：增強體是長與寬尺寸相近的薄片，以平面二維為增強材料與基體復合而成的復合材料。按增強纖維種類分類可分為玻璃纖維復合材料、碳纖維復合材料、有機纖維（芳香族聚酰胺纖維、芳香族聚酯纖維、高強度聚烯烴纖維等）復合材料、金屬纖維（如鎢纖維、不銹鋼絲等）復合材料、陶瓷纖維（如氧化鋁纖維、碳化硅纖維、硼纖維等）復合材料。3.分析題試比較碳素工具鋼、低合金刃具鋼和高速鋼的熱硬性，并說明高速鋼熱硬性高的主要原因。答：碳素工具鋼在溫度高于200℃時熱硬性變差；低合金刃具鋼熱硬性在300℃以下；用高速鋼熱硬性可達600℃。高速鋼熱硬性高的主要原因是高速鋼的含碳量較高，wc在0.75%～1.60%的范圍內(nèi)，并含有大量的碳化物形成元素鎢、鉬、鉻、釩等。高的碳含量是為了在淬火后獲得高碳馬氏體，并保證形成足夠的碳化物，從而保證其高硬度、高的耐磨性和良好的熱硬性；鎢和鉬的作用相似（質(zhì)量分數(shù)為1%的鉬相當于質(zhì)量分數(shù)為2%的鎢），都能提高鋼的熱硬性。含有大量鎢或鉬的馬氏體具有很高的回火穩(wěn)定性，在500～600℃的回火溫度下，因析出微細的特殊碳化物（W2C、MozC）而產(chǎn)生二次硬化，使鋼具有高的熱硬性，同時還提高鋼的耐磨性。

第7章鑄造1.名詞解釋液態(tài)收縮、凝固收縮、固態(tài)收縮、縮孔、縮松、熱應(yīng)力、砂型鑄造、手工造型、機器造型、澆注系統(tǒng)、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、離心鑄造、消失模鑄造答：液態(tài)收縮：液態(tài)金屬從澆注溫度到凝固開始溫度（液相線溫度）之間的收縮。凝固收縮：液態(tài)金屬從凝固開始溫度到凝固終止溫度（固相線溫度）之間的收縮。固態(tài)收縮：金屬從凝固終止溫度到室溫之間的收縮。縮孔：鑄件在冷凝過程中收縮而產(chǎn)生的孔洞?？s松：鑄件最后凝固的區(qū)域沒有得到液態(tài)金屬或合金的補縮形成分散和細小的縮孔。熱應(yīng)力：由于鑄件壁厚不均勻、各部分冷卻速度不同，以致在同一時期鑄件各部分收縮不一致而引起的應(yīng)力。砂型鑄造：使用型砂制造鑄型的鑄造方法。手工造型：全部用手工或手動工具完成造型工作的一種鑄造造型方法。機器造型：用機器完成全部或至少完成緊砂與起模操作的造型方法。澆注系統(tǒng)：液態(tài)金屬流入鑄型型腔的通道。金屬型鑄造：將金屬液在重力作用下，澆注入用金屬制成的鑄型中冷卻凝固而獲得鑄件的鑄造方法。壓力鑄造：將液態(tài)或半液態(tài)金屬在高壓、高速下壓入鑄型型腔，并在壓力下冷卻凝固而獲得鑄件的特種鑄造方法。。低壓鑄造：將液態(tài)金屬在低壓（0.02~0.06MPa）作用下，自下而上壓入鑄型型腔，并在一定壓力下冷卻凝固而獲得鑄件的特種鑄造方法。離心鑄造：將金屬液澆注入高速旋轉(zhuǎn)（250~1500r/min）的鑄型中，使其在離心力的作用下充填鑄型并冷卻凝固而獲得鑄件的特種鑄造方法。。消失模鑄造：用泡沫塑料模制造鑄型后不取出模樣，澆注金屬時模樣汽化消失獲得鑄件的鑄造方法。2.簡答題（1）什么是液態(tài)合金的充型能力?影響合金充型能力的工藝因素有哪些?答：液態(tài)合金充型能力是指液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得形狀完整、輪廓清晰鑄件的能力。影響充型能力的因素主要有合金的流動性、鑄型性質(zhì)、鑄件結(jié)構(gòu)和澆注條件。（2）鑄件為什么會產(chǎn)生縮孔、縮松?如何防止或減少它們的危害?答：鑄件產(chǎn)生縮孔縮松的原因：冒口大小設(shè)計不合理，不足以補充體積收縮量；冒口設(shè)計位置不合理，沒有設(shè)計在最后凝固的位置.防止措施：1）合理設(shè)計冒口的大小與安放位置；2）必要時增加工藝補貼；3）盡量將容易產(chǎn)生縮孔縮松的位置放在鑄件不重要的位置。（3）什么是鑄造內(nèi)應(yīng)力?鑄造內(nèi)應(yīng)力對鑄件質(zhì)量有何影響?如何減小和防止這種應(yīng)力?答：鑄造內(nèi)應(yīng)力：鑄件在凝固之后繼續(xù)冷卻至室溫的過程中，若固態(tài)收縮受到阻礙，鑄件內(nèi)部將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱為鑄造內(nèi)應(yīng)力。鑄造內(nèi)應(yīng)力會導致鑄件變形、破裂等。措施：1）合理地設(shè)計鑄件的結(jié)構(gòu)鑄件，如設(shè)計成對稱結(jié)構(gòu)，使其內(nèi)應(yīng)力互相平衡；采用反變形工藝；設(shè)置拉肋；2）采用同時凝固的工藝；3）時效處理。（4）典型澆注系統(tǒng)由哪幾個部分組成?各部分有何作用?答：典型澆注系統(tǒng)包括：外澆道、直澆道、橫澆道、內(nèi)澆道等1）外澆道容納注入的金屬液并緩解液態(tài)金屬對砂型的沖擊。小型鑄件通常為漏斗狀（稱澆口杯），較大型鑄件為盆狀（稱澆口盆）。2）直澆道是連接外澆道與橫澆道的垂直通道，改變直澆道的高度可以改變型腔內(nèi)金屬液的靜壓力從而改善液態(tài)金屬的充型能力。3）橫澆道是將直澆道的金屬液引入內(nèi)澆道的水平通道，一般開在砂型的分型面上。橫澆道的主要作用是分配金屬液入內(nèi)澆道和隔渣。4）內(nèi)澆道直接與型腔相連，能調(diào)節(jié)金屬液流入型腔的方向和速度，調(diào)節(jié)鑄件各部分的冷卻速度。（5）砂型鑄造時鑄型中為何要有分型面?說明選擇分型面應(yīng)遵循的原則。答：在砂型鑄造時，鑄型的分型面是為了分隔凹模和凸模，將在模具中成型的零件分開，以利于取出鑄件。分型面選擇原則：便于起模、簡化造型和盡量使鑄件位于同一砂箱內(nèi)。（6）為什么鑄件壁的連接要采用圓角和逐步過渡的結(jié)構(gòu)?答：可以避免連接處引起的熱節(jié)和應(yīng)力集中，減少縮孔和裂紋。當設(shè)計鑄件的壁厚不能完全均勻時，厚壁與薄壁的聯(lián)接應(yīng)采用逐步過渡的連接方法，可避免由于壁厚的突變而產(chǎn)生的應(yīng)力集中。3.分析題（1）題圖1所示鑄件各有兩種結(jié)構(gòu)，哪一種比較合理?為什么?題圖1圖a）右邊的方案較合理。原因：接頭因交叉處熱節(jié)較大，內(nèi)部容易產(chǎn)生縮孔或縮松，內(nèi)應(yīng)力也難以松弛，故較易產(chǎn)生裂紋。右邊的封閉內(nèi)腔接頭處形成交錯結(jié)構(gòu)，避免了內(nèi)腔連接壁之間的直接連接導致熱應(yīng)力加劇，有效避免和減少了熱變形和收縮應(yīng)力。圖b）右邊的方案較合理。原因：左圖中由于上下兩個圓弧凸臺影響起模，凸臺處要用活塊才能順利起模，導致造型麻煩。而右圖將兩個圓弧改為直線結(jié)構(gòu)，使起模順利便捷，而且可以不用活塊造型。圖c）左邊的方案較合理。原因：右圖中頂蓋上端面為大面積的水平面，在澆注充型時不容易充滿整個平面，因而會產(chǎn)生澆不足和冷隔缺陷。而左圖將其改為斜錐體結(jié)構(gòu)，澆注中合金液流動阻力小，充型能力強，可以較好地避免澆不足和冷隔缺陷。圖d）右邊的方案較合理。原因：左圖結(jié)構(gòu)中型芯中心與分型面不重合，也與分模面不重合，只能用三箱造型，使造型工藝復雜和型芯安放困難，增加了錯箱機會。而改用右圖則使型芯中心與分型面、分模面重合，用兩箱造型即可。圖e）左邊的方案較合理。原因：左圖中鑄件壁厚較為均勻，不易產(chǎn)生縮松和裂紋，而且輪輻上的孔加工方便。而右圖壁厚不均勻，易產(chǎn)生縮松和裂紋；輪輻與輪緣和輪轂連接為銳角，會產(chǎn)生熱量的集聚和應(yīng)力集中。圖f）右邊的方案較合理。原因：左圖中鑄件內(nèi)腔為封閉空腔結(jié)構(gòu)，其型芯安放較為困難、充型中排氣不暢、凝固后清砂困難。而右圖將封閉內(nèi)腔改為開放結(jié)構(gòu)，使上述問題迎刃而解。圖g）左邊的方案較合理。原因：右圖結(jié)構(gòu)中，上部法蘭要用外型芯；內(nèi)腔由于下部內(nèi)環(huán)臺孔直徑較內(nèi)腔小，要用內(nèi)型芯造內(nèi)腔；左邊橫內(nèi)孔壁厚過厚及軸向過長，加上與下立壁成直交，形成交接不合理和較大的熱節(jié)存在。造型時要用三箱造型，一是造型工藝復雜，二是增加錯箱機會。左圖結(jié)構(gòu)則只需用整模兩箱造型，內(nèi)腔用自帶型芯結(jié)構(gòu)即可，大大簡化了造型工藝。（2）下列鑄件在大批量生產(chǎn)時，采用什么鑄造方法為宜?鋁活塞；汽輪機葉片；大模數(shù)齒輪滾刀；車床床身；發(fā)動機缸體；大口徑鑄鐵管；汽車化油器鋼套；鑲銅軸承答：1）鋁活塞：金屬型鑄造；2）汽輪機葉片：熔模鑄造；3）大模數(shù)齒輪滾刀：熔模鑄造；4）車床床身：砂型鑄造；5）發(fā)動機缸體：壓力鑄造；6）大口徑鑄鐵管：離心鑄造；7）汽車化油器鋼套：金屬型鑄造；8）鑲銅軸承：離心鑄造。

第8章壓力加工1.名詞解釋滑移、冷變形強化、回復、冷變形、熱變形、鍛造流線、自由鍛造、鐓粗、拔長、沖孔、胎模鍛、模鍛、板料沖壓、沖裁、排樣、彎曲、拉深、成形答：滑移：晶體在切應(yīng)力τ的作用下，一部分相對于另外一部分，沿著原子排列緊密的晶面（稱為滑移面）做相對運動，從而產(chǎn)生塑性變形。冷變形強化：金屬在室溫下塑性變形，由于內(nèi)部晶粒沿變形最大方向伸長并轉(zhuǎn)動、晶格扭曲畸變以及晶內(nèi)、晶間產(chǎn)生碎晶的綜合影響，增加了進一步滑移變形的阻力，從而引起金屬的強度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象稱為冷變形強化（或加工硬化）。回復：將金屬加熱至一定溫度后，金屬原子的運動能力增強，由不規(guī)則的排列轉(zhuǎn)向規(guī)則的排列，晶格畸變得到緩解，內(nèi)應(yīng)力減小，從而部分消除冷變形強化，使強度、硬度略有下降，塑性、韌性略有上升的現(xiàn)象稱為回復。冷變形：金屬在室溫下塑性變形，由于內(nèi)部晶粒沿變形最大方向伸長并轉(zhuǎn)動、晶格扭曲畸變以及晶內(nèi)、晶間產(chǎn)生碎晶的綜合影響，增加了進一步滑移變形的阻力，從而引起金屬的強度、硬度上升，塑性、韌性下降的現(xiàn)象。熱變形：在再結(jié)晶溫度以上的變形稱為熱變形。鍛造流線：鑄錠產(chǎn)生塑性變形時，其基體金屬的晶粒和沿晶界分布的雜質(zhì)都將沿著變形方向被拉長，變形前無方向性的雜質(zhì)則呈纖維狀分布，這種結(jié)構(gòu)稱為纖維組織（通常稱為鍛造流線）。自由鍛造：采用通用工具或直接在鍛造設(shè)備的上、下砥鐵間，在沖擊力或靜壓力的作用下，使坯料變形獲得鍛件的方法稱為自由鍛。鐓粗：用機械裝置加工鍛件，使坯料的整體或一部分高度減小、斷面積增大的工序。分為完全鐓粗、局部鐓粗和墊環(huán)鐓粗等。拔長：用機械裝置加工鍛件，使毛坯橫截面積減小、長度增加的鍛造工序。有平砥鐵拔長、心軸拔長、心軸擴孔等。沖孔：指利用沖擊力學傳遞裝置，在坯料上沖出通孔或不通孔的鍛造工序。沖孔有單面沖孔和雙面沖孔兩種方法有實心沖子沖孔、空心沖子沖孔、板料沖孔等。胎模鍛：在自由鍛設(shè)備上使用可移動的簡單模具生產(chǎn)鍛件的一種鍛造方法。模鍛：利用鍛模使坯料變形而獲得鍛件的鍛造方法。板料沖壓：在沖床上用沖模使金屬或非金屬板料產(chǎn)生分離或變形而獲得制件的加工方法。沖裁：將板坯在沖模刃口作用下沿封閉輪廓分離的工序，沖孔和落料都屬于沖裁。排樣：落料件在條料、帶料上的布置方法。彎曲：利用彎曲模使工件軸線彎成一定角度和曲率的成形方法。拉伸：利用模具將平板毛坯變成杯形、盒形等開口空心零件的工序。成形：用各種局部變形的方式來改變工件或坯料形狀的各種加工工藝方法，這些方法多數(shù)是在沖裁、彎曲、拉深等之后進行的，主要包括翻邊、脹形、壓筋、壓坑等。2.簡答題（1）冷變形強化對金屬組織性能及加工過程有何影響?答：冷變形能使金屬獲得較高的硬度，產(chǎn)品表面質(zhì)量好、尺寸精度高，一般不需再切削加工。但冷變形后會產(chǎn)生冷變形強化，隨著變形程度的增加，加工會變得越來越困難。生產(chǎn)中常用冷變形來提高產(chǎn)品的表面質(zhì)量和性能，冷沖壓、冷擠壓和冷拉等都屬于冷變形。（2）再結(jié)晶對金屬組織和性能有何影響?答：再結(jié)晶可以完全消除塑性變形引起的全部冷變形強化，并使晶粒細化，改善力學性能。（3）自由鍛造的基本工序有哪些?答：自由鍛造的基本工序是指鍛造過程中直接改變坯料形狀和尺寸的工藝過程，主要包括鐓粗、拔長、彎曲、沖孔、扭轉(zhuǎn)、錯移等。（4）什么是金屬的鍛壓性能（可鍛性）?鍛壓性能取決于哪些因素?答：材料在鍛造過程中經(jīng)受塑性變形而不開裂的能力，常用塑性和變形抗力兩個指標來綜合衡量。取決于金屬的化學成分、金屬組織、變形溫度、變形速度和應(yīng)力狀態(tài)。（5）鍛造流線的存在對金屬的力學性能有何影響?在機械零件設(shè)計中應(yīng)如何考慮鍛造流線的問題?答：鍛造流線使金屬在性能上具有方向性，對金屬變形后的質(zhì)量也有影響。鍛造流線越明顯，金屬在縱向（平行流線方向）的塑性和韌性越高，而在橫向（垂直流線方向）的塑性和韌性越低。在設(shè)計和制造零件時，應(yīng)盡量使零件在工作中產(chǎn)生的最大正應(yīng)力方向與鍛造流線方向一致，最大切應(yīng)力方向與鍛造流線方向垂直，并使流線分布與零件的輪廓相符合，盡量使鍛造流線組織不被切斷。（6）模鍛與自由鍛相比有哪些特點?為什么不能取代自由鍛造?答：1）生產(chǎn)效率高，金屬的變形在模膛內(nèi)進行，鍛件成形快，一般比自由鍛高數(shù)倍；2）鍛件尺寸精度高，加工余量小，從而節(jié)約金屬材料和切削加工的工時；3）能鍛造形狀比較復雜的鍛件；4）熱加工流線分布合理，大大提高了零件的力學性能和使用壽命；5）操作過程簡單，易于實現(xiàn)機械化和自動化生產(chǎn)，工人勞動強度低。模鍛的鍛件尺寸精確、加工余量較小、結(jié)構(gòu)可以較復雜，而且生產(chǎn)率高。但鍛模制造周期長、成本高，而且鍛件不能太大。因此，模鍛適用于中小型鍛件的成批和大量生產(chǎn)。（7）模鍛件為何需有模鍛斜度、模鍛圓角和沖孔連皮?答：斜度：便于從模腔中取出鍛件。圓角：增加鍛件強度，使鍛造金屬易于充滿模腔，避免鍛模上的內(nèi)尖角處產(chǎn)生裂紋，減緩鍛模外尖角處磨損，從而提高模具使用壽命。沖孔和留連皮：1）方便后續(xù)加工，沖孔可以在模鍛件中形成孔洞，為后續(xù)的切割、鉆孔、鉚接等加工提供方便。留連皮則可以使得模鍛件在被切割時不易變形，提高切割的精度和效率。2）提高抗拉強度。留連皮可以保留模鍛件的一部分原始材料，從而提高模鍛件的抗拉強度和硬度。3）改善氣孔問題。在模鍛件制造中，可能會產(chǎn)生氣孔和缺陷。通過留連皮可以有效地改善氣孔問題，提高模鍛件的質(zhì)量和可靠性。（8）沖孔和落料有何異同?保證沖裁件質(zhì)量的措施有哪些?答：相同點：沖孔和落料兩個工序的坯料變形分離過程和模具結(jié)構(gòu)都是一樣的。不同點：目的不同，沖孔的目的是獲得帶孔的制件，落料是為了獲得具有一定的形狀和尺寸的落料件。應(yīng)用領(lǐng)域不同，落料針對于需進一步加工工件的下料，或直接沖制出工件。沖孔，由于管材是空心筒狀毛坯，沖孔時凸、凹模接觸的管壁是孤面而不像板材那樣是平面，故需采取特殊的工藝措施及其模具結(jié)構(gòu)形式。基準不同，沖孔按沖頭為基準。落料按沖孔為基準。保證沖裁件質(zhì)量的措施有：選擇合適的沖頭和模具，嚴格控制過程參數(shù)，采用合理的沖頭布局，修磨模具，預熱及冷卻材料，改進模具結(jié)構(gòu)，加強模具護盾等。（9）拉深時常見的缺陷有哪些?如何預防這些缺陷?答：拉深時常見的缺陷有起皺和拉裂。預防此類缺陷的措施包括：合理設(shè)計模具結(jié)構(gòu)與尺寸，如設(shè)置壓邊裝置、加大凸模和凹模的圓角半徑以及模具間隙，采用適當?shù)臐櫥绞?。?0）擠壓成形的工藝特點是什么?答：擠壓成形的工藝特點是：1）擠壓時金屬處于三向受壓狀態(tài)，可以提高金屬坯料塑性。2）可加工出形狀復雜、深孔、薄壁和異型斷面零件。3）擠壓變形后，零件內(nèi)部纖維組織基本上沿零件外形分布而不被切斷，從而提高了零件的力學性能。4）材料利用率可達70%，生產(chǎn)率比其他鍛造方法提高幾倍。3.分析題（1）題圖1所示的零件在單件、小批量及大批量生產(chǎn)時應(yīng)選擇何種鍛造方法?題圖1答：單件生產(chǎn)時均可采用自由鍛。小批量生產(chǎn)時均可采用胎膜鍛。大批量生產(chǎn)時鍛件a選用平鍛機上鍛造，鍛件b和c選用錘上模鍛。（2）用題圖2所示板料毛坯拉深圖b或c圖零件時，哪個較難成形?為什么?題圖2答：圖b較難成形，深度大，直徑小，拉伸變形量大。

第9章焊接1.名詞解釋焊接、熔焊、壓焊、釬焊、焊條電弧焊、焊芯、埋弧焊、氬弧焊、CO2氣體保護焊、氣焊、電渣焊、電阻焊、點焊、縫焊、對焊、摩擦焊1）焊接：通過加熱或加壓（或兩者并用），使焊件形成原子（分子）間結(jié)合的一種成形方法，是一種不可拆卸的永久性連接方法，可以使用（或不用）填充材料。2）熔化焊（熔焊）：利用局部加熱的手段，將工件的焊接處加熱到熔化狀態(tài)，形成熔池，然后冷卻結(jié)晶，形成焊縫的焊接方法。3）壓力焊（壓焊）：在焊接過程中對工件加壓（加熱或不加熱）完成焊接的方法。4）釬焊：利用熔點比母材低的填充金屬熔化以后，填充接頭間隙并與固態(tài)的母材相互擴散實現(xiàn)連接的焊接方法。5）焊條電弧焊：用手工操縱焊條進行焊接的電弧焊方法，也稱手弧焊。6）焊芯：一根具有一定長度與直徑的專用鋼絲，稱為焊絲，如H08A、H08MnA等。7）埋弧焊：電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法，也稱埋弧自動焊。8）CO2氣體保護焊：以CO2氣體作為保護介質(zhì)的氣體保護焊方法。9）氣焊：是利用氧氣與可燃性氣體（最常用的是乙炔氣）混合燃燒產(chǎn)生的高溫火焰，熔化金屬，進行焊接的一種加工方法。10）電渣焊：利用電流通過熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為熱源，將填充金屬和母材熔化，凝固后形成金屬原子間牢固連接的焊接方法。11）電阻焊：利用電流通過工件及其接觸處所產(chǎn)生的電阻熱，將工件加熱至塑性狀態(tài)或局部熔化狀態(tài)，然后在一定壓力下實現(xiàn)連接的焊接方法。12）點焊：利用柱狀電極加壓、通電，將搭接好的工件逐點焊合的電阻焊方法。13）縫焊：焊件裝配成搭接或?qū)咏宇^并置于兩滾輪電極之間，滾輪加壓焊件并轉(zhuǎn)動，連續(xù)或斷續(xù)送電，形成一條連續(xù)焊縫的電阻焊方法。14）對焊：利用電阻熱將兩個對接好的工件在整個斷面上進行焊接的一種電阻焊方法，對焊采用對接接頭形式。15）摩擦焊：利用兩個相對高速旋轉(zhuǎn)工件的斷面接觸摩擦而產(chǎn)生的熱量，將金屬斷面加熱至塑性狀態(tài)，然后迅速加壓使工件連接的焊接方法。2.簡答題（1）焊接變形的基本形式有哪些?如何預防和矯正焊接變形?答：焊接變形的基本形式：1）縱向和橫向收縮變形；2）角變形；3）彎曲變形；4）扭曲變形；5）波浪變形。預防和矯正焊接變形：1）機械矯正法，利用外力使構(gòu)件產(chǎn)生與焊接變形方向相反的塑性變形，使兩者相互抵消。這種方法效率高，質(zhì)量也好。2）火焰加熱矯正法，利用火焰局部加熱時產(chǎn)生的壓縮塑性變形，使較長的金屬在冷卻后產(chǎn)生的收穩(wěn)定擴展。（2）產(chǎn)生焊接應(yīng)力和變形的原因是什么?焊接應(yīng)力是否一定要消除?消除焊接應(yīng)力的方法有哪些?答：焊件局部不均勻加熱和冷卻，膨脹和收縮受到牽制，相關(guān)部位產(chǎn)生焊接應(yīng)力并出現(xiàn)變形。只要有焊接就會有焊接應(yīng)力，但是，并不是所有的焊接件都需要消除應(yīng)力的。是否需要消除焊接應(yīng)力主要取決于焊接件的要求，一般，如果是連接焊縫，由于焊縫受力不大，就不需要；但是如果是工作焊縫，焊縫承受載荷較大，如壓力容器，就需要消除應(yīng)力。焊接應(yīng)力消除措施：1）使用錘擊的辦法，來控制殘留的應(yīng)力。這種情況下，焊接殘余應(yīng)力是在焊縫冷卻收縮時產(chǎn)生的，因而在焊接時使用小錘慶強的敲擊焊縫和周邊的反誣，便可讓金屬展開，降低產(chǎn)生的應(yīng)力。2）利用震動的方法，將產(chǎn)生的應(yīng)力給消除。構(gòu)件的承受荷載在達到一定數(shù)值后，且經(jīng)過數(shù)次的循環(huán)加載，方可讓結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力降低。且這種方法，需要的成本是比較簡單的，時間也短，需要的成本也比較少。3）用加熱減應(yīng)區(qū)法，來消除產(chǎn)生的應(yīng)力。就是在焊接的過程中，通過阻礙焊接區(qū)伸縮位置的加熱，讓其達到伸縮、膨脹，以達到消除焊接應(yīng)力的目的。不過要選對加熱的部位才行。4）降低構(gòu)件的局部剛度，來控制焊接應(yīng)力。在焊接的時候，可以通過專業(yè)的工藝措施，將焊接位置的剛度適當?shù)慕档?，是能夠消除產(chǎn)生的應(yīng)力。5）使用預熱法，達到降低應(yīng)力的目的。在構(gòu)件上，產(chǎn)生的溫差是比較大的，導致應(yīng)力也會更大，因而可以進行預加熱，控制好溫差，也就是減小了焊接的應(yīng)力。6）使用高溫回火法，來降低或消除應(yīng)力。構(gòu)件的殘留應(yīng)力，最高是可以與材料的屈服值一樣，而金屬的屈服值會隨著溫度的升高而降低，也就是說，升高溫度，可降低應(yīng)力。（3）何謂焊接性?影響焊接性的因素是什么?如何來衡量鋼材的焊接性?答：焊接性是金屬材料對焊接加工的適應(yīng)性，主要指在一定的焊接條件下，獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易程度。焊接性的影響因素有：焊接材料、焊接方法、構(gòu)件類型及使用要求等，包含工藝焊接性和使用焊接性兩方面的內(nèi)容。一般常用碳當量法估算可焊性，即把影響焊接性能的元素對可焊性的影響折算為碳的影響相當?shù)牧?。?）焊條藥皮有什么作用?酸性焊條和堿性焊條的區(qū)別是什么?它們各用在什么場合?答：藥皮的主要作用：1）藥皮中的穩(wěn)弧劑可以使電弧穩(wěn)定燃燒，飛濺少，焊縫成形好。2）藥皮中有造氣劑，熔化時釋放的氣體可以隔離空氣，保護電弧空間。藥皮中的造渣劑熔化后產(chǎn)生熔渣。熔渣覆蓋在熔池上可以保護熔池。3）藥皮中有脫氧劑（主要是錳鐵、硅鐵、鈦鐵等）、合金添加劑，通過冶金反應(yīng)，可以去除有害雜質(zhì)。添加合金元素，可以改善焊縫的力學性能。堿性焊條中的氟石CaF2可以通過冶金反應(yīng)去氫。區(qū)別：1）酸性焊條能交直流兩用，工藝性能較好，但焊縫的力學性能，沖擊韌度較差。2）堿性焊條的焊縫具有良好的抗裂性和力學性能，但工藝性能較差，堿性焊條脫硫、脫磷能力強，藥皮有去氫作用。焊接接頭含氫量很低，又稱為低氫型焊條。場合：焊接重要的結(jié)構(gòu)，如壓力容器、橋梁等，或所焊對象的焊接性能較差、結(jié)構(gòu)剛度大、工件厚度大易產(chǎn)生裂紋時，應(yīng)該選用堿性焊條。焊接一般的結(jié)構(gòu)可選用酸性焊條。（5）焊接接頭由哪幾部分組成?并以低碳鋼為例，說明熱影響區(qū)中各區(qū)段的組織和力學性能的變化情況。答：焊接接頭由焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)組成。焊接過程中，材料因受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生金相組織和力學性能變化的區(qū)域。低碳鋼的焊接接頭熱影響區(qū)包括過熱區(qū)、相變重結(jié)晶區(qū)、不完全重結(jié)晶區(qū)。1）過熱區(qū)。具有過熱組織或晶粒顯著粗大的區(qū)域，由于溫度高，晶粒粗大，使塑性和韌性降低。焊接剛度大的結(jié)構(gòu)時，常在過熱區(qū)產(chǎn)生裂紋。2）相變重結(jié)晶區(qū)。由于金屬發(fā)生了重結(jié)晶（即同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變），隨后在空氣中冷卻，因此可以得到均勻細小的正火組織。該區(qū)的金屬力學性能良好。3）不完全重結(jié)晶區(qū)。只有部分組織發(fā)生相變，由于部分金屬發(fā)生了重結(jié)晶，冷卻后可獲得細化的鐵素體和珠光體，而未重結(jié)晶的部分金屬則得到粗大的鐵素體。由于晶粒大小不一，故力學性能不均勻。（6）焊條電弧焊焊接接頭的基本形式有哪幾種?各適用什么場合?答：焊條電弧焊采用的接頭型式：對接接頭、搭接接頭、T形接頭、角接接頭、蓋板接頭、十字接頭、卷邊接頭等。1）對接接頭。最常用的接頭形式，接頭受力比較均勻，重要的受力焊縫應(yīng)盡量選用此接頭形式。2）搭接接頭。兩工作面不在同一平面，接頭處部分相疊，應(yīng)力分布不均勻，受力時產(chǎn)生附加彎矩，降低了疲勞強度，且金屬消耗量大，一般應(yīng)避免采用。但接頭不需開坡口，裝配尺寸要求不高，對某些受力不大的平面連接與空間構(gòu)架，采用搭接接頭可節(jié)省工時。3）T形接頭。同角接接頭，接頭處也常開坡口。當接頭成直角或一定斜角連接時使用。4）角接接頭。根部易出現(xiàn)未焊透缺陷，引起應(yīng)力集中，因而接頭處常開坡口，保證焊縫質(zhì)量。受力比對接接頭復雜，當接頭成直角或一定斜角連接時使用，多用于箱式結(jié)構(gòu)。（7）埋弧焊與焊條電弧焊相比具有哪些特點?埋弧焊為什么不能代替焊條電弧焊?答：埋弧焊是電弧在焊劑層下燃燒進行焊接的方法，埋弧焊的特點：1）生產(chǎn)率高；2）焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定；3）節(jié)省金屬材料；4）改善了勞動條件。缺點：1）一次性投資較大，設(shè)備比較復雜，焊接成本較高。2）焊前的準備工作量較大，對焊件坡口加工、接縫裝配均勻性等要求較高。3）適應(yīng)性較差，只能進行平焊，且不能焊接任意彎曲的焊縫。4）不能焊接薄的工件，否則，會產(chǎn)生燒穿缺陷。所以，不能代替焊條電弧焊。（8）點焊對工件厚度有何要求?對銅或銅合金板材能否進行點焊?為什么?答：薄的板材極易焊穿，點焊的厚度，一般為等厚度，而且不宜太厚。工件越厚，材料的導電性大好，分流嚴重，嚴重影響焊點質(zhì)量。對銅和銅合金不能用點焊，接觸電阻小，不能形成焊點。（9）試比較電阻對焊和摩擦焊的焊接過程特點有何異同?各自的應(yīng)用范圍如何?答：相同點：1）在受壓條件下成型；2）端面與端面的焊接；3）無需焊接材料；4）焊接表面不需清潔。不同點：1）熱源不同，摩擦焊利用摩擦熱，電阻焊利用電阻熱；2）對工件截面大小、形狀要求不用，摩擦焊可以焊接同種金屬，也可以焊接不同種金屬，工件可以等截面積，也可不同截面積，但需要一個焊件為圓形或管形；3）焊件大小不同，摩擦焊件直徑可以從2mm至150mm，而電阻焊件一般直徑大小于20mm。應(yīng)用范圍：1）電阻對焊適于小截面金屬型材的對接，如直徑小于20mm的低碳鋼棒料或管材的對接。2）摩擦焊主要用于圓形工件、棒料及管料的對接。（10）釬焊和熔化焊實質(zhì)差別是什么?釬焊的主要應(yīng)用范圍有哪些?答：釬焊是利用熔點比焊件低的釬料作為填充金屬，加熱時釬料熔化，熔化的釬料將焊件連接起來的一種焊接方法。熔化焊是熔化的母材和焊條形成熔池，冷卻后將兩焊件連接起來的焊接方法。應(yīng)用范圍：1）硬釬焊主要用于受力較大、工作溫度較高的場合，如鋼鐵和銅合金件以及刀具、工具等的焊接。2）軟釬焊主要用于受力不大、工作溫度較低的儀器儀表、電子元件、電路等的焊接。3.分析題（1）下列情況應(yīng)選用什么焊接方法?①低碳鋼桁架結(jié)構(gòu)，如廠房屋架。②石油液化氣罐主焊縫。③起重機吊臂。④供水管道維修。⑤汽車裝配時的對接連續(xù)焊縫。⑥鋁合金容器，厚度2mm，對接。⑦不銹鋼零件，厚度1mm，搭接，焊縫要求氣密。⑧鋼軌對接。⑨電子線路板。答：①低碳鋼桁架結(jié)構(gòu)，如廠房屋架。氣保焊、電弧焊②石油液化氣罐主焊縫。埋弧自動焊③硬質(zhì)合金刀片焊接在鏜孔刀刀桿上。氣焊④供水管道（鑄鐵件）的維修。電弧焊、氣焊⑤汽車裝配時的對接連續(xù)焊縫?？p焊⑥鋁合金容器，厚度2mm，對接。氣焊⑦不銹鋼零件，厚度1mm，搭接，焊縫要求氣密。氬弧焊⑧鋼軌對接。閃光對焊⑨電子線路板。軟釬焊（2）題圖2所示的梁結(jié)構(gòu)，材料為Q235鋼，批量生產(chǎn)。現(xiàn)有鋼板長度為2500mm，選擇：①腹板、翼板焊縫的位置。②各條焊縫的焊接方法。③焊接順序。題圖2答：1）腹板和上下翼板要用多塊鋼板拼接而成，所有焊縫均要求焊透，為避免應(yīng)力集中，保證梁的承載能力，翼板與腹板拼接接頭不應(yīng)布置在同一截面上，錯開距離不得小于200mm，同時翼板及腹板的拼接接頭不應(yīng)安排在梁的中心附近。上翼板焊接位置為：中間板長2500mm，兩邊各為1250mm，如圖A位置所示。下翼板焊接位置為：中間板為2500mm，兩邊各為550mm，如下圖A位置所示。腹板的焊接位置為與上下翼板焊縫避開，中間板長2000mm，兩邊各為1500mm。2）上、下翼板的拼接焊縫A應(yīng)用手工電弧焊方法和422焊接材料；翼板和腹板的四條長焊縫B宜采用埋弧自動焊方法焊接，使用的焊接材料為H08A和焊劑130；筋板焊縫應(yīng)采用電渣焊方法焊接，焊接材料為H08MnA和焊劑431。3）如圖所示，工字梁是具有對稱布置的焊縫的結(jié)構(gòu)，焊接應(yīng)盡量采用對稱焊接，當采用1-2-3-4的焊接順序，則焊后上拱彎曲變形將大大減少。（3）如題圖3所示的3種工件的焊縫布置是否合理?如果不合理，請加以改正。題圖3答：1）不合理。為了使已加工表面（內(nèi)孔）的加工精度不受影響，焊縫布置應(yīng)離加工面遠些。2）不合理。焊縫應(yīng)盡量分散布置，相互錯開。3）不合理。尖角處相當于焊縫交叉，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，應(yīng)改為平滑過渡結(jié)構(gòu)。

第10章金屬切削原理與刀具1．名詞解釋主運動、進給運動、切削速度、進給量、切削深度、基面、切削平面、正交平面、積屑瘤、切削力、切削溫度、刀具壽命1）主運動：使工件與刀具產(chǎn)生相對運動以進行切削的最基本的運動。2）進給運動：使主運動能夠持續(xù)切除工件上多余的金屬，以便形成工件表面所需的運動。3）切削速度：切削刃選定點相對工件的主運動線速度。4）進給量：主運動每轉(zhuǎn)時工件與刀具沿進給方向的位移量。5）切削深度：待加工表面與己加工表面間的垂直距離。6）基面：過主切削刃選定點，垂直于該點切削速度方向的平面。7）切削平面：過主切削刃選定點，與工件加工表面相切的平面。8）正交平面：過切削刃選定點，與主切削刃在基面上的投影相垂直的平面。9）積屑瘤：在一定的切削速度范圍內(nèi)切削鋼料、球墨鑄鐵或鋁合金等塑性金屬時，有時在刀具前刀面靠近切削刃的部位粘附著一小塊很硬的金屬，這就是切削過程中所產(chǎn)生積屑瘤。10）切削力：金屬切削加工時，刀具使工件材料變形轉(zhuǎn)變成切屑時所承受的力。11）切削溫度：前刀面與切屑接觸區(qū)內(nèi)的平均溫度。12）刀具壽命：一把新刀（或重新刃磨過的刀具）從開始使用直至達到磨鈍標準所經(jīng)歷的實際切削時間。2．簡答題（1）切削加工時，機械零件是如何形成的？在機床上通過刀具的刀刃和毛坯的相對運動再現(xiàn)母線或?qū)Ь€，可以有哪幾種方法？答：從幾何學觀點看，任何規(guī)則表面都可以看作是一條線（稱為母線）沿者另一條線（稱為導線）運動的軌跡。形成發(fā)生線的方法可歸納為4種，分別是軌跡法、成形法、相切法和展成法。（2）金屬切削刀具的材料應(yīng)具備什么性能特點？答：1）高的硬度。2）高的耐磨性。3）足夠的強度和韌性。4）高的耐熱性（熱穩(wěn)定性）。5）良好的熱物理性能和耐熱沖擊性能。6）良好的工藝性能和經(jīng)濟性。（3）刀具的工作角度和標注角度有什么區(qū)別？影響刀具工作角度的主要因素有哪些？答：以切削過程中實際的切削平面、基面和正交平面為參考平面所確定的刀具角度稱為刀具的工作角度。刀具的標注角度是制造和刃磨刀具所需要的，并在刀具設(shè)計圖上予以標注的角度。影響刀具工作角度的主要因素有：1）刀具安裝高度；2）刀具安裝偏斜；3）速度較高的橫向、縱向進給運動。（4）刀具前角、后角有什么作用？說明選擇合理前角、后角的原則。答：前角的功用：前角大小主要影響切削變形，切削力，切削熱，耐用度，散熱條件。選擇原則是在保證刀具耐用度的前提下，盡量選擇大的前角。確定前角時，還應(yīng)考慮刀具材料的強度，韌性、工件材料的塑性，脆性、加工條件。后角的主要功用是：減少后刀面的摩擦，提高刀具的耐用度，提高加工質(zhì)量。選擇原則是在不產(chǎn)生摩擦條件下盡量減小后角，主要取決于切削厚度。實際生產(chǎn)中應(yīng)考慮切削厚度、加工精度、工件材料的強度硬度、塑性、彈性等、工藝系統(tǒng)剛度。（5）切削過程的三個變形區(qū)各有何特點？答：1）變形區(qū)1的特征主要是沿著滑移線的剪切變形和隨之而來的加工硬化。2）變形區(qū)2對于切削力、切削熱、積屑瘤的形成與消失，以及對刀具的磨損等都有直接影響。3）變形區(qū)3的接觸情況對已加工表面質(zhì)量有很大影響，使得已加工表面產(chǎn)生粗糙度、加工硬化、殘余應(yīng)力等。（6）切屑的種類有哪些？其變形規(guī)律如何？答：帶狀切屑，剪切滑移尚未達到斷裂程度；節(jié)狀切屑，局部剪切應(yīng)力達到斷裂強度；粒狀切屑，剪切應(yīng)力完全達到斷裂強度；崩碎切屑，未經(jīng)塑性變形即被擠裂。（7）簡述積屑瘤的形成原因、影響因素及控制措施。答：當切屑沿著刀具的前刀面流出時，在一定的溫度與壓力作用下，與前刀面接觸的切屑底層金屬受到的摩擦阻力超過切屑本身的分子結(jié)合力時，就會有一部分金屬黏附在切削刃附近的前刀面上，形成積屑瘤。影響因素：1）在形成積屑瘤的過程中，金屬材料因塑性變形而被強化，積屑瘤的硬度比工件材料高，能代替切削刃進行切削，從而起到保護切削刃的作用。2）由于積屑瘤的存在增大了刀具實際工作前角，使切削輕快，因此，粗加工時，積屑瘤的存在是有益的。3）積屑瘤的頂端伸出刀刃之外，而且又不斷地產(chǎn)生和脫落，使實際切削深度和切削厚度不斷變化，影響尺寸精度并會導致切削力的變化，從而引起振動。4）有一些積屑瘤碎片黏附在工件已加工表面上，使工件表面變得粗糙?？刂拼胧?）調(diào)整切削速度，一般精車、精銑用高速切削；而當用高速鋼刀具拉削、鉸削和寬刀精刨時，則采用低速切削。2）選用適當?shù)那邢饕簩Φ毒哌M行冷卻潤滑。3）增大刀具前角，減小刀-屑接觸壓力。4）對塑性較高的材料（如低碳鋼）進行正火處理。（8）三個切削分力是如何定義的？各切削分力分別對加工過程有何影響？答：主切削力（切向力）方向與過渡表面相切并與基面垂直，是計算車刀強度、設(shè)計機床主軸系統(tǒng)、確定機床功率所必需的。進給抗力（軸向力）處于基面內(nèi)并與工件軸線平行與進給方向相反的力，是設(shè)計進給機構(gòu)，計算車刀進給功率所必需的。吃刀抗力（背向力、徑向力、切深抗力）處于基面內(nèi)并與工件軸線垂直的力，是計算工件撓度、機床零件和車刀強度的依據(jù)。工件在切削過程中產(chǎn)生的振動往往與吃刀抗力有關(guān)。（9）切削熱是怎樣傳出的？影響切削熱傳出的主要因素有哪些？答：工件切削熱主要由切屑、工件及刀具傳出，周圍介質(zhì)帶走的熱量很少。影響切削熱傳導的主要因素是工件和刀具材料的導熱系數(shù)以及切削條件的變化。工件材料的導熱系數(shù)較高時，大部分切削熱由切屑和工件傳導出去；反之，則刀具傳熱比重增大。隨切削速度的提高，由切屑傳導的熱量增多。切屑與刀具接觸時間的長短，也會影響刀具的切削溫度。若采用冷卻性能好的切削液，則切削區(qū)大量的熱將由切削液帶走。（10）刀具磨損過程有哪幾個階段？為何會出現(xiàn)這種規(guī)律？答：刀具磨損過程一般分為三個階段：1）初期磨損階段：新刃磨的刀具后刀面有粗糙不平及顯微裂紋等缺陷，而且切刃鋒利，與工件表面接觸面積較小，后刀面的凸出部分很快被磨平，刀具磨損較快。2）正常磨損階段：經(jīng)初期磨損后刀具缺陷減少，進入比較緩慢的正常磨損階段。3）急劇磨損階段：當?shù)毒叩哪p達到一定限度后，切削力與切削溫度迅速升高，磨損速度急劇增加。這種規(guī)律是由于刀具表面的磨損程度不同，磨損速率也會不同。在初期磨損階段，刀具表面的磨損程度較低，磨損速率較快；在正常磨損階段，刀具表面的磨損程度較高，磨損速率較低；在急劇磨損階段，刀具表面的磨損程度較高，磨損速率又開始增加，最終到達終止磨損階段。（11）從刀具壽命出發(fā)，按什么順序選擇切削用量？從機床動力出發(fā)時，按什么順序選擇切削用量？答：從刀具壽命出發(fā)選擇切削用量：首先盡量選用大的切削深度，然后根據(jù)加工條件和加工要求選取允許的最大進給量，最后根據(jù)刀具使用壽命或機床功率允許的情況選取最大的切削速度。從機床動力出發(fā)選擇切削用量：如機床功率足夠，粗加工時切削速度不選太高，并盡可能選取較大的背吃刀量和進給量；如果機床功率不足，可以分兩次或多次加工將余量切完。精加工常選用較小的背吃刀量、進給量和較高的切削速度。（12）工件材料切削加工性為什么是相對的？用什么指標來衡量工件材料切削加工性？答：工件材料切削加工性是相對的，因為不同的工件材料有不同的加工性能，有些材料比較容易加工，有些材料比較難加工，因此對不同材料的加工性能進行比較時，只能是相對的。一般使用生產(chǎn)率和刀具壽命的表示方法，刀具壽命為T（min）時，切削某種材料所允許的切削速度。通常以切削正火狀態(tài)45鋼的v60作為基準，而把其它各種材料的v60同它相比，這個比值稱為材料的相對加工性。（13）切削液有何作用？如何選用？答：1）冷卻作用。2）潤滑作用。3）清洗和排屑作用。4）防銹作用。切削液的品種很多，性能各異，通常應(yīng)根據(jù)加工性質(zhì)、工件材料和刀具材料等來選擇合適的切削液，才能收到良好的效果。1）從加工要求方面考慮；2）從刀具材料方面考慮；3）從工件材料方面考慮；4）從加工方法方面考慮。3．分析題（1）分析各個因素影響切削力的原因，特別是切削深度和進給量對切削力的影響。答：1）切削深度和進給量。切削深度ap或進給量f加大，均使切削力增大。ap加大時，變形系數(shù)ξ不變，切削力成正比例增大。f加大時，變形系數(shù)ξ和摩擦因數(shù)μ降低，切削力不成正比例增大。因此，如從減小切削力和切削功率角度考慮，加大進給量比加大切削深度有利。2）工件材料。工件材料的物理力學性能、加工硬化程度、化學成分、熱處理狀態(tài)以及切削前的加工狀態(tài)等，都對切削力有影響。工件材料的強度、硬度越高，材料的剪切屈服強度就越高，則切削力愈大。工件材料沖擊韌性和塑性愈大，則強化系數(shù)較大，與刀具間的摩擦因數(shù)也較大，切削力大?；诣T鐵及其他脆性材料，切削時一般形成崩碎切屑，刀屑間摩擦小，切削力較小。3）刀具幾何參數(shù)。前角。切削塑性材料時，前角增大，剪切角增加，切削變形系數(shù)減小，沿前刀面的摩擦力也減小，因此切削力降低。切削脆性材料時，由于變形小，加工硬化小，前角對切削力的影響不顯著。主偏角。對主切削力Fc影響不大（幅度不超過10%）。刃傾角。刃傾角λs對Fc的影響不大，但對Fp和Ff的影響較大。刀尖圓弧半徑。在一般的切削加工中，刀尖圓弧半徑rε對Fp和Ff的影響較大，對Fc的影響較小。4）刀具材料。與工件材料之間的親和性影響切削時產(chǎn)生的摩擦力大小，而影響切削力。在同樣切削條件下，陶瓷刀具切削力最小，硬質(zhì)合金次之，高速鋼刀具的切削力最大。5）刀具磨損。當?shù)毒咧骱蟮睹婺p后形成后角αo等于0、寬度為VB的窄小棱面時，主后刀面與工件過渡表面接觸面增大，作用于主后刀面的正壓力和摩擦力增大，導致Fc、Ff、Fp都增大。6）切削液。以冷卻作用為主的水溶液對切削力影響很小。潤滑作用強的切削油由于其潤滑作用，不僅能減小刀具與切屑、工件表面間的摩擦，而且能減小加工中的塑性變形，故能顯著降低切削力。（2）分析刀具磨損的主