先進成形與智能技術(shù) 習題及答案匯 第2-10章

1.簡要說明液態(tài)合金的充型能力與合金流動性之間的關(guān)系？不同化學成分的合金為何流動性不同？為什么鑄鋼的充型能力比鑄鐵差？答：(1)充型能力：液態(tài)合金充滿鑄型型腔，獲得尺寸精確、形狀精準、輪廓清晰健全成形件的能力，稱為液態(tài)合金的充型能力。合金流動性：液態(tài)合金本身的流動能力，稱為合金的流動性，是合金的主要鑄造性能之一。影響合金的流動性的因素不僅有合金的成分、溫度、雜質(zhì)含量及物理性質(zhì)，而且還包括外界條件如鑄型性質(zhì)、澆注條件、鑄件結(jié)構(gòu)等因素。不同的合金，其流動性有很大差異。其中液態(tài)金屬的黏度越小，其流動性就越好，充型能力就越強，反之其充型能力越差；對同種合金而言，化學成分不同，其流動性不同。合金流動性是內(nèi)因，充型能力是合金流動性結(jié)合外部工藝條件后的綜合外在體現(xiàn)，二者相互關(guān)聯(lián)又有區(qū)別。(2)純金屬和共晶成分的合金是在恒溫下進行結(jié)晶的，此時由鑄件斷面的表層向中心逐層凝固，已結(jié)晶固體層與剩余液體的界面比較清晰、平滑，對中心未凝固的液態(tài)金屬的流動阻力小，故流動性最好。其它成分的合金是在一定溫度范圍內(nèi)結(jié)晶的，即經(jīng)過液、固兩相共存區(qū)。該區(qū)中液相與固相界面不清晰，其固相為樹枝晶，它使固體層內(nèi)表面粗糙，增加了對液態(tài)合金流動的阻力，因而流動性差。合金的結(jié)晶溫度范圍愈寬，則液固兩相共存的區(qū)域愈寬，液態(tài)合金的流動阻力愈大，故流動性愈差。顯然，合金成分愈接近共晶成分，流動性愈好。(3)鑄鋼和鑄鐵的化學成分不同，凝固方式不同，具有共晶成分的鑄鐵在結(jié)晶時逐層凝固，已結(jié)晶的固體內(nèi)表面較光滑，對金屬液的流動阻力小，故流動性好，充型能力強；而鑄鋼在結(jié)晶時為糊狀凝固或中間凝固，初生的樹枝狀晶體阻礙了金屬熔體的流動，故流動性差，充型能力差，所以鑄鋼的充型能力比鑄鐵差。2.鑄件的凝固方式依照什么劃分？哪些合金趨向于逐層凝固？答：(1)鑄件在凝固的過程中，其斷面上一般分為三個區(qū)：固相區(qū)、凝固區(qū)和液相區(qū)。對凝固區(qū)影響較大的是凝固區(qū)的寬窄，依此劃分凝固方式為逐層凝固、糊狀凝固和中間凝固。(2)合金的結(jié)晶溫度范圍越小，凝固區(qū)域越窄，越傾向于逐層凝固。低碳鋼、近共晶成分鑄鐵更趨向于逐層凝固。3.澆注溫度能不能過高或者過低？為什么？答：澆注溫度不能過高或過低。原因：在鑄造過程中，澆注溫度的控制十分重要。澆注溫度過高會導(dǎo)致金屬氧化、氣孔增多、表面粗糙以及合金成分偏析，同時可能引起鑄件收縮不均和裂紋。而溫度過低則會使金屬流動性差，影響充型，導(dǎo)致鑄件不完全、氣孔或夾雜物增多，并可能引發(fā)冷裂紋或合金偏析。因此，適當?shù)臐沧囟饶艽_保金屬良好的流動性、充型完整性、表面質(zhì)量和內(nèi)部致密性，最終確保鑄件的力學性能和外觀質(zhì)量。不同金屬材料有不同的最佳澆注溫度范圍，通常要求溫度控制在適當范圍內(nèi)，以避免過高或過低帶來的不良影響。4.縮孔縮松產(chǎn)生的原因是什么？如何防止？答：(1)鑄件形成后，在最后凝固的區(qū)域由于沒有得到液態(tài)金屬或合金的補縮，收縮出現(xiàn)的集中孔洞稱為縮孔，分散而細小的孔洞稱為縮松?？s孔和縮松常分散在鑄件壁厚的軸線區(qū)域、厚大部位、冒口根部和內(nèi)澆口附近。(2)防止縮孔和縮松的措施：(a)合理選用鑄造合金，在使用條件允許的情況下，盡量選取結(jié)晶溫度窄的合金成分。(b)按照定向凝固原則進行凝固，有效地控制凝固過程。(c)合理地確定內(nèi)澆道位置及澆注工藝。(d)通過設(shè)置冒口和冷鐵，使鑄件從遠離冒口的地方開始凝固并逐漸向冒口推進，冒口最后凝固。5.合金充型能力不好時，易產(chǎn)生那些缺陷？設(shè)計鑄件時應(yīng)如何考慮充型能力？答：(1)合金充型能力不好時，易產(chǎn)生氣孔、冷隔、縮孔、澆不足、裂紋等缺陷。氣孔：充型不足可能導(dǎo)致氣體無法順利排出，氣體被困在鑄件內(nèi)部，形成氣孔。氣孔的存在會顯著影響鑄件的機械性能，尤其是在壓力和疲勞載荷下。冷隔：金屬在鑄型中流動不連續(xù)，導(dǎo)致不同部分的金屬在冷卻前未能充分結(jié)合，形成接縫，尤其在復(fù)雜形狀的鑄件中更容易出現(xiàn)?？s孔：縮孔是金屬在鑄件凝固時，由于充型不足而產(chǎn)生的空洞，尤其在鑄件的厚壁部分?？s孔會嚴重影響鑄件的強度，常發(fā)生在大截面部位或者局部流動受限的地方。澆不足：如果合金的充型能力不足，可能導(dǎo)致鑄型的部分區(qū)域無法完全充滿，產(chǎn)生缺陷。例如，鑄件邊緣或復(fù)雜細小部分可能出現(xiàn)空缺。裂紋：如果合金充型能力不足，可能導(dǎo)致溫度分布不均勻，從而引起內(nèi)外應(yīng)力的差異，導(dǎo)致鑄件發(fā)生裂紋。(2)為避免合金充型能力不好引起的缺陷在設(shè)計鑄件時應(yīng)：(a)選擇合適的合金合金的充型能力與其流動性和粘度密切相關(guān)。設(shè)計時應(yīng)選擇流動性好的合金，尤其是在復(fù)雜形狀或薄壁鑄件中，選擇流動性較好的合金能夠有效改善充型能力。(b)優(yōu)化鑄件結(jié)構(gòu)減少急劇的截面變化：在設(shè)計鑄件時，應(yīng)盡量避免截面過渡過于陡峭，以減少金屬流動不暢的現(xiàn)象；增大壁厚：合理增大關(guān)鍵部位的壁厚，特別是在容易出現(xiàn)充型不足的區(qū)域，可以有效避免縮孔和冷隔；設(shè)計合理的流道系統(tǒng)：合理的流道、澆口和冒口設(shè)計可以促進金屬的順利流動，確保充型的完整性。(c)控制澆注溫度澆注溫度對合金的流動性有顯著影響。較高的澆注溫度有助于改善合金的流動性，從而改善充型能力。但溫度過高也可能導(dǎo)致金屬氧化、氣孔等問題，因此應(yīng)在設(shè)計中考慮合理的溫控措施。(d)優(yōu)化鑄型設(shè)計選擇適當?shù)男颓恍螤睿涸O(shè)計時要考慮合金流動的特點，避免型腔過于復(fù)雜，影響金屬流動。盡量保持流道平滑、寬度適當，避免急劇彎曲和狹窄部分。合理設(shè)計冒口和排氣系統(tǒng)：冒口設(shè)計要能夠有效地補充在鑄件凝固過程中流失的金屬，同時保證氣體能夠順利排出。(e)預(yù)熱型腔在某些情況下，預(yù)熱型腔可以改善充型能力。尤其是在使用高粘度合金時，適當?shù)男颓活A(yù)熱可以減少溫度差異，避免合金在流動過程中發(fā)生凝固，從而有效提高充型效果。(f)仿真分析使用計算流體力學和鑄造仿真軟件進行充型分析，模擬合金在型腔內(nèi)的流動情況。這種方法可以幫助設(shè)計師識別潛在的充型問題并進行優(yōu)化調(diào)整。6.試分析下圖軌道鑄件熱應(yīng)力形成的原因，各部分應(yīng)力屬什么性質(zhì)（拉應(yīng)力、壓應(yīng)力）？并用虛線表示鑄件的變形方向。題6圖軌道鑄件答：略。7.什么是合金的收縮？影響合金收縮的影響因素有哪些？鑄造變形和裂紋是怎樣產(chǎn)生的？如何防止它們的產(chǎn)生？答：(1)液態(tài)合金從澆注溫度逐漸冷卻、凝固，直至冷卻到室溫的過程中，其尺寸和體積縮小的現(xiàn)象，稱為收縮。它是鑄造合金本身的物理性質(zhì)，也是合金重要的鑄造性能之一。整個收縮過程會經(jīng)歷液態(tài)收縮、凝固收縮和固態(tài)收縮三個階段。液態(tài)收縮為合金從澆注溫度冷卻至液相線溫度的收縮，凝固收縮為合金從液相線冷卻至固相線溫度之間的收縮，固態(tài)收縮為合金從固相線溫度冷卻至室溫時的收縮，合金的總收縮率為上述三個階段收縮率的總和。合金的液態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金體積的縮減，常用體積收縮率表示，是鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松的基本原因；合金的固態(tài)收縮主要表現(xiàn)為鑄件各個方向上的線尺寸的縮減，通常用線收縮率表示，是鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋的基本原因。(2)化學成分不同的鑄造合金有不同的收縮率；澆注溫度越高，過熱量越大，合金的液態(tài)收縮率增加，合金的總收縮率加大。(3)鑄件變形原因：鑄件凝固過程中由于壁厚不同，冷卻速度不一致，使鑄件最后凝固的部位產(chǎn)生應(yīng)力，導(dǎo)致鑄件變形。鑄件裂紋原因：(a)鑄件凝固收縮過程中，由于各部位冷卻速度不一致，導(dǎo)致收縮受阻，當阻力超出材料強度極限時，鑄件產(chǎn)生裂紋；(b)鋼水中雜質(zhì)、有害氣體量比較大時，會割裂基體，使鑄件產(chǎn)生裂紋；(4)鑄件變形防治方法：(a)大平面鑄件設(shè)置加強筋、模具上設(shè)計出反變形量；(b)鑄件壁厚設(shè)計過渡不要過大；鑄件裂紋防治方法：(a)鋼水純凈度要高，使用優(yōu)質(zhì)的原材料；(b)避免鑄件收縮受阻；(c)澆注型溫不宜過低。8.簡要描述壓鑄和低壓鑄造的區(qū)別，并分析它們優(yōu)缺點及適用范圍。答：(1)壓鑄是一種利用高壓將熔融金屬注入金屬模具中冷卻固化的鑄造工藝。其特點是金屬液體以高壓（一般在70-100MPa之間）快速注入模具腔體。低壓鑄造是通過施加較低的氣壓（通常在0.02-0.5MPa之間），將熔融金屬推送到模具腔體中冷卻固化。與壓鑄相比，低壓鑄造的壓力要低得多。(2)壓鑄和低壓鑄造的優(yōu)缺點及適用范圍(a)壓鑄優(yōu)點：生產(chǎn)效率高，由于采用高壓注射方式，鑄件能夠在短時間內(nèi)冷卻，成型速度較快。鑄件精度高，壓鑄能夠生產(chǎn)尺寸精度較高的鑄件，且表面光滑，減少了后續(xù)的加工。(b)壓鑄缺點：壓鑄模具成本高，模具需要承受高壓力，因此模具的材料和制造成本較高。對材料的限制較多，常用于鋁、鋅、鎂等低熔點金屬。鑄件內(nèi)存在氣孔和夾雜物的風險，高壓注入可能導(dǎo)致鑄件內(nèi)氣泡的夾帶，影響鑄件的機械性能。壓鑄適用范圍：壓鑄適合復(fù)雜結(jié)構(gòu)，制造形狀復(fù)雜、壁薄的鑄件。且壓鑄過程可高度自動化，適合大批量生產(chǎn)。(c)低壓鑄造的優(yōu)點：鑄件質(zhì)量好，由于是通過氣壓慢慢推動金屬進入模具，鑄件中氣泡和夾雜物較少，鑄件的密實度和機械性能更好。模具壽命長，低壓鑄造中使用的模具受到的壓力較小，因此相對較長久。(d)低壓鑄造缺點：生產(chǎn)效率較低，由于施加的氣壓較低，金屬流動速度較慢，成型周期較長，效率不如壓鑄高。模具設(shè)計復(fù)雜，由于低壓鑄造需要使用氣體壓力推送金屬，模具設(shè)計較為復(fù)雜，需要更多的考慮氣流和金屬流動的因素。低壓鑄造適用范圍：適用材料廣泛，適用于多種金屬材料，尤其是適合鑄造高熔點金屬。低壓鑄造適用于較大尺寸的鑄件，能夠制造厚壁鑄件，尤其適合鋁合金、銅合金等。低壓鑄造適用于中等批量生產(chǎn)，生產(chǎn)大批量時成本較高。9.從保證質(zhì)量與簡化操作兩方面考慮，確定分型面的主要原則有哪些？答：分型面：砂型與砂型間的接合面。分模面：模樣與模樣間的接合面。原則：(a)應(yīng)使鑄件全部或大部分置于同一半型內(nèi)；(b)盡量減少分型面的數(shù)目；(c)分型面應(yīng)盡量選用平面；(d)便于下芯、合箱和檢測；(e)不使砂箱過高；(f)受力件的分型面的選擇不應(yīng)削弱鑄件結(jié)構(gòu)強度；(g)注意減輕鑄件清理和機械加工量。10.解釋低壓鑄造技術(shù)的工藝原理，并討論其在生產(chǎn)大型鋁合金鑄件（如汽車輪轂）中的應(yīng)用優(yōu)勢。比較低壓鑄造與傳統(tǒng)重力鑄造的差異。答：(1)低壓鑄造技術(shù)工藝原理：低壓鑄造利用氣體或電磁力將金屬液壓入鑄型來實現(xiàn)充型，作用壓力較低（20~60kPa）。充入密閉坩堝中的壓縮空氣產(chǎn)生壓強，與升液管內(nèi)部形成壓強差，金屬液在壓力的作用下從升液管進入鑄型中，并在一定的壓力下凝固。(2)低壓鑄造技術(shù)在生產(chǎn)大型鋁合金鑄件如汽車輪轂時，展現(xiàn)出顯著的優(yōu)勢：它通過施加較低的壓力使熔融金屬平穩(wěn)填充模具，減少了氣孔和夾渣等缺陷，提升了鑄件的質(zhì)量和機械性能；同時實現(xiàn)了更高的尺寸精度和更好的材料利用率，降低了廢品率。此外，該工藝有助于提高生產(chǎn)自動化程度，優(yōu)化了大批量生產(chǎn)的效率與成本效益，且能夠獲得更佳的表面光潔度，減少了后續(xù)加工的需求。(3)與傳統(tǒng)的重力鑄造相比，低壓鑄造通過施加一定的氣體壓力（通常是壓縮空氣），使熔融金屬從底部上升并填充到上部的鑄型腔體中，這種技術(shù)特別適用于生產(chǎn)具有復(fù)雜形狀和薄壁結(jié)構(gòu)的鋁合金部件。在低壓鑄造過程中，熔融的鋁合金放置在一個密封的坩堝內(nèi)，位于鑄型的下方。通過向坩堝內(nèi)的空間充入壓縮氣體（通常是干燥的壓縮空氣），產(chǎn)生一個低壓環(huán)境，這個壓力迫使熔融金屬通過升液管上升，并且平穩(wěn)地填滿鑄型腔。當鑄件凝固后，壓力被釋放，未使用的熔融金屬回流到坩堝中。隨后打開鑄型取出成品鑄件。11.確定下圖a、b所示鑄件的鑄造工藝方案，要求如下：1）按單件、小批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)兩種條件分析最佳方案。2）按所選方案繪制鑄造工藝圖（包括澆注位置、分型面、型芯、芯頭及澆注系統(tǒng)等）。（a）底座（b）回轉(zhuǎn)筒形零件題11圖答：略。12.什么是特種鑄造？常見的特種鑄造類型有哪些？答：(1)特種鑄造是指為了滿足某些特定要求和性能標準，采用特殊工藝方法進行的鑄造過程。這種鑄造工藝通常涉及一些特殊材料、復(fù)雜的鑄件形狀、較高的精度要求、或者在非常嚴苛的工作條件下使用的鑄件。(2)常用的特種鑄造方法有熔模精密鑄造、石膏型精密鑄造、陶瓷型精密鑄造、消失模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造、真空吸鑄、擠壓鑄造、離心鑄造、連續(xù)鑄造、半連續(xù)鑄造、殼型鑄造、石墨型鑄造、電渣熔鑄等。13.鑄造工藝對鑄造結(jié)構(gòu)有什么樣的要求？答：鑄造工藝對鑄件結(jié)構(gòu)的要求主要包括簡潔性、精確性、可焊性、強度和剛度、聲學性等方面。合理的鑄造工藝設(shè)計可以提高鑄件的品質(zhì)和可靠性，降低制造成本，為產(chǎn)品的應(yīng)用提供可靠的基礎(chǔ)。鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計要考慮到所需的精度和尺寸變化，在設(shè)計過程中要保證鑄件的尺寸精度和形狀精度。在鑄造工藝中，鑄件需要與其他零件進行焊接，因此鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計要符合焊接要求，保證焊接良好。14.什么是鑄件的結(jié)構(gòu)斜度？它與起模斜度有何不同？下面所示鑄件的結(jié)構(gòu)是否合理？應(yīng)如何改正？題14圖答：(1)鑄件的結(jié)構(gòu)斜度是指鑄件表面相對于鑄型型腔的傾斜角度，通常指的是鑄件壁面與垂直方向之間的角度。它的目的是為了確保鑄件能夠順利從模具中取出，避免鑄件在冷卻過程中因收縮而卡住在模具中；起模斜度是指鑄件在鑄造完成后，從模具中脫出的方向和角度。這個角度是模具設(shè)計中的一個重要參數(shù)，它決定了模具的分型面角度和鑄件的脫模方式。(2)鑄件的結(jié)構(gòu)斜度與起模斜度的不同點：結(jié)構(gòu)斜度是產(chǎn)品功能或者外觀所需要的，起模斜度也叫拔模斜度，是鑄造時為了能夠讓模具順利從砂型等取出而特意做的斜度。產(chǎn)品設(shè)計時可以沒有斜度，但在模具設(shè)計時要考慮要增加一些斜度以利于拔模，結(jié)構(gòu)斜度是產(chǎn)品功能或者外觀所需要的。(3)略15.鑄造性能對鑄造結(jié)構(gòu)的要求有哪些？答：鑄造性能對鑄造結(jié)構(gòu)的要求有：(a)消除內(nèi)部側(cè)凹；(b)避免或減少抽芯部位；(c)避免型芯交叉。合理的鑄件結(jié)構(gòu)不僅能簡化鑄型的結(jié)構(gòu)，降低制造成本，同時也改善鑄件質(zhì)量。16.快速成形技術(shù)是指什么？在鑄造工藝中有哪些應(yīng)用？答：(1)快速成形技術(shù)是一種利用計算機輔助設(shè)計、三維掃描以及先進的材料打印技術(shù)，通過逐層添加材料來快速制造物理部件或原型的技術(shù)。它的核心是通過數(shù)字化文件將設(shè)計轉(zhuǎn)化為實際的物理產(chǎn)品，在短時間內(nèi)完成從設(shè)計到原型的制作。(2)這些技術(shù)通常用于快速原型制造、產(chǎn)品驗證、模具制作等多個領(lǐng)域。17.簡要描述如何使用3D打印技術(shù)設(shè)計和制造鑄模，包括選用的材料和打印技術(shù)（如SLA、SLS等）。答：略。18.簡要描述完整的數(shù)字化鑄造流程，并分析在這個流程中如何利用數(shù)字模擬和預(yù)測軟件來減少試錯次數(shù)和優(yōu)化產(chǎn)品質(zhì)。答：數(shù)字化鑄造流程是將計算機輔助設(shè)計（CAD）、計算機輔助工程（CAE）與快速成型、3D打印等技術(shù)相結(jié)合，通過數(shù)字模擬和預(yù)測軟件對鑄造工藝進行優(yōu)化和控制，確保鑄件在生產(chǎn)過程中達到預(yù)期的質(zhì)量。這個流程通常包括以下幾個步驟：(a)設(shè)計階段使用CAD軟件進行鑄件和模具的設(shè)計。設(shè)計師根據(jù)產(chǎn)品要求，創(chuàng)建三維模型，確保設(shè)計符合功能需求和生產(chǎn)可行性。(b)模具設(shè)計基于CAD數(shù)據(jù)，設(shè)計鑄造模具并進行虛擬裝配，確定模具的幾何形狀和尺寸，評估其可制造性。(c)鑄造工藝仿真使用CAE軟件進行鑄造過程的仿真模擬。通過模擬鑄造過程中的流動、凝固、熱傳遞等現(xiàn)象，分析鑄件的成形情況。(d)虛擬試驗與優(yōu)化通過模擬試驗，預(yù)測鑄造過程中的缺陷（如氣孔、冷隔、裂紋等），并對工藝參數(shù)（如注入速度、溫度、壓力等）進行優(yōu)化調(diào)整。(e)快速成型與原型驗證利用快速成型技術(shù)（如3D打?。┲圃斐瞿＞呋蜩T件原型，進行實際試驗，檢查設(shè)計是否符合預(yù)期，發(fā)現(xiàn)潛在問題。(f)制造階段根據(jù)優(yōu)化后的工藝方案，進行實際的鑄造生產(chǎn)。使用高精度的數(shù)控機床或自動化設(shè)備進行鑄件生產(chǎn)。(g)質(zhì)量檢測與反饋對鑄件進行質(zhì)量檢查，采用無損檢測技術(shù)（如X射線、CT掃描）對鑄件進行內(nèi)部缺陷檢測，確保產(chǎn)品質(zhì)量。第3章參考答案常見的塑性成形方法有哪些？各有什么特點?答：鍛造：鍛造件質(zhì)量比鑄件高，能承受大的沖擊力作用，塑性、韌性和其他方面的力學性能也都比鑄件高。節(jié)約原材料，縮短加工工時，生產(chǎn)效率高。軋制：主要用在金屬材料型材、板、管材等。軋制使材料截面減小，長度增加。擠壓：坯料在三向不均勻壓應(yīng)力作用下，從模具的孔口或縫隙擠出使之橫截面積減小長度增加。生產(chǎn)范圍廣，產(chǎn)品規(guī)格、品種多；生產(chǎn)靈活性大，適合小批量生產(chǎn)；產(chǎn)品尺寸精度高，表面質(zhì)量好。拉拔：用外力作用于被拉金屬的前端，將金屬坯料從小于坯料斷面的?？字欣觥３叽缇_，表面光潔；工具、設(shè)備簡單；連續(xù)高速生產(chǎn)斷面小的長制品。沖壓：靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產(chǎn)生塑性變形或分離?？傻玫捷p量、高剛性之制品；生產(chǎn)性良好，適合大量生產(chǎn)、成本低；可得到品質(zhì)均一的制品，材料利用率高、剪切性及回收性良好。碳鋼在鍛造溫度范圍內(nèi)變形時，是否會有冷變形強化現(xiàn)象？答：不會，碳鋼的鍛造溫度一般都在再結(jié)晶溫度之上，且碳鋼在鍛造溫度范圍內(nèi)處于奧氏體單相組織（γ相），這種面心立方晶格的硬度較低，容易變形。在鍛造溫度范圍內(nèi)，碳鋼會發(fā)生動態(tài)回復(fù)和動態(tài)再結(jié)晶，這些過程會消除因變形而產(chǎn)生的加工硬化效應(yīng)。3.什么是金屬的可鍛性？影響可鍛性的因素有哪些？答：金屬的可鍛性是衡量材料在經(jīng)受壓力加工時獲得優(yōu)質(zhì)制品難易程度的工藝性能。影響可鍛性的因素有：金屬化學成分、金屬組織結(jié)構(gòu)、變形溫度、變形速度、變形方式等。4.什么是熱變形?什么是冷變形?各有何特點？生產(chǎn)中如何選用?答：熱變形是指金屬在再結(jié)晶溫度以上的變形。其特點為：變形后沿著流線方向（縱向）的抗拉強度較高，而垂直于流線方向（橫向）的抗拉強度較低。同時促進動態(tài)再結(jié)晶，從而減少加工硬化。冷變形是指金屬在再結(jié)晶溫度以下的變形，其特點為：冷變形工藝使金屬獲得較高的尺寸精度和表面質(zhì)量，冷變形會產(chǎn)生加工硬化現(xiàn)象，殘余應(yīng)力較大。生產(chǎn)中的選用：冷變形常用于制造高強度、高硬度的零件，如板料沖壓、冷擠壓、冷鍛和冷軋等。熱變形常用于制造大型鑄件、鍛件等。5.鉛在20℃、鎢在1000℃時變形，各屬哪種變形？為什么（鉛的熔點為327℃，鎢的熔點為3380℃）？答：鉛在20℃時的變形：鉛的熔點為327℃，再結(jié)晶溫度的計算公式為0.4倍的熔點（絕對溫度），即0.4×(327+273.15)K=258.26K=?14°C。因為20℃高于鉛的再結(jié)晶溫度（-14℃），所以鉛在20℃時的變形屬于熱變形。鎢在1000℃時的變形：鎢的熔點為3380℃，再結(jié)晶溫度的計算公式同樣為0.4倍的熔點即0.4×(3380+273.15)=1461.26K=1188.26℃。因為1000℃低于鎢的再結(jié)晶溫度（1188.26℃），所以鎢在1000℃時的變形屬于冷變形。綜上所述，鉛在20℃時的變形是熱變形，而鎢在1000℃時的變形是冷變形。這是因為鉛的變形溫度高于其再結(jié)晶溫度，而鎢的變形溫度低于其再結(jié)晶溫度。流線組織是怎樣形成的？它的存在有何利弊？答：流線組織：在鍛造時，金屬的脆性雜質(zhì)被打碎，沿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，這樣熱鍛后的金屬組織就具有一定的方向性，通常稱為流線組織。利：提高力學性能：良好的流線可以使鍛件的力學性能更好，尤其是沿流線縱向上的力學性能。提高零件承載能力：如果流線分布合理，可以顯著提高零件的承載能力。例如，吊鉤采用彎曲工序成形時，就能使流線方向與吊鉤受力方向一致，從而可提高吊鉤承受拉伸載荷的能力。弊：各向異性：金屬流線的存在使得金屬性能呈現(xiàn)各向異性，即沿著流線方向的抗拉強度較高，而垂直于流線方向的抗拉強度較低。質(zhì)量問題：如果鍛造流線方向和鍛件將來的主要受力方向處理不好，容易出現(xiàn)鍛件質(zhì)量問題，如裂紋等。7.如REF_Ref168937310\h圖3-66所示的鋼制掛鉤，擬用鑄造、鍛造、板料切割這三種工藝制造。試問用哪種工藝制得的掛鉤承載力最大?為什么?圖3-SEQ圖10-\*ARABIC66鋼制掛鉤答：鍛造工藝：鍛造過程中，金屬材料經(jīng)過反復(fù)的變形和再結(jié)晶，金屬的晶粒得到細化，內(nèi)部的夾雜物和缺陷被壓實或打破，從而提高了材料的密實度和均勻性。這種工藝保持了金屬的連續(xù)纖維（流線），使得材料的力學性能在各個方向上都比較均勻，尤其是沿流線方向的力學性能最佳。鑄造工藝：鑄造件通常存在一些內(nèi)部缺陷，如氣孔、縮孔、縮松和夾雜等，這些缺陷會顯著降低材料的承載能力。此外，鑄造件的晶粒組織較為粗大，且各向異性明顯，導(dǎo)致其力學性能不如鍛造件。板料切割工藝：板料切割工藝是從軋制過的鋼坯上直接切割成型，雖然避免了鑄造中的一些缺陷，但由于沒有經(jīng)過鍛造過程中的塑性變形，其內(nèi)部組織和力學性能不如鍛造件，尤其是沒有保持完整的金屬流線，因此在承載力上通常低于鍛造件。綜上所述，鍛造工藝能夠提供最佳的力學性能和最高的承載力，因此在制造需要承受大載荷的鋼制掛鉤時，鍛造工藝是最合適的選擇。8.試從生產(chǎn)率、鍛件精度、鍛件復(fù)雜程度等方面比較自由鍛和模鍛兩種鍛造方法？答：生產(chǎn)率：自由鍛：自由鍛造的靈活性大，生產(chǎn)效率相對較低，因為它依賴于操作工人的技能和經(jīng)驗，且不易實現(xiàn)機械化和自動化。模鍛：生產(chǎn)效率高，勞動強度低，尺寸精確，加工余量小，并可鍛制形狀復(fù)雜的鍛件；適用于批量生產(chǎn)。模鍛時，金屬的變形在模膛內(nèi)進行，故能較快獲得所需形狀，生產(chǎn)率高，一般比自由鍛造高3～4倍，甚至十幾倍。鍛件精度：自由鍛：鍛件精度低，加工余量大，勞動強度大，生產(chǎn)率也不高，因此它主要應(yīng)用于單件、小批量生產(chǎn)。鍛件形狀簡單、尺寸精度低、表面粗糙。模鍛：鍛件尺寸較精確，能鍛造出自由鍛造很難鍛出的形狀，外形美觀，呈流線形，表面質(zhì)量較好，加工余量較小。模鍛件尺寸較精確，表面質(zhì)量較好，加工余量較小。鍛件復(fù)雜程度：自由鍛：鍛件形狀簡單，操作靈活，它在重型機器及重要零件的制造上有特別重要的意義。模鍛：可以鍛制形狀復(fù)雜的鍛件；由于有模膛引導(dǎo)金屬的流動，鍛件的形狀可以比較復(fù)雜。模鍛件成形是靠模膛控制，可鍛出形狀復(fù)雜、更接近于成品的鍛件。9.進行自由鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)注意哪些問題？答：鍛件上應(yīng)避免有錐形、斜面和楔形表面，鍛造具有錐體或斜面結(jié)構(gòu)的鍛件，需制造專用工具，鍛件成形也比較困難，從而使工藝過程復(fù)雜，不便于操作，影響設(shè)備使用效率，應(yīng)改進設(shè)計。鍛件由數(shù)個簡單幾何體構(gòu)成時，幾何體間的交接處不應(yīng)形成空間曲線。自由鍛鍛件上不應(yīng)設(shè)計出加強筋、凸臺、工字形截面或空間曲線表面。自由鍛鍛件的橫截面若有急劇變化或形狀較復(fù)雜時，應(yīng)設(shè)計成由幾個簡單件構(gòu)成的幾何體。每個簡單件鍛制成形后，再用焊接或機械連接方式構(gòu)成整體件。10.重要的軸類鍛件為什么在鍛造過程中安排有鐓粗工序？答：減少焊合內(nèi)部缺陷：鍛件在制造過程中可能會存在縮孔、疏松、偏析等缺陷。合理的鐓粗工序能夠有效地焊合這些內(nèi)部缺陷，減小偏析。提高機械性能：通過反復(fù)的鐓粗工序可以提高鍛件的綜合機械性能。11.模鍛模膛按功能分類哪幾類？各有什么功能？答：預(yù)鍛模膛：使坯料變形到接近于鍛件的形狀和尺寸，終鍛時金屬容易充滿終鍛模膛，同時也減小了終鍛模膛的磨損，延長使用壽命。終鍛模膛：使坯料最后變形到鍛件所要求的形狀和尺寸。它的形狀與鍛件的形狀相同；由于鍛件冷卻時要收縮，終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個收縮量，一般鋼件收縮量取1.2%～1.5%。12.改正REF_Ref168937190\h圖3-67所示模鍛件結(jié)構(gòu)的不合理之處。圖3-SEQ圖10-\*ARABIC67模鍛件結(jié)構(gòu)答：原設(shè)計中垂直分模面的表面沒有設(shè)計斜度，轉(zhuǎn)角處沒有設(shè)計圓角過渡，等。改進結(jié)構(gòu)中將Φ90的表面增加斜度，轉(zhuǎn)角處改為圓角，等。13.下列制品選用哪種鍛造方法制作？答：活扳手（成批）；銑床主軸（成批）；大六角螺釘（成批）；起重機吊鉤（小批）；萬噸輪主傳動軸（單件）活動扳手(成批):活動扳手通常采用模鍛法進行大批量生產(chǎn)。銑床主軸(成批):銑床主軸適合采用模鍛法進行成批生產(chǎn)。大六角螺釘(成批):大六角螺釘適合采用模鍛法進行成批生產(chǎn)。起重機釣鉤(小批):起重機釣鉤適合采用自由鍛法進行小批量生產(chǎn)。萬噸輪主軸(單件):萬噸輪主軸適合采用自由鍛法進行單件生產(chǎn)。什么是沖裁工序、彎曲工序、拉深工序？它們各有何變形特點？答：沖裁工序：沖裁是利用模具在壓力機上使材料與制件沿一定的輪廓線產(chǎn)生相互分離的工序，包括落料、沖孔、切斷、修邊、剖切等。彎曲工序：彎曲是將金屬板料、棒料、管料或型材等毛坯按照一定的曲率和角度進行變形，從而得到定角度和形狀零件的沖壓工序。拉深工序：拉深（又稱拉延）是利用拉深模在壓力機的壓力作用下，將平板坯料或空心工序件制成開口空心零件的加工方法。設(shè)計沖壓件結(jié)構(gòu)時應(yīng)考慮哪些原則？答：圓角過渡：沖裁件的直線或曲線連接處應(yīng)有適當?shù)膱A角，以避免沖裁模制造困難和模具損壞。只有在采用少廢料、無廢料排樣模具結(jié)構(gòu)時可以不要圓角。最小圓角半徑：沖裁件的圓角半徑應(yīng)根據(jù)材料厚度`t`來確定，當`t＜1mm`時，均以`t=1mm`計算。凸出或凹入部分的寬度：沖裁件凸出或凹入部分的寬度不宜太小，并應(yīng)避免過長的懸臂。腰圓形沖裁件設(shè)計：腰圓形沖裁件的圓弧半徑R應(yīng)大于工件寬度的一半，以采用少廢料排樣。如果圓弧半徑R等于工件寬度的一半，則不能采用少廢料排樣，否則會產(chǎn)生臺肩。沖孔尺寸：沖孔時，孔的尺寸不宜過小，其最小尺寸與孔的形狀、材料的機械性能、材料的厚度等因素有關(guān)。材料合理排樣：沖裁件的形狀應(yīng)能符合材料合理排樣，減少廢料。用φ50mm沖孔模具來生產(chǎn)φ50mm落料件能否保證落料件的精度？為什么？答：不能保證，原因如下：間隙差異：由于沖孔模具和落料模具在設(shè)計時凸凹模間隙的確定方式不同，如果用沖孔φ50mm的模具來落料φ50mm落樣件，落料件的尺寸會大一定的間隙尺寸，從而影響精度。斷面質(zhì)量及模具壽命：適當?shù)耐拱寄ｉg隙對于保證斷面質(zhì)量、模具壽命以及成品的尺寸精度至關(guān)重要。而用φ50mm沖孔模具來生產(chǎn)φ50mm落料件，會導(dǎo)致間隙不合適，進而影響精度。落料模與拉深模的凸、凹模間隙有什么不同？為什么？答：落料是分離工序，凸凹模邊緣是鋒利的刃口，用于將材料從板料上剪切下來。落料的凸凹模間隙一般小于板的厚度，且要求間隙合適。通常，單邊間隙z取為材料厚度的m倍，其中m是與材料性能及厚度有關(guān)的系數(shù)。拉深是變形工序，凸凹模邊緣為圓角，以便于材料的流入和形狀的形成。拉深模的凸模和凹模間隙一般大于板料的厚度。通常，單邊間隙z1的取值范圍為1.1至1.2倍的材料厚度。用φ60mm落料模具來生產(chǎn)φ60mm沖孔件能否保證沖壓件的精度？為什么？用φ300mm×1.0mm的板料能否一次拉深成φ60mm的拉深件？應(yīng)采用什么措施？答：用φ60mm落料模具來生產(chǎn)φ60mm沖孔件不能保證沖壓件的精度，因為落料模和沖孔模在模具間隙和刃口磨損特性上存在差異。用φ300mm×1.0mm的板料不能一次拉深成φ60mm的拉深件，采取措施：

多次拉深，可以采用多次拉深的方法，每次拉深逐漸減小直徑，使每次拉深系數(shù)都在材料允許的范圍內(nèi)。中間退火，在多次拉深過程中，由于材料加工硬化，可能需要進行中間退火處理，以恢復(fù)材料的塑性，便于下一次拉深。壓邊力控制，合理控制壓邊力，防止拉深過程中出現(xiàn)起皺現(xiàn)象。壓邊力過小，容易起皺；壓邊力過大，會增加拉深力，可能導(dǎo)致拉裂。材料的回彈現(xiàn)象對沖壓生產(chǎn)有何影響？答：形狀變形，回彈可能使沖壓件的形狀發(fā)生變形。在拉深或翻邊等工序中，材料的回彈會導(dǎo)致沖壓件的輪廓形狀與模具形狀不一致。模具設(shè)計難度增加，為了補償材料的回彈，模具設(shè)計者需要在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮回彈量，并進行相應(yīng)的修正。這增加了模具設(shè)計的復(fù)雜性和難度。

模具磨損加劇，由于回彈導(dǎo)致沖壓件與模具的貼合度不佳，在沖壓過程中可能會產(chǎn)生不均勻的受力，這會加速模具的磨損。生產(chǎn)周期延長，處理回彈問題需要進行多次調(diào)試和修正，無論是在模具設(shè)計階段還是在生產(chǎn)過程中。這會導(dǎo)致生產(chǎn)周期延長，降低生產(chǎn)效率。工件拉深時為什么會出現(xiàn)起皺和破裂現(xiàn)象？應(yīng)采取什么措施解決這些質(zhì)量問題？答：1.起皺原因切向壓應(yīng)力過大：在拉深過程中，工件圓周方向（切向）會受到較大的壓應(yīng)力。當這個壓應(yīng)力達到一定程度時，工件的邊緣部分材料就會失去穩(wěn)定性，從而產(chǎn)生起皺現(xiàn)象。壓邊力不足：如果壓邊裝置提供的壓邊力不夠，就無法有效抑制材料在切向的流動，也容易導(dǎo)致起皺。解決措施增加壓邊力：通過調(diào)整壓邊裝置，適當增加壓邊力，使材料在拉深過程中能夠受到足夠的約束，減少切向流動，從而防止起皺。不過，壓邊力也不能過大，否則可能會引起其他問題。采用拉深筋或拉深檻：在模具上設(shè)置拉深筋或拉深檻，能夠增加材料在流入凹模過程中的阻力，限制材料的流動，起到防止起皺的作用。2.破裂原因徑向拉應(yīng)力過大：拉深時，工件徑向（從中心到邊緣的方向）會產(chǎn)生拉應(yīng)力。當拉應(yīng)力超過材料的強度極限時，材料就會發(fā)生破裂。例如，拉深系數(shù)過小（拉深變形程度過大），會使徑向拉應(yīng)力過大，導(dǎo)致破裂。材料性能和質(zhì)量問題：如果材料的塑性差、厚度不均勻或者表面有缺陷，也容易在拉深過程中出現(xiàn)破裂情況。解決措施合理設(shè)計拉深工藝參數(shù)：包括合理選擇拉深系數(shù)，避免拉深變形程度過大。如果不能一次拉深成功，可以采用多次拉深的方法，每次拉深都控制在材料允許的變形范圍內(nèi)。選擇合適的材料和毛坯尺寸：選用塑性好、質(zhì)量合格的材料。同時，根據(jù)拉深件的最終尺寸要求，合理確定毛坯尺寸，避免因材料尺寸不合理導(dǎo)致拉深過程中應(yīng)力過大。優(yōu)化模具設(shè)計：合理設(shè)計凸、凹模的圓角半徑和模具間隙。較大的圓角半徑可以降低拉深時的應(yīng)力集中；合適的模具間隙能夠保證拉深件壁厚均勻，減少破裂的可能性。1.中厚板軋制過程中有哪些板形快速調(diào)節(jié)手段？（1）液壓彎輥所謂液壓彎輥，就是采用液壓缸的壓力，使工作輥或支撐輥在軋制過程中產(chǎn)生附加彎曲，以此改變有載輥縫形狀，保證鋼板的平直度和斷面形狀合乎要求。彎曲工作輥的方法改變工作輥撓度的機理主要是改變工作輥和支撐輥之間互相彈性壓扁量的分布曲線。彎曲支撐輥方法改變工作輥撓度的機理是彎輥力改變了支撐輥的彎曲撓度。對于窄板軋機，采用彎曲工作輥方法比較好；而對于寬板軋機，采用彎曲支撐輥方法比較好。（2）軋輥分段冷卻軋輥的熱凸度可以對軋輥的磨損、軋輥的彈性變形給以一定程度的補償，控制軋輥冷卻液流量沿輥身長的分布，調(diào)節(jié)熱凸度，影響有載輥縫形狀，參與板形控制，這就是軋輥分段冷卻。軋輥分段冷卻技術(shù)在厚板生產(chǎn)中已經(jīng)得到成功的應(yīng)用。（3）軋輥的傾輥調(diào)整(主要是針對鐮刀彎并伴隨打的單邊浪缺陷)由于液壓AGC厚度控制系統(tǒng)，具有軋輥的一側(cè)可以單獨進行壓下調(diào)節(jié)的功能，出現(xiàn)了軋輥傾輥調(diào)整控制板形的技術(shù)。為了使這種調(diào)整不影響鋼板軋制的厚度，通常采用一端壓下，另一端作相應(yīng)抬升的調(diào)整方法。2.熱軋帶鋼除鱗的作用是什么？避免影響帶鋼表面質(zhì)量，避免因因氧化鐵皮硬脆而加速軋輥磨損3.冷軋帶鋼張力調(diào)整的依據(jù)？軋制張應(yīng)力大小在不超過屈服極限的范圍選擇，一般取(0.1～0.6)ReH。軋制帶材越薄、變形抗力越大，張應(yīng)力應(yīng)取較大值。但成品道次，考慮到斷帶和罩式退火爐的粘卷問題，張應(yīng)力不能取太大，一般取50N/mm2。4.軋制變形區(qū)有哪些重要參數(shù)？咬入角α、變形區(qū)長l、軋件在出、入口斷面上的高度(h1和h0)及寬度(b15.為什么軋制時強制咬入后能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定軋制？因為穩(wěn)定軋制條件(4-32)對摩擦力的要求比咬入條件(4-14)低。6.如何準確測定軋制過程前滑和后滑的數(shù)值？通過實驗進行測定，用沖子在軋輥表面上打出兩個小坑，如果將沖坑的距離視為l，則軋制時留在軋件表面上的兩個沖坑印痕之間的距離即為l17.軋制力計算時的基本假設(shè)是什么？（1）軋制時，軋輥產(chǎn)生彈性壓扁，使變形區(qū)長度增長，常近似地認為按觸弧為平板壓縮；（2）軋制薄板時，可將圓弧看成直線；（3）接觸弧用拋物線代替圓弧；（4）采用圓弧方程，但改用極坐標，以利求解。8.采利柯夫單位壓力公式的局限性及適用范圍？公式中沒有考慮金屬材料在變形過程中的加工硬化現(xiàn)象的影響，而且在變形區(qū)內(nèi)沒有考慮黏著區(qū)的存在。以直線代替圓弧的接觸弧方程只有對冷軋薄板時比較接近，此時弦弧差別較小，冷軋薄板時黏著現(xiàn)象不太顯著，所以采利柯夫公式應(yīng)用在冷軋薄板情況下是比較準確的。9.西姆斯(Sims)公式主要用來計算哪種軋制過程？熱軋帶鋼10.斯通(Stone)公式主要用來計算哪種軋制過程？冷軋帶鋼11.簡述如何實現(xiàn)極薄帶的軋制。二十輥軋機的輥系如何布置？（1）應(yīng)減少工作輥的直徑，因為工作輥的彈性壓扁在軋制極薄帶材時可能等于或大于帶材的厚度，使用直徑更小的工作輥是必要的。（2）采用高效率的工藝潤滑劑，適當加大張力，以減小軋制力?。（3）采取中間退火來消除加工硬化，這也是減小金屬變形抗力的有效手段?二十輥軋機輥系是按1-2-3-4呈塔形布置，上下對稱設(shè)置在機架的8個梅花孔內(nèi)。上下兩個工作輥分別靠在兩個第一中間輥上；上下兩對第一中間輥又支撐在3個第二中間輥上；而6個第二中間輥則支撐在外層固定于梅花孔里的8個支撐輥組上。12.什么是板形？試結(jié)合典型板形的表現(xiàn)形式分析板形的形成原因。板形是指板、帶材的平直度，即浪形、瓢曲或旁彎的有無及程度，其好壞是指板、帶材橫向各部位是否產(chǎn)生波浪或折皺?。板形的形成主要取決于伸長率或壓縮率沿寬度方向是否相等?。以下是結(jié)合典型板形表現(xiàn)形式對板形形成原因的分析：（1）?單邊浪缺陷?：這種缺陷通常指的是在冷軋板生產(chǎn)過程中，帶鋼邊部的延伸大于中部的延伸而產(chǎn)生的缺陷。?（2）雙邊浪缺陷?：與單邊波浪對應(yīng)，指的是帶鋼的兩邊延伸都大于中部，殘余應(yīng)力過于突出導(dǎo)致雙邊波浪形成。?（3）中浪缺陷?：指的是帶鋼的中部延伸量過大超過了兩邊而產(chǎn)生中間浪。13.什么是異步軋制？其主要優(yōu)點有哪些？異步軋制是一種速度不對等軋制，上下工作輥表面線速度不等，以降低軋制力；因此又稱差速軋制，也稱搓軋。采用異步軋制可以大大地降低軋制力，所以設(shè)備重量輕，能耗低，軋機變形小，產(chǎn)品精度高；減少了軋輥的磨損和中間退火，降低了生產(chǎn)費用；軋制道次少，生產(chǎn)率高；軋機可軋厚度大。異步軋制不但適用于冷軋板帶，并且可以用于熱軋板等。14.復(fù)合板帶波紋輥軋制技術(shù)的特點是什么？復(fù)合板帶波紋輥軋制技術(shù)是一種新型特種軋制技術(shù)，該技術(shù)基于波紋輥特殊輥型曲線形成局部強應(yīng)力作用，有助于提高異種金屬的變形協(xié)調(diào)性和復(fù)合強度。（1）軋道次中由于波紋輥的作用，在波谷位置處率先形成局部強應(yīng)力，促進雙金屬進入結(jié)合狀態(tài)，應(yīng)力值從波谷向波腰與波峰處不斷減??；在后續(xù)的平軋道次中，原來的波峰位置則會由于局部強應(yīng)力作用可再次促進兩金屬的結(jié)合。（2）局部強應(yīng)力不僅促進了兩金屬的軋制復(fù)合，而且增強了界面“破裂與嵌入”的能力，促進硬脆表面金屬和氧化膜的加速錯動、破碎，使界面兩側(cè)新鮮金屬大面積流出并結(jié)合，且隨著軋制的進行不斷擴散，有效提高界面結(jié)合率和結(jié)合性能。（3）粗軋道次提高了軋輥與難變形金屬的接觸面積，不僅增加了縱向延伸率，而且使難變形金屬預(yù)存了彎曲量；在精軋道次中，在平輥作用下預(yù)存金屬予以伸展，可以彌補兩種金屬的延伸率差異，促進變形協(xié)調(diào)，減小兩金屬間的殘余應(yīng)力，改善板形質(zhì)量。（4）波平軋制(CFR)形成的波紋型界面不僅有效增大了兩種金屬的結(jié)合面積，而且將結(jié)合界面形狀由傳統(tǒng)的二維提升至三維，大幅提高了復(fù)合板的抗拉、抗剪、抗沖擊等多種力學性能。15.簡述連鑄連軋的冶金學特征及工藝優(yōu)勢。連鑄連軋的冶金學特征是將鑄造和軋制兩種工藝結(jié)合起來，將液態(tài)金屬直接澆入輥縫中，在連續(xù)鑄造凝固的同時進行軋制變形，實現(xiàn)了鑄造和軋制的連續(xù)化生產(chǎn)，軋輥既起著結(jié)晶器的作用，又同時對金屬進行軋制變形，使得液態(tài)金屬能夠迅速凝固并成型，其工藝優(yōu)勢包括節(jié)約能源、提高成材率、簡化生產(chǎn)流程、縮短生產(chǎn)周期以及提升產(chǎn)品質(zhì)量?。16.如何保證連軋坯的質(zhì)量？（1）控制連鑄坯的純凈度?。純凈度是指鋼中非金屬夾雜物的數(shù)量、形態(tài)和分布，這對連鑄坯的質(zhì)量至關(guān)重要，應(yīng)選擇合適的精煉方式，并全過程采用保護澆鑄，以盡可能降低鋼中夾雜物的含量。?（2）確保連鑄坯的表面質(zhì)量?。這主要包括避免連鑄坯表面出現(xiàn)裂紋、夾渣及皮下氣泡等缺陷。這些缺陷主要是在鋼液在結(jié)晶器內(nèi)坯殼生長過程中產(chǎn)生的，需要嚴格控制澆鑄溫度、拉坯速度、保護渣性能、浸入式水口的設(shè)計、結(jié)晶器振動以及結(jié)晶器液面的穩(wěn)定等因素。?（3）重視連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量?。內(nèi)部質(zhì)量是指連鑄坯是否具有正確的凝固結(jié)構(gòu)，以及是否存在裂紋、偏析、疏松等缺陷。為了保證內(nèi)部質(zhì)量，需要合理分配二冷區(qū)冷卻水，嚴格對中支撐系統(tǒng)，并可以采用鑄坯壓下技術(shù)和電磁攪拌技術(shù)來進一步改善連鑄坯的內(nèi)部質(zhì)量。?（4）控制連鑄坯的外觀性質(zhì)。這主要是指連鑄坯的形狀是否規(guī)矩，尺寸誤差是否符合規(guī)定要求。這與結(jié)晶器內(nèi)腔尺寸、表面狀態(tài)及冷卻的均勻性密切相關(guān)，因此需要嚴格控制這些因素以保證連鑄坯的外觀質(zhì)量。?（5）加強質(zhì)量監(jiān)管和細節(jié)管理?。例如，對連鑄裝備和工藝進行優(yōu)化，嚴格把關(guān)每一個環(huán)節(jié)和工序，做到精益求精。同時，對坯料進行嚴格的驗收和檢查，發(fā)現(xiàn)缺陷及時采取措施進行整改，以確保連軋坯的質(zhì)量穩(wěn)定性。熔焊、壓焊和釬焊的區(qū)別主要體現(xiàn)在焊接原理的不同。（（答：焊接冶金過程的特點有：1）冶金溫度高，合金元素燒損嚴重。2）冶金反應(yīng)不充分，易產(chǎn)生焊接缺陷。焊條藥皮在冶金過程中主要起機械保護作用、冶金處理作用和改善焊接工藝性能的作用。熔焊接頭包括哪幾部分？何謂焊接熱影響區(qū)？從焊接方法和工藝上考慮，能否減少答：熔焊接頭主要包括焊縫、熔合區(qū)和熱影響區(qū)。熱影響區(qū)是指焊接過程中，焊件受熱的影響（但未熔化）而發(fā)生組織和力學性能變化的區(qū)域。從焊接方法和工藝上考慮，焊接熱影響區(qū)可以減少，但是是不可避免的。機械保護作用、冶金處理作用和改善焊接工藝性能的作用。按藥皮性質(zhì)的不同，焊條可分為氧化鈣型、氧化鈦鈣型、鈦鐵礦型、氧化鈦型、纖維素型、低氫鉀型、低氫鈉型、石墨型、鹽基型等。如O2、、eO3等（CaO、Na2O、等。酸性焊條和堿性焊條的差異主要體現(xiàn)在焊接熔渣的酸堿度不同。（。電子束焊主要有真空電子束焊、低真空電子束焊和非真空電子束焊。答：常用的壓力焊有電阻焊、摩擦焊、超聲波焊和擴散焊4種。---4mm電阻縫焊過程是將焊件裝配成搭接接頭，并置于兩滾輪電極之間，滾輪對焊件加壓并轉(zhuǎn)-什么是焊接結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)工藝性？在焊接結(jié)構(gòu)設(shè)計時如何考慮其結(jié)構(gòu)工藝性？試舉答：常見的焊接缺欠有咬邊、焊瘤、未焊透、氣孔、裂紋和夾渣。5-50 （a） （b） （c）圖5-50題13圖答：圖a焊縫布置不合理，焊縫位置太靠近加工孔的位置。應(yīng)減小焊縫的尺寸。圖b焊縫布置不合理，中間四條焊縫設(shè)計不便于施焊和焊縫布置密集。應(yīng)減少焊縫數(shù)量。c第六章思考題參考答案簡述電化學加工的原理及種類。原理：基于電化學作用原理去除材料（陽極溶解）或增加材料（陰極積沉）的加工技術(shù)。分類：1.利用電化學陽極溶解來進行加工，主要有電解加工、電解拋光等；2.利用電化學陰極沉積進行加工，主要有電鍍、涂鍍、電鑄等；3.利用電化學加工與其他加工方法相結(jié)合的電化學復(fù)合加工工藝，主要有電化學加工與機械加工相結(jié)合，如電解磨削、電化學陽極機械加工。電解加工中，何謂電流效率？電流效率指實際溶解（或沉積）金屬所占的耗電量對通過總電量的有效利用率。定義電流效率η為：η噴射電沉積與傳統(tǒng)電沉積有何區(qū)別？噴射電沉積與傳統(tǒng)電沉積在傳質(zhì)速率、擴散層厚度、極限電流密度等方面存在差異。噴射電沉積與傳統(tǒng)電沉積的區(qū)別主要在工藝方式和效果上。噴射電沉積通過高速噴射電解液，顯著提高了金屬離子的傳質(zhì)速率，減小了擴散層厚度，從而提高了極限電流密度，允許更快的沉積速率和更致密的涂層。相比之下，傳統(tǒng)電沉積依靠自然擴散或弱對流傳質(zhì)，擴散層較厚，傳質(zhì)速率較低，極限電流密度受限。噴射電沉積涂層致密且區(qū)域控制精準，適用于復(fù)雜形狀、高質(zhì)量涂層的制備，如微電子器件和精密模具。傳統(tǒng)電沉積工藝簡單、成本低，適合大面積防腐或裝飾性鍍層，但效率相對較低。試述激光加工的能量轉(zhuǎn)化過程，以及它是如何從電能轉(zhuǎn)化為光能又轉(zhuǎn)化為熱能來加工材料的。首先，激光器將電能轉(zhuǎn)化為光能，通過受激輻射產(chǎn)生高相干性和高能量密度的激光；然后，聚焦的激光束照射到材料表面，材料吸收光能并轉(zhuǎn)化為熱能，引起熔化、汽化、燒蝕或熱影響等效應(yīng)，從而實現(xiàn)切割、焊接、打孔、雕刻或表面改性等加工過程。電子束加工和離子束加工在原理上有何異同？電子束加工和離子束加工均利用高能粒子束在真空環(huán)境中對材料進行加工，但在原理和應(yīng)用上有所不同。電子束以高速電子為載體，通過熱效應(yīng)和電磁相互作用實現(xiàn)材料的熔化、汽化或改性，穿透力較強，適用于焊接、熱處理等加工；而離子束以帶電離子為載體，通過動能傳遞和表面撞擊引起濺射、刻蝕或化學反應(yīng)，主要作用于表面，適用于薄膜沉積、精密拋光等表面微細加工。電子束、離子束、激光束三者相比，在工藝和應(yīng)用范圍上各有何特點？電子束：電子束具有高能量密度和可精確聚焦的特點，因而加工精度高、效率高，且無污染，屬于清潔加工技術(shù)。電子束加工根據(jù)功率密度和能量注入時間的不同，應(yīng)用于打孔、切割、蝕刻、焊接、熱處理及光刻等領(lǐng)域，適合需要高精度、深度較大的加工場景。離子束：離子束利用帶電離子對材料表面進行轟擊，具有極高的加工精度和表面修飾能力，主要作用于材料表面，適合納米級和亞微米級加工。廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體制造、光學器件加工、薄膜沉積、表面改性和高精度表面拋光等，尤其在微電子和高端制造中具有重要價值。激光束：激光束通過聚焦光能實現(xiàn)高溫效應(yīng)，能熔化或氣化幾乎所有材料，包括耐熱合金、陶瓷、石英和金剛石等硬脆材料。其加工靈活性強，可實現(xiàn)無接觸加工。激光加工廣泛用于切割、焊接、表面改性、打孔、雕刻和增材制造，特別適合硬脆材料和復(fù)雜形狀工件的加工。簡述增材制造技術(shù)的種類。種類：粉末床熔融、定向能量沉積、立體光固化、粘接劑噴射、材料擠出、材料噴射、薄材疊層。簡述激光粉末床熔融技術(shù)與電子束粉末床熔融技術(shù)的區(qū)別與各自優(yōu)勢。區(qū)別：1.能量源不同，激光粉末床熔融技術(shù)使用激光，電子束粉末床熔融技術(shù)使用電子束；2.激光粉末床熔融技術(shù)通常在惰性氣體（如氬氣）保護環(huán)境中運行，以避免材料氧化和污染；電子束粉末床熔融技術(shù)在高真空環(huán)境中工作，以確保電子束穩(wěn)定性并防止散射；3.電子束粉末床熔融技術(shù)適用于導(dǎo)電性良好的金屬材料，不適合非導(dǎo)電性材料；激光粉末床熔融技術(shù)適用材料更廣泛。優(yōu)勢：電子束粉末床熔融能量利用率高，生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)，較少需要進行后處理；激光粉末床熔融技術(shù)的設(shè)備成本相對較低，材料適用范圍廣泛，特別適合生產(chǎn)復(fù)雜幾何形狀的零件，且加工精度高，表面質(zhì)量優(yōu)異。簡述影響激光近凈成形質(zhì)量的因素。影響因素：激光功率、掃描速度、掃描路徑和光斑大小等工藝參數(shù)；粉末的顆粒尺寸、形狀及成分等材料特性；成形環(huán)境中的氣氛控制等。7-1請分別說明冷軋鋼板表面缺陷和焊接內(nèi)部缺陷適合的無損檢測方法是什么？答：對于冷軋鋼板的表面缺陷，適用于渦流檢測；焊接內(nèi)部缺陷更適用于超聲波檢測和射線檢測。7-2有一批渦輪葉片，需要檢測是否有裂紋，請舉出兩種以上的方法，并闡述其對應(yīng)的優(yōu)缺點。答：超聲波檢測。優(yōu)點：1、能檢測渦輪葉片內(nèi)部的裂紋，可以對較深裂紋的缺陷有較好的檢測能力。2、可以檢測復(fù)雜形狀的葉片。缺點：1、在檢測大型復(fù)雜葉片上花費時間長。2、表面質(zhì)量要求高，對于不太光滑的表面會影響檢測效果。X射線檢測。優(yōu)點：1、可以得到高分辨率圖像，能捕捉到微小裂紋、氣孔等缺陷。2、對于復(fù)雜形狀的葉片，可以檢測到內(nèi)部進行全面的檢測。缺點：1、對于大型葉片需要多次拍攝，導(dǎo)致檢測速度慢。2、X射線設(shè)備以及維護成本高。渦流檢測。優(yōu)點：1、對于微小裂紋和缺陷有較高的靈敏度。2、適用于不同的金屬材質(zhì)。缺點：1、適用于表面和近表面缺陷的檢測，對于深層缺陷的探測效果較差。2、粗糙表面可能導(dǎo)致檢測結(jié)果失真。7-3在生產(chǎn)過程中需要采用光學傳感來檢測產(chǎn)品表面質(zhì)量進行分類，請從硬件和檢測算法方面闡述具體流程和核心技術(shù)。答：硬件主要包括運用相機、鏡頭以及光源等來對圖像進行獲取，在運用圖像處理算法來對捕獲到的圖像進行分析。圖像處理主要包括先對圖像進行前處理來進行圖像去噪，再運用分類算法來對產(chǎn)品的表面質(zhì)量進行分類。7-4卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要特點是什么，有哪些典型的網(wǎng)絡(luò)模型，請列舉出三種卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用。答：卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有可以從復(fù)雜場景中通過自學習的方式自動提取任務(wù)所需的特征的特點，有VGG16、ResNet、MobileNet等經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。重軌的缺陷檢測：基于多維視覺感知，利用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來對高速鐵路的重軌進行缺陷檢測；基于射線的鑄件缺陷檢測：運用基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像缺陷分割模型，實現(xiàn)對壓鑄件的內(nèi)部缺陷實時在線檢測；7-5超聲檢測的優(yōu)點和局限性分別是什么？請舉出三種超聲檢測在工業(yè)質(zhì)量檢測中的典型應(yīng)用。答：優(yōu)點：成本低、操作簡便、技術(shù)靈活、設(shè)備輕便。局限性：缺陷判定不直觀，難以確定缺陷的密度、大小及類型等。對檢測人員的技能和經(jīng)驗要求很高。在質(zhì)量檢測中，主要利用超聲波進行航空機匣環(huán)件的缺陷檢測來保證航空發(fā)動機服役壽命和質(zhì)量安全、利用平面波進行管座角焊縫缺陷檢測，還有基于超聲波對波紋復(fù)合板界面進行缺陷的在線檢測。7-6什么是平面波、柱面波和球面波，它們各有什么特點？答：平面波是指波陣面呈現(xiàn)為相互平行的平面的波，在平面波中，波陣面與波的傳播方向垂直；柱面波是指柱面波是一種波陣面為同心圓柱面的波。其波源為一條線，當長度遠大于波長的線狀波源進行徑向振動時，在各向同性介質(zhì)中輻射的波即為柱面波；球面波是指波陣面為同心球面的波，從波源向介質(zhì)中的各個方向傳播。7-7請說明射線檢測設(shè)備的主要組成部分以及在工業(yè)中的典型應(yīng)用。答：主要由X射線源、X射線探測器、機械軸以及計算機組成。在工業(yè)領(lǐng)域中主要應(yīng)用X射線來對合金鑄件的內(nèi)部缺陷進行檢測以及智能分級。智能傳感器相比傳統(tǒng)傳感器，其結(jié)構(gòu)形式有什么不同，具有哪些優(yōu)勢或特點？結(jié)構(gòu)形式：傳統(tǒng)傳感器：通常由傳感單元和接口單元組成，主要負責將物理信號轉(zhuǎn)換為電信號，輸出多為模擬量信號，不具備信號處理和組網(wǎng)功能，需要連接到特定測量儀表才能完成信號的處理和傳輸智能傳感器：集成了傳感芯片、通信芯片、微處理器、驅(qū)動程序、軟件算法等，形成一個系統(tǒng)級產(chǎn)品。是一種帶微處理器的兼具信息檢測、信息處理、信息記憶、邏輯思維和判斷功能的傳感器。相對于傳統(tǒng)傳感器，智能傳感器集感知、信息處理、通信于一體，可實現(xiàn)自校準、自補償、自診斷等處理功能。優(yōu)勢或特點測量精度高：智能傳感器具有信息處理功能，可通過軟件修正各種確定性系統(tǒng)誤差（如通過自動校零去除零點，與標準參考基準實時對比，進行自動標定與非線性校正、異常值處理等），還可適當補償隨機誤差、降低噪聲，提高了傳感器的測量精度。可靠性與穩(wěn)定性高：集成傳感器系統(tǒng)小型化，消除了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的某些不可靠因素（如溫度變化導(dǎo)致的零點和靈敏度漂移），改善整個系統(tǒng)的抗干擾件能力。同時，具有實時自檢、自動診斷、?；春蛿?shù)據(jù)存儲的功能，保障了傳感器使用過程中的可靠性與穩(wěn)定性。信噪比與分辨力高：智能傳感器具有信息處理、信息存儲和記憶功能，通過信息處理可以去除測量數(shù)據(jù)中的噪聲，將有用信號提取出來；通過信息處理中的數(shù)據(jù)融合可以消除多參數(shù)測量狀態(tài)下交叉靈敏度的影響，保證在多參數(shù)狀態(tài)下對特定參數(shù)測量時具有高的分辨率。組態(tài)功能與自適應(yīng)性強：智能傳感器可以實現(xiàn)多傳感器多參數(shù)綜合測量，有一定的自適應(yīng)能力，可根據(jù)檢測對象或條件的改變，相應(yīng)地改變量程反輸出數(shù)據(jù)的形式。同時它具有判斷分析與處理功能，能根據(jù)系統(tǒng)工作情況決策各部分的供電，使系統(tǒng)工作在最優(yōu)功耗狀態(tài)，也可優(yōu)化與上位機的數(shù)據(jù)傳送速率等。性價比高：智能傳感器主要是通過軟件而不是硬件實現(xiàn)傳感測量功能，以嵌入式微處理器為核心，集成了傳感單元、信號處理單元和網(wǎng)絡(luò)接口單元，能夠?qū)⒏鞣N現(xiàn)場數(shù)據(jù)直接在有線/無線網(wǎng)絡(luò)上傳輸、發(fā)布與共享。隨著集成電路工藝的進步，微處理器芯片成本也越來越低，因此智能傳感器具有較高的性價比。PID控制中比例單元、積分單元、微分單元各有什么作用？比例微分控制有什么規(guī)律？比例單元：按比例反應(yīng)控制系統(tǒng)的偏差信號，系統(tǒng)一旦產(chǎn)生偏差，控制器的比例調(diào)節(jié)立即產(chǎn)生作用以減少偏差。比例作用大時可加快調(diào)節(jié)速度，減少誤差，但是比例調(diào)節(jié)過大時，會使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。積分單元；主要是用來消除靜差，所謂靜差，就是系統(tǒng)穩(wěn)定后輸出值和設(shè)定值之間的差值，積分環(huán)節(jié)實際上就是偏差累計的過程，把累計的誤差加到原有系統(tǒng)上以抵消系統(tǒng)造成的靜差。由于積分控制作用不及時，固一般不單獨使用。微分單元：微分單元反映系統(tǒng)偏差信號的變化率，具有預(yù)見性，能預(yù)見偏差變化的趨勢，從而產(chǎn)生超前的控制作用。微分作用對噪聲干擾有放大作用，過強的微分調(diào)節(jié)可能降低系統(tǒng)的抗干擾能力2。微分作用不能單獨使用，需要與比例或積分調(diào)節(jié)結(jié)合。比例微分控制的規(guī)律為：當被控變量發(fā)生偏差時，調(diào)節(jié)器的輸出信號增量與偏差大小及偏差對時間的微分（偏差變換速度）成正比?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)辨識的三要素是什么？有何作用？系統(tǒng)辨識有三大要素：數(shù)據(jù)、模型類、等價準則。數(shù)據(jù)：能觀測到的被辨識系統(tǒng)的輸入／輸出數(shù)據(jù)。為了能夠辨識實際系統(tǒng)，對輸入信號的最低要求是在辨識時間內(nèi)系統(tǒng)的動態(tài)過程必須被輸入信號持續(xù)激勵，即要求輸入信號的頻率必須足以覆蓋系統(tǒng)的頻譜，同時要求輸入信號應(yīng)能使給定問題的辨識模型精度足夠高。模型類：待尋找模型的范圍。模型只是在某種意義下對實際系統(tǒng)的一種近似描述，若要同時兼顧其精確性和復(fù)雜性，則既可以由一個或多個神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組成，也可以加入線性系統(tǒng)，一般選擇能逼近原系統(tǒng)的最簡模型。等價準則：辨識的優(yōu)化目標，用來衡量模型與實際系統(tǒng)的接近情況。4.厚度自動控制系統(tǒng)的組成包括哪幾部分？分別起什么作用？（1）厚度的檢測部分厚度控制系統(tǒng)能否精確地進行控制，首先取決于一次信號的檢測，對熱連軋來說，測厚儀可以是X射線或γ射線的非接觸式測厚儀，而冷連軋除有用上述兩種之外，在較低速度情況下還可以采用接觸式測厚儀；（2）厚度自動控制裝置它是整個厚度自動控制系統(tǒng)的核心部分，其作用是將測厚儀測出的厚度偏差信號，進行放大或經(jīng)計算機的功能程序處理，然后輸出控制壓下位置的信號；（3）執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)控制信號對帶鋼厚度直接進行控制，例如通過壓下電動機或液壓裝置調(diào)整壓下位置或通過主電動機改變軋制速度，調(diào)節(jié)帶鋼的張力，來實現(xiàn)厚度的控制。5.軋制成形過程中板帶的板形是如何實現(xiàn)自動控制的？L1級、L2級、L3級在控制系統(tǒng)中分別起什么作用？現(xiàn)代板帶軋機的板形自動控制系統(tǒng)一般通過兩個控制層面來實現(xiàn)，即一個是過程自動化級另一個是基礎(chǔ)自動化級的二級自動控制系統(tǒng)。過程自動化級中包含有板形設(shè)定模塊，基礎(chǔ)自動化級中一般采用板形閉環(huán)反饋控制，也稱為AFC(AutomaticFlatnessControl)或ASC(Auto-maticShapeControl)。L1級：負責直接控制生產(chǎn)設(shè)備，如軋機的壓下系統(tǒng)、彎輥系統(tǒng)等，實時執(zhí)行L2級發(fā)送的控制指令，并對設(shè)備狀態(tài)進行實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集。L2級：根據(jù)L1級上傳的實時數(shù)據(jù)和預(yù)設(shè)的板形目標，進行過程優(yōu)化計算，生成具體的控制指令發(fā)送給L1級，同時對生產(chǎn)過程進行監(jiān)控和調(diào)整。L3級：負責整個生產(chǎn)線的管理和協(xié)調(diào)，包括生產(chǎn)計劃的制定、物料跟蹤、質(zhì)量控制等。L3級向L2級提供生產(chǎn)目標和設(shè)定值，并接收L2級上傳的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進行分析和決策。第9章先進成形模擬仿真技術(shù)習題及答案常用的成形過程建模方法有哪幾種？HenckyHencky第二定理。Q