材料加工工程试题库(编辑修改稿)

材料加工工程试题库(编辑修改稿)内容摘要：

高压力和高速度是压祷时液体金属充填成型过程的两大特点，也是压铸与其他铸造方法最根本区别之所在。 与其它铸造方法相比，压力铸造具有以下优点： 1) 产品质量好。 由于压铸型导热快 ，金属冷却迅速，同时在压力下结晶，铸件具有细的晶粒组织，表面坚实，提高了铸件的强度和硬度，此外铸件尺寸稳定，互换性好，可生产出薄壁复杂零件； 2) 生产率高，压铸模使用次数多； 3) 经济效益良好。 压铸件的加工余量小，一般只需精加工和铰孔便可使用，从而节省了大量的原材料、加工设备及工时。 压铸的缺点是，压铸型结构复杂，制造费用高，准备周期长，仅适用于定型产品的大量生产；压铸速度高，型腔中的气体很难完全排出，加之金属型在型中凝固快，实际上不可能补缩，致使铸件容易产生细小的气孔和缩松，铸件壁越厚，这种缺陷越严重，因 此，压铸一般只适合于壁厚在 6mm 以下的铸件；压铸件的塑性低，不宜在冲击载荷及有震动的情况下工作；另外，高熔点合金压铸时，铸型寿命低，影响压铸生产的扩大应用。 综上所述，压力铸造适用于有色合金，小型、薄壁、复杂铸件的生产。 ② 低压铸造 是液体金属在 20kPa－ 60kPa 压力的作用下，自下而上地充型并凝固而获得铸件的一种铸造方法。 低压铸造所用的铸型可以是金属型、砂型 (干型或湿型 )、石膏型、石墨型及熔模壳型等。 低压铸造时，铸件形成过程的基本特点是：根据铸件的结构特点、铸型的种类及形成过程各个阶段的要求，充 填速度及压力可以在一定范围内进行调整。 因此，低压铸造有如下的优点： (1)液体金属是自下而上平稳池充填铸型，且型腔中泄流的方向与气体排出的方向一致，因而避免了液体金属对型腔和型芯的冲刷作用，以及卷入气体和氧化夹杂物，防止铸件产业气孔和非金属夹杂物等铸造缺陷。 (2)铸件的凝固过程是在压力作用下进行的，补缩效果好，故铸件的致密度高，机械性能好。 如抗拉强度和硬度，一般比重力铸造提高 10％左右。 因此可用于生产耐压、防襂漏的铸件。 (3)液体金属的充填过程是在压力作用下进行的，从而改善了充型条件，可用于 铸造形状复杂的薄壁铸件。 (4)由于简化了浇冒口系统，且升液管中末凝固的液体金属可回流至坩锅中，节省了金属的消耗，工艺实收率一般可达 90％。 (5)减轻劳动强度，改善劳动条件，且因设备简单，容易实现机械化和自动化。 所以，金属型低压铸造广泛用于生产质量要求较高的铸件，如汽车轮毂、缸体、缸盖等铸件。 在砂型低压铸造中，可以成形轮廓很大的优质铸件。 ③ 离心铸造 是将液体金属注入高速旋转的铸型内，使金属液在离心力的作用下充满铸型和形成铸件。 离心力的作用有：使液体金属在径向能很好地充满铸型并形成铸件的自由表面 ；不用型芯能获得圆柱形的内孔；有助于液体金属中气体和夹杂物的排除；影响金属的结晶过程，从而改善铸件的机械性能和物理性能。 与重力浇注相比较，离心铸造的优点为： 1）铸件致密度高，气孔、夹渣等缺陷少，力学性能高； 2）生产中空铸件时可不用型芯，故在生产长管形铸件时可大幅度地改善金属充型能力，降低铸件壁厚对长度或直径的比值，简化套筒和管类铸件的生产过程； 3）几乎不存在浇注系统和冒口系统的金属消耗，提高工艺出品率； 4)便于制造筒、套类复合金属铸件，如钢背铜套、双金属轧辊等；成形铸件时，可借离心力提高金属的充型能力，故 可生产薄壁铸件。 离心铸造的缺点有： 1）铸件易产生比重偏析，因此不适合于合金易产生比重偏析的铸件 (如铅青铜 )，尤其不适合于铸造杂质比重大于金属液的合金；2）铸件内孔直径不准确，内孔表面比较粗糙，质量较差，加工余量大； 3）用于生产异形铸件时有一定的局限性等。 《材料加工工程》试题库 第二部分：固态金属塑性成形 一、模锻工艺及锻模设计 １、填空与名词解释 （１）金属坯料锻前加热的目的：提高金属的塑性，降低变形抗力，使之易于在锻模模膛内流动成形，并具有一定的力学性能。 （２）常用的下料方法：剪床下料、冲床剪 切下料、锯床下料。 （３）开式模锻：沿锻件分模面周围形成横向飞边的模锻。 （４）闭式模锻：不形成横向飞边，仅形成纵向毛刺（小飞边）的模锻。 （５）锻模中心：锻模燕尾中心线和键槽中心线的交点。 （６）模膛中心：模锻时上模模膛承受反作用力的合力作用点。 （７）精密模锻：在锻件表面仅留少量的机加工余量或不留余量的模锻。 （ 8）正挤压： 挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向一致。 （ 9）反挤压： 挤压时金属的流动方向与凸模的运动方向相反。 ２、问答题 （１）试分析锤上模锻和热模锻压力机上模锻飞边槽的作用。 答：锤上模锻时，飞边槽的作用是，产生足够大的横向阻力，促使金属充满锻模模膛；对毛坯金属起调节和补偿作用；对于锤模锻还能起到缓冲作用。 而热模锻压力机上模锻由于采用于较为完备的制坯工步，金属在终锻模膛内主要是以镦粗的方式变形，飞边槽的阻力作用不像锤上显得那么重要，而较多地起着排泄和容纳毛坯上多余金属的作用，即热模锻压力机上模锻，其飞边槽的主要作用是对毛坯金属起调节和补偿作用；其次才是起横向阻力作用；并因热模锻压力滑块行程固定且打击速度慢，模锻时上下模不接触，故不存在起缓冲作用的问题。 （ 2）试分析归纳选用预锻模 膛的作用和带枝芽类锻件的预锻模膛的设计方法。 答：预锻模膛的正面作用 ，一是经预锻后的坯件，保证终锻时获得成形饱满、无缺陷的优质镀件；二是减少流入飞边槽的金属横耗；三是减少终锻模膛的磨损，提高使用寿命。 其负面作用，增大了锻模尺寸，降低了生产率，对于锤和螺旋压力机上模锻导致了偏心打击，降低了尺寸精度，锤杆（螺杆）受力恶化。 带枝芽类锻件预锻模膛总的设计思路是要造成有利于坯料金属流向枝芽模膛。 其设计方法是：简化枝芽部分的形状；增大与枝芽连接处的圆角半径；必要时可在分模面上开设阻力尼沟，加大预锻时金属流向飞边槽的 横向阻力。 （ 3）试述闭式模锻锻模设置分流降压腔的原则及作用，并利用教材上相对平均工作压力 Pm/2k— 相对面积缩减率 R曲线图解释减小模膛工作压力的依据及方法。 答：设置原则：分流腔的位置应选择在模膛最后充满的部位；多余金属分流时在模膛内所产生的压力比刚充满时所产生的压力没有增加或增加很小。 作用：减少模膛工作压力，有利于提高模具寿命；对工艺的稳定性起补偿作用，降低对下料精度的苛刻要求。 由 Pm/2k— R曲线图可以看出：工作压力 Pm 随面积缩减率 R的增加而增加，在闭式模锻行程未了，其 R=1 时， Pm 增至无穷大，不 仅变形金属不能完全充满模膛（如齿轮的齿尖处），而且还会损害模具，如果在与锻件非重要部位对应的模膛设置一溢（分）流口，使 R＜ 1，当模膛完全充满时，就可避免工作压力急剧增高。 综合题 （ 1）：试述计算毛坯的依据和作用，根据下面的计算毛坯直径图，写出各项繁重系数的表达式并说明各自的含义，根据给出的数据计算出各繁重系数的具体数据，并由教材上“长轴类锻件制坯工步选用图表”查找出所需的制坯工步。 答：依据是，假定长轴类锻件在模锻时为平面应变状态，因而计算毛坯的长度与锻件长度相等，而轴向各横截面面积 计A 与锻件各相应处横 截面面积 锻A 和飞边横截面面积之和相等，即 飞锻计 ＋＝ A2A A。 作用是，选择制坯工步和制坯模膛设计的依据；确定坯料体积和尺寸的依据。 繁重系数的表达式分别为： ① 金属流入头部的繁重系数 均ddmax，其含义是  值越大，表示头部所需要的金属越多； ② 金属沿轴向流动的繁重系数 均计dL，其含义是  值越大，则金属沿轴向流动的距离越长； ③ 杆部斜率 杆拐－L dmindK ，其含义是 K 值越大，表明杆部锥度越大，小头或杆部的金属越过剩； ④ 锻件的质量 G， G 越大，表明制坯更难。 若已知： 50max d ； 25min d ； 34＝均d ； 32d＝拐 ； 100L＝杆 ； 160L ＝计 （单位为 mm），钢材密度 cmg＝。 代入计算得：  ；  ； k ； 锻件质量 kgG 2  。 由图查得宜选用拔长＋闭式滚挤制坯工步。 （ 2） :简要说明冷挤压工艺的主要优点与缺点，指出由图 2a 所示圆饼毛坯（ 20 号钢）成形为图 2b 所示圆筒形零件应采用那种挤压工艺。 试推导写出毛坯高度 H0、毛坯成形为零件的断面收缩率 A 和所需要的挤压力 F 的计算公式。 答：冷挤压工艺的主要优点是：挤压件尺寸精度高，表面粗糙度低；材料利用率高；由于在三向压应力状态下成形，有利于提高金属材料的塑性，加上冷作硬化效应，可提高挤压件的力学性能。 其缺点是：变形抗力大，所需要的设备吨位大；挤压变形工序前需对毛坯进行退火和表面处理， 因而不能连续生产。 由图 2a示圆饼毛坯成形为图 2b所示杯筒件应采用反挤压工艺。 由体积相等原理并假设 0DD 得：     ],[ 20220200 hDhHdDHD   毛坯高度：   hD hHdDD hDhHdDH  2022020202200 )(.)()( 断面收缩率： %100%100 20200  DdA AAA 挤压力： 24... dPCF  若 0D ＝ 50,d=40,H=50,h=5（单位为 mm），并有 p＝ 1500Mpa，代入上面的公式，得     mmH 5504050 2220  %64%1005040 22 A KNF 2   二、冲压工艺及冲模设计 填空、判断与名词解释（下列命题中，你认为正确的在题后括内号内打“√”，错误的打“”。 ） （ 1）判断题： 1）冲压加工只能用于加工金属板材。 （） 2）冲压产品的尺度精度主要是由模具保证的。 （√） 3）材料强度极限 b 与 屈服极限 s 之比值称为屈强比 /bs。 （） 4）材料变形时，随着变形程度增加，材料的塑性指标上升，强度指标下降的特性叫硬化效应。 （） 5）冲压工序可以分为成形工序与分离工序。