制造過程與工程 習題

1、機械制造基礎(chǔ)習題一、 鑄造（作業(yè)）：1. 澆注溫度可以提高合金的充型能力，但為什么又要防止?jié)沧囟冗^高？澆注溫度越高，合金粘度越低，保持液態(tài)時間越長，流動性越好，充型能力越強。但溫度過高導致大的吸氣量和大收縮率，易產(chǎn)生鑄造缺陷。所以澆注溫度在保持充型能力的前提下溫度盡量的低。生產(chǎn)中薄壁件應采用較高溫度，厚壁件應采用較低溫度。2. 縮孔與縮松對鑄件的質(zhì)量有何影響？為何縮孔比縮松容易防止？凝固結(jié)束后在鑄件某些部位出現(xiàn)的孔洞，大而集中的孔洞叫做縮孔，細小而分散的孔洞稱為縮松?？s孔和縮松可使鑄件力學性能大大降低，以致成為廢品?？s孔產(chǎn)生的基本原因是合金的液態(tài)收縮和凝固收縮大于固態(tài)收縮。且得不到補償?？s孔

2、產(chǎn)生的部位在鑄件最后凝固區(qū)域?？s孔可采用順序凝固方式，并增加冒口的方式來防止?？s松形成的基本原因是被樹枝狀的晶體分隔開的小液體區(qū)域得不到補充。主要出現(xiàn)在糊狀凝固的合金中，或斷面較大的鑄件壁中?？s松形成原因和縮孔不一樣，且面積較大，一般采用順序凝固方式，并增加冒口的方式來防止。3. 鑄件的凝固方式有哪些？哪些合金傾向于逐層凝固？鑄件凝固的方式有：逐層凝固、糊狀凝固和中間凝固。結(jié)晶溫度范圍越小，凝固的區(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。4. 消失模鑄造的基本工藝過程與熔模鑄造有何不同？消失模鑄造用泡沫塑料制成的模樣制造鑄型，模樣并不取出，澆注時模樣氣化消失而獲得鑄件

3、的方法。其主要工藝過程包括：1）制造模樣；2）掛涂料；3）干沙造型；4）澆注和落沙清理。熔模鑄造用易熔材料制成模型，然后在模樣表面包裹若干層耐火材料制成型殼，再將模樣融化排出型殼，從而獲得無分型面的鑄型，經(jīng)高溫焙燒后填沙澆注的鑄造方法。其主要工藝包括：1）蠟模制造；2）蠟模組合；3）型殼制造（脫蠟）；4）填沙澆注及落沙清理。5. 什么是鑄造工藝圖？它包括哪些內(nèi)容？鑄造工藝圖是用各種符號及參數(shù)表達出鑄造工藝方案的圖形，包括的內(nèi)容有：澆注位置，分型面，型芯數(shù)量，形狀，尺寸，加工余量，收縮率，澆注系統(tǒng)等。其作用為：指導模樣設計，生產(chǎn)準備，鑄型制造，鑄件檢驗等。6. 什么要規(guī)定最小的鑄件壁厚？普通灰口

4、鐵壁厚過大或壁厚不均勻各會出現(xiàn)什么？壁厚過薄可能引起澆不到或冷隔缺陷。所以要規(guī)定最小的鑄件壁厚，以免產(chǎn)生鑄缺陷，白口組織等。普通灰口鐵壁厚過大時，會出現(xiàn)鑄件晶粒粗大，內(nèi)部缺陷多，力學性能下降。普通灰口鐵壁厚不均勻時，會出現(xiàn)壁厚處合金聚集，易產(chǎn)生縮孔、縮松等缺陷，而且易在交接處引起熱應力。7. 澆注位置選擇和分型面選擇哪個重要？如發(fā)生矛盾該如何處理？澆注位置是澆注時鑄件在鑄型中的空間位置，澆注位置對鑄件質(zhì)量和鑄造工藝都有很大的影響。制定鑄造方案時必須優(yōu)先予以考慮。分型面決定了鑄件在造型中的位置。通常造型位置和澆注位置一直。分型面對鑄件質(zhì)量及鑄造工藝有很大影響。首先應保證鑄件的質(zhì)量要求，其次應使操

5、作盡量簡化，再考慮具體生產(chǎn)條件。思考題：1. 如何區(qū)分裂紋性質(zhì)，如果是熱裂，該從哪些方面采取措施？2. 手工造型常用哪幾種造型方法，各適用于何種零件？3. 為什么空心球難以鑄造？要采取什么措施才能鑄造？試用圖示表達。4. 從合金的鑄造性能來分析，設計鑄件是應該考慮哪些方面？5. 從鑄造工藝來分析，設計鑄件是應該考慮哪些方面？6. 分析下圖中砂箱箱帶的兩種結(jié)構(gòu)各有何優(yōu)缺點？為什么？7. 金屬型鑄造有何優(yōu)越性? 為什么金屬型鑄造未能廣泛取代砂型鑄造?8. 壓力鑄造有何優(yōu)缺點? 它與熔模鑄造的適用范圍有何不同?二、金屬的塑性變形1. 何謂塑性變形？塑性變形的實質(zhì)是什么？塑性變形是當外力增大到使金屬的

6、內(nèi)應力超過該金屬的屈服點，即使外力取消，金屬的變形也不完全恢復，而產(chǎn)生的永久變形。塑性變形的實質(zhì)：晶體內(nèi)部存在大量缺陷，其中以位錯對金屬塑性變形的影響最為明顯；在外力作用下，位錯運動的結(jié)果導致了整個晶體的塑性變形。2. 下圖所示零件采用模鍛制坯，修改不合理結(jié)構(gòu)，并說明理由。與分模面垂直的非加工表面，應設計出模鍛斜度；兩個非加工表面形成的角都應按模鍛圓角設計。3. 材料的回彈現(xiàn)象對沖壓生產(chǎn)有何影響？應采取哪些措施保障沖壓件精度？回彈：材料彎曲時，板料產(chǎn)生的變形由塑性變形和彈性變形兩部分組成。外載荷去除后，塑性變形保留下來，彈性變形消失，使板料形狀和尺寸發(fā)生與加載時變形方向相反的變化，從而消去一部

7、分彎曲變形效果的現(xiàn)象?；貜検贡粡澢慕嵌仍龃?，一般回彈角為0度10度。因此，在設計彎曲模時，必須使模具的角度比成品件角度小一個回彈角，以保證成品件的彎曲角度準確。4. 比較落料和拉深所用凸凹模結(jié)構(gòu)及間隙有什么不同？為什么?落料是利用沖裁取得一定外形的制件或坯料的沖壓方法。落料所用凹凸模設計成刃口形式，以利于沖裁。其凸凹模間隙嚴重影響仲裁件的斷面質(zhì)量、模具壽命、卸料力、推件力、沖裁力和沖裁件的尺寸精度：間隙過大，沖裁件被撕開，邊緣粗糙，卸料力和推件力越小；間隙過小，上下裂紋也不能很好重合；摩擦嚴重，模具的壽命將降低。單邊間隙可按下述經(jīng)驗公式c=m計算，系數(shù)m與材料種類、厚度及落料件的精度相關(guān)，較

8、拉深小。設計落料模時，應先按落料件確定凹模刃口尺寸，其值應靠近落料件公差范圍內(nèi)的最小尺寸，凸模尺寸=凹模刃口尺寸-間隙。拉深所用凹凸模工作部位應設計成圓角，圓角半徑過小，容易將板料拉穿。一般取r凹=10，r凸=（0.61.0）r凹。拉深凹凸模間隙過小，模具與拉深件的摩擦力增大，易拉穿工件和擦傷工件表面，降低模具壽命；間隙過大，又容易使拉深件起皺，影響拉深件的尺寸精度。拉深模的凸凹模間隙比沖裁模的大，一般取單邊間隙：c=（1.11.2）。5. 在圖示的兩種抵鐵上進行拔長時，效果有何不同?左圖鍛件受4個壓應力，塑性變形越好，效率高，同時4個壓應力對稱，易保障工件的斷面形狀，加工精度較高。適合軸類零

9、件進行鍛造加工。右圖鍛件受上下2個壓應力，可鍛的零件的種類較多，但水平方向沒有壓束，定位精度較差，同時難保障工件的斷面形狀，易變形，加工精度較低。6. 纖維組織的存在對金屬力學性能有何影響？在零件設計中應注意哪些問題？纖維組織在性能上具有方向性，在縱向（平行纖維方向）上塑性和韌性越高；在橫向（垂直纖維方向）上塑性和韌性越低。纖維組織的穩(wěn)定性很高，不能用熱處理方法加以消除，只有經(jīng)過塑性加工才能改變其方向和形狀。因此，在設計和制造零件時，盡量滿足最大正應力方向與纖維方向重合，最大切應力方向與纖維方向垂直及纖維分布與零件的輪廓相符合，盡量使纖維組織不被切斷。7. 如何提高金屬的塑性？最常采用的措施是

10、什么？提高金屬的塑性的方法包括：1）提高金屬的溫度，在適當?shù)臏囟确秶鷥?nèi)進行塑性加工，如鍛造溫度；2）合適的應變速率，在臨界點以左盡量采用低速，在臨界點以右，盡量采用高速；3）應力狀態(tài)盡可能使壓應力數(shù)目增多，拉應力數(shù)目減少。提高金屬的溫度是提高金屬的塑性最常采用的措施。思考題： 1. 描述沖裁時板料的變形和分離過程。2. 精密模鍛需要采取哪些工藝措施才能保證產(chǎn)品的精度?3. 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？4. “趁熱打鐵”的含意何在？5. 自由鍛和模鍛的工藝規(guī)程分別包括哪些主要內(nèi)容？6. 圖示零件采用錘上模鍛制造，請選擇最合適的分模面位置，并說明理由。三、焊接1. 低碳鋼焊

11、接時熱影響區(qū)分為哪些區(qū)段? 各區(qū)段對焊接接頭性能有何影響?焊接熱影響區(qū)指焊縫附近因焊接熱作用而發(fā)生組織和性能變化的區(qū)域，可分為熔合區(qū)、過熱區(qū)、正火區(qū)和部分相變區(qū)。熔合區(qū)（半熔化區(qū)）：指焊縫和基體金屬的角接過渡區(qū)，熔化的金屬凝固成鑄態(tài)組織，未熔化的金屬成為過熱粗晶。雖然該區(qū)很窄，但因其強度、塑性和韌性都下降，并且是應力集中處，所以是焊接接頭性能最薄弱的區(qū)域。過熱區(qū)：奧氏體晶粒粗大，形成過熱組織，故塑性及韌性降低。正火區(qū)：加熱時金屬發(fā)生再結(jié)晶，轉(zhuǎn)變?yōu)榧毿〉膴W氏體晶粒。冷卻后得到均勻而細小的鐵素體和珠光體組織，力學性能優(yōu)于母材。部分相變區(qū)：珠光體和部分鐵素體發(fā)生重結(jié)晶，變成細小的奧氏體晶粒。部分鐵素

12、體不發(fā)生相變，但其晶粒有長大趨勢。力學性能比正火區(qū)稍差。2. 產(chǎn)生焊接應力和變形的原因是什么? 消除焊接應力的辦法有哪些?應力與形變原因：焊接過程中受到局部加熱和冷卻。焊接時膨脹，但由于受到阻礙，故高溫處產(chǎn)生壓應力，低溫處產(chǎn)生拉應力，兩者平衡。冷卻后，高溫處冷卻慢，收縮大，最后在高溫處產(chǎn)生拉應力低溫處產(chǎn)生壓應力。預防和減少焊接應力有：（1）選用塑性好的材料，避免焊縫密集交叉，避免焊縫截面過大和焊縫過長；（2）采用正確的焊接次序。（3）焊前對焊件進行適當預熱，以減小焊件各部位之間的溫差；（4）采用小能量焊接或錘擊焊縫，多層焊，減少焊接應力；（5）焊后進行去應力退火，消除焊接殘余應力。將焊件加熱至

13、500650攝氏度左右，保溫后緩慢冷卻至室溫。3. 焊接變形有哪些基本形式？焊前為預防和減小焊接變形有哪些措施?焊接應力的存在，會引起焊件的變形，其基本類型有橫向和縱向收縮變形、彎曲變形、扭曲變形、角變形及波浪變形。焊前為預防和減小焊接變形有：（1）預防和減小焊接應力的相關(guān)措施；（2）在結(jié)構(gòu)設計中，采用對稱結(jié)構(gòu)、大剛度結(jié)構(gòu)或焊縫對稱分布結(jié)構(gòu)；（3）施焊中，采用反變形措施或剛性夾持法。4. 對銅或銅合金板材能否進行點焊？為什么？一般情況下不能對銅或銅合金板材進行點焊。點焊是電阻焊的一種形式，其利用電流所產(chǎn)生的電阻熱，將焊件局部加熱到塑性或熔化狀態(tài)，然后在壓力下形成焊接接頭。但銅或銅合金的導電性很

14、好，電阻很小，且熱量大，易產(chǎn)生焊不透現(xiàn)象；同時，銅或銅合金的熔點高，導熱性也很好，點焊很難將其局部加熱到塑性或熔化狀態(tài)。5. 有現(xiàn)直徑500mm鑄的鐵齒輪和帶輪各1 件，鑄造后出現(xiàn)圖示斷裂現(xiàn)象。曾先后用E4303(J422)焊條和鋼芯鑄鐵焊條進行電弧焊冷焊補，但焊后再次斷裂，試分析其原因。請問采用什么方法能保證焊后不裂，并可進行機械加工？一、直徑500mm鑄的鐵齒輪：焊后再次斷裂的原因：1）E4303（J422）焊條為結(jié)構(gòu)鋼焊條，鋼芯鑄鐵焊條適用于非加工面的焊接，焊條選擇不正確。2）采用冷焊法，熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織、裂紋氣孔，一般只用于補焊要求不高的鑄件。其斷裂部位為齒部，焊后需機械加工，且承

15、受力矩和沖擊、振動等，因此應選用熱焊法：1）選用氣焊，氣焊火焰還可以用于預熱工件和焊后緩冷。填充金屬應使用專制的鑄鐵棒，并配以CJ201氣焊焊劑，以保證焊接質(zhì)量。2）也可用鑄鐵焊條進行焊條電弧焊焊補。二、直徑500mm鑄的帶輪：焊后再次斷裂的原因：1）E4303（J422）焊條為結(jié)構(gòu)鋼焊條，鋼芯鑄鐵焊條適用于非加工面的焊接，焊條選擇不正確。2）采用冷焊法，熔合區(qū)易產(chǎn)生白口組織、裂紋氣孔，一般只用于補焊要求不高的鑄件。其斷裂部位為輪輻，焊后可以不進行機械加工，但焊后不能自由收縮，易產(chǎn)生裂紋，且承受張緊力和沖擊、振動等，因此應選用熱焊法：1）選用氣焊，氣焊火焰還可以用于預熱工件和焊后緩冷。填充金屬

16、應使用專制的鑄鐵棒，并配以CJ201氣焊焊劑，以保證焊接質(zhì)量。2）也可用鑄鐵焊條進行焊條電弧焊焊補。如非要選用冷焊法：至少選用鎳基鑄鐵焊條，并采用小電流、短弧、窄焊縫、短焊道（不大于50mm），焊后及時錘擊。思考題：1. 釬焊和熔焊的實質(zhì)差別是什么？釬焊的主要適用范圍有哪些？2. 高頻焊和普通的電阻焊有什么不同？其應用范圍主要有哪些？3. P191習題1：如圖所示三種工件，其焊縫布置是否合理？若不合理，請加以改正。4. 等離子弧與一般電弧有何異同?5. 解釋下列名詞：金屬的焊接性、碳當量。四、金屬切削（思考題）1. 說明車削的切削用量(包括名稱、定義、代號和單位)切削速度Vc：切削刃上選定點相

17、對于工件主運動的瞬時速度，單位為m/s,m/min進給量f：刀具在進給運動方向上相對于工件的位移，即刀具或工件每轉(zhuǎn)或每行程，刀具在進給運動方向上相對于工件的位移量，m/r，m/st。背吃刀量ap（切削深度）：切削加工時，待加工表面與已加工表面間的垂直距離mm，也就是垂直于進給運動方向上主切削刃切入工件的深度，mm。2. 簡述車刀前角、后角、主偏角、副偏角和刃傾角的作用。3. 何謂積屑瘤？它是如何形成的？對切削加工有哪些影響？在中等或較低的切削速度下切削塑性金屬時，在刀具前面靠近切削刃的部位粘附著一小塊很硬的金屬，即為積屑瘤。積屑瘤的形成過程：由于刀屑間的摩擦，在一定溫度和壓力下，切屑底層金屬和

18、前面接觸的金屬發(fā)生粘結(jié)，形成了積屑瘤。積屑瘤對切削加工的影響：1、 硬度高于工件材料，可代替切削刃起切削作用，有保護刀刃的作用。2、 積屑瘤可增大前角，使刀具更鋒利。3、 改變了實際切削深度和切削厚度，影響尺寸精度。4、 導致切削力變化，引起振動。5、 影響工件表面粗糙度。粗加工時，希望有積屑瘤存在。精加工時，不希望生成積屑瘤。4. 簡述切削用量選擇的原則。切削用量的合理選擇從對加工質(zhì)量、生產(chǎn)率及刀具耐用度等三方面考慮。對加工質(zhì)量的影響：1）ap增大、f增大，則切削力增大，工件變形大，沖擊振動大，精度和Ra下降；2）Vc則對切削力影響不大，可防止積屑瘤，但切削熱增加，刀具磨損加快，加工硬化和表

19、面殘余應力增大。因此，采用低ap、低f、高Vc有利于表面質(zhì)量的提高（精加工）。對生產(chǎn)率的影響：切削加工時基本的工藝時間方面，切削用量對切削時間的影響是相同的。對刀具耐用度的影響：Vc對刀具耐用度影響最大，其次是進給量f，ap最小。因此切削用量的選擇順序為：1） 盡可能大的ap，其次選盡可能大的f，最后選盡可能大的Vc2） 粗加工時：取較大的ap、f，Vc不太高；3） 精加工時：取較小的ap、f，較高的Vc。5. 何謂生產(chǎn)過程、工藝過程、工序？1） 由原材料制成的各種零件并裝配成產(chǎn)品的全過程，稱為生產(chǎn)過程。包括原材料的運輸、保管、生產(chǎn)準備、制造毛坯、切削加工、裝配、檢驗及試車，油漆和包裝等。2） 生產(chǎn)過程中，直接改變原材料（或毛坯）的形狀、尺寸或性能，使之變?yōu)槌善返倪^程稱為工藝過程。3） 工序：在一個工作地對同一個或同時幾個工件所連續(xù)完成的那部分工藝過程6. 一股夾具有哪幾個組成部分？各起什么作用？1） 定位元件：夾具上用來確定工件正確位置的零件包括V形塊和蕩