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(diǎn)?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(xué)性能也都比鑄件高。節(jié)約原材料，縮短加工工時(shí)，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(zhǎng)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(zhǎng)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模孔中拉出。尺寸精確，表面光潔；工具、設(shè)備簡(jiǎn)單；連續(xù)高速生產(chǎn)斷面小的長(zhǎng)制品。沖壓：靠壓力機(jī)和模具對(duì)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(shí)，是否會(huì)有冷變形強(qiáng)化現(xiàn)象？答：不會(huì)，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(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)回復(fù)和動(dòng)態(tài)再結(jié)晶，這些過程會(huì)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(shí)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(xué)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(diǎn)？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(diǎn)為：變形后沿著流線方向（縱向）的抗拉強(qiáng)度較高，而垂直于流線方向（橫向）的抗拉強(qiáng)度較低。同時(shí)促進(jìn)動(dòng)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(diǎn)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(huì)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(qiáng)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(shí)變形，各屬哪種變形？為什么（鉛的熔點(diǎn)為327℃，鎢的熔點(diǎn)為3380℃）？答：鉛在20℃時(shí)的變形：鉛的熔點(diǎn)為327℃，再結(jié)晶溫度的計(jì)算公式為0.4倍的熔點(diǎn)（絕對(duì)溫度），即0.4×(327+273.15)K=258.26K=?14°C。因?yàn)?0℃高于鉛的再結(jié)晶溫度（-14℃），所以鉛在20℃時(shí)的變形屬于熱變形。鎢在1000℃時(shí)的變形：鎢的熔點(diǎn)為3380℃，再結(jié)晶溫度的計(jì)算公式同樣為0.4倍的熔點(diǎn)即0.4×(3380+273.15)=1461.26K=1188.26℃。因?yàn)?000℃低于鎢的再結(jié)晶溫度（1188.26℃），所以鎢在1000℃時(shí)的變形屬于冷變形。綜上所述，鉛在20℃時(shí)的變形是熱變形，而鎢在1000℃時(shí)的變形是冷變形。這是因?yàn)殂U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(shí)，金屬的脆性雜質(zhì)被打碎，沿著金屬的主要伸長(zhǎng)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(zhǎng)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(xué)性能：良好的流線可以使鍛件的力學(xué)性能更好，尤其是沿流線縱向上的力學(xué)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(shí)，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(qiáng)度較高，而垂直于流線方向的抗拉強(qiáng)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(xì)化，內(nèi)部的夾雜物和缺陷被壓實(shí)或打破，從而提高了材料的密實(shí)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(xué)性能在各個(gè)方向上都比較均勻，尤其是沿流線方向的力學(xué)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(huì)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(xué)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(xué)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(xué)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(shí)，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(duì)較低，因?yàn)樗蕾囉诓僮鞴と说募寄芎徒?jīng)驗(yàn)，且不易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)化。模鍛：生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)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(shí)，金屬的變形在模膛內(nèi)進(jìn)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(dòng)強(qiáng)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(jiǎn)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(jiǎn)單，操作靈活，它在重型機(jī)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(dòng)，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(jìn)行自由鍛件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)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(jìn)設(shè)計(jì)。鍛件由數(shù)個(gè)簡(jiǎn)單幾何體構(gòu)成時(shí)，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(jì)出加強(qiáng)筋、凸臺(tái)、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(shí)，應(yīng)設(shè)計(jì)成由幾個(gè)簡(jiǎn)單件構(gòu)成的幾何體。每個(gè)簡(jiǎn)單件鍛制成形后，再用焊接或機(jī)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(huì)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(jī)械性能：通過反復(fù)的鐓粗工序可以提高鍛件的綜合機(jī)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(shí)金屬容易充滿終鍛模膛，同時(shí)也減小了終鍛模膛的磨損，延長(zhǎng)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(shí)要收縮，終鍛模膛的尺寸應(yīng)比鍛件尺寸放大一個(gè)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(jì)中垂直分模面的表面沒有設(shè)計(jì)斜度，轉(zhuǎn)角處沒有設(shè)計(jì)圓角過渡，等。改進(jìn)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(jī)吊鉤（小批）；萬噸輪主傳動(dòng)軸（單件）活動(dòng)扳手(成批):活動(dòng)扳手通常采用模鍛法進(jìn)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(jìn)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(jìn)行成批生產(chǎn)。起重機(jī)釣鉤(小批):起重機(jī)釣鉤適合采用自由鍛法進(jìn)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(jìn)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(diǎn)？答：沖裁工序：沖裁是利用模具在壓力機(jī)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(jìn)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(jī)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(jì)沖壓件結(jié)構(gòu)時(shí)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(dāng)?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?gòu)U料、無廢料排樣模具結(jié)構(gòu)時(shí)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(dāng)`t＜1mm`時(shí)，均以`t=1mm`計(jì)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(zhǎng)的懸臂。腰圓形沖裁件設(shè)計(jì)：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?gòu)U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?gòu)U料排樣，否則會(huì)產(chǎn)生臺(tái)肩。沖孔尺寸：沖孔時(shí)，孔的尺寸不宜過小，其最小尺寸與孔的形狀、材料的機(jī)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?gòu)U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(jì)時(shí)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(huì)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(dāng)?shù)耐拱寄ｉg隙對(duì)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(huì)導(dǎo)致間隙不合適，進(jìn)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?yàn)槁淞夏：蜎_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(jìn)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(huì)增加拉深力，可能導(dǎo)致拉裂。材料的回彈現(xiàn)象對(duì)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(huì)導(dǎo)致沖壓件的輪廓形狀與模具形狀不一致。模具設(shè)計(jì)難度增加，為了補(bǔ)償材料的回彈，模具設(shè)計(jì)者需要在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)考慮回彈量，并進(jìn)行相應(yīng)的修正。這增加了模具設(shè)計(jì)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(huì)產(chǎn)生不均勻的受力，這會(huì)加速模具的磨損。生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，處理回彈問題需要進(jìn)行多次調(diào)試和修正，無論是在模具設(shè)計(jì)階段還是在生產(chǎn)過程中。這會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)周期延長(zhǎng)，降低生產(chǎn)效率。工件拉深時(shí)為什么會(huì)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(huì)受到較大的壓應(yīng)力。當(dāng)這個(gè)壓應(yīng)力達(dá)到一定程度時(shí)，工件的邊緣部分材料就會(huì)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(dòng)，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(dāng)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(dòng)，從而防止起皺。不過，壓邊力也不能過大，否則可能會(huì)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(dòng)，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(shí)，工件徑向（從中心到邊緣的方向）會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過材料的強(qiáng)度極限時(shí)，材料就會(huì)發(fā)生破裂。例如，拉深系數(shù)過?。ɡ钭冃纬潭冗^大），會(huì)使徑向拉應(yīng)力過