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。節約原材料，縮短加工工時，生產效率高。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。生產范圍廣，產品規格、品種多；生產靈活性大，適合小批量生產；產品尺寸精度高，表面質量好。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、設備簡單；連續高速生產斷面小的長制品。沖壓：靠壓力機和模具對板材、帶材、管材和型材等施加外力，使之產生塑性變形或分離。可得到輕量、高剛性之制品；生產性良好，適合大量生產、成本低；可得到品質均一的制品，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變形時，是否會有冷變形強化現象？答：不會，碳鋼的鍛造溫度一般都在再結晶溫度之上，且碳鋼在鍛造溫度范圍內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，碳鋼會發生動態回復和動態再結晶，這些過程會消除因變形而產生的加工硬化效應。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受壓力加工時獲得優質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、金屬組織結構、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？生產中如何選用?答：熱變形是指金屬在再結晶溫度以上的變形。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。同時促進動態再結晶，從而減少加工硬化。冷變形是指金屬在再結晶溫度以下的變形，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量，冷變形會產生加工硬化現象，殘余應力較大。生產中的選用：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晶溫度，而鎢的變形溫度低于其再結晶溫度。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，容易出現鍛件質量問題，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，金屬材料經過反復的變形和再結晶，金屬的晶粒得到細化，內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，但由于沒有經過鍛造過程中的塑性變形，其內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.試從生產率、鍛件精度、鍛件復雜程度等方面比較自由鍛和模鍛兩種鍛造方法？答：生產率：自由鍛：自由鍛造的靈活性大，生產效率相對較低，因為它依賴于操作工人的技能和經驗，且不易實現機械化和自動化。模鍛：生產效率高，勞動強度低，尺寸精確，加工余量小，并可鍛制形狀復雜的鍛件；適用于批量生產。模鍛時，金屬的變形在模膛內進行，故能較快獲得所需形狀，生產率高，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，生產率也不高，因此它主要應用于單件、小批量生產。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，表面質量較好，加工余量較小。模鍛件尺寸較精確，表面質量較好，加工余量較小。鍛件復雜程度：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：可以鍛制形狀復雜的鍛件；由于有模膛引導金屬的流動，鍛件的形狀可以比較復雜。模鍛件成形是靠模膛控制，可鍛出形狀復雜、更接近于成品的鍛件。9.進行自由鍛件的結構設計時應注意哪些問題？答：鍛件上應避免有錐形、斜面和楔形表面，鍛造具有錐體或斜面結構的鍛件，需制造專用工具，鍛件成形也比較困難，從而使工藝過程復雜，不便于操作，影響設備使用效率，應改進設計。鍛件由數個簡單幾何體構成時，幾何體間的交接處不應形成空間曲線。自由鍛鍛件上不應設計出加強筋、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雜時，應設計成由幾個簡單件構成的幾何體。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部缺陷，減小偏析。提高機械性能：通過反復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所示模鍛件結構的不合理之處。圖3-SEQ圖10-\*ARABIC67模鍛件結構答：原設計中垂直分模面的表面沒有設計斜度，轉角處沒有設計圓角過渡，等。改進結構中將Φ90的表面增加斜度，轉角處改為圓角，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。銑床主軸(成批):銑床主軸適合采用模鍛法進行成批生產。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。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。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。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。設計沖壓件結構時應考慮哪些原則？答：圓角過渡：沖裁件的直線或曲線連接處應有適當的圓角，以避免沖裁模制造困難和模具損壞。只有在采用少廢料、無廢料排樣模具結構時可以不要圓角。最小圓角半徑：沖裁件的圓角半徑應根據材料厚度`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，并應避免過長的懸臂。腰圓形沖裁件設計：腰圓形沖裁件的圓弧半徑R應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。材料合理排樣：沖裁件的形狀應能符合材料合理排樣，減少廢料。用φ50mm沖孔模具來生產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。斷面質量及模具壽命：適當的凸凹模間隙對于保證斷面質量、模具壽命以及成品的尺寸精度至關重要。而用φ50mm沖孔模具來生產φ50mm落料件，會導致間隙不合適，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的系數。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？應采用什么措施？答：用φ60mm落料模具來生產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，使每次拉深系數都在材料允許的范圍內。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起皺現象。壓邊力過小，容易起皺；壓邊力過大，會增加拉深力，可能導致拉裂。材料的回彈現象對沖壓生產有何影響？答：形狀變形，回彈可能使沖壓件的形狀發生變形。在拉深或翻邊等工序中，材料的回彈會導致沖壓件的輪廓形狀與模具形狀不一致。模具設計難度增加，為了補償材料的回彈，模具設計者需要在模具結構設計時考慮回彈量，并進行相應的修正。這增加了模具設計的復雜性和難度。

模具磨損加劇，由于回彈導致沖壓件與模具的貼合度不佳，在沖壓過程中可能會產生不均勻的受力，這會加速模具的磨損。生產周期延長，處理回彈問題需要進行多次調試和修正，無論是在模具設計階段還是在生產過程中。這會導致生產周期延長，降低生產效率。工件拉深時為什么會出現起皺和破裂現象？應采取什么措施解決這些質量問題？答：1.起皺原因切向壓應力過大：在拉深過程中，工件圓周方向（切向）會受到較大的壓應力。當這個壓應力達到一定程度時，工件的邊緣部分材料就會失去穩定性，從而產生起皺現象。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，也容易導致起皺。解決措施增加壓邊力：通過調整壓邊裝置，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.破裂原因徑向拉應力過大：拉深時，工件徑向（從中心到邊緣的方向）會產生拉應力。當拉應力超過材料的強度極限時，材料就會發生破裂。例如，拉深系數過小（拉深變形程度過大），會使徑向拉應力過