材料成型设备课后习题答案解析
材料成型设备
一、填空题40分，共20小题，集中在二三四五章
1、曲柄压力机的组成:工作机构、传动系统、操作机构、能源部分、支撑部分、辅助系统。P10
2、曲柄压力机的辅助分类方式：P11
按滑块数量分类：单动压力机、双动压力机-
按压力机连杆数量分类：单点压力机、双点压力机和四点压力机（“点”数是指压力机工作机构中连杆的数目）
3、曲柄压力机型号表示P12
4、曲柄滑块机构按曲柄形式，曲柄滑块机构主要有几种：曲轴式、偏心齿轮式P17
5、装模高度调节方式：调节连杆长度、调节滑块高度、调节工作台
6、过载保护装置：压塌块式过载保护装置和液压式过载保护装置-两种P19
7、离合器可分为刚性离合器和摩擦式离合器-，制动器多为摩擦式、有盘式和带式-
8、刚性离合器按结合零件可分为转键式，滑销式，滚柱式和牙嵌式
9、飞轮的储存和释放能量的方式是转速的加快和减缓-
10、曲柄压力机的主要技术参数：
通常曲柄压力机设备越小，滑块行程次数越大。
装模高度是指滑块在下死点时滑块下表面到工作台点半上表面的距离。最大装模高度是指当装模高度调节装置将滑块调节至最上位置时的装模高度值。与装模高度并行的标准还有封闭高度。封闭高度是指滑块处于下死点时，滑块下表面与压力机工作台上表面的距离，封闭高度与装模高度不同的是少一块工作台垫板厚度P42
11、一般拉深压力机有两个滑块（称双动拉深压力机），外滑块用于压边，内滑块用于拉伸成型P53
12、液压机的工作介质有两种，采用乳化液的一般叫水压机，采用油的一般叫油压机，油压机中使用做多的是机械油（标准称全损耗系统用油）P85
13、液压机本体结构一般由机架部件，液压缸部件，运动部件及其导向装置所组成。P87
14、液压机立柱的预紧方式主要有加热预紧、液压预紧和超压预紧P91
15、液压缸结构可以分为柱塞式，活塞式和差动柱塞式三种形式。P94
16、液压元件是组成液压系统的基本要素，由动力元件，执行元件，控制元件及辅助元件四部分组成。
17、液压机的主要技术参数：最大行程S（单位mm）是指活动横梁能够移动的最大距离。它反映了液压机能够加工零件的最大高度。P106
18、挤出成型设备一般由主机（挤出机），辅机和控制系统组成，统称为挤出机组。P109
19、挤出成型理论包括：固体输送区的固体输送理论，熔融区的熔融理论以及均化区的熔体输送理论。P112
20、挤出机的综合工作点：螺杆特性线与口模特性线的交点。P118 21、挤出机的加热方法：液体加热，蒸气加热和电加热。
22、挤出机的冷却包括料筒的冷却，螺杆的冷却，料斗座的冷却。P133
23、注射成型机通常包括注射装置，合模装置，液压传动系统，电气控制系统等部分组成。P148
24、注射成型机的分类主要根据注射和合模装置的排列方式进行分类。可分为立式注射成型机，卧式注射成型机和角式注射成型机。P151
25、注射剂的主要技术参数:
注射量也称工程注射量，指对空注射的条件下，注射螺旋或柱塞作一次最大柱塞行程时，柱塞装置所能达到的最大注射量注射压力一般为105~150MPa
注射速度、注射速率、注射时间P192
26、为了提高注射制作制件的质量，尤其对形状复杂制件的成型，发展了变速注射，即注射速度是变化的，其变化规律由制作的结构形状和塑料的性能P193
27、多色注射成型机包括双色注射成型机和三色注射成型机。双色注射有“双混色”注射和“双清色”注射两种。
二、问答题共50分，15-15-10-10，二、三、四、五章一章一题
三、1.曲柄压力机的机身变形及原因？（第二章曲柄压力机，P23）
答：对于开式机身:由于机身近似"C"形，在负荷的作用下将形成前开状态的变形，致使平行度和垂直度大大降低。原因：受力时易产生垂直位移Δh和角位移Δα对于闭式机身：闭式机身形成一个对称的封闭框形结构，在压力机工作受力后仅产生垂直变形，刚度比开式机身好，广泛应用于大中型压力机。
2.飞轮的作用及体现方式?通常什么零件充当飞轮的角色？（第二章曲柄压力机，P31）
答：飞轮的作用：在非工作的空转时期电动机对飞轮储能，在冲压工作时能量由飞轮提供。体现方式：飞轮的储存能量的方式是转速的加快和减缓，即在非冲压时期（包括滑块的上下行及停止时刻），电动机驱动飞轮使飞轮的转速加快，冲压工作时飞轮释放能量而转速降低，如此循环。
飞轮的角色是：主要组成是最后一级的大齿轮或大带轮。
3.如何选择曲柄压力机? （第二章曲柄压力机，P44）答：曲柄压力机选择时应主要考虑如下几个问题：
（1）压力机的选型根据冲压件的工艺性质、产品大小以及精度要求选择压力机类型（2）冲压力的计算冲压力的计算包括连个内容，计算冲压力和确定冲压力发生的时刻。（3）设备的许用载荷压力机类型选定后，进一步需根据变形力的大小、冲压件的尺寸和模具尺寸来确定设备的规格。
（4）初选设备将冲压力的计算图与设备许用负荷对比，当冲压力的计算图图形曲线全部落在压力机许用负荷的安全区内时，即可初选该型号压力机。
（5）设备做功校核如果我们选择的压力机类型是与所进行的冲压工艺相对应，则设备做功可不校核；若在通用曲柄压力机上进行拉深、挤压、复合工序等，则需进行设备做功校核。（6）装模高度校核（7）滑块行程校核
（8）模具安装尺寸空间包括工作台面的大小和模柄孔尺寸，校核模具是否能在工作台上正确安装和定位。
4.简述液压机的工作原理及各部分组成？（第三章液压机，P82、P83）
答：工作原理：液压机是根据静态下密闭容器中液体压力等值传递的帕斯卡原理制成的，是一种利用液体的压力来传递能量以完成各种成型加工工艺的机器（结合P82图文）
各部分组成：液压机一般由本体和液压系统两部分组成。本体结构一般由机架部件、液压缸部件、运动部件及其导向装置所组成。液压系统由动力元件、执行元件、控制元件及辅助元件四部分组成。
5.液压机工作过程及各部分组成？（第三章液压机，P84、P83）
答：工作时，在工作缸的上腔通入高压液体，在液体压力下推动活塞、活动横梁及固定在活动横梁上的模具上下运动，使工件在上、下模之间成形。回程时，工作缸的下腔通入高压液体，在推动活塞带着活动横梁向上运动，返回其初始位置。若需顶出工件，则在顶出缸下腔通入高压液体，使顶出活塞上升，将工件顶起，然后向顶出缸上腔通入高压液体，使其回程，这样就完成一个工作循环。
各部分组成：液压机一般由本体和液压系统两部分组成。本体结构一般由机架部件、液压缸部件、运动部件及其导向装置所组成。液压系统由动力元件、执行元件、控制元件及辅助元件四部分组成。
6.挤出机中螺杆的渐变型与突变型的区别，各适合什么类型（第四章塑料挤出机，P120）答：渐变型螺杆是由加料段较深螺槽向均化段较浅螺槽的过渡，是在一个较长的螺杆轴向距离内完成的；而突变型螺杆的上述过渡是在较短的螺杆轴向距离内完成的。渐变型螺杆大多用于非结晶型塑料的加工，它对大多数物料能提供较好的热传导，对物料的剪切作用较小，而且可以控制，适用于热敏性塑料，也可用于结晶型塑料。突变型螺杆适用于粘度较低、具有突变熔点的结晶型塑料，如尼龙、聚烯烃等。
7、简述塑料注射成型机的生产工艺过程（第五章塑料注射成型机，P148）
答：塑料注射成型是利用塑料的三种物理状态（玻璃态、高弹态和粘流态），在一定的工艺条件下，借助于注射成型机和模具，成型出所需要的制品。其工作过程可大致表示成如下几个基本程序：
（1）合模与锁紧（2）注射装置前移（3）注射与保压
（4）制件冷却与预塑化（5）注射装置后退（6）开模与顶出制件8.注射机中合模装置的作用？（第五章塑料注射成型机，P163）答：合模装置的作用主要有三个方面：其一，实现模具的可靠开合动作和必要的行程；其二，在注射和保压时，提供足够的锁模力；其三，开模时提供顶出制件的顶出力及相应的行程。
1.成形：毛坯（一般指固态金属或非金属）在外界压力的作用下，借助于模具通过材料的塑性变形来获得模具所给予的形状，尺寸和性能的制品。
2.成型：指也太或半固态的原材料（金属或非金属）在外界压力或自重力的作用下，通过流动填充(或模具）的型腔来获得于型腔的形状和尺寸想一致的制品
3.曲柄压力机是通过曲柄连杆机构获得材料成形时所需的力和直线位移的成型设备。
4.曲柄压力机的组成:工作机构，传动机构，操作机构，能源部分，支持部分，辅助系统
5.曲柄压力机的分类：开式和闭式（根据床身结构）开式：便于模具安装调整和成型操作，但是机身刚度（特别是角刚度）较差，变形吼影响制作精度和降低模具寿命，使用小型压力机，常用1000KN以下。闭式：机身前后敞开，两侧封闭，在前后两面进行模具安装和成形操作，机身手里变形后，产生垂直变形，可以用模具闭合高度调节差消除，对于之间精度和模具运行精度不产生影响没适用于大中型曲柄压力机。
(1)为类代号，J代表机械类，R为液压（2）变形代号设计（3）位为压力机组别，2为开式，3位闭式(4)压力机型别，2位固定台式曲柄压力机，2位活动台式（5）分隔符（6）设备工作能力，160代表标成压力位160*10=1600KN (7）改进设计代号，队设备但结构和性能所做的改进，以此位A,B,C
6.实际情况下曲柄滑块机构受力：1滑块与导轨面处，抹茶里与运动方向相反且是单向受力。2曲柄支撑颈d0和轴承之间的摩擦，由于摩擦产生的阻力力矩，3曲柄颈和大段轴承之间的摩擦同曲柄支撑处阻力一样位阻力力矩，4连杆销处连杆小端与滑块支撑处之间的摩擦力矩。
7.各装模高度调节方式的特点及应用：1调节连杆长度，特点：结构紧凑，可降低低压力机的高度R较大，行程大，组连接球头和支座的加工比较困难需专用设备，降低了弯曲强度适用于较大行程的中小型压力机。2调节滑块高度，特点：载荷分配较合理，有一定的磨损消耗与球头式连杆相比柱销式连杆的抗弯曲强度提高小，铰接柱销的教工比较方便，适用于大型的压力机，3调节工作台高度，多用于小型压力机。
8.常用的过载保护装臵：压塌块式和液压式两类。压塌块过载保护装臵结构简单，制作方便，仅适用于单点压力机。液压式，适用于多点和大型压力机。
9.对于小型模具上木的装夹是利用滑块上的模具夹持块加紧模具的模柄来实现的，若模具工作的回程较大，除了用木柄夹持外，还应用压板将上模压紧滑块上，大中型模具上模多用压板方式。
10.打料机构分：刚性和气动。按结合零件的结构可分为转键式，滑销式，滚柱式，和牙嵌式。强度和刚度是机身设计的重要指标。
11.刚性离合器式依靠刚性结合零件式主动部件和从动部件发生连接和分离的两种状态，实现曲柄机构的工作和停止。常见的带式制动器：偏心带式制动器，凸轮带式制动器，和气动带式制动器。
12.摩擦制动器：是依靠摩擦力矩来传递扭矩，接其工作情况可分为干式和湿式，按照摩擦面的形状可而烦恼为圆盘式和浮动镶块式。
13.辅助设备，气动系统与润滑，移动工作他，拉伸垫，滑块平衡装臵（作用：1消隐滑块质量，改善滑块曲柄机构的运动特性，2将滑冰话扩机构内所有连接节点的间隙设为单边，尽管在工作中运动方向在交替变换，由于平衡汽缸的力使各连接节点接触便面了变向带来的冲击并减少了赞哦啊因，提高了机构的运行精度和平衡性。3防止滑块自由坠落（滑车现象），在工作中，避免了由于制动器失灵或连杆断裂而产生的滑块自由下落）
14.曲柄压力机的主要技术参数：1标称压力Fg(kN) 标称压力行程Sg(㎜) 滑块行程S （㎜）滑块行程次数n(1/min)。
Fg：描述滑块距下死点某一特定距离时滑块上所承受的最大作用力。S：指滑块从上死点到下死点所经过的距离，其值是曲柄半径的两倍。它随设备的标称压力值增大而增加。n：指连续工作方式下滑块每分钟往返的次数与曲柄转速相对应。拉伸垫按其工作介质不同分为气垫和液压垫。
15.于刚性离合器相比，摩擦离合器具有一下特点：动作协调，能耗降低，能在任意时刻进行礼盒操作，实现制动，加大了操作的安全系数，于保护装备配套可随时进行紧急刹车，，不同于刚性离合器启动后主轴一定要转一圈才能停止，实现寸动，模具按住哪个调节亦很方便，结合平稳无冲击，工作噪音亦比刚性离合器小，但是结构复杂，加工和运行维护成本相应提高，需要压缩空气做动力源。
16.传动系统布臵方式：上传动与下传动，主轴放臵方式，大齿轮安装位臵三种方式。17.离合器和制动器安装位臵，单击传动压力机离合器和制动器只能布臵在曲柄压力机轴上，对于两级和两级以上行动，离合器可臵于转速较低的曲柄轴上，也可以臵于中间轴上。挤出过程:将塑料从料斗加入料筒中,随螺杆转动向前输送,在前移过程中,收到料筒的加热,螺杆的剪切,压缩作用,塑料由粉状或粒状逐渐熔融塑化称谓粘流态,塑化后的熔料在压力作用下,通过分流板和一定形状的口模,成为截面与口模形状相仿的高温连续体,最后冷却定型为玻
璃态,得到所需的具有一定强度刚度几何形状和尺寸精度的等截面制品.
18.液压机是根据静态下密闭容器内液体压力等值传递的帕斯卡原理制成，利用
F2=A2*P=F1*A2/A1,且A2>>A1,F2>>F1，故小柱塞上小力F1产生大力F2,要想获得较大总压力F2需增加工作柱塞缸面积和提高液体压力即可。
19.液压机的工作循环包括：空程向下，工作行程，保压，回程，停止，顶出缸顶出，顶出缸退回。
20.液压机基本机构：有本体和液压系统组成，本体由上横梁，下横梁和活动横梁及四根立柱组成。
21.液压机工作介质有两种：采用乳化液（2%的乳化脂和98%的软化水）的为水压机；采用油的为油压机。
22.液压机典型结构形式：梁柱组合，单臂式，双柱下拉式，框架式。梁柱组合式用于各种液压机中；单臂式多用于冲压液压机和小型液压机；双柱下拉式用于中小型锻造液压机；框架式用于塑料制品，粉末冶金，薄板冲压及挤压液压机，框架式结构特性：1、刚性好2、导向精度高3、疲劳能力强。
23梁柱组合式关键部件：立柱及横梁，立柱分为双螺母式，锥台式，锥套式三类。
24.液压缸部件：液压缸通常分为柱塞式，活塞式，差动柱塞式。
25.根据液压机的工作原理，液压机具有以下特点：1、易于得到较大的总压力及较大的工作空间；2、易于得到较大的工作行程，便于压制大尺寸工件，并可在行程的任何位臵产生额定的最大压力，可以进行长时间保压3、工作平稳，冲击和振动很小，噪声小4、调压、调速方便5、本体结构简单，操作方便，制造容易。缺点：液压机在快速性方面不如机械压力机。机械效率不够高；不太适合冲裁、剪切等切断类工艺；液压机的调整、维修叫机械压力机困难；另外由于采用液体作为传动介质，易产生泄露。
26.液压机机架部件：梁柱式结构中，立柱是机架的重要支撑件和主要受力件，又是活动横梁运动的导向件，因此对立柱有较高的强度、刚度和精度要求。立柱的材料、结构尺寸、制造质量及其与横梁之间的连接方式、预紧程度等因素都对液压机的工作性能甚至使用寿命有着很大的影响。
27.立柱：连接形式：双螺母式、锥台式、锥套式。立柱的结构与材料：常用材料：35钢，45钢，40Cr,20MnV,20MnSiMo等。
对密封的基本要求：密封性能好，能随着液体压力的提高自动提高密封性能，摩擦阻力小寿命长，使用维修简单，易拆换，成本低，制造容易。
28.常用的密封材料：耐油橡胶，聚氨脂橡胶，聚乙烯塑料，聚四氟乙烯塑料，尼龙等。
29.液压机主要参数：1、标称压力：设备名义上能够产生的最大压力；2、最大净空距（开口高度）H:是指活动横梁停在上限位臵时从工作台上表面到活动横梁下表面的距离3、最大行程S活动横梁能够移动的最大距离。
30.工艺为设备服务的三个基本原则：1、尽可能好的满足工艺要求，便于操作2、具有合理的强度与刚度，使用可靠，不易损坏3、具有很好的经济性，质量轻。制造维修方便。31.挤出机组:主机(挤压系统,传动系统,加热冷却系统)辅机(机头,定型,冷却,牵引,切割,卷取)控制(电器,仪表,执行机构)
挤出机主要参数:1,螺杆直径D(外圆直径)2螺杆长径比L/D(工作部分长度/外圆直径)3螺杆的转速范围Nmax~Nmin
SJ—塑料挤出机Z造粒机W—喂料机数字—螺杆直径和长径比A,B—机器结构和参数改进后标记..
32.普通螺杆指从加料段至均化段为全螺杆的螺杆,完成塑料塑化和输送材料:45
钢
40Cr 38CrMoAl 分为加料段(输送固态物料给压缩段,均化段)主要参数:螺纹斜度,螺杆深度,加料段长度) 压缩段(排除空气,使物料熔融) 氮化钢均化段(将来自压缩段的温度密度和粘度达到均匀的熔料定压,定量,定温输送给机头.
33.料筒:整体式,分段式,双金属料筒；加料装臵:加料方法为重力加料和强制加料；上料方法:弹簧自动上料,鼓风上料.
冷却定型装臵:外径定径:外径定径发(内压充气法,真空定径法)内经定径法；牵引装臵:滚轮式,履带式,橡胶带式.
34.注射机组成:注射装臵—使塑料均匀地塑化成熔融状态,并以足够的速度与压力将一定量的熔料注射进模具型腔的系统；合模装臵—保证模具可靠闭合,实现开合模及顶出制件的系统；液压与电气控制系统—保证注射机按预定工艺过程要求和动作程序准确有效工作. 35.工作过程:合模与锁紧,注射装臵前移,注射与保压,制件冷却与塑化,注射装臵后退开模与顶出制件.
卧式注塑机:两装臵轴线呈一直线且水平排列,机身低,便于操作与维修,重心低稳定,制件靠自重自动落下,易于实现全自动化.对大中小型都适用；角式注射机:轴线互相垂直,优缺点介于立卧之间.特别适合于成型制件中心不允许留有浇口痕迹的制件；注射装臵:其是注射机中直接队对塑料加热和加压的部分,塑料的塑化和注射都是在这里进行.作用:1均匀加热和塑化一定数量的塑料2以一定压力和速度将熔料注入模腔3保压一段时间防止模内熔料反流4补满形式有柱塞式螺杆预塑式往复螺杆式(最常用)
36.液压式合模装臵:单缸直压式,充液式充液增压式稳压式
37.液压一曲时式合模装臵的调模装臵:螺纹时杆调距移动合模液压缸位臵调距,拉杆螺母
调距,动模板间连接大螺母调距.
顶出装臵:机械顶出,液压顶出,气动顶出
38.液压顶出优点:1)顶出动作的时间与开合模行程没有直接关系,能在开模中以及后顶
出2)顶出力,顶出速度可以调节3)顶杆可以多次反复进行冲击动作,使产品可靠自动掉落,4)成型有嵌件产品时,能使顶杆在合模前自动复位,插入嵌件比较方便,有利于缩短注射机循环周期及实现自动化生产.
39.柱塞式注射装臵的组成和工作原理：由定量加料装臵、塑化部件、注射液压缸、注射座移动液压缸等组成。其塑化方式是利用外加热的热传导方式使塑料熔融塑化，这就会使料筒内的塑料形成一定的温度梯度，而塑料的导热性能差，故塑料与料筒接触处的温度和塑料与分流梭接触处的温度是不同的，从而造成塑化不良和温度不均。要提高塑化能力，主要依靠增加料筒直径和长度。其注射压力损耗大。
40.合模装臵：作用：实现模具的可靠开合动作和必要的行程；在注射和保压时，提供足够的锁模力；开模时，提供顶出制件的顶出力及相应的行程。主要由固定模板、移动模板、拉杆、液压缸、连杆、模具调整机构、顶出机构、以及安全保护机构等组成。
41.常见合模装臵：a)液压式合模装臵：依靠液体的压力直接锁紧模具，当液体的压力消除后，锁模力也随之消失。主要形式有：单缸直压式/充液式/增压式/充液增压式/稳压式合模装臵。b）液压—曲肘式合模装臵：单肘式/双肘式合模装臵。特点：具有增力作用/具有自锁作用/运动特性好/模板间距、锁模力、合模速度的调节困难，必须设臵专门的调模机构，故不如液压式合模装臵的适应性强和使用方便，此外，曲肘机构易磨损，加工精度要求高。42.螺旋压力机工作原理：采用螺旋工作副作工作机构的锻压机械。惯性螺旋压力机的共同特征是采用一个惯性飞轮。打击前，传动系统输送饿能力以动能的形式暂时存放在打击部分（包括飞轮和直线运动能量），飞轮处于惯性运动状态；打击过程中，飞轮的惯性力矩经螺
旋副转化为打击力使毛坯产生变形，对毛坯做变形功，打击部件受到毛坯的变形抗力阻抗，速度下降，释放动能，直到动能全部释放停止运动，打击过程结束。惯性螺旋压力机每次打击，都需要重新积累动能，打击后所积累的动能全部释放。每次打击的能量是固定的，工作特征与锤相似，这就是惯性螺旋压力机的基本工作特征。
43.空气锤分为自由锻和胎膜锻
44.锻锤的分类:按打击特性分为对击锤和有砧座锤；按工艺用途可分为自由锻锤、模锻锤和板料冲压锤；按驱动形式可分为蒸汽—空气锤、空气锤、蒸汽—空气対击锤、液压锤。工作原理：利于蒸汽或液压等传动机构使落下部分（活塞、锤杆、锤头、上砧）产生运动并积累动能，将此动能施加到锻件上去，使锻件获得塑性变形能，以完成各种锻压工艺。
管材的定径方法：外径定径法：靠管子外壁和定径套内壁接触时进行冷却时来实现。可分为内压充气法和真空定径法；内径定径法。
课后习题第二章
2-1、曲柄压力机由那几部分组成？各部分的功能如何？
答：曲柄压力机由以下几部分组成：1、工作机构。由曲柄、连杆、滑块组成，将旋转运动转换成往复直线运动。2、传动系统。由带传动和齿轮传动组成，将电动机的能量传输至工作机构。3、操作机构。主要由离合器、制动器和相应电器系统组成，控制工作机构的运行状态，使其能够间歇或连续工作。4、能源部分。由电动机和飞轮组成，电动机提供能源，飞轮储存和释放能量。5、支撑部分。由机身、工作台和紧固件等组成。它把压力机所有零部件连成一个整体。6、辅助系统。包括气路系统、润滑系统、过载保护装置、气垫、快换模、打料装置、监控装置等。提高压力机的安全性和操作方便性。
2-2、曲柄压力机滑块位移、速度、加速度变化规律是怎样的？它们与冲压工艺的联系如何？
答：速度的变化规律为正弦曲线，加速度的变化规律为余弦曲线，位移的变化规律为2-3、分析曲柄滑块机构的受力，说明压力机许用负荷图的准确含义
答：曲柄压力机工作时，曲柄滑块机构要承受全部的工艺力，是主要的受力机构之一理想状态下滑块上受到的作用力有：工件成形工艺力F、连杆对滑块的作用力FAB、导轨对滑块的反作用力FQ，实际上，曲柄滑块机构各运动副之间是有摩擦存在的，考察摩擦的影响以后，各环节的受力方向及大小发生了变化，加大了曲轴上的扭矩。曲柄压力机曲轴所受的扭矩Mq除与滑块所承受的工艺力F成正比外，还与曲柄转角a有关，在较大的曲柄转角下工作时，曲轴上所受扭矩较大。
通过对曲柄滑块的受力分析，结合实际情况得出的许用负荷图用以方便用户正确选择设备。
2-5装模高度的调节方式有哪些？各有何特点？ P19
三种调节方法有：1、调节连杆长度。该方法结构紧凑，可降低压力机的高度，但连杆与滑块的铰接处为球头，且球头和支撑座加工比较困难，需专用设备。螺杆的抗弯性能亦不强。2、调节滑块高度。柱销式连杆采用此种结构，与球头式连杆相比，柱销式连杆的抗弯强度提高了，铰接柱销的加工也更为方便，较大型压力机采用柱面连接结构以改善圆柱销的受力。3、调节工作台高度。多用于小型压力机。
2-6、比较压塌块过载保护装置和液压式过载保护装置。 P23
压塌式过载保护装置结构简单，制造方便，但在设计时无法考虑它的疲劳极限，可能引起提前的剪切破坏，或者使压力只能工作在小于标称压力的情况下，降低设备使用效率。同时压塌式过载保护装置只能用于单点压力机，用于多点压力机时会因偏载引起某个压塌块先行剪切断裂。
液压式过载保护装置多运用于多点和大型压力机，其特点是过载临界点可以准确地设
定，且过载后设备恢复容易。
2-7、开式机身和闭式机身各有何特点？应用于何种场合？ P26
开式机身：操作空间三面敞开，工作台面不受导轨间距的限制，安装、调整模具具有较大的操作空间，与自动送料机构的连接也很方便。但由于床身近似C形，在受力变形时产生角位移和垂直位移，角位移会加剧模具磨损和影响冲压力质量，严重时会折断冲头。开式机身多用于小型压力机。
闭式机身：形成一个对称的封闭框形结构，受力后仅产生垂直变形，刚度比开式机身好。但由于框形结构及其它因素，它只能前后两面操作。整体机身加工装配工作量小，需大型加工设备，运输和安装困难。但采用组合机身可以解决运输和安装方面的困难。闭式机身广泛运用于中大型压力机。
2-9、转键离合器的操作机构是怎样工作的?它是怎样保证压力机的单次操作？ P28 答：单次行程：先用销子11将拉杆5与右边的打棒3连接起来，后踩下踏板使电磁铁6通电，衔铁7上吸，拉杆向下拉打棒，离合器接合。
在曲轴旋转一周前，由于凸块2将打棒向右撞开，经齿轮带动关闭器回到工作位置挡住尾板，迫使离合器脱开，曲轴在制动器作用下停止转动，滑块完成一次行程.
2-10、分析摩擦离合器—制动器的工作原理 P33
答：摩擦离合器是借助摩擦力使主动部分与从动部分接合起来,依靠摩擦力传递扭矩。而摩擦制动器是靠摩擦传递扭矩,吸收动能的。摩擦离合器--制动器是通过适当的连锁方式(即控制接合与分离的先后次序)将二者结合在一起,并由同一操纵机构来控制压力机工作的装置.
摩擦离合器—制动器从运动状态上可以分为主动、从动和静止三部分，通过摩擦盘使主动和从动、从动和静止部分产生结合和分离状态，常态下弹簧使离合器中摩擦盘分开、制动器中摩擦盘压紧，工作时气压使离合器中摩擦盘压紧、制动器中的摩擦盘分开。
2-12、曲柄压力机为何要设置飞轮？ P35
答：利用飞轮储存空载时电动机的能量，在压力机短时高峰负荷的瞬间将部分能量释放使电动机的负荷均匀，使电动机功率降低。
2-13、拉深垫的作用如何？气垫和液压垫各有什么特点？ P42
答：作用：可以在模具内增加一个相对动作，完成如冲裁压边、顶料、拉深压边等功能，扩大了压力机的使用范围，简化了模具结构。
气垫的压紧力和顶出力相等，等于压缩空气气压乘活塞的有效面积。但受压力机底座下的安装空间限制，工作压力有限
液压垫顶出力和压料力可分别控制，以较小的尺寸获得较大的压边力，与冲压工艺相符合。但结构复杂，在工作过程中油压不够稳定，会产生脉动，也有冲击振动，形成噪声
2-14、掌握压力机主要技术参数以及设备的选用方法。 P47,P50
答：主要参数：1．公称压力Fg及公称压力行程Sg； 2．滑块行程S； 3．滑块行程次数n； 4．最大装模高度H及装模高度调节量△H； 5．工作台板及滑块底面尺寸； 6．喉深C和立柱间距A； 7．工作台孔尺寸； 8．模柄孔尺寸；
设备选用： 1.曲柄压力机的工艺与结构特性； 2.曲柄压力机的压力特性； 3.设备做功校核； 4、模具与压力机的校核关系
2-15、分析双动拉深压力机工作循环图，结合拉深工艺描述设备拉深过程。 P53 压力机的型号表示：J（A、B、C变形设计代号、次要参数）（2为开式3为闭式）（1为固定台式2为活动台式）—（工作能力*10=标称压力）（A、B、C改进设计代号、结构性能）
第三章
液压机动作过程为：工作活塞空行程向下运动→工作行程→保压→回程→顶出缸顶出工件
1、液压机典型的结构形式有哪3种 P92
2、液压机的型号表示方法，意义。 P90-P91
3-1、液压机的工作原理是什么，具有哪些特点？ P87
答：工作原理：液压机是根据静态下密闭容器中液体压力等值传递的帕斯卡原理制成的，是一种利用液体的压力来传递能量以完成各种成形加工工艺的机器。
特点：（1）易获得最大压力；（2）易获得大的工作行程，并能在行程的任意位置发挥全压；（3）易获得大的工作空间；（4）压力与速度可在大范围内方便地进行无级调节；（5）液压元件已标准化、通用化、系列化，设计、制造和维修方便
第四章
4-1、塑料挤出机一般由哪几部分组成？每部分的作用是什么？ P117 答：由主机（由挤压,传动,加热冷却三部分系统组成.）作用主要是塑化并挤出塑料、辅机（由剂透定型装置,冷却装置,牵引装置,切割装置以及制品的卷取或堆放装置等部分组成）作用是塑料成型和控制系统组成(由电器,仪表和执行机构组成)作用可以控制挤出机主机和辅机的拖动电动机、驱动液压泵、液压缸和其他各种执行机构，使其能按所需的功率、速度和轨迹运行，同时可以检测主机和辅机的温度、压力、流量的参数，从而实现对整个挤出机组的自动控制和对产品质量的控制。
4-2、国产塑料挤出机如何分类？ P119
按螺杆数目分，可分为单螺杆挤出机和多螺杆挤出机；按可否排气分，可分为排气式挤出机和非排气式挤出机；按有无螺杆，可分为螺杆挤出机和无螺杆挤出机；按螺杆的位置，可分为立式挤出机和卧式挤出机等。生产中常用的是卧式单螺杆非排气式挤出机。
4-5、挤出理论是研究哪些内容的？ P120
答：挤出理论是研究物料在螺杆和口模中运动、变化规律的基本理论。包括1、固体输送理论；2、熔融理论；3、熔体输送理论
4-8、熔体在螺槽内流动有几种形式？造成这几种流动的主要原因是什么？ P125 答：熔体在螺槽内有以下四种流动形式：1、正流，正流是熔料沿螺槽向机头方向的流动，是料筒表面作用到熔体上的力而产生的流动。2、逆流，也叫压力流，方向与正流相反，是由机头、分流板、过滤网等对流体熔体的反压力引起的流动。3、横流，是一种与螺纹方向垂直的流动，这种流动到达螺纹侧面时被挡回，便沿着螺槽侧面向上流动，又为料筒所挡，再作与螺纹方向垂直相反的流动，形成环流；4、漏流，由机头、分流板、过滤网等对熔体的反作用力引起的流动。
4-9、何谓挤出机综合工作点？挤出机的流率与螺杆、机头有何关系？如何提高挤出的流率？ P128
螺杆特性线与口模特性线的交点称综合工作点
给定螺杆和口模、转速一定时挤出机头的压力和流率（生产率）改变工作条件时挤出机可产生的变化
意义：生产前由该图确定工作区域、选定最佳操作条件，在保证质量前提下获得较高的产量
4-14、挤出机的加热冷却系统有何作用？为什么加热冷却系统多是分段设置的？ P143 作用：使料筒和螺杆具有适当的温度分布，保持在工艺要求的范围之内，从而保证制品的质量
因为不同位置要求热量不同：加料段：螺槽深、物料散、摩擦少，靠外热升温；均化段：螺槽浅、料温高、摩擦热多，有时还需降温；压缩段：介于二者之间；加料口：为使此处料流顺利，常采取冷却
4-16、挤出辅助机有何作用？一般由哪几个部分组成 P146
答：作用：与主机配合，使挤出的塑料冷却定型获得所需的形状、尺寸、表面质量的制品或半成品。
组成部分：冷却定型（吹胀）装置—冷却装置—牵引装置—切割装置—卷取（堆放）装置
4-17、管材的定径方法有哪几种？ P148
答：（1）压缩空气外定径 (2)真空定径法 (3)内压定径法
定径方法的选择主要决定于管子的尺寸是以外径还是内径为标准。
第五章
5-1、注射机有哪几部分组成？各部分的功用如何？ P136
答：1、注射装置，作用是将塑料均匀地塑化，并以足够的压力和速度将一定量的熔料注射到模具的型腔之中。
2、合模装置，作用是实现模具的启闭，在注射时保证成型模具可靠地合紧，以及脱出制品。
3、液压系统和电气控制系统，作用是保证注射机按工艺过程预定的要求（压力、速度、温度、时间）和动作程序准确有效地工作。
5-2、试述注射成型循环过程。 P165
答：合模→注射装置前移→注射与保压→制件冷却与预塑化→开模→顶出制件
5-5、怎样表示注射机的型号？常见的注射机型号表示方法有几种？ P167
（课件）型号表示方法
1. 注射量表示法
标准螺杆注射的80%理论注射量（cm3），如XS-ZY-125
2. 合模力表示法
注射机的最大合模力（×10kN），如LY180
3. 注射量-合模力表示法（cm3，×10kN ）
国际通用的方法，如SZ-63 / 50
cm，有三种表示方法：1、注射量表示法。如XS—ZY—125，125表示注射容量为1253 XS—ZY中X表示成型、S表示塑料、Z表示注塑、Y表示预塑式。2、合模力表示法。如L Y180，L Y表示利源机械有限公司的缩写，180表示合模力为1800kN。3、注射量与合模力
cm，50表示合模力500kN，S表示塑料，表示法。如SZ—63/50，其中60表示注射量633
Z表示注射机。
5-6、简述柱塞式和螺杆式注射装置的结构组成和工作原理，并比较两者的优缺点。 P170 答：柱塞式注射装置：由定量加料装置、塑化部件、注射油缸、注射座移动油缸等组成。原理：加入料斗中的颗粒料，经过定量加料装置使每次注射所需的一定数量的塑料落入料筒加料室，当注射油缸活塞推动柱塞前进时，将加料室中的塑料推向料简前端熔融塑化。熔融塑料在柱塞向前移动时，经过喷嘴注入模具型腔．
螺杆式注射装置：由两个料筒组成，一个是螺杆预塑料筒，另一个是注射料筒，两料筒之间有单向阀，粒料通过螺杆预塑料筒而塑化，熔料经过单向阀进入注射料筒。当注射料筒中熔料达到预定量时，螺杆塑化停止，注射柱塞前进并将熔料注入模腔预塑料筒中的螺杆转动过程中不仅输送塑料，还对塑料产生剪切摩擦加热和搅拌混合作用。
柱塞式注射装置1、塑化不均匀。 2、注射量的提高受到限制 3、注射压力损失大。 4、熔料充模速度不均匀。优点架构简单，容易操作。
螺杆式注射装置优点：取消了分流梭，注射时的压力损失减小；注射速率较稳定；塑化质量和效率提高。缺点：结构较复杂，单向阀处易引起塑料的停滞和分解。
5-10、螺杆头有哪些形式？如何选用？ P176
答：螺杆头有圆形或锥形的普通螺杆头和带止逆环的螺杆头.
因为螺杆头不仅承受预塑时的扭矩，而且经受带负荷的频繁启动，以及承受注射时的高压。受到的腐蚀和磨损（特别是加工玻璃纤维增强塑料）也相当严重。在小直径螺杆中，也常有因疲劳而发生断裂破坏的现象发生。因此要求选用高强度耐磨耐腐蚀的材料， P177
5-11、喷嘴有哪些类型和特点，如何选用？ P177
答：喷嘴特点：1）预塑建背压，排气，防流涎； 2）与模具主流道接触，形成高速料流； 3）补料，防回流； 4）调温，保温，断料。
类型：1）直通式喷嘴：通用，延伸，远射程
2）自锁式喷嘴：杜绝流涎现象、适用于低粘度塑料
5-13、试述液压—曲肘式合模装置的工作原理和特点？ P185
答：原理利用肘杆和楔块的增力和自锁作用，使模具可靠锁紧。特点1、有增力作用；
2、具有自锁作用；
3、运动特性好；
4、模板间距、锁模力、合模速度调节困难。
5-14、液压式合模装置为何多采用组合液压缸结构？ P182
《高分子材料成型加工》课后部分习题参考答案
2．分别区分“通用塑料”和“工程塑料”，“热塑性塑料”和“热固性塑料”，“简单组分高分子材料”和“复杂组分高分子材料”，并请各举2～3例。 答：通用塑料：一般指产量大、用途广、成型性好、价廉的塑料。通用塑料有：PE，PP，PVC，PS等； 工程塑料：是指拉伸强度大于50MPa，冲击强度大于6kJ/m2 ,长期耐热温度超过100℃的，刚性好、蠕变小、自润 滑、电绝缘、耐腐蚀等，可代替金属用作结构件的塑料。工程塑料有：PA，PET，PBT，POM等； 工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料。日本业界将它定义为“可以做为构造用及机械零件用的高性能塑料，耐热性在100℃以上，主要运用在工业上”。 热塑性塑料：加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚甲醛、聚砜、聚苯醚，氯化聚醚等都是热塑性塑料。(热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构，分子链之间无化学键产生，加热时软化流动、冷却变硬的过程是物理变化；) 热固性塑料：第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。这种材料称为热固性塑料。(热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三维的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。)酚醛、脲醛、三聚氰胺甲醛、不饱和聚酯、有机硅等塑料，都是热固性塑料。 简单组分高分子材料：主要由高聚物组成(含量很高，可达95%以上)，加入少量(或不加入)抗氧剂、润滑剂、着色剂等添加剂。如：PE、PP、PTFE。 复杂组分高分子材料：复杂组分塑料则是由合成树脂与多种起不同作用的配合剂组成，如填充剂、增塑剂、稳定剂等组成。如：PF、SPVC。 用天然或合成的聚合物为原料，经过人工加工制造的纤维状物质。可以分类两类 1）人造纤维：又称再生纤维，以天然聚合物为原料，经过人工加工而改性制得。如：粘胶纤维、醋酸纤维、蛋白质纤维等 2）合成纤维：以石油、天然气等为原料，通过人工合成和纺丝的方法制成。如：涤纶、尼龙、腈纶、丙纶、氨纶、维纶等 3．高分子材料成型加工的定义和实质。 高分子材料成型加工是将聚合物(有时还加入各种添加剂、助剂或改性材料等)转变成实用材料或制品的一种工程技术。 大多数情况下，聚合物加工通常包括两个过程:首先使原材料产生变形或流动，并取得所需要的形状，然后设法保持取得的形状(即硬化)，流动-硬化是聚合物工过程的基本程序。 高分子材料加工的本质就是一个定构的过程，也就是使聚合物结构确定，并获得一定性能的过程。 第一章习题与思考题 2．请说出晶态与非晶态聚合物的熔融加工温度范围，并讨论两者作为材料的耐热性好坏。 答：晶态聚合物：Tm～Td；非晶态聚合物：Tf～Td。 对于作为塑料使用的高聚物来说，在不结晶或结晶度低时，最高使用温度是Tg，当结晶度达到40%以上时，晶区互相连接，形成贯穿整个材料的连续相，因此在Tg以上仍不会软化，其最高使用温度可提高到结晶熔点。 熔点（Tm）：是晶态高聚物熔融时的温度。表征晶态高聚物耐热性的好坏。 3．为什么聚合物的结晶温度范围是Tg～Tm？ 答：T>Tm 分子热运动自由能大于内能，难以形成有序结构 T 第二章思考题与例题 1. 离子键、共价键、分子键和金属键的特点，并解释金属键结合的固体材料的密度比离子键或共价键固体高的原因 2. 从结构、性能等方面描述晶体与非晶体的区别。 3. 何谓理想晶体何谓单晶、多晶、晶粒及亚晶为什么单晶体成各向异性而多晶体一般情况下不显示各向异性何谓空间点阵、晶体结构及晶胞晶胞有哪些重要的特征参数 4. 比较三种典型晶体结构的特征。（Al、α-Fe、Mg三种材料属何种晶体结构描述它们的晶体结构特征并比较它们塑性的好坏并解释。）何谓配位数何谓致密度金属中常见的三种晶体结构从原子排列紧密程度等方面比较有何异同 5. 固溶体和中间相的类型、特点和性能。何谓间隙固溶体它与间隙相、间隙化合物之间有何区别（以金属为基的）固溶体与中间相的主要差异（如结构、键性、性能）是什么 6. 已知Cu的原子直径为A，求Cu的晶格常数，并计算1mm3Cu的原子数。 7. 已知Al相对原子质量Ar（Al）=，原子半径γ=，求Al晶体的密度。 8 bcc铁的单位晶胞体积，在912℃时是；fcc铁在相同温度时其单位晶胞体积是。当铁由bcc转变为fcc时，其密度改变的百分比为多少 9. 何谓金属化合物常见金属化合物有几类影响它们形成和结构的主要因素是什么其性能如何 10. 在面心立方晶胞中画出[012]和[123]晶向。在面心立方晶胞中画出（012）和（123）晶面。 11. 设晶面（152）和（034）属六方晶系的正交坐标表述，试给出其四轴坐标的表示。反之，求（3121）及（2112）的正交坐标的表示。（练习），上题中均改为相应晶向指数，求相互转换后结果。 12.在一个立方晶胞中确定6个表面面心位置的坐标，6个面心构成一个正八面体，指出这个八面体各个表面的晶面指数，各个棱边和对角线的晶向指数。 13. 写出立方晶系的{110}、{100}、{111}、{112}晶面族包括的等价晶面，请分别画出。 14. 在立方晶系中的一个晶胞内画出（111）和（112）晶面，并写出两晶面交线的晶向指数。 15 在六方晶系晶胞中画出[1120]，[1101]晶向和（1012）晶面，并确定（1012）晶面与六方晶胞交线的晶向指数。 16.在立方晶系的一个晶胞内同时画出位于（101），（011）和（112）晶面上的[111]晶向。 17. 在1000℃，有W C为%的碳溶于fcc铁的固溶体，求100个单位晶胞中有多少个碳原子（已知：Ar(Fe)=，Ar(C)=） 18. r-Fe在略高于912℃时点阵常数a=，α-Fe在略低于912℃时a=，求：（1）上述温度时γ-Fe和α-Fe的原子半径R；（2）γ-Fe→α-Fe转变时的体积变化率；（3）设γ-Fe→α-Fe转变时原子半径不发生变化，求此转变时的体积变 工程材料 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位间隙原子、置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个方向上的尺寸很小。 如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上的尺寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许多尺寸很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而造成。滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部分多出一半原子面，多余半 原子面的边缘好像插入晶体中的一把刀的刃口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成为非自发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率，细化晶粒，这种处理方法即 为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？ 土木工程材料课后习题 第一章 2、当某种材料得孔隙率增大时,表17内其她性质如何变化？(用符号表示:↑增大、↓下降、不变、？不定) 材料长期在水得作用下不被破坏,强度也不显著降低得性质称耐水性 用软化系数来表示K R=f b/f g 工程中将K R>0、85得材料瞧做就是耐水材料,可以用在水中或潮湿环境中得重要结构;用于受潮较轻或次要结构时,材料得K R值也不得低于0、75 4、材料发生渗水与冻融破坏得主要原因就是什么？如何提高材料得抗渗性与抗冻性？材料得孔隙率大,孔径大、开口并连通得空隙多、强度低就是发生渗水与冻融破坏得主要原因。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、减少裂缝或进行憎水处理等方法提高材料得抗渗性。 工程上常采用降低孔隙率、提高密实度、提高闭口孔隙比例、提高材料得强度等方法提高材料得抗冻性。 5、什么就是材料得导热性？用什么表示？一般如何利用孔隙提高材料得保温性能？导热性就是指材料传导热量得能力。用导热系数来表示。 减少开口孔隙率,提高闭口孔隙率比例。 7、什么就是材料得耐久性？通常用哪些性质来反映？ 材料得耐久性就是指其在长期得使用过程中,能抵抗环境得破坏作用,并保持原有性质不变、不破坏得一项综合性质。 通常用抗渗性、抗冻性、抗老化与抗碳化等性质。 8、某工地有砂50t,密度为2、65g/cm3,堆积密度为1450kg/m3;石子100t,密度为2、70g/cm3,堆积密度为1500kg/m3、试计算砂石得空隙率,若堆积高度为1、2m,各需要多大面积存放？ 砂:绝对密实体积V1=50*1000/2650=18、87m3 自然状态下得体积V2=50*1000/1450=34、48m3 砂得空隙率为P1=(34、4818、87)/34、48=45、28% 存放面积为S1=3*34、48/1、2=86、2m2 石:绝对密实体积V3=100*1000/2700=37、04m3 自然状态下得体积V4=100*1000/1500=66、67m3 砂得空隙率为P2=(66、6737、04)/66、67=44、44% 存放面积为S2=3*66、67/1、2=166、675m2 第二章 3、花岗石与大理石各有何特性及用途？ 花岗石特性:(1)、密度大。(2)、结构致密,抗压强度高。(3)、孔隙率小,吸水率低。(4)、材质坚硬。(5)、装饰性好。(6)、耐久性好。 用途:用于高级建筑结构材料与装饰材料 第二章 2-1、曲柄压力机由那几部分组成？各部分的功能如何？ 答：曲柄压力机由以下几部分组成：1、工作机构。由曲柄、连杆、滑块组成，将旋转运动 转换成往复直线运动。2、传动系统。由带传动和齿轮传动组成，将电动机的能量传输至工作机构。3、操作机构。主要由离合器、制动器和相应电器系统组成，控制工作机构的运行状态，使其能够间歇或连续工作。4、能源部分。由电动机和飞轮组成，电动机提供能源，飞轮储存和释放能量。5、支撑部分。由机身、工作台和紧固件等组成。它把压力机所有零部件连成一个整体。6、辅助系统。包括气路系统、润滑系统、过载保护装置、气垫、快换模、打料装置、监控装置等。提高压力机的安全性和操作方便性 2-2、曲柄压力机滑块位移、速度、加速度变化规律是怎样的？它们与冲压工艺的联系如何？ 答：速度的变化规律为正弦曲线，加速度的变化规律为余弦曲线，位移的变化规律为 滑块位移与曲柄转角的关系：??????-+ -=)2cos 1(4)cos 1(S αλαR 滑块速度与曲柄转角的关系：)2sin 2R(sin v αλαω+ = 滑块速度与转角的关系：)2cos (cos a 2αλαω+- =R 曲轴受转矩：)2sin 2sin (αλα+=FR M L 2-5装模高度的调节方式有哪些？各有何特点？ 1. 调节连杆长度。该方法结构紧凑，可降低压力机的高度，但连杆与滑块的铰接处为球头， 且球头和支撑座加工比较困难，需专用设备。螺杆的抗弯性能亦不强。 2. 调节滑块高度。柱销式连杆采用此种结构，与球头式连杆相比，柱销式连杆的抗弯强度 提高了，铰接柱销的加工也更为方便，较大型压力机采用柱面连接结构以改善圆柱销的受力。 3. 调节工作台高度。多用于小型压力机。 2-7、开式机身和闭式机身各有何特点？应用于何种场合？P26 1. 开式机身：操作空间三面敞开，工作台面不受导轨间距的限制，安装、调整模具具有较 大的操作空间，与自动送料机构的连接也很方便。但由于床身近似C 形，在受力变形时产生角位移和垂直位移，角位移会加剧模具磨损和影响冲压力质量，严重时会折断冲头。开式机身多用于小型压力机。 2. 闭式机身：形成一个对称的封闭框形结构，受力后仅产生垂直变形，刚度比开式机身好。 但由于框形结构及其它因素，它只能前后两面操作。整体机身加工装配工作量小，需大型加工设备，运输和安装困难。但采用组合机身可以解决运输和安装方面的困难。闭式机身广泛运用于中大型压力机。 2-9、转键离合器的操作机构是怎样工作的?它是怎样保证压力机的单次操作？P28 答：单次行程：先用销子11将拉杆5与右边的打棒3连接起来，后踩下踏板使电磁铁6通 电，衔铁7上吸，拉杆向下拉打棒，离合器接合。 在曲轴旋转一周前，由于凸块2将打棒向右撞开，经齿轮带动关闭器回到工作位置挡住尾板，迫使离合器脱开，曲轴在制动器作用下停止转动，滑块完成一次行程. 1.作图表示立方晶体的晶面及晶向。 2.在六方晶体中，绘出以下常见晶向 等。 3.写出立方晶体中晶面族{100}，{110}，{111}，{112}等所包括的 等价晶面。 4.镁的原子堆积密度和所有hcp金属一样，为。试求镁单位晶胞的 体积。已知Mg的密度，相对原子质量为，原子半径r=。 5.当CN=6时离子半径为，试问： 1)当CN=4时，其半径为多少？ 2)当CN=8时，其半径为多少？ 6.试问：在铜（fcc,a=）的<100>方向及铁(bcc,a=的<100>方向,原 子的线密度为多少？ 7.镍为面心立方结构，其原子半径为。试确定在镍的 （100），（110）及（111）平面上1中各有多少个原子。 8.石英的密度为。试问： 1)1中有多少个硅原子（与氧原子）？ 2)当硅与氧的半径分别为与时，其堆积密度为多少（假设原子是 球形的）？ 9.在800℃时个原子中有一个原子具有足够能量可在固体内移 动，而在900℃时个原子中则只有一个原子，试求其激活能（J/原 子）。 10.若将一块铁加热至850℃，然后快速冷却到20℃。试计算处理前后空 位数应增加多少倍（设铁中形成一摩尔空位所需要的能量为104600J）。 11.设图1-18所示的立方晶体的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面。 若该滑移面上有一正方形位错环，如果位错环的各段分别与滑移面各边平行，其柏氏矢量b∥AB。 1)有人认为“此位错环运动移出晶体后，滑移面上产生的滑移台 阶应为4个b,试问这种看法是否正确？为什么？ 2)指出位错环上各段位错线的类型，并画出位错运动出晶体后， 滑移方向及滑移量。 12.设图1-19所示立方晶体中的滑移面ABCD平行于晶体的上、下底面。 晶体中有一条位错线段在滑移面上并平行AB，段与滑移面垂直。位错的柏氏矢量b与平行而与垂直。试问： 1)欲使段位错在ABCD滑移面上运动而不动，应对晶体施加 怎样的应力？ 2)在上述应力作用下位错线如何运动？晶体外形如何变化？ 13.设面心立方晶体中的为滑移面，位错滑移后的滑移矢量为 。 1)在晶胞中画出柏氏矢量b的方向并计算出其大小。 2)在晶胞中画出引起该滑移的刃型位错和螺型位错的位错线方 向，并写出此二位错线的晶向指数。 【最新资料，WORD文档，可编辑修改】 工程材料 思考题参考答案 第一章金属的晶体结构与结晶 1．解释下列名词 点缺陷，线缺陷，面缺陷，亚晶粒，亚晶界，刃型位错，单晶体，多晶体，过冷度，自发形核，非自发形核，变质处理，变质剂。 答：点缺陷：原子排列不规则的区域在空间三个方向尺寸都很小，主要指空位 间隙原子、 置换原子等。 线缺陷：原子排列的不规则区域在空间一个方向上的尺寸很大，而在其余两个 方向 上的尺寸很小。如位错。 面缺陷：原子排列不规则的区域在空间两个方向上的尺寸很大，而另一方向上 的尺 寸很小。如晶界和亚晶界。 亚晶粒：在多晶体的每一个晶粒内，晶格位向也并非完全一致，而是存在着许 多尺寸 很小、位向差很小的小晶块，它们相互镶嵌而成晶粒，称亚晶粒。 亚晶界：两相邻亚晶粒间的边界称为亚晶界。 刃型位错：位错可认为是晶格中一部分晶体相对于另一部分晶体的局部滑移而 造成。 滑移部分与未滑移部分的交界线即为位错线。如果相对滑移的结果上半部 口，故称“刃型位错”。 单晶体：如果一块晶体，其内部的晶格位向完全一致，则称这块晶体为单晶体。 多晶体：由多种晶粒组成的晶体结构称为“多晶体”。 2 过冷度：实际结晶温度与理论结晶温度之差称为过冷度。 自发形核：在一定条件下，从液态金属中直接产生，原子呈规则排列的结晶核 心。 非自发形核：是液态金属依附在一些未溶颗粒表面所形成的晶核。 变质处理：在液态金属结晶前，特意加入某些难熔固态颗粒，造成大量可以成 为非自 发晶核的固态质点，使结晶时的晶核数目大大增加，从而提高了形核率， 细化晶粒，这种处理方法即为变质处理。 变质剂：在浇注前所加入的难熔杂质称为变质剂。 2. 常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、 Cr 、V 、 Mg 、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V 属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb 属于面心立方晶格； Mg、Zn 属于密排六方晶格； 3. 配位数和致密度可以用来说明哪些问题？ 答：用来说明晶体中原子排列的紧密程度。晶体中配位数和致密度越大，则晶 第一章 金属的性能 一、填空（将正确答案填在横线上。下同） 1、金属材料的性能一般分为两类。一类是使用性能，它包括物理性能、化学性能和力学性能等。另一类是工艺性能，它包括铸造性能、锻造性能、焊接性能和切削加工性能等。 2、大小不变或变化很慢的载荷称为静载荷，在短时间内以较高速度作用于零件上的载荷称为冲击载荷，大小和方向随时间发生周期变化的载荷称为交变载荷。 3、变形一般分为弹性变形和塑性变形两种。不能随载荷的去除而消失的变形称为塑性变形。 4、强度是指金属材料在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂的能力。 5、强度的常用衡量指标有抗拉强度和屈服强度，分别用符号σb 和σs 表示。 6、如果零件工作时所受的应力低于材料的σb 或σ0.2，则不会产生过量的塑性变形。 7、有一钢试样其截面积为100mm 2，已知钢试样的MPa S 314=σ MPa b 530=σ 。拉伸试验时，当受到拉力为—————— 试样出现屈服现象，当受到拉力为—————— 时，试样出现缩颈。 8、断裂前金属材料产生永久变形的能力称为塑性。金属材料的延伸率和断面收缩率的数值越大，表示材料的塑性越好。 9、一拉伸试样的原标距长度为50mm,直径为10mm 拉断后试样的标距长度为79mm ，缩颈处的最小直径为4.9 mm ，此材料的伸长率为—————，断面收缩率为——————。 10．金属材料抵抗冲击载荷作用而不破坏能力。称为冲击韧性。 11．填出下列力学性能指标的符号：屈服点σs ，抗拉强度σb ，洛氏硬度C 标尺HRC ， 伸长率δ，断面收缩率ψ，冲击韧度αk ，疲劳极限σ-1。 二、判断（正确打√，错误打×。下同） 1、弹性变形能随载荷的去除而消失。（√ ） 2、所有金属材料在拉伸试验时都会出现显着的屈服现象。（× ） 3、材料的屈服点越低，则允许的工作应力越高。（× ） 4、洛氏硬度值无单位。（√ ） 5、做布氏硬度试验时，当试验条件相同时，其压痕直径越小，材料的硬度越低。（× ） 6、材料对小能量多次冲击抗力的大小主要取决于材料的强度和塑性。（ ×） 7、布氏硬度测量法不宜于测量成品及较薄零件。（ √） 8、洛氏硬度值是根据压头压入被测定材料的压痕深度得出的。（√ ） 9、铸铁的铸造性能比钢好，故常用来铸造形状复杂的工件。（√ ） 三．选择（把正确答案填入括号内。下同） 1、拉伸试验时，试样拉断前所能承受的最大应力称为材料的（B ）。 A.屈服点 B.抗拉强度 C.弹性极限 2、做疲劳试验时，试样承受的载荷为（C ） A.静载荷 B.冲击载荷 C 交变载荷 3、洛氏硬度C 标尺所用的压头是（ B ） A.．淬硬钢球 B.金刚石圆锥体 C.硬质合金球 4．金属材料抵抗塑性变形或断裂的能力称为（C ） A.．塑性 B.硬度 C.强度 5．用拉伸试验可测定材料的（A ）性能指标。 A.．强度 B.硬度 C.韧性 材料成型工艺基础（第三版）部分课后习题答案 第一章 ⑵.合金流动性决定于那些因素？合金流动性不好对铸件品质有何影响？ 答：①合金的流动性是指合金本身在液态下的流动能力。决定于合金的化学成分、结晶特性、粘度、凝固温度围、浇注温度、浇注压力、金属型导热能力。 ②合金流动性不好铸件易产生浇不到、冷隔等缺陷，也是引起铸件气孔、夹渣、縮孔缺陷的间接原因。 ⑷.何谓合金的收縮？影响合金收縮的因素有哪些？ 答：①合金在浇注、凝固直至冷却至室温的过程中体积和尺寸縮减的现象，称为收縮。 ②影响合金收縮的因素：化学成分、浇注温度、铸件结构和铸型条件。 ⑹.何谓同时凝则和定向凝则？ 答：①同时凝则：将浇道开在薄壁处，在远离浇道的厚壁处出放置冷铁，薄壁处因被高温金属液加热而凝固缓慢，厚壁出则因被冷铁激冷而凝固加快，从而达到同时凝固。 ②定向凝则：在铸件可能出现縮孔的厚大部位安放冒口，使铸件远离冒口的部位最先凝固，靠近冒口的部位后凝固，冒口本身最后凝固。 第二章 ⑴.试从石墨的存在和影响分析灰铸铁的力学性能和其他性能特征。 答：石墨在灰铸铁中以片状形式存在，易引起应力集中。石墨数量越多，形态愈粗大、分布愈不均匀，对金属基体的割裂就愈严重。灰铸铁的抗拉强度低、塑性差，但有良好的吸震性、减摩性和低的缺口敏感性，且易于铸造和切削加工。石墨化不充分易产生白口，铸铁硬、脆，难以切削加工；石墨化过分，则形成粗大的石墨，铸铁的力学性能降低。 ⑵.影响铸铁中石墨化过程的主要因素是什么？相同化学成分的铸铁件的力学性能是否相同？ 答：①主要因素：化学成分和冷却速度。 ②铸铁件的化学成分相同时铸铁的壁厚不同，其组织和性能也不同。在厚壁处冷却速度较慢，铸件易获得铁素体基体和粗大的石墨片，力学性能较差；而在薄壁处，冷却速度较快，铸件易获得硬而脆的白口组织或麻口组织。 ⑸.什么是孕育铸铁？它与普通灰铸铁有何区别？如何获得孕育铸铁？ 答：①经孕育处理后的灰铸铁称为孕育铸铁。 ②孕育铸铁的强度、硬度显著提高，冷却速度对其组织和性能的影响小，因此铸件上厚大截面的性能较均匀；但铸铁塑性、韧性仍然很低。 ③原理：先熔炼出相当于白口或麻口组织的低碳、硅含量的高温铁液，然后向铁液中冲入少量细状或粉末状的孕育剂，孕育剂在铁液中形成大量弥散的石墨结晶核心，使石墨化骤然增强，从而得到细化晶粒珠光体和分布均匀的细片状石墨组织。 ⑻.为什么普通灰铸铁热处理效果没球墨铸铁好？普通灰铸铁常用热处理方法有哪些？目的是什 么？ 答：①普通灰铸铁组织中粗大的石墨片对基体的破坏作用不能依靠热处理来消除或改进；而球墨铸铁的热处理可以改善其金属基体，以获得所需的组织和性能，故球墨铸铁性能好。 ②普通灰铸铁常用的热处理方法：时效处理，目的是消除应力，防止加工后变形；软化退火，目的是消除白口、降低硬度、改善切削加工性能。 第三章 ⑴．为什么制造蜡模多采用糊状蜡料加压成形，而较少采用蜡液浇铸成形？为什么脱蜡时水温不应达到沸点？ 答：蜡模材料可用石蜡、硬脂酸等配成，在常用的蜡料中，石蜡和硬脂酸各占50%，其熔点为50℃~60℃，高熔点蜡料可加入塑料，制模时，将蜡料熔为糊状，目的除了使温度均匀外，对含填充料的蜡料还有防止沉淀的作用。 练习题 第三章晶体结构，习题与解答 3-1 名词解释 （a）萤石型和反萤石型 （b）类质同晶和同质多晶 （c）二八面体型与三八面体型 （d）同晶取代与阳离子交换 （e）尖晶石与反尖晶石 答：（a）萤石型：CaF2型结构中，Ca2+按面心立方紧密排列，F-占据晶胞中全部四面体空隙。 反萤石型：阳离子和阴离子的位置与CaF2型结构完全相反，即碱金属离子占据F-的位置，O2-占据Ca2+的位置。 （b）类质同象：物质结晶时，其晶体结构中部分原有的离子或原子位置被性质相似的其它离子或原子所占有，共同组成均匀的、呈单一相的晶体，不引起键性和晶体结构变化的现象。 同质多晶：同一化学组成在不同热力学条件下形成结构不同的晶体的现象。 （c）二八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若有三分之二的八面体空隙被阳离子所填充称为二八面体型结构三八面体型：在层状硅酸盐矿物中，若全部的八面体空隙被阳离子所填充称为三八面体型结构。 （d）同晶取代：杂质离子取代晶体结构中某一结点上的离子而不改变晶体结构类型的现象。 阳离子交换：在粘土矿物中，当结构中的同晶取代主要发生在铝氧层时，一些电价低、半径大的阳离子（如K+、Na+等）将进入晶体结构来平衡多余的负电荷，它们与晶体的结合不很牢固，在一定条件下可以被其它阳离子交换。 （e）正尖晶石：在AB2O4尖晶石型晶体结构中，若A2+分布在四 面体空隙、而B3+分布于八面体空隙，称为正尖晶石； 反尖晶石：若A2+分布在八面体空隙、而B3+一半分布于四面体空 隙另一半分布于八面体空隙，通式为B(AB)O4，称为反尖晶石。 3-2 （a）在氧离子面心立方密堆积的晶胞中，画出适合氧离子位置 的间隙类型及位置，八面体间隙位置数与氧离子数之比为若干？四 面体间隙位置数与氧离子数之比又为若干？ （b）在氧离子面心立方密堆积结构中，对于获得稳定结构各需何 种价离子，其中： （1）所有八面体间隙位置均填满； （2）所有四面体间隙位置均填满； （3）填满一半八面体间隙位置； （4）填满一半四面体间隙位置。 并对每一种堆积方式举一晶体实例说明之。 解：（a）参见2-5题解答。1:1和2:1 （b）对于氧离子紧密堆积的晶体，获得稳定的结构所需电价离子 及实例如下： （1）填满所有的八面体空隙，2价阳离子，MgO； （2）填满所有的四面体空隙，1价阳离子，Li2O； （3）填满一半的八面体空隙，4价阳离子，TiO2； （4）填满一半的四面体空隙，2价阳离子，ZnO。 3-3 MgO晶体结构，Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体中离子堆积系数（球状离子所占据晶胞的体积分数）；计算MgO的密度。并说明为什么其体积分数小于74.05%？ 材料成型复习题(答案) 一、 1落料和冲孔：落料和冲孔又称冲裁，是使坯料按封闭轮廓分离。落料是被分离的部分为所需要的工件，而留下的周边是废料；冲孔则相反。 2 焊接：将分离的金属用局部加热或加压，或两者兼而使用等手段，借助于金属内部原子的 结合和扩散作用牢固的连接起来，形成永久性接头的过程。 3顺序凝固：是采用各种措施保证铸件结构各部分，从远离冒口的部分到冒口之间建立一个逐渐递增的温度梯度，实现由远离冒口的部分最先凝固，在向冒口方向顺序凝固，使缩孔移至冒口中，切除冒口即可获得合格零件的铸造工艺 同时凝固：是指采取一些工艺措施，使铸件个部分温差很小，几乎同时进行凝固获得合格零件的铸造工艺 4．缩孔、缩松液态金属在凝固过程中，由于液态收缩和凝固收缩，因而在铸件最后凝固部位出现大而集中的孔洞，这种孔洞称为缩孔，而细小而分散的孔洞称为分散性缩孔，简称缩松。 5.直流正接：将焊件接电焊机的正极，焊条接其负极；用于较厚或高熔点金属的焊接。 直流反接：将焊件接电焊机的负极，焊条接其正极；用于轻薄或低熔点金属的焊接。 6 自由锻造：利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或锤头与砧铁之间产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的成形过程。 模型锻造：它包括模锻和镦锻，它是将加热或不加热的坯料置于锻模模膛内，然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的锻造成型过程。 7.钎焊：利用熔点比钎焊金属低的钎料作填充金属，适当加热后，钎料熔化将处于固态的焊件连接起来的一种方法。 8.金属焊接性：金属在一定条件下，获得优质焊接接头的难易程度，即金属材料对焊接加工的适应性。 9，粉末冶金：是用金属粉末做原料，经压制后烧结而制造各种零件和产品的方法。 二、 1、铸件中可能存在的气孔有侵入气孔、析出气孔、反应气孔三种。 2、金属粉末的基本性能包括成分、粒径分布、颗粒形状和大小以及技术特征等。 3、砂型铸造常用的机器造型方法有震实造型、微震实造型、高压造型、抛砂造型等。 4、影响金属焊接的主要因素有温度、压力。 5、粉末压制生产技术流程为粉末制取、配混、压制成形、烧结、其他处理加工。 6、影响液态金属充型能力的因素有金属流动性、铸型性质、浇注条件、铸件结构四个方面。 7、金属材料的可锻性常用金属的塑性指标和变形抗力来综合衡量。 8、熔化焊接用焊条通常由焊芯和药皮组成，其中焊芯的主要作用为作为电源的一个电极，传导电流，产生电弧、熔化后作为填充材料，与母材一起构成焊缝金属等。 9、金属塑性变形的基本规律是体积不变定律和最小阻力定律。 10、一般砂型铸造技术的浇注系统结构主要由浇口杯，直浇道，横浇道，内浇道组成。 11、硬质合金是将一些难熔的金属碳化物和金属黏结剂 晶体结构 1、解释下列概念 晶系、晶胞、晶胞参数、空间点阵、米勒指数（晶面指数）、离子晶体的晶格能、原子半径与离子半径、配位数、离子极化、同质多晶与类质同晶、正尖晶石与反正尖晶石、反萤石结构、铁电效应、压电效应. 2、（1）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为2a、3b、6c，求出该晶面的米勒指数；（2）一晶面在x、y、z轴上的截距分别为a/ 3、b/2、c，求出该晶面的米勒指数。 3、在立方晶系的晶胞中画出下列米勒指数的晶面和晶向：（001）与[210]，（111）与[112]，（110）与[111]，（322）与[236]，（257）与[111]，（123）与[121]，（102），（112），（213），[110]，[111]，[120]，[321] 4、写出面心立方格子的单位平行六面体上所有结点的坐标。 5、已知Mg2+半径为0.072nm，O2-半径为0.140nm，计算MgO晶体结构的堆积系数与密度。 6、计算体心立方、面心立方、密排六方晶胞中的原子数、配位数、堆积系数。 7、从理论计算公式计算NaC1与MgO的晶格能。MgO的熔点为2800℃，NaC1为80l℃, 请说明这种差别的原因。 8、根据最密堆积原理，空间利用率越高，结构越稳定，金钢石结构的空间利用率很低(只有34.01％)，为什么它也很稳定? 9、证明等径圆球面心立方最密堆积的空隙率为25．9％； 10、金属镁原子作六方密堆积，测得它的密度为1.74克/厘米3，求它的晶胞体积。 11、根据半径比关系，说明下列离子与O2—配位时的配位数各是多? r o2-=0.132nm r Si4+=0.039nm r K+=0.133nm r Al3+=0.057nm r Mg2+=0.078n m 12、为什么石英不同系列变体之间的转化温度比同系列变体之间的转化温度高得多？ 13、有效离子半径可通过晶体结构测定算出。在下面NaCl型结构晶体中，测得MgS 和MnS的晶胞参数均为a=0.52nm(在这两种结构中，阴离子是相互接触的)。若CaS(a=0.567nm)、CaO(a=0.48nm)和MgO(a=0.42nm)为一般阳离子——阴离子接触，试求这些晶体中各离子的半径。 1- 5在下面几种情况下，该用什么方法来测试硬度？写出硬度符号。 （1 ）检查锉刀、钻头成品硬度；（2）检查材料库中钢材硬度；（3）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层；（4）黄铜轴套；（5）硬质合金刀片； （1 ）检查锉刀、钻头成品硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 （2）检查材料库中钢材硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号 HBW。 （3 ）检查薄壁工件的硬度或工件表面很薄的硬化层硬度采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 （4）黄铜轴套硬度采用布氏硬度试验来测定，硬度值符号HBW。（5）硬质合金刀片采用洛氏硬度试验来测定，硬度值符号HRC。 2- 4单晶体和多晶体有何差别？为什么单晶体具有各向异性，多晶体具有各项同性？ 单晶体是由原子排列位向或方式完全一致的晶格组成的；多晶体是由很多个小的单晶体所组成的，每个晶粒的原子位向是不同的。因为单晶体内各个方向上原子排列密度不同，造成原子间结合力不同，因而表现出 各向异性；而多晶体是由很多个单晶体所组成，它在各个方向上的力相互抵消平衡，因而表现各向同性。 2-5简述实际金属晶体和理想晶体在结构与性能上的主要差异。理想晶体中原子完全为规则排列，实际金属晶体由于许多因素的影响，使这些原子排列受到干扰和破坏，内部总是存在大量缺陷。如果金属中 无晶体缺陷时，通过理论计算具有极高的强度，随着晶体中缺陷的增加，金属的强度迅速下降，当缺陷增加到一定值后，金属的强度又随晶体缺陷的增加而增加。因此，无论点缺陷，线缺陷和面缺陷都会造成晶格崎变，从而使晶体强度增加。同时晶体缺陷的存在还会增加金属的电阻， 降低金属的抗腐蚀性能。 2- 6简述间隙固溶体和间隙化合物的异同点。 间隙固溶体和间隙化合物都是溶质原子嵌入晶格间隙形成的。间隙固溶体的晶体结构与溶剂的结构相同，而间隙化合物的晶体结构不同于组成它的任一组元，它是以分子式来表示其组成。 3- 3常用的管路焊锡为成分w(Pb=50%)、w(Sn=50%)的Pb-Sn合金。 若该合金以及慢速度冷却至室温，求合金显微组织中相组成物和组织组成物的相对量。 吨r-i ⑷ I叽 Sn 工程材料与技术成型基础课后习题答案 第一章 1-1由拉伸试验可以得出哪些力学性能指标?在工程上这些指标是如何定义的? 答:强度和韧性.强度(σb)材料抵抗塑性变形和断裂的能力称为强度;塑性(δ)材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力.强度指标里主要测的是:弹性极限,屈服点,抗拉强度等.塑性指标里主要测的是:伸长率,断面收缩率. 1-2 1-3锉刀:HRC 黄铜轴套:HB 供应状态的各种非合金钢钢材：HB 硬质合金刀片：HRA,HV 耐磨工件的表面硬化层：HV 调质态的机床主轴：HRC 铸铁机床床身：HB 铝合金半成品：HB 1-4公式HRC=10HBS,90HRB=210HBS,HV=HBS 800HV>45HRC>240HBS>90HRB 1-7材料在加工制造中表现出的性能，显示了加工制造的难易程度。包括铸造性，锻造性，切削加工性，热处理性。 第二章 2-2 答:因为γ-Fe为面心立方晶格,一个晶胞含4个原子,致密度为0.74;γ-Fe冷却到912°C后转变为α-Fe后，变成体心立方晶格，一个晶胞含2个原子，致密度为0.68，尽管γ-Fe的晶格常数大于α-Fe的晶格常数，但多的体积部分抵不上因原子排列不同γ-Fe变成 α-Fe体积增大的部分，故γ-Fe冷却到912℃后转变为α-Fe时体积反而增大。 2-3.答：（1）过冷度理论结晶温度与实际结晶温度只差。 （2）冷速越快则过冷度越大，同理，冷速越小则过冷度越小 （3）过冷度越大则晶粒越小，同理，过冷度越小则晶粒越大。过冷度增大，结晶驱动力越大，形核率和长大速度都大，但过冷度过大，对晶粒细化不利，结晶发生困难。 2-4：答：（1）在一般情况下，晶粒越小，其强度塑性韧性也越高。 （2）因为晶粒越小则晶界形成就越多，产生晶体缺陷，在晶界处晶格处于畸变状态，故晶界能量高因此晶粒的大小对金属的力学性能有影响。 （3）在凝固阶段晶粒细化的途径有下列三种： ①提高结晶时的冷却速度增加过冷度 ②进行变质处理处理：在液态金属浇筑前人工后加入少量的变质剂，从而形成大量非自发结晶核心而得到细晶粒组织。 ③在液态金属结晶时采用机械振动，超声波振动，电磁搅拌等。 2-5答：（1）固溶体是溶质原子溶于溶剂晶格中而保持溶剂晶格类型的合金相。 （2）固溶体中溶剂由于溶质原子的溶入造成固溶体晶格产生畸变，使合金的强度与硬度提高，而塑性与韧性略有下降。 （3）通过溶入原子，使合金强度与硬度提高的办法称之为固溶强化。 2-6答(1)金属化合物是指合金组元之间相互作用形成具有金属特征的物质; 第一章 2.图1-79为五种材料的应力-应变曲线：①45钢，②铝青铜，③35钢，④硬铝，⑤纯铜。试问： （1）当外加应力为300MPa时，各材料处于什么状态？ （2）有一用35钢制作的杆，使用中发现弹性弯曲较大，如改用45钢制作该杆，能否减少弹性变形？ （3）有一用35钢制作的杆，使用中发现塑性变形较大，如改用45钢制作该杆，能否减少塑性变形？ 答：（1）①45钢：弹性变形②铝青铜：塑性变形③35钢：屈服状态④硬铝：塑性变形⑤纯铜：断裂。 （2）不能，弹性变形与弹性模量E有关，由E=σ/ε可以看出在同样的条件下45钢的弹性模量要大，所以不能减少弹性变形。 （3）能，当35钢处于塑性变形阶段时，45钢可能处在弹性或塑性变形之间，且无论处于何种阶段，45钢变形长度明显低于35钢，所以能减少塑性变形。 4．下列符号表示的力学性能指标的名称和含义是什么？ σb 、σs、σ0.2、σ-1、δ、αk、HRC、HBS、HBW 答：σb抗拉强度，是试样保持最大均匀塑性的极限应力。 σs屈服强度，表示材料在外力作用下开始产生塑性变形时的最低应力。 σ0.2条件屈服强度，作为屈服强度的指标。 σ-1疲劳强度，材料循环次数N次后达到无穷大时仍不发生疲劳断裂的交变应力值。 δ伸长率，材料拉断后增加的变形长度与原长的比率。 HRC洛氏硬度，表示用金刚石圆锥为压头测定的硬度值。 HBS布氏硬度，表示用淬硬钢球为压头测定的硬度值。 HBW布氏硬度，表示用硬质合金为压头测定的硬度值。 7.常见的金属晶体结构有哪几种？α-Fe 、γ- Fe 、Al 、Cu 、Ni 、Pb 、Cr 、V 、Mg、Zn 各属何种晶体结构？ 答：常见金属晶体结构：体心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格； α－Fe、Cr、V属于体心立方晶格； γ－Fe 、Al、Cu、Ni、Pb属于面心立方晶格； 第2章习题 2-1 a ）试证明均匀形核时，形成临界晶粒的△ G K 与其临界晶核体积 V K 之间的关系式为 2 G V ； b ）当非均匀形核形成球冠形晶核时，其△ 所以 所以 2-2如果临界晶核是边长为 a 的正方体，试求出其厶G K 与a 的关系。为什么形成立方体晶核 的厶G K 比球形晶核要大？ 解：形核时的吉布斯自由能变化为 a ）证明因为临界晶核半径 r K 临界晶核形成功 G K 16 故临界晶核的体积 V K 4 r ； G V )2 2 G K G V b ）当非均匀形核形成球冠形晶核时, 非 r K 2 SL G V 临界晶核形成功 3 3( G ；7(2 3cos 3 cos 故临界晶核的体积 V K 3（r 非）3（2 3 3cos 3 cos V K G V 1 ( 3 卸2 3 3cos cos )G V 3 3(書 (2 3cos cos 3 ) G K % G K 与V K 之间的关系如何? G K G V G v A a3G v 6a2 3 得临界晶核边长a K G V 临界形核功 将两式相比较 可见形成球形晶核得临界形核功仅为形成立方形晶核的 1/2。 2-3为什么金属结晶时一定要有过冷度？影响过冷度的因素是什么？固态金属熔化时是否 会出现过热？为什么？ 答：金属结晶时要有过冷度是相变热力学条件所需求的， 只有△ T>0时，才能造成固相的自 由能低于液相的自由能的条件，液固相间的自由能差便是结晶的驱动力。 金属结晶需在一定的过冷度下进行，是因为结晶时表面能增加造成阻力。固态金属熔 化时是否会出现过热现象，需要看熔化时表面能的变化。如果熔化前后表面能是降低的， 则 不需要过热；反之，则可能出现过热。 如果熔化时，液相与气相接触，当有少量液体金属在固体表面形成时，就会很快覆盖 在整个固体表面(因为液态金属总是润湿其同种固体金属 )。熔化时表面自由能的变化为： G 表面 G 终态 G 始态 A( GL SL SG ) 式中G 始态表示金属熔化前的表面自由能； G 终态表示当在少量液体金属在固体金属表面形成 时的表面自由能；A 表示液态金属润湿固态金属表面的面积；b GL 、CSL 、CSG 分别表示气液相 比表面能、固液相比表面能、固气相比表面能。因为液态金属总是润湿其同种固体金属，根 据润湿时表面张力之间的关系式可写出：b SG 》6GL + (SL 。这说明在熔化时，表面自由能的变 化厶G 表w o ,即不存在表面能障碍，也就不必过热。实际金属多属于这种情况。如果固体 16 3 3( G v )2 1 32 3 6 2 (G v )2 b K t K 4 G V )3 G V 6( 4 G v )2 64 3 96 3 32 r K 2 ~G ?， 球形核胚的临界形核功 (G v )2 (G v )2 (G v )2 G b K 2 G v )3 16 3( G v )2 土木工程材料习题集与参考答案 第一章 土木工程材料的基本性质 1. 试述材料成分、结构和构造对材料性质的影响？ 参考答案：材料的成分对性质的影响：材料的组成及其相对含量的变化，不仅会影响材料的化学性质，还会影响材料的物理力学性质。材 料的成分不同，其物理力学性质有明显的差异。值得注意的是，材料中某些成分的改变，可能会对某项性质引起较大的改变，而对其他性质的影响不明显。 材料的结构对性质的影响：材料的结构是决定材料物理性能的重要因素。可分为微观结构和细观结构。材料在微观结构上的差异影响到材料的强度、硬度、熔点、变形、导热性等性质，可以说材料的微观结构决定着材料的物理力学性能。 材料的构造对性质的影响：材料的构造主要是指材料的孔隙和相同或不同材料间的搭配。不同材料适当搭配形成的复合材料，其综合性能优于各个单一材料。材料的内部孔隙会影响材料的强度、导热性、水渗透性、抗冻性等。 总之，材料的组成、结构与构造决定了材料的性质。材料的组成、结构与构造的变化带来了材料世界的千变万化。 2．试述材料密度、表观密度、孔隙率的定义、测定方法及相互关系。密度与视密度的区别何在？ 参考答案：密度ρ：是指材料在密实状态下单位体积的质量。测定方法：将材料磨细成粒径小于0.25mm 的粉末，再用排液法测得其密实 体积。用此法得到的密度又称“真密度”。 表观密度0ρ：是指材料在自然状态下单位体积的质量。测定方法：对于外形规则的块体材料，测其外观尺寸就可得到自然体积。对于外观不规则的块体材料，将其加工成规则的块体再测其外观尺寸，或者采用蜡封排液法。 孔隙率P ：材料中的孔隙体积与总体积的百分比。 相互关系：%10010???? ? ??- =ρρP 密度与视密度区别：某些散粒材料比较密实，其内部仅含少量微小、封闭的孔隙，从工程使用角度来说，不需磨细也可用排液法测其 近似的密实体积，这样测得的密度称为“视密度”。 3．孔隙率及孔隙特征对材料的表观密度、强度、吸水性、抗渗性、抗冻性、导热性等性质有何影响？ 参考答案：对表观密度的影响：材料孔隙率大，在相同体积下，它的表观密度就小。而且材料的孔隙在自然状态下可能含水，随着含水量 的不同，材料的质量和体积均会发生变化，则表观密度会发生变化。 对强度的影响：孔隙减小了材料承受荷载的有效面积，降低了材料的强度，且应力在孔隙处的分布会发生变化，如：孔隙处的应力集 中。 对吸水性的影响：开口大孔，水容易进入但是难以充满；封闭分散的孔隙，水无法进入。当孔隙率大，且孔隙多为开口、细小、连通时， 材料吸水多。 对抗渗性的影响：材料的孔隙率大且孔隙尺寸大，并连通开口时，材料具有较高的渗透性；如果孔隙率小，孔隙封闭不连通，则材料不易 被水渗透。 对抗冻性的影响：连通的孔隙多，孔隙容易被水充满时，抗冻性差。 对导热性的影响：如果材料内微小、封闭、均匀分布的孔隙多，则导热系数就小，导热性差，保温隔热性能就好。如果材料内孔隙较大， 其内空气会发生对流，则导热系数就大，导热性好。 4．材料的耐水性、吸水性、吸湿性、抗冻性、导热性、热容、抗渗性的含义是什么？ 参考答案：耐水性： 材料抵抗水破坏作用的能力称为耐水性，即材料经水浸泡后，不发生破坏，同时强度也不显著降 低的性质。指标：软化系数 吸水性：材料与水接触时其毛细管会吸收水分的性质。指标：吸水率 吸湿性：材料在潮湿空气中吸收水分的性质。指标：平衡含水率 抗冻性：材料在吸水饱和状态下，能经受多次冻融循环作用而不被破坏，强度也不严重降低的性质。指标：抗冻等 级，其划分取决于材料在一定条件下经受冻融而不被破坏的次数。 导热性：当材料两面存在温度差时，热量会从温度较高的一面传导到温度较低的一面的性质。指标：导热系数 热容：某块材料在温度升降1K 时所放出或吸收的热量。 指标：C （热容）＝c （比热容）?m（材料质量） 抗渗性：材料抵抗压力水或液体渗透的性质。指标：渗透系数 5．材料的导热系数、比热容和热容与建筑物的使用功能有什么关系？ 参考答案：材料的导热系数小，建筑物的保温隔热性能就好。如果建筑物围护结构的热容越大，则在气温变化较大时，能较好地保持室内 温度。 6．试述材料的弹性、朔性、脆性和弹性磨量的意义？ 参考答案：弹性： 当撤去外力或外力恢复到原状态，材料能够完全恢复原来形状的性质。 塑性： 当撤去外力或外力恢复到原状态，材料仍保持变形后的形状和尺寸，并不产生裂缝的性质。 脆性：是材料在外力作用下不产生明显变形而突然发生破坏的一种性能。 弹性模量： 晶体材料如金属材料表现为线弹性，一些非晶体材料如玻璃等也表现为线弹性，其应力与应变之比为常数，比值称为弹性 模量，它是衡量材料抵抗外力使其变形能力的一个指标。 7．影响材料强度试验结果的因素有哪些？强度与强度等级是否不同，试举例说明。 参考答案： 试验条件对材料强度试验结果有较大的影响，其中主要有试件的形状和尺寸、试验机的加载速度、试验时的温度和湿度，以 及材料本身的含水状态等。 强度与强度等级不一样。强度是一个具体值，而强度等级是一个等级范围。如：混凝土的强度等级为C30，那么属于C30强度等级的 混凝土的实际强度值有可能是30MPa 或与30MPa 接近的强度值。 8．某地红砂岩，已按规定将其磨细，过筛。烘干后称取50g ，用李氏瓶测得其体积为18.9cm 3 。另有卵石经过清洗烘干后称取1000g ，将其浸水饱和后用布擦干。又用广口瓶盛满水，连盖称得其质量为790g ，然后将卵石装入，再连盖称得其质量为1409g ，水温为25℃，求红砂岩及卵石的密度或视密度，并注明哪个是密度或视密度。 参考答案：红砂岩的密度：)/(646.29 .1850 3cm g == ρ材料科学基础习题与答案
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