中南大学制造工程训练答案

工程材料实习报告

一、填空

1 ．热处理工艺过程通常由加热、保温、冷却三个阶段组成。热 处理的目的是改变金属内部的组织结构，改善力学性能。 2. 退火处理有如下作用：

消除中碳钢铸件缺陷；改善高碳钢切削加工性能；去除大型铸件、锻 件应力。

3. 常用的表面热处理方法有表面淬火与化学热处理等几种，表面 热处理的目的是改善零件的表面性能，表面处理后零件的心部性能一 般影响不大。

4. 工具（刀具、量具和模具）需要高硬度和高耐磨性，淬火之后， 应在150-250℃ 温度范围内进行低温回火；弹簧和弹性零件需要高强 度、高弹性和一定的韧性，淬火之后应在300-500℃温度范围进行中 温回火；齿轮和轴类等零件需要获得良好的综合力学性能，淬火之后， 应在500-650℃ 温度范围内进行高温回火。

5 ．钢与铸铁的基本区别之一是含碳量不同，钢的含碳量在2.11% 以下，铸铁的含碳量在2.11% 以上。而钢的含碳量在0.25%以下时称 为低碳钢， 含碳量为0.25-0.60%为中碳钢，含碳量在大于0.6%时为 高碳钢。

6 ．调质是淬火与高温回火相结合的热处理工艺。 二、名词解释

退火：金属缓慢加热到一定温度，保持足够时间，然后以适宜速度冷 却的过程；

正火：将工件加热至Ac3或Acm 以上30~50℃，保温一段时间后，从 炉中取出在空气中或喷水、喷雾或吹风冷却的金属热处理工艺； 淬火：钢加热到临界温度Ac3（亚共析钢）或Ac1（过共析钢）以上 某一温度，保温一段时间，使之全部或部分奥氏体1化，然后以大于 临界冷却速度的冷速快冷到Ms 以下（或Ms 附近等温）进行马氏体（或 贝氏体）转变的热处理工艺；

强度：表征金属材料抵抗断裂和变形的能力；

塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形而不被破坏的能力； 冲击韧度：反应材料在冲击载荷的作用下抵抗断裂破坏的能力。 三、将下列各种牌号的材料，填入合适的类别，并举例说明可以制造 何种零件

Q235 45 QT600-2 HT200 KTB350-06 60Si2Mn W18Cr4V 35CrMo T10 T12A 1Cr18Ni9 9SiCr Q２３５碳素结构钢，可以制造螺栓键轴 W18Cr4V 高速钢， 可以制造切削刀具模具 ４５碳素结构钢，可以制造轴齿轮

1Cr18Ni9不锈钢，可以制造医疗工具量具 T10碳素工具钢，可以制造锯条冲头

HT200灰口铸铁，可以制造底座泵体阀体 T12A 高级优质碳素工具钢，可以制造量规

KTB350-06可锻铸铁, 可以制造扳手犁刀 35CrMo 合金调质钢，可以制造齿轮主轴 QT600-2 球墨铸铁，可以制造连杆曲轴 60Si2Mn 合金弹簧钢，可以制造减震弹簧 9SiCr 合金工具钢，可以制造丝锥 四、问答：

1 ．碳钢的力学性能与含碳量有何关系？低碳钢、中碳钢、高碳钢的 力学性能有何特点？

答：碳含量对碳钢力学性能的影响：随着碳含量的增加，钢的硬度始 终上升，塑性、韧性始终下降；当碳含量小于0.9%时，随着碳含量的 增加强度增加，反之，强度下降。

低碳钢的强度和硬度较低，而塑性和韧性较高； 中碳钢的综合性能比较好；

高碳钢的强度和硬度较高，而塑性和韧性较低。

2 ．如何区别白口铸铁、灰口铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁，它们的力 学性能有何特点？

答：白口铸铁(white cast iron)碳以渗碳体形态存在的铸铁，其断

面为灰白色，是一种良好抗磨材料，在磨料磨损条件下工作。较高的 硬度，但很脆，适用于制造冲击载荷小的零件。具有很大的硬度和脆 性。不能承受冷加工，也不能承受热加工，只能直接用于铸造状态。 灰口铸铁(gray iron)全部或大部分碳以片状石墨形态存在，断口呈 灰暗色。灰铸铁有一定的强度，但塑性和韧性很低，不能压力加工， 成本低。

可锻铸铁(malleable cast iron)，由一定化学成分的铁液浇注成白

口坯件，再经退火而成的铸铁，石墨团絮状，对基体的割裂作用较小， 较高的强度、塑性和冲击韧度，可以部分代替碳钢。

球墨铸铁：其中C 以球状存在于铸铁基件中，具有很高的拉伸强度、 屈服强度、塑性、冲击韧度，耐磨减震，工艺性较好，成本低。 二、热处理实习报告

一、记录热处理实验数据，并认真填写下表： 热处理实验记录表 材 料 内容

热处理状态 原始状 态

正火淬火低温回火中温回火高温回火 45 工艺 规范 热轧空 冷

加热温度：

保温时间： 冷却方式： 加热温度： 840℃

保温时间： 10min

冷却方式： 水冷

加热温度： 200℃

保温时间： 30min 冷却方式： 空冷

加热温度： 400℃

保温时间： 30min

冷却方式： 空冷

加热温度： 600℃

保温时间： 30min 冷却方式： 空冷 硬度 HRC

55 50 40 25 T10 工艺 规范 热轧空 冷

加热温度： 保温时间： 冷却方式： 加热温度： 780℃

保温时间： 10min

冷却方式： 水冷

加热温度：

200℃

保温时间： 30min

冷却方式： 空冷

加热温度： 400℃

保温时间： 30min 冷却方式： 空冷

加热温度： 600℃

保温时间： 30min

冷却方式： 空冷 硬度 HRC

65 60 50 30

二、各实验小组之间交换热处理 实验与硬度检测的数据，在图1 中画出回火温度与回火后硬度 的关系曲线, 分析钢淬火后随 着回火温度升高的硬度变化趋 势。

答：钢淬火后，随回火温度升高， 硬度减小。

三、铸造实习报告

一、图示砂型铸造的主要工艺过程 图2砂型铸造工艺过程 二、填空：

1．型（芯）砂主要是由石英砂、粘结剂、水、附属物等组成。 2．型（芯）砂应具备强度、透气性、耐水性、退让性等基本性能； 芯子一般处于熔融金属的包围之中，工作条件更差，故芯砂的性能要 求更高。

3．型砂中有时需要加入煤粉，目的是增加耐水性，芯砂中有时加入 木屑，目的是增加其退让性。 三、解释下列名词：

透气性： 透过气体的能力；

耐火性： 工件在一定时间内满足标准耐火试验中规定的稳定性、完 事性、隔热性和其他预期功能的能力； 退让性：随铸件收缩而被压缩的性能。

四、图3是铸型装配图，写出图上各部分的名称

1.外浇口，2.直浇道，3.内浇道，4. 型腔， 5. 芯子，6.芯座， 7.下型， 8. 下型腔，

9. 分型面，10.上型，11.上砂箱，12.通气孔， 13.出气孔，14.型芯通气孔。

图3 铸型装配图图4 落砂后带有浇注系统的铸件

五、图4是落砂后未清理的铸件，写出各部分的名称： 1.外浇口，2.出气口，3.直浇道， 4.横浇道，5.内浇口，6.铸件。 六、回答下述问题

什么叫铸造？铸造生产有哪些特点？

答：铸造是将熔融金属浇注到具有与零件形状相适应的铸型中，经过 凝固、冷却后，获得毛坯或零件的方法。 铸造生产有以下特点：

1.可以生产出形状十分复杂，特别是具有复杂内腔的零件或毛坯； 2.铸件生产适应性强，工艺灵活性大；

3.铸件的形状、尺寸比较接近零件的形状尺寸，可以实现少或无切削 加工，节约切削加工工时和金属；

4.铸造成本低，设备简单，生产周期短； 5.铸件的力学性能较差，废品率较高。

6.生产条件差，劳动强度大，铸造生产过程中的废气、粉尘等对周围 环境造成污染。 四、铸造实习报告 一、填空

1 ．制定铸造工艺图时，应考虑铸件的浇注位置、分型面的选择、 加工余量、起模斜度、铸造圆角等内容，在下芯处应制出芯座。 2 ．手工造型时，灰口铸铁件不铸出的孔径为L25 mm ，而铸钢件 不铸出的孔径为L30 mm 。

3 ．浇注系统的作用是：平稳的将熔融金属导入并充满型腔，避免金 属冲击芯子并阻止熔渣和其他夹杂物进入型腔且浇注时不卷入气体， 并尽可能使铸件冷却时符合顺序凝固的原则。典型浇注系统由外浇 口、直浇口、横浇道和内浇道组成。 冒口的作用是补缩、集渣、 出气、和观察。

4 ．芯子的主要作用是用来形成铸件内腔；

5 ．起模斜度的作用是使铸件能从型砂中顺利取出；

6 ．浇注温度对铸件质量有显著影响，浇注温度过高，铸件可能产生 毛孔和缩孔缺陷；过低可能产生冷隔缺陷； 7 ．分型面应尽量选择在铸件的最大截面部位；

8 ．熔融金属的流动性差，容易使铸件产生浇不足、冷隔、加渣、气 孔的缺陷。

二、图5是内浇道开设的两种方案，哪一种合理，哪一种不合理， 请说明理由。

图5 内浇道开设方案

a 不合理，内浇道正对芯子，将会将其冲毁；b 合理，无此现象。 三、解释下列名词

五、说明三种氧-乙炔焰的性质与应用范围，并填入表内。 名称

氧气与乙炔 混合比

火焰性质应用范围

氧化焰大于1.2 火焰、焰心的长度短，只 能看到焰心和外焰 焊接黄铜

中性焰1.1到1.2 焰心尖锥形，色白而明亮， 轮廓清楚

焊接低碳钢、中碳钢、普通 低合金钢、不锈钢、紫铜、 铝及铝合金等 碳化焰小于1.1

火焰长而软，焰心呈灰白 色，内焰淡白色，外焰橙 黄色

焊接高碳钢、铸铁；补焊以 及硬质合金的堆焊 六、填空

1 ．氧气切割过程可分为三个阶段，（ 1 ）预热火焰：将起割处金属 预热到燃点（ 2 ）将被加热到燃点的金属喷射氧以使金属燃烧（ 3 ） 金属燃烧反应生成液态熔渣，并被氧气吹除，沿厚度方向切除金属。 2 ．氧气切割对材料的要求是（1）金属的燃点低于熔点且导热性低 （2） 燃烧生成的氧化物熔渣的熔点比金属熔点低（3）_金属燃烧放 出大量热，宜于氧气切割的材料有铁、低碳钢、中碳钢、低合金结构 钢等，不宜氧气切割的材料有高碳钢、铸铁、高合金钢、铜、铝等。 3 ．气焊时焊丝没有外层药皮，利用焊剂来保护熔池和保证焊缝的冶 金质量；

4 ．焊接3mm 以下厚度的焊接件，一般采用气焊， 3mm 以上时 一般采用电弧焊；

5 ．火焰钎焊时，焊件不熔化，焊料熔化后填充焊缝，使工件两部分 连接成牢固的整体。

九、车削与数控车削实习报告

一、写出图10所示卧式车床所指部分的名称 图10 卧式车床

1. 床头箱； 2.主轴；3. 进给箱；4. 方刀架；5.小拖板；6. 大拖板； 7.尾垫；8.丝杠;9.光杠；10.溜板箱；11.中拖板； 12.挂轮变速机构； 二、填空

1 ．车床的主运动是工件作高速旋转运动，进给运动是刀具的移动； 2 ．车床的小刀架可沿转盘上面的导轨作短距离移动，扳转转盘成所 需角度后小刀架可作斜向进给，以便车削锥面；

3 ．车床的尾架用来支承长轴类工件或装夹钻头等工具，可用于钻 孔、扩孔、铰孔和攻螺纹等工作；

4 ．卧式车床C6136 的含义是：“ C ”代表车床，“ 6 ”代表卧式，“ 1 ”代表普通车床，“ 36 ”代表最大车削直径为360mm。

5 ．安装车刀时，刀尖高度应与车床主轴轴线持平，刀杆超出刀台的 悬伸长度不应超过刀杆高度的2倍。 三、名词解释

切削运动：在切削加工中刀具与工件的相对运动，即表面成形运动。 可分解为主运动和进给运动；

插补：机床数控的核心问题是控制执行机构按预定的轨迹运动，一般 情况已知起点、终点坐标和曲线方程，由数控系统实时计算出中间点 的坐标，即插补各个中间点的坐标；

背吃刀量：垂直于进给速度方向的切削层最大尺寸；

CAM ：computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造；

脉冲当量：相对于每一脉冲信号的机床运动部件的位移量称为脉冲当 量，又称作最小设定单位。 四、问答题

1 ．车削加工的工艺特点是什么？

答：1、易于保证工件各加工面的位置精度

a 例如易于保证同轴度要求，利用卡盘安装工件，回转轴线是车床主 轴回转轴线；利用前后顶尖安装工件，回转轴线是两顶尖的中心连线； b 易于保证端面与轴线垂直度要求由横溜板导轨，与工件回转轴线的 垂直度；

2、切削过程较平稳避免了惯性力与冲击力，允许采用较大的切削用 量，高速切削，利于生产率提高。

3、适于有色金属零件的精加工：有色金属零件表面粗糙度大Ra 值要 求较小时，不宜采用磨削加工，需要用车削或铣削等。用金刚石车刀 进行精细车时，可达较高质量。

4、刀具简单：车刀制造、刃磨和安装均较方便。 2 ．数控加工的特点是什么？

答：1.可以加工具有复杂型面的工件；2.加工精度高质量稳定；3. 生产率高，工效为普通机床的3-7倍；4.改善劳动条件，减轻工人的 劳动强度；5.有利于生产管理现代化；6.数控加工是CAD/CAE 技术和 先进制造技术基础

3 ．设计零件的结构时，从便于切削加工的角度应考虑哪些原则？ 答:1.便于刀具进入加工面；

2.设计必要的退刀槽和越程槽以便于退刀和越程；

3.钻孔表面应与钻头轴线垂直，以便于钻头正常钻孔，避免钻头受力 不均匀损坏；

4.加工表面形状应与标准刀具一致；

5.尺寸结构应尽可能统一，减少刀具数量和调整次数。

*4. （机械类学生作业） 解释车刀的主要几何角度，并说明各主要 几何角度对车削加工的影响。

答：1.主偏角是主切削刃在基面上的投影与进给方向间的夹角，主要 影响切削抗力和刀具强度及散热，角度值越大抗力越小，刀具强度越 差；2.主后角是主主刀面与切削平面的夹角，影响刀具强度；3.副偏

角是副切削刃在基面上的投影与背离进给方向间的夹角，主要作用是 减少副切削刃与已加工表面的摩擦；4.副后角是副后刀面与截面的夹 角，影响刀具强度；5.刀尖角是主切削刃与副切削刃的夹角，影响刀 具强度及散热，前角是前刀面与基面的夹角，影响刃口的锋利和强度， 影响切削变形和切削力；6.刃倾角是主切削刃是基面的夹角，主要作 用是控制切削流向和影响刀具强度；7.楔角是前刀面与后刀面在主截 面内的夹角，影响刀头强度。

十、车削和数控车削实习报告（2） 一、填空

1 ．常用的刀具材料有碳素工具钢、合金工具钢、高速钢和硬质合金， 其中碳素工具钢可以作锉刀材料；

2 ．作为刀具材料，应具备高硬度、足够强度和韧度、高热硬性和良 好的工艺性能和经济性五种性能。

3 ．硬质合金车刀常用的牌号有YG 类硬质合金，主要用于车削铸 铁等金属材料；YT 类硬质合金主要用于车削钢材等金属材料；其中 适于粗加工的牌号分别为YG8N 和YT5；适于精加工的牌号分别为YG3X 和YT30

4 ．进给量的大小影响加工工件的加工精度和表面粗糙度，精加工时 主要考虑对加工精度的影响，应选0.02-0.2mm/r 的进给量；

5 ．组成车刀切削部分的“三面”是指前刀面、后刀面和副后刀面“二 刃”是指主切削刃、副切削刃；“一尖”是指刀尖；

6 ．在普通车床上加工短棒料或盘类零件用三爪卡盘安装，加工轴类 零件用顶尖安装，加工方形或长方形零件用四爪卡盘安装；

7 ．切削用量三要素是指切削速度、进给量和背吃刀量；分别用符 号v 、f 和ap 表示。

二、写出图11中所指的部分的名称 （ 1 ） AB 是基面， （ 2 ） AC 是切削面， （3）O — O 是剖视面； 1 是前刀面； 2 是后刀 面； 3 是已加工面； 4 是加工面； 5 是待加工面；

图11 车削轴类零件示意 图

（ 3 ）在图上用规定的刀具角度的代号标出前角、后角、主偏角与 副偏角。前角γ0 后角α0 主偏角Kγ 副偏角Kγ’（见图） 三、问答题

1 ．粗车和精车的目的各是什么？在粗车和精车时如何选择切削用 量？

答：粗车的目的是尽快从工件上切去大部分加工余量，使工件接近最 后的尺寸和形状。粗车要给精车留有台适的加工余量；精车的目的是 保证零件的尺寸精度和表面粗糙度的要求；粗车：根据刀具、材料等 因素，在机床的工件、夹具、刀具和机床刚度足够的条件下，首先选

择较大的背吃刀量，尽量把加工余料一次加工切去，其次选用较大的 进给量，根据背吃刀量和进给量来决定切削速度；精车：背吃刀量较 小，进给量以表面粗糙度决定，粗糙度越小，进给量越小。

2 ．为什么在一个数控加工程序中第一个插补指令后一定有一个F 指令？而第一个插补指令之后的插补指令可以没有F 指令？

答:在一个数控加工程序中必须指定进给量，而F 代码就是用于指定 插补进给速度，所以第一个插补指令后一定有一个F 指令；F 代码是 横态指令，模态指令是具有自保性的指令，即后面的程序段与前面的 程序段代码相同时，可以不必重复指令，即第一个F 后可以没有F 指 令。

3 ．编写数控加工程序时，设定编程原点应考虑什么原则？

答：为了编程方便选择工作原点（编程原点）应尽量与工作原点选择 在工艺基准上，这样对保证工艺精度有益。

4 ．现有如图12 所示的工件毛坯，设机床与刀具均已调试好，运 行如下所示程序后，请将零件加工后的图形画出，解释各程序行的含 义，并指出程序中的惟一的一个错误。 N010 M03 M41 * 低速启动，主轴正转 N020 G00 Z100 * 快退刀到Z200 N030 T1 *选用1号刀 N040 G00 Z2 * 进刀到Z2

N050 G01 X22 Z0 *车至φ22，Z0处（错 误：插补指令后要有F 指令设定进给量） N060 G01 X23 Z-40 *车至φ23，Z-40处 N070 G00 X26 Z100 *退刀至X26，Z100处 N080 M02 * 程序结束

十一、钳工实习报告（1） 一、填空 1.

2.麻花钻切削部分常用的刀具材料是高速钢，它的切削速度一般不会 超过0.83m/s；

3.按画线钻孔和用钻模钻孔，在定心精度前者比后者低，在投资费用 上后者比前者高，在单件小批量生产时宜采用前者，在成批生产中宜 采用后者；

4.按麻花钻的尾部形状分为直柄和锥柄两种结构，直径小于φ12

（mm）时，一般为直柄，用钻头夹夹持装入钻轴，直径大于φ12（mm） 时为锥柄，用过渡套筒套紧后装入钻轴中；

5.麻花钻磨损主要表现在钻尖部分，重磨时要检查横刃斜角（ψ）与 锋角（2Φ）和两刃的对称性，一般ψ=50-55度，2Φ=118±2度； 6.安装钳工手锯条时，锯齿必须向前；一般起锯角度应小于15度； 7.钻削加工的主运动是钻头旋转，进给运动是轴向运动；

8.钻孔的尺寸精度为IT13-IT15，表面粗糙度一般为Ra50-12.5μm； 9.钳工手锯是由碳素工具钢制成的，丝锥和板牙是由合金工具钢制成 的。

二、名词解释

装配:将零件按规定的技术要求组装起来，并经过调试，检验使 之称为合格产品的过程；

粗齿锯条：锯齿t=1.6mm 的锯条，适用于锯切铜、铝等软金属及厚工 件；

细齿锯条：锯齿t=0.8mm 的锯条，适用于锯切硬钢、板料及薄壁 管子等；

画线：根据图纸的要求，在毛坯的半成品上画出加工界线的一种 操作。 三、问答题

1.钳工操作有哪些特点？

答：1.以手工操作为主，劳动强度大，生产率低；

2.钳工的工作任务及工作范围很广，对工人技术水平要求高； 3.所用工具简单，操作灵活多样，可以完成用机械加工不便或难 以完成的操作。

2.划线的作用是什么？

答：1、检查毛坯的尺寸、形状、位置是否符合要求；为补救缺 陷提供依据。 2、合理分配加工余量。 3、为后续加工、检查提 供定位、装卡、找正依据。 3.钻孔的工艺特点是什么？

答：钻孔属粗加工，可达到的尺寸公差等级为IT13~IT11，表面粗 糙度值为Ra50~12.5μm。由于麻花钻长度较长，钻芯直径小而刚 性差，又有横刃的影响，故钻孔有以下工艺特点： 钻头容易偏斜； 孔径容易扩大；孔的表面质量较差；钻削时轴向力大。 4.钻床有哪些用途？如何加工精度要求较高的小孔？

答：钻床是具有广泛用途的通用性机床，可对零件进行钻孔、

扩孔、铰孔和攻螺纹等加工。在钻床上配有工艺装备时，还可以进行 镗孔，在钻床上配万能工作台还能进行分割钻孔、扩孔、铰孔。 加工精度较高的小孔可以选择手工铰孔，因为铰刀具有多个切削 刃，切削余量小，可以提高孔的加工精度，降低其表面的粗糙度，是 用于孔的精加工和半精加工的刀具；而且手工钻孔切削速度低，切削 力小，热量少，不受机床震动的影响，可以加工精度较高的小孔。 十二、钳工实习报告（2）

1.麻花钻是常用的钻孔工具，其工作部分包括切削部分和导向部分； 2.孔的加工方法通常有钻孔、扩孔、铰孔和攻螺纹四种，对于一般要 求不高的螺纹孔，通常采用攻螺纹加工；

3.钳工的基本操作有：画线、锯切、锉削、钻孔、扩孔、铰孔、刮削、 攻丝等；

4.金属的切削加工是刀具从工件上切去多余的部分，使获得的零件符 合要求的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面粗糙度的加工过程； 5.锉刀的粗细是以每10mm 长度的锉刀面上，按锉齿的齿数分为粗锉 刀、细锉刀和油光锉刀三种；锉刀越细，锉出的表面越光，但生产率 则越低；

6.一般每种尺寸的手用丝锥由两只组成一套，分别称为头攻和二攻， 而机用丝锥一般是一支；

匹配的档案格式（IGS，STL，DXF 等）。 3.真空注型主要有哪些方面的应用？

答：可用于硅橡胶软质模具的快速翻制和注塑产品的快速注型，利用 真空注型机可以经济快捷地小批量制作塑料产品，可以对各种原型 （快速成型制作的原型或现有的木材、塑料、金属材质等零件）制作 硅橡胶模具，并在真空注型机中快速浇注出无气泡、组织致密的塑料 产品。可制作形状复杂，壁厚小至0.5-1㎜的产品，还可以方便地在 硅橡胶模具中嵌插金属件。

4.传统的“去除法”加工制造零件与快速成型采用的“添加法”制造 零件各有哪些优点和缺点？ 答：一.去除法

1.“去除法”是一种传统的制造方法，工艺方法成熟，能大批，小批 或单件制造各种零件，生产适应性广。 2.“去除法”适用于各种材料的制造。

3.“去除法”浪费大量原料，增加了成本，增加了生产工时，延迟了 交货期，降低了生产率。 二、添加法

1. 适用于新产品的单件制造或制造新产品的评价模型（样品）。 2. 有利于创新产品或设计制造新思维作品。 3. 目前制造材料受到限制。 4. 不能大批量生产零件。 5. 成本高。__

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