中级职称机械工程师资格考试模拟试题汇编+答案

中级职称机械工程师资格考试模拟试题和答案

1 尺寸线，尺寸边界线，螺纹牙底线及齿轮线均用（细实线）画出。

2 采用第一视角投影法表示工件视图时，后视图在左视图的最（ 右 ）。 3 金属材料的剖面线一般是与水平方向成45 度的平行线，但在（ ）时， 可画成与水平方向30 度或45 度的平行线。 4 尺寸公差是指（ 尺寸允许变动量）。

5 在金属及合金中，主要是（ 金属键 ），但有时也不同程度混有其他键。 6 晶体的只要特征是具有一定的熔点，另一个特征是（ ）。 7 铁碳合金相图中，共析转变温度为（ ） 。 8 含碳量〈 （ ）为碳钢， 〉（ ）为铸铁。 9 碳钢调质处理后获得的组织应为（ ）。

10 高速钢片铣刀淬火后其变形应采用（ ）最为有效。

11 中碳结构钢铸件、锻、轧件以及焊接件中出现的魏氏组织、粗大晶粒等地热缺陷和带状组织，

通过（ ）处理可以消除这些缺陷。

12 38CrMoAl钢膛杆通嘸采用（ ）化学热处理。 13 汽车变速齿轮一般采用（ ）化学热处理。 14 碳钠米管的强度是钢的（ ）倍。 15 导光纤维的用途是（ ）。

16 可以进行切削加工、锻造、焊接、热处理的硬质合金是（ ）。

17 汽车方向盘、飞机舱内的装饰板、隔音板窗框等最后使用质坚、性韧、钢度大的工程塑料（ ）。

18 内燃机火花塞选用（ ）陶瓷材料。

19 化工管道泵等要求耐腐蚀耐老化性能的零件，可选用（ ）工程塑料。 20 三大固体材料是指（ ）

21 测定金属材料化学成分最传统、较准确的方法是（ ）。

22 测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或组成相的金属材料的硬度及钢件退火、正火和调质后

的硬度，多采用（ ）硬度计。 23 机床床身通常采用（ ）。

24 铁碳相图中有三条恒温转变线分别表示（ ）。 25 钢的淬硬性高低取决于（ ）。

26 淬火油槽的温度一般控制在（ ）以下。 27 铍青铜可采用（ ）强化。

28 为避免和减少钢件热处理时的氧化、脱氧最好采用（ ）。 29 高速钢直柄麻花钻采用（ ）化学热处理，耐用度最高。 30 65Mn 钢弹簧类零件常用的强韧化的方法是（ ）。 31 机床导轨表面硬化最后采用（ ）热处理。

32 灰铸铁拉延模必须进行（ ）强韧化处理，才能显著提高模具寿命。 33 球墨铸铁制作拉延模时，经正火、回火后，还需进行（ ）化学热处理。 34 车床上加工外圆及孔时出现混乱波纹，是由于（ ）。 35 下述工件加工时哪一种（ ）采用顺铣方式较为适合。 36 哪一种因素最可能引起外圆磨削时工件表面烧伤（ ）。

1

37 （ ）装配方法应按照概率法求解装配尺寸。

38 为保证机床主轴中心高与尾座顶尖中心高的同轴度精度，应选择哪一种装配方法（ ）。 39 机床主轴运转时出现了哪一种现象就表明其支承的滚动轴承工作游隙过小。 40 一般切削加工的速度用（ ）表示，电火花线切削加工的速度则用（ ）表示。 41 不同材料、不同铸造方法生产铸件所能得到的最小壁厚不一样，用砂型铸造灰铸铁件时，能获

得的最小壁厚为（）。

42 如采用封闭浇铸系统，直浇口面积，模浇口面积，内浇口面积之比应为（ ）。 43 当获得铝合金的最小壁厚在0.6-0.8mm 时，应采用（ ）铸造。

44 不同的压力加工方法使金属内部受力不同，因此被加工金属会产生（ ）可锻性。 45 锻造比重不采用工件变形前后的（ ）来表示。

46 自由锻分为手工锻造和机器锻造两种，目前采用最多的是机器锻，产生的锻件形状和尺寸主要

由（ ）决定。

47 冲压工艺使用的原材料多属于（ ）较好的金属材料，如普通低碳钢，铜，铝合金等。 48 三大类焊接方法指（ ）

49 在焊接生产中（ ）焊接方法占主导地位。 50 焊接电弧由阴极区、阳极区和（ ）组成。 51 焊接电弧温度可达（ ）

52 电焊过程中，每5 分钟内有2 分钟用于换焊条和清渣，带电源的持续负载率为（ ）。 55 汽车车身普遍采用（ ）涂漆方式。

56 汽车行业应用最广泛的涂膜干燥方式是（ ）。 57 喷涂纯钼层的最好选择是（ ）。

58 长效防腐锌、铝涂层的最佳选择是（ ）。 59 目前应用喷涂技术最多的行业是（ ）。

60 镀锌钢板，镀锌薄板和钢带，镀锌铁丝等生产时采用（ ）生产方式。 61 应用最广泛的（ ）工艺，约占总电镀量的60%以上。 62 用于制罐工业用薄板的防护层是（ ）。

63 用于发动机汽缸内壁，活塞环等零件的电镀是（ ）。

64 电火花成型的加工质量和脉冲电源参数的选择有关，为了提高加工效率，应调节哪个参数？应 如何调？

65 金属表面的激光热处理，常采用的是（ ）激光器？为什么？ 66 设备预防性保养（PM）的目的是（ ）。

67 妇女进入生产加工车间，通常要求带帽子，其原因是（ ）。

68 冲压设备中为避免冲头冲断手指，冲床车身操作装置中常用的安全保护措施是 （ ）。

69 在易触电的电气设备上操作时，防止触电的最重要的措施是（ ）。

70 在工业生产中，由于能源，资源的转换，在生产过程中引起废水，废气，废渣，废热和放射性

物质的排放，从而污染大气、水体、和土壤；或是以产生噪声、振动、电磁辐射等给周围环境带来

危害，能产生这些有害影响的场所、设备和装置的单元常被称为（ ）。 71 工业废气中的主要污染物是（ ）。

2

72 工业废水中的主要污染物是（ ）。

73 在《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》中，国家对固体废物污染环境的防治采用的“三

化”治理原则为（ ）。

74 我国《公民基本道德规范》是（ ）。

75 我国《公民道德建设实施纲要》提出了职业道德的基本内容（ ）。 76 《会计法》规定（ ）主管全国的会计工作。 77 （ ）通称“财务三表”

78 《企业会计制度》首次将（ ）纳入会计制度，从而能够保证会计核算信息与客观经济事实 相符。

79 我国现行税种流转税类包括（）。

80 我国尚未专门就知识产权制定统一的法律，而是根据知识产权的不同类型制定有不同的单项法

律，法规和规章，从而构成了我国知识产权的法律体系。这些单项法律是（）。 81 我国专利法规定，授予发明和实用新型专利权的实质条件是（）。

82 有限责任公司的股东的全部出资经法定验资机构验资后，由（）向公司登记机关申请设立登记。

83 股份有限公司在（ ）情况下可以不用召开临时股东大会。 答案如下：1.细实线2.右侧3.主要轮廓线与水平方向成45 度4.允许尺寸的变动量5.金属键6.

各向异性7.727℃ 8.2.11% 9.索氏体10.回火矫正法11.正火12.渗氮13.渗碳14.100 15.

传输能量16.钢结硬质合金17.ABS 塑料18.氧化铝19.聚四氟乙烯20.金属材料陶瓷材料高

分子材料21.化学分析法22.布氏23.灰铸铁24.包晶转变共析转变共晶转变25.钢的含碳量 26.80℃ 27.固溶时效28.真空炉29.氧硫碳氮硼共渗30.等温淬火31.超音频淬火32.铬铌共

渗33.氮碳共渗34.车床主轴轴向窜动大35.不易夹紧的平板类工件36.砂轮太硬37.部分互换

装配法38.修配装配法39.主轴支承部位温度明显升高40.m/min mm2/min 41.3mm 42.1.15:1.1:1 43.压铸44.相同的45.体积比46.操作工的技术水平47.可塑性48.熔焊钎焊

压焊49.电焊50.弧柱区51.5000K-30000K 52.60% 55.阴极电泳56.对流辐射57.火焰喷

涂58.电弧喷涂59.航空发动机60.连续电镀61.镀锌62.镀锡63.镀铬64.放电时间峰值电 流同时增大65.二氧化碳功率大66.延长设备寿命保证加工质量避免突发事故67.避免长发 卷绕旋转部件内68.冲床上有左右手同时按的按钮冲头才能下落的操作装置69.将电气设备接地

和接零70. A 工业污染源71. 二氧化硫、颗粒物、一氧化碳、二氧化碳和笨类有机物72.重金属、

有机物、悬浮物、放射性物质、色度、氨、氮、磷及油类73. 减量化、资源化、无害化，即实行减

少固体废物的产生、充分合理利用固定废物和无害化的处置固体废物的原则74.爱国守法、

3

明礼诚

信、团结友善、勤俭自强、敬业奉献75.爱岗敬业、诚实守信、办事公道、服务群众、奉献社会76.

国务院财政部门77.资产负债表、利润表、现金流量表78. B 实质重于形式原则79.增值税消费

税营业税80.著作权法专利法商标法和反不正当竞争法81.新颖性创造性实用性82.全体股 东指定的代表或共同委托的代理人83.董事会认为必要时 第二章工程材料 2.1 金属材料

1 .材料的基本力学性能主要包括哪此内容？

答：力学性能主要指标有硬度、强度、塑性、韧性等。

硬度：制造业中，通常采用压入法测量材料的硬度，按试验方

法不同，分有布氏硬度（HB）、洛式硬度（HR）、维氏硬度（HV），表达材料表面抵抗外物压入

的能力。布氏硬度（HB）是用一定载荷交淬火钢球压入试样表面，保持规定时间后卸载，测得表面

压痕的面积后，计算出单位面积承受的压力，为布氏硬度值（HB），单位是kgf/mm2,通常不标注；

布氏硬度(HB)测试法一般用于HB<450。洛氏硬度(HR)以压痕深浅表示材料的硬度。洛式硬度有 三种标尺，分别记为HRA、HRB和HRC，采用不同的压头和载荷。生产中按测试材料不同，进行

选择，有色金属和火正火钢，选用HRB，淬火钢选用HRC；硬质合金、表面处理的高硬层选用HRA

进行测量。维氏硬度(HV)根据单位压痕表面积承受的压力定义硬度值，压头为锥角136 度金钢石

角锥体，载荷根据测试进行选择，适用对象普遍。肖氏硬度（HS）是回跳式硬度，定义为一定重量

的具有金钢石圆头和钢球的标准冲头从一定高度落下，得到的回跳高度与下落高度的比值，适用于

大型工作的表面硬度测量。

强度：常的强度指标为屈服强度бs，通过拉伸试验确定，定义 为材料开始产生塑性变形的应力，其大小表达材料抵抗塑性变形的能力，大多数金属材料在拉伸时

没有明显的屈服现象，因此将试样产生0.2%塑性变形时的应力值，作为屈服强度指标，称为条件

屈服强度，用б0.2表示。

抗拉强度бb是材料产生最大均匀变形的应力。бb对设计塑性低

的材料如铸铁、冷拔高碳钢丝和脆性材料，如白口铸铁、陶瓷等制作的零件具有直接意义。设计时

以抗拉强度确定许用应力，即[б]＝бb/K（K为安全系数）。 塑性：通过拉伸试验确定塑性指标，包括伸长率（δ）和断面收

缩率（Ψ），分别定义为断裂后试样的长度相对伸长和截面积的相对收缩，单位是％。它们是材料

4

产生塑性变形重新分布而减小应力集中的能力的度量。δ和Ψ值愈大则塑性愈好，金属材料具有一

定的塑性是进行塑性加工的必要条件。塑性还_____________Q可以提高零件工作的可靠性，防止零件突然断胂。

韧性：冲击韧度指标αk或Ak表示在有缺口时材料在冲击载荷下 断裂时塑性变形的能力及所吸收的功，反映了应力集中和复杂应力状态下材料的塑性，而且对温度

很敏感，单位为kgf?m/cm2。

2.设计中的许用应力[б]与材料的强度有何关系？如何确定设计中的许用应力？ 答：设计中规定零件工作应力б必须小于许用应力[б]，即屈服 强度除以安全系数的值б≤[б]＝бs÷K，式中K——安全系数，бb 对设计塑性低的材料，如铸

铁、冷拔高碳钢丝和脆性材料，如白口铸铁、陶瓷等制作的具有直接意义。设计时以抗拉强度бb

确厚许用应力，即[б]＝бb÷K（K为安全系数）。

3.简述低碳钢、中碳钢和高碳钢的划分标准及其各自的性能特点。 答：低碳钢（Wc 为0.10％～0.25％），若零件要求塑性、韧性 好，焊接性能好，便如建筑结构、容器等，应选用低碳钢；中碳钢（Wc 为0.25％～0.60），若零

件要求强度、塑性、韧性都较好，具有综合机械性能，便如轴类零件，应选用中碳钢；高碳钢（Wc

为0.60％～1.30％），若零件要求强度硬度高、耐磨性好，例如工具等，应选用高碳钢。 4.简述铁碳相图的应用。（P28 相图21-2）

答： （1） 为选材提供成份依据Fe-Fe3C 相图描述了铁碳合金的平衡组织随碳的质量分数的变化 规律，合金性能和碳的质量分数关系，这就可以根据零件性能要求来选择不同成份的铁碳合金。 （2） 为制订热加工工艺提供依据Fe-Fe3C 相图总结了不同成份的铁碳合金在缓慢冷却时组织随

温度变化的规律，这就为制订热加工工艺提供了依据。

a. 铸造根据 Fe-Fe3C 相图可以找出不同成份的钢或铸铁的熔点，确定铸造温度。

b. 锻造根据 Fe-Fe3C 相图可以确定锻造温度。始轧和始锻温度不能过高，以免钢材氧化严重和发

生奥氏体晶界熔化（称为过烧）。一般控制在固相线以下100～200℃。一般对亚共析钢的终轧和

终锻深度控制在稍高于GS 线（A3 线）；过共析钢控制在稍高于PSK 线（A1 线）。实际生产中各

处碳钢的始锻和始轧温度为1150～1250℃，终轧和终锻温度为750～850℃。

c. 焊接可根据相图来分析碳钢的焊接组织，并用适当热处理方法来减轻或消除组织不均匀性和焊 接应力。

d. 热处理热处理的加热温度都以相图上的临界点A1、A3、Acm 为依据。 5.常材料硬度的测定法有哪三种？它们主要适应于检验什么材料？ 答：（1）硬度（HB）测定法：布氏硬度测定是用一定直径D（mm）

5

的钢球或硬质合金球为压头，施以一定的试验力F(kgf或N)，将其压入试样表面，经规定保持时间

t(s)后卸除试验力，试样表面将残留压痕。测量压痕球形面积A（mm2）。布氏硬度（HB）就是

试验力F除以压痕球形面积A所得的商。布氏硬度试验特别适用于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗

大晶粒或组成相的金属材料的硬度为钢件退火、正火和调质后的硬度。

（2）洛式硬度（HR）试验：洛式硬度是以测量压痕深度来表示材料的硬度值。洛式硬度试验所用

的压头有两种。一种是圆锥角ɑ＝120°的金钢石圆锥体；另一种是一定直径的小淬火钢球。常的三

种洛式硬度如表2.1-2 所示。洛氏硬度试验常用于检查淬火后的硬度。 标尺符号压头类型总试验力F(N) 测量硬度范围应用举例 A HRA 金钢石圆锥5.884 22-88 硬质合金、表面薄层硬化钢

B HRB ￠1.558 钢球980.7 20-100 低碳钢、铜合金、铁素体可锻铸铁 C HRC 钢金石圆锥1471 20-70 淬火钢、高硬铸件、珠光体可锻铸铁

（3）维氏硬度（HV）试验：维氏硬度试验适用于常规材料，其压头是两对面夹角ɑ＝136°的金钢

石四棱锥体。压头在试验力F（N）的作用下，将试样表面压出一个四方锥形的压前，经一定保持时

间后，卸除试验力，测量出压痕对角线平均年度并计算压痕的表面积A（mm2），得到HV＝0.1891F ÷d2。

6.请画表列出常金属材料的分类。__ 答： 钢

碳素结构钢合金结构钢碳素工具钢合金工具钢不锈钢耐热钢耐磨钢 低合金结构钢合金渗碳钢合金调质钢合金弹簧钢滚珠轴承钢 铸铁

灰铸铁球墨铸铁可锻铸铁蠕墨铸铁合金铸铁 铝合金

铸造铝合金变速铝合金超硬铝合金锻铝合金 防锈铝合金硬铝合金 铜合金 黄铜青铜

锌黄铜铝黄铜锰黄铜锰铁黄铜锡青铜铝青铜铍青铜 7.材料选用的主要依据是什么？ 答：在设计和制造工程结构和机构零件时，考虑材料的使用性能、材料的工艺性能和经济性。 （1） 根据材料的使用性能选材：使用性能是零件工作过程中所应具备的性能（包括力学性能、物

理性能、化学性能），它是选材最主要的依据。在选材时，首先必须准确地判断零件所要求的使用

性能，然后再确定所选材料的主要性能指标及具体数值并进行选材。具体方法如下： a. 分析零件的工作条件，确定使用性能

6

b. 进行失效分析，确定零件的主要使用性能

c. 根据零件使用性能要求提出对材料性能（力学性能、物理性能、化学性能）的要求。通过分析、

计算转化成某此可测量的实验室性能指标和具体数值，按这些性能指标数据查找手册中各类材料的

性能数据和大致应用范围进行选材。

（2）根据材料的工艺性能选材：工艺性能表示材料加工的难易程序。所以材料应具有良好的工艺性

能，即工艺简单，加工成形容易，能源消耗少，材料利用率高，产品质量好。主要应考虑以下工艺 性：

a. 金属铸造性能

b. 金属压力加工性能 c. 金属机械加工性能 d. 金属焊接性能

e. 金属热处理工艺性能

（3）根据材料的经济性选材：选材必须考虑经济性，使生______________产零件的总成本降低。零件的总成本包括

制造成本（材料价格、零件自重、零件的加工费、试验研究费）和附加成本（零件寿命，即更换零

件和停机损失费及维修费等）。 2.2 其它工程材料

1.工程塑料一般具有哪些特性和主要用途？

答：工程塑料是指在工程中做结构材料的塑料，这类塑料一般具有较高机械强度，或具备耐高温、

耐腐蚀、耐磨性等良好性能，因而可代替金属做某些机械零件。 表2.2-1 常热塑性工程塑料的性能和应用

名称聚酰胺（PA,尼龙） 聚四氟乙烯（PTFE 塑料王） ABS塑料聚甲醛（POM） 聚碳酸酯

性能特点耐冷热、耐磨、耐溶剂、耐油、强韧；易吸湿膨账磨擦系数小、化学稳定性好、耐腐蚀、

耐冷热、良好电绝缘性耐热、耐冲击；耐腐蚀性差耐热、耐疲劳、耐磨；成型尺寸精度差冲击韧

度、尺寸稳定性、低温性能、绝缘性和加工成型性均好、高透光率、化学稳定性差

应用轴承、齿轮、叶片、衬套阀门、管接头、护套、衬里等汽车、家电、管道、玩具、电器等制

品轴承、齿轮、叶片等机械零件、防弹玻璃、灯罩、防护面罩 表2.2-2 常用热工程塑料的性能和应用 名称酚醛塑料环氧塑料

性能特点强度和刚度大，尺寸稳定。耐热性，耐磨性、耐腐蚀性和绝缘性；性脆易碎，抗冲击强度

低强度高、耐热性、绝缘性和加工成型性好；成本高，固化剂有毒性

应用电器开关、插头、外壳、齿轮、凸轮、皮带轮、手柄、耐酸泵塑料模具、精密量具、绝缘器

7

材、层压塑料、浇注塑料

2.简述工程塑料零件的工艺流程。 答：

3.什么是陶瓷材料？陶瓷材料有哪此特点？

答：陶瓷是无机非金属材料，是用粉状氧化物，碳化物等，通过成型和高温烧结而制成。陶瓷材料

是多相多晶材料，结构中同进存在着晶体相、玻璃相和气相，各组成相的结构、数量、形态、大小

和颁均对陶瓷性能有显著影响。陶瓷材料具有高硬度（>1500HV）、耐高温（溶点>2000℃）、 抗氧化（在1000℃高温下不氧化）、耐腐蚀（对酸、碱、盐有良好的耐蚀性）以主其他优良的物 理、化学性能（优于金属的高温强度和高温蠕变能力，热膨胀系数小。热导率低，电阻率高，是良

好的绝缘体，化学稳定性高等）。陶瓷材料是脆性材料，故其抗冲击韧度和断裂韧度都很低。陶瓷

材料的抗压强度比其抗拉强度大得多（约为抗拉强度的10～40 倍），大多数工序陶瓷材料的弹性

模量都比金属高。由于工程陶瓷材料硬度高，常采用洛式硬度HRA、HT45N、小负荷维氏硬度或

洛氏硬度表示。

4.特种陶瓷的分类和基本性能特点。答：

特种陶瓷类别氧化铝陶瓷氮化硅陶瓷碳化硅陶瓷氮化硼陶瓷金属陶瓷

基本性能特点强度硬度高；耐高温；高的抗蠕变能力；耐蚀性和绝缘性兽。缺点是脆性大，不能受

热冲击硬度高，磨擦系数小，有自润滑性和耐磨性，蠕变抗力高，热膨胀系数小，抗热振性好；化

学稳定性好，优异的电绝缘性能高温强度高，导热性好；其稳定性、抗蠕变能力、耐磨性、耐蚀性

好；且耐放射元素的幅射耐热性和导热性好，膨胀系数低，抗热振性和热稳定性好；高温绝缘性好，

化学稳定性好，有自润滑性，耐磨性好以金属氧化物（Al2O3 等）或碳化物（如TiC、WC、TaC

等）粉料，再加入适量的粘接刘（如Co、Cr、Ni、Fe、Mo 等）通过粉末冶金的方法制成，具有某

些金属性质的陶瓷，它是制造万具、戡具和耐磨零件的重要材料 5.什么是纳米材料？纳米材料有哪些主要的特性？

答：纳米是一个长度计量单位，一纳米相当于十亿分之一瑳。当物质颗粒小到纳米级后，这种物质

就可称为纳米材料。

由于纳米颗粒在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料不具备的特性，因此在陶瓷增韧、磁性材料、

电子材料和光学材料等领域具有广泛的应用前景。 添加纳米粉体的材料与相同组成的普通粉体材料相比，材料的万分本身虽然并未改变，但活性增强，

8

主要表现为高抗菌、防污、耐磨、______________强度加大，材料重量只是钢的十分之一，但是它的强度却是钢的

100 倍。人们通蟇改变塑料、石油、纺织物的原子、分子排列，使它们具有透气、耐热、高强度和

良好的弹性等特征。例如被称为纳米材料中的“乌金“的碳纳米玡具有非常奇异的物理化学性能。

它的尺寸只有头发丝的十万分之一，但是它的导电率是铜的1 万倍；它的强度是钢的100倍，而重

量只有钢的六分之一，由于其强度是其他纤维的20 倍，具有经受10 万Mpa 而不被破碎的奇异效 果。

2.3 热处理

1、简述钢的热处理工艺方法和目的。

答：将钢在固态下加热到预定温度并在该温度下保持一段时间，然后以一定的速度冷却，改变钢的

内部组织，提高钢的性能，延长机器使用寿命的热加工工艺称为钢的热处理工艺。

恰当的热处理工艺不仅可以消除铸、锻、焊等热加工工艺造成的各种缺陷，细化晶粒，消除偏析，

除低内应力，使组织均匀化；还可改善铸、锻件毛坯组织、降低硬度，便于切削加工；通过热处理

工艺可以强化金属材料、充分挖掘材料潜力，降低结构件重量、节省材料和能源，提高机械产品质

量，大幅度提高零件的耐磨性、抗疲劳性、耐腐蚀性等，从而延长机器零件和工模具的使用寿命。

2、钢的整体热处理包括哪此工艺内容？各自的主要目的何在？ 答：钢的整体热处理包括：

a) 退火将金属或合金加热到适当温度，保持一定时间然后 缓慢冷却（如炉冷）的热处理工艺称为退火。包括:

完全退火、不完全退火、去应力退火、等温退火、球化退火、均匀化退火（扩散退火）、再结晶退 火等

b) 正火将钢材D酅_^E確A或钢件加热到Ac3(亚共析钢)Acm（过共析

钢）以上30～50℃，保温适当的时间后，在静止的空气中冷却的热处理工艺。目的是细化组织、

降低硬度、改善切削加工性能，改善显微组织形态为后续热处理工艺作准备等。 c) 淬火将钢件加热到Ac3或Ac1 以上某一温度，保持一

定时间，然后以适当速度冷却获得马氏体和（或）贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。钢制零件经

淬火处理可以获得高强度、高硬度和高耐磨性，满足要求。 d) 回火钢件淬火后，再加热到Ac1 以下的某一温度，保温

一定时间，然后冷却到室温的热处理工艺称为回火。回火的目的是为了调整淬火组织，降低或消除

淬火内应力，降低硬度，提高钢的塑性和韧性，获得所需要的力学性能。淬火并高温回火习惯称为

9

“调质处理”，能获得良好的综合力学性能。 3、钢的表面淬火方法有哪几种？

答：表面淬火是将工件表面快速加热到奥氏体区，在热量尚未传到心部时立即迅速冷却，使表面得

到一定深度的淬硬层，而心部仍保持原始组织的一种局部淬火方法。常用的方法有火焰加热淬火、

感应加热淬火和激光淬火。

（1）火焰淬火应用氧-乙炔火焰对零件表面进行加热，随之淬

火冷却的工艺。火焰淬火淬硬层深度一般为2～6mm。此法简便，无需特殊设备，适用于单件或小

批量生产的各种零件。如轧钢机齿轮、轧辊、矿山机械的齿轮、轴、机床导轨和齿轮等。缺点是加

热不均匀，质量不稳定，需要熟练工操作。

（2）感应加热淬火利用感应电流通过工件所产生的热效应，使工件表面、局部或整体加热并进行

快速冷却的淬火工艺。电流频率愈高，淬硬层愈浅，电流的透入深度与电流的平方根成反比。根据

电流频率不同，感应加热可分为：高频感应加热（100～1000kHz），淬硬层为0.2～2mm，适

用于中小齿轮、轴等零件；中频感应加热（0.5-10kHz），淬硬层为2～8mm，适用于在中型齿 轮、轴等零件；工频感应加热（50Hz），淬硬层深度为>10-15mm，适宜于直径>300mm 的轧 辊、轴等大型零件。感应加热淬火质量好，表层组织细、硬度高（比常规淬火高2-3HRC）、脆性

小、生产效率高、便于自动化，缺点是设备一性投资较大，形状复杂的感应器不易制造，不适宜单 件生产。

4、钢的化学热处理工艺方法有哪几种？其目的是什么？

答：化学热处理是将工件置于某种化学介质中，通过加热、保温和冷却使介质中某些元素渗入工件

表层以改变工件表层的化学成份和组织，使其表面具有与心部不同性能的热处理方法。常用化学热

处理的工艺方法有：渗碳、碳氮共渗和渗氮等。渗碳的目的是提高工件表层的碳含量，使工件经热

处理后表面具有高的硬度和耐磨性，而心部具有一定强度和较高的韧性。这样，工件既能承受大的

冲击，又能承受大的摩擦和接触疲劳强度。齿轮、活塞销等零件常采用渗碳处理。碳氮共渗的目的

是为了提高零件表面的硬度、耐磨性、抗蚀性和疲劳强度。与渗碳相比，其耐磨性、抗蚀性比渗碳

层高。零件变形小、速度快。渗氮的目的是提高工件表面硬度、耐疲劳和耐蚀性以及热硬性（在600～

650℃温度下保持较高硬度），主要应用于交变载荷下工作的，要求耐磨和尺寸精度高的重

10

要零件，

如高速传动精密齿轮、高速柴油机曲轴、高精密机床主轴、镗床镗杆、压缩机______________活塞杆等，也可用于

在较高温下工件的耐磨、耐热零件，如阀门、排气阀等。 5、消除铸件的内应力应采用什么热处理工艺？

答：消除铸件内应力采用退火工艺（又称人工时效），铸铁件铸造成型后产生很大内应力不仅降低

铸件强度而且使铸件产生翘曲、变形，甚至开裂。因此，铸件铸造后必须进行退火，又称人工时效。

将铸件缓慢加热到500～560℃适当保温（每10mm 载面保温2h）后，随炉缓冷至150～200℃

出炉空冷。去应用退火一般不能超过560℃，以免共析渗碳体分解、球化、降低铸造强度、硬度。

第三章产品设计

3.1 新产品设计开发程序

1、简述一般新产品设计的主要程序过程是哪些？

答：新产品设计的主要程序包括：产品可行性分析、产品概念设计、产品技术设计和设计评价与决 策。

产品可行性分析是通过对市场需求、技术水平及实现难度等方面的综合分析，判断产品开发的可行

性，为产品开发提供指导意见。概念设计是指设计思维中已具备一个初步设计设想，但未形成具体

方案的阶段。设计主意生成是概念设计中的重要的一个步骤，也是创新设计的重要内容之一。技术

设计是使原理构思转化为具体的结构，内容包括确定产品的基本技术参数，进行总体布局设计和结

构设计，编写设计计算说明书等。评价过程是对各方案的价值进行比较和评定，而决策是根据目标

选定最佳方案，做出行动的决定。

2、举出市场调查内容中有关同行调查的主要内容。

答：竞争对手与分析、技术水平、生产能力、经营销售状况与方法、市场占有率。 3、叙述设计任务书编制的主要内容。

答：设计任务书编制的主要内容有：产品名称，产品的功能和使用范围，基本参数和主要技术指标，

产品的工作原理，总布局和关键部件，对品性能、寿命与经济性的分析比较，产品设计、试验、

试制的周期。

4、产品设计技术方案的评价主要包括哪三方面，每个方面的具体 内容有哪些？

答：评价方案在技术上的可行性和选进性，包括工作性能指标、可靠性、使用维护性。 5、简述结构设计的三原则。

答：结构设计的三原则：明确、简单、安全可靠。

1） 明确：指对产品设计中所应的问题都应在结构方案中获得明确

11

的体现和分担;

2） 简单：在确定结构时，应使其所含零件数目和加工工序类型尽

可能减少，零件的几何形状力求简单，减少或简化与相关零件的装配关系及调整措施; 3） 安全可靠：包括结构构件安全性、功能的安全、运行的安全性、

工作的安全性和对环境的安全性等五个相关联的方面，设计时应综合考虑。 6、简述设计评价目标三个方面的内容。 答：设计评价目标三个方面的内容：

1） 技术评价：评价方恈在技术上的可行性和先进性

2） 经济性评价：评价方案的经济效益，包括成本、利润、实施方 案的费用及回收期

3） 社会评价：方案实施后对社会的效益和影响，是否符合国家科 技、产业发展政策，是否符合环保要求等。

7、叙述设计评价的方法有三，即经验评价法、数学评价法和试验 评价法，请说明这三种方法分别采用的场合。

答：经验评价法用于方案不多，问题不太复杂的场合；数学评价可得到定量的评价参数，适用于多

数的评价场合；试验评价法用于一些比较重要，且仅靠分析计算不够有把握的场合。 8、叙述各种设计评价方法的优缺点。

答：经验评价法可对方案做定性的粗略评价，过程较为简单，多用于方案不多，问题不太复杂的场

合；数学评价可得到定量的评价参数，适用面较广；试验评价法用于一些比较重要，且仅靠分析计

算不够有把握的场合，评价结果较为准确，但成本较高。 3.2 机械设计基本技术要求

1、机械零件设计中最基本的计算是什么？计算的理论依据是什么？

答：机械零件设计中基本的计算包括强度准则计算，寿命准则计算和振动稳定性准则计算，基本最

基本的是强度准则计算。

强度准则是指零件危险载面上的应力不得超过其许用应力。其表达式为：б≤[б]，式中[б]是零

件的许用应力，由零件材料的极限应力бlim 和设计安全系数S 确定。= бlim÷S [бlim 材料

的极限应力，数值根据零件的失效形式确定，静强度断裂时，бlim 为材料的静强度极限；疲劳断

裂时，бlim 为材料的疲劳极限；塑性变形时，бlim 为材料的屈服极限。] 2、说明高精度主轴设计时，刚度校核的内容。

答：零件或部件在工作时所产生的弹性变形不超过允许值，称为满足刚度要求。高精度主轴刚度校

核的内容包括主轴（梁）、支点（轴承）在载荷作用下发生的综合弹性变形（伸长、挠曲、扭转） 校核。

3、机械结构工艺性包含哪些内容和要求？

答：结构工艺性设计涉及零件生产过程的各个阶段：材料选择、毛坯生产方法、机械加工、热处理、

12

零件装配、机器操作、机器维护等。

结构工艺性的基本要求：在满足工作前提下，合理选择材料，机器的整体布局和结构尺量简单，合

理划分零、部件并使其几何形状简单，合理确定毛坯，减少机械加工余量；考虑加工的可能性、方

便性、精度和经济性，尽可能采用成熟的结构。

4、举例说明机械设计工艺设计中“如何有利于保证顺利装配、拆卸和维护”手段。

答：以轴系零件的设计为例：为便于轴上零件的装入，轴端应有倒角；为便于轴承的装拆，用于轴

承轴向定位和固定的轴肩高度应小于轴承内圈的高度。

5、什么是产品的可靠性，可靠性评价通常有哪些表达指标？

答：可靠性是“产品”在规定条件下和规定“时间”内完成规定功能的能力。“产品”可以是元件、

器件、设备或系统。“时间”可以是小时、周期、次数、里程或其他单位表示的周期。 可靠性的评价指标

1）可靠度（无故障概率）：对不可修复的产品，是指直到规定时间区间终了为止，能完成规定功能

的产品数与在该时间区间开始时刻投入工作的产品数比；对可修复的产品，是指一个或多个产品的

无故障工作时间达到或超过规定时间的次数与观察时间内无故障的总次数之比；

2）累计失效概率（故障概率）：产品在规定条件规定时间内失效的概率。可靠度与累计失效概率构

成一个完整的事件组；

3）平均寿命（平均无故障工作时间）：产品在使用寿命期内的某个观察期间累计工作时间与故障次 数之比；

4）失效率（故障率）：工作到某时刻尚未失效的产品，在该时刻后单位时间内发生失效的概率。

6、说明确定可靠性关键件和重要件的原则。 答：确定可靠性关键件和重要件的原则是：

1）故障会导致人员伤亡、财产严重损失的产品； 2）人寿命周期费用考虑是昂贵的产品；

3）只要它发生故障即会引起系统故障的产品；

4）影响系统可用性，增加了维修费用和备件数量的产品； 5）难以采购的或用新工艺制造的产品； 6）需进行特殊处理、储存或防护的产品。

7、请简述古典磨擦定律的主要内容及其不完全正确（或不完善）之处。 答：滑动磨擦定律（流体磨擦除外）古典磨擦定律认为： 1）磨擦力与表面接触面积无关，但与接触物体表面的材料及状态（粗糙度、温度、湿度等）有关，

即与磨擦因数有关；

2）静磨擦力正比于法向载荷，即F=μFn（μ为摩擦因数）； 3）动摩擦力的方向与接触物体的相对运动方向相反； 4）动摩擦因数小于静摩擦因数；

13

5）动摩擦力与相对滑动速度无关。 古典摩擦定律虽不完全正确，但由于具有较大的近似性和普遍性，至今仍在一般工程计算中广泛采

用。而现代摩擦学研究发现，以下情况表明，古典摩擦定律有待进一步完善： 1）当法向载荷较大时，即真实接触面积接近于表观接触面积时， 摩擦力与法向载荷呈非线性关系，摩擦力增加很快；

2）粘弹材料的摩擦力与接触面积有关，只有金属等具有一定屈服 限材料的摩擦力才表观接触面积无关。

3）严格地说，摩擦力与滑动速度有关，金属的摩擦力随速度变化不大； 4）粘弹性材料的静摩擦系数不大于动摩擦系数。 8、减少机械摩擦和磨损的主要措施有哪些？ 答：减少机械摩擦的主要措施有：

1）合理选择配对使用摩擦副的材料（如钢对青铜）； 2）确定零件表面合理的粗糙度值；

3）使用润滑油和有极压作用的添加亮晶剂，在摩擦表面生成边界膜； 4）以滚动接触代替滑动接触； 减少磨损的主要措施有：

1） 合理选择配对使用摩擦副的材料； 2） 确定零件表面合理的粗糙嚦和硬度值； 3） 使用润滑剂，实现液体润滑或混合润滑； 4） 以滚动接触代替滑动接触；

5） 通过零件表面强化、表面涂层提高其耐磨性。 9、防止和减少机械结构振动的原则措施有哪些？

答：1）选用刚度大、重量经、阻尼性能好的材料作为结构的主体材料 2）采用合理的壁厚和筋壁布置，提高结构刚度、减少结构重量；

3）采用适当的结构形式和工艺，如机床大件的双层壁不出砂结构和焊接结构等，增加结构内摩擦，

提高结构阻尼能力；

4）使系统工作时产生的冲击力（如铣刀齿的切入，工作台换向，旋转件的离心力等）与瓻统结构的

固有频率相互远离，避免产生共振；

5）根据系统的动态特性，采用外部输入能量的方法，实现减振的主动控制；

6）在系统采用各类减振器（固体摩擦、液体摩擦、电磁声和涡流阻尼），减少振动的振幅； 7）采用粘弹性聚合物或滞弹性松弛高阻尼合金附着在振暐处吸附振动能量，将其转为热量消散掉等；

8）采用隔振地基或隔振器（垫）隔除外部振动能量向系统内部传入；

9）对于旋转运动件 特别是高速），质量颁布要均匀对称，重心应在其旋转中心线上，避免信心产

生的离心力作用；

10）对于机床，尺量采用连续、平衡的切削过程，避免产生各种周期的和非周期的力冲击（如飞刀

铣削、滑枕、工作台往得运动时换向等），而导致强迫振动乃至共振。 10 、简述怇准件设计的意义。

答：1）减轻设计工作量，缩短设计周期，有利于设计人员将主要精力用于关键零部件的设

14

计； 2）便于建立专门工厂采用最先进的技术大规模地生产标准零部件，有利于合理使用原材料、节约能

源、降低成本、提高质量和可靠性、提高劳动生产率； 3）增大互换性，便于维修；

4）便于产品改进，增加产品品种；

5）采用与国际标准一致的国家标准，有利于产品走向国际市场。

因此，在机械零件的设计中，设计人员必须了角和掌握有关的各项标准并认真地贯彻执行，不断提

高设计产品的标准化程度。 3.3 机械零、部件设计

1、指出齿轮传动的特点及适用范围。 答：齿轮传动是现代机械中应用最广的一种传动形式。齿轮传动的优点是：瞬时传动比恒定，工作

平稳，传动准确可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用的功率和速度范围广，功率从

接近于零的微小值到数万千瓦，圆周速度从很低到300m/s；传动效率高，η=0.92-0.98，在常

用的机械传动中，齿轮传动的效率较高；工作可靠使用寿命长；外廓尺寸小，结构紧凑。 齿轮传动的主要缺点是：制造和安装精度要求较高，需专门设备制造，成本较高，不宜用于较远距

离两轴之间的传动。

2、轴零件在结构设计时要满足哪些条件？

答：轴和装在轴上的零件要有准确的工作位置，轴必须具有足够的强度和刚度，轴上的零件应便于

装拆和调整，轴应具有良好的制造工艺性等。 3、滚珠丝杠副主要应用在哪些场合？

答：滚珠螺旋传动具有传动效率高、起动力矩小、传动灵敏平稳、工作寿命长等优点，故在机床、

汽车和航空等制造业中应用广泛。主要缺点是制造工艺比较复杂。 4、带传动主要有哪些类型？

答：常用带传动有平带传动、V带传动、多楔带传动和同步带传动等。

平带传动结构最简单，带轮也容易制造在传动中心距较大情况下应用较多。

V带有普通V带、窄V带等多种类型，在同样张紧力下，V 带传动较平带传动能产生更大摩擦力，

V 带允许的传动力比较大，结构较紧凑，并多已标准化大量生产，因而比平带传动应用广泛。

多楔带兼有平带和V带的优点，柔性好，摩擦力大，传递功率高，解决了多______________根V带长短不一而使各

带受力不均的问题。多楔带主要用于传递功率较大而结构要求紧凑的场合。 同步齿形带综合了带传动和齿轮传动的优点。同步带通常由钢丝绳或玻璃纤维绳等为抗拉层、氯丁

橡胶或聚氨酯橡胶为基体、工作面上带齿的环状带等组成。工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽

15

啮合传动。由于抗拉层承载后变形小，能保持同步带周节不变，故带与带轮没有相对滑动，从而保

证同步传动。

5、螺栓组防松的方法有哪些？

答：有机械防松（如采用开口销与六角开槽螺母、止动垫圈、串联钢丝等）、摩擦防松（如采用双 螺母、弹簧垫圈、锁紧螺母等）和永久防松（即破坏螺纹副防松，如采用冲点、涂粘合剂）。 6、销的主要功能包括哪些方面？

答：定位销（用于固定零件之间的相对位置）、联接销（用于联接并可传递不大的载荷）和安全销

（用作安全装置中的过载剪断元件）。 7、指出离合器的种类及适用范围。 答：离合器的种类见下表。

离合器操纵离合器机械离合器啮合式：如牙嵌式、齿式、转键式等；摩擦式：如圆盘摩擦片（块）

式、圆锥摩擦式、涨圆摩擦式、扭簧摩擦式等；电磁感应式：如转差式、磁粉式等 气压离合器 液压离合器 电磁离合器

自控离合器超越离合器啮合式：如牙嵌式、棘轮式等；摩擦式：如滚柱式、楔块式等 离心离合器摩擦式：如闸块式、钢球式、钢砂式、钢棒式等

安全离合器啮合式：如牙嵌式、钢珠式等；摩擦式：如圆盘式、圆锥式等 1）牙嵌离合器由两个端面上有牙的半边离合器组成。其中一个半边离合器固定在主动轴上，另一

个半边离合器用导键（或花键）与从动轴联接，并可由操纵机构使其做轴向移动，以实现离合器将

运动分离与接合的功能。牙嵌离合器一般用于转矩不大，低速接合处。

2）圆盘摩擦离合器圆盘摩擦离合器是在主动摩擦盘转动时，由主、从动盘的接触面间产生的摩擦

力矩传递转矩，有单盘式和多盘式两种。与牙嵌离合器相比，圆盘摩擦离合器的优点是：不论任何

速度两轴均可接合或分离；接合过程平稳，冲击、振动较小；从动轴的加速时间和所传递的最大转 矩可调节；过载时可发生打滑，以保护重要零件不致损坏。其缺点为外廓尺寸较大；在接合、分离

过程中产生滑动摩擦故发热较大，磨损也较大。为了散热和减轻磨损，可以把摩擦离合器浸入油中 工作。

3）电磁离合器电磁离合器是利用电流通过激磁线圈时所产生的磁力操纵各种拼命元件，以实现接

合和分离的离合器。电磁主合器可单独操纵，亦可集中控制和远距离控制，与其他机电元件亦可在

主、从动部分有转速差的情况下保持恒定转矩（例如磁粉离合器）。电磁离合器具有结构简单操纵

16

方便的优点。电磁离合器的缺点是有少量剩磁，尤其是磁力线通过摩擦片的离合器。剩磁会妨碍离

合器主、从动摩擦片的彻底分离，而在切断电流后离合器还有残留转矩。 8、箱体、机架件设计的一般要求有哪些？ 答：

1） 可靠性：在使用期内必须安全可靠，其结构应与所承受的外力相

协调，能满足强度、刚度、振动稳定性、疲劳强度、热变形等方面的要求。 2） 实用性：箱体、机架是机器重要的组成部分其精度、表面粗糙度、 尺寸和形位公差等技术指标必须确保机器的使用性能和使用寿命。 3） 工艺性；结构应容易铸造或焊接，减少和防止铸造或焊接缺陷， 便于加工装配和调试。焊接结构应便于实现机械化处自动化焊接。 4） 经济性：要尺量减轻结构质量降低材料成本，减少能源消耗、加

工工时和制造成本。根据箱体、机架的不同用途，设计中对以上各项既要有所偏重，又要统筹兼顾，

要重视其外观造型设计。

9、请说出齿轮传动、丝杠传动和普通皮带传动各自最大的区别特点（优点）。 答：

1） 齿轮传动的主要优点是：瞬时传动比恒定，工作平稳，传动准确

可靠，可传递空间任意两轴之间的运动和动力；适用的功率和速度范围广，功率从接近于零的微小

值到数万千瓦，圆周速度从很低到300m/s；传动效率高，η=0.92-0.98，在常用的机械传动中，

齿轮传动的效率较高；工作可靠使用寿命长；外廓尺寸小，结构紧凑。 2） 丝杆传动的优点是：降速传动比大：对单丝螺旋而言，螺杆（或

螺母）转动一圈，螺母（或螺杆）移动一个螺距，螺距一般很小，所以每转一圈的移动量比齿轮齿

条传动要小得多，对高速转动转换成低速直线运动可以简化传动系统，侃结构紧凑，并提高传动精

度；可获得大的轴向力：对于螺旋传动施加一个不大的转矩，即可得到一个大的轴向力；能实 Tj/F4+1_____现自 锁：当螺旋的螺纹升角小于齿面间当量摩擦角时螺旋具有反行程自锁作用即只能将传动转换成轴向

移动，不能将移动转换成转动。这对于某些调整到一定位置后，不允许因轴向载荷而造成逆转的机

械是十分重要的，例如铣床的升降工作台、螺旋千斤顶、螺旋压力机等；工作平稳无噪声。 3） 带传动的主要优点是：缓冲吸振，传动平稳、噪声小；带传动靠

摩擦力传动，过载时带与带轮接触面间发生打滑，可防止损坏其他零件；适用于两轴中心距较大的

场合；结构简单制造、安装和维护等均较为方便，成本低廉。 10、简述一般传动齿轮的设计方法和步骤。 答：齿轮传动有多种失效形式但对于某一具体工作条件下工作的齿轮传动，通常只有一种失效形式

是主要的失效形式，理论上应针对其主要失效形式选择相应的设计准则和计算方法确定其传动尺寸，

17

以保证该传动在整个工作寿命期间不发生失效。但是，对齿面磨损、塑性变形等失效形式目前尚未

建立行之有效的成熟的计算方法和完整的设计数据。 目前设计一般工况下工作的齿轮传动时，通常都只依据保证齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度

两准则进行计算。而对高速重载易发生胶合失效的齿轮传动，则还应进行齿面抗胶合能力的核算。

至于抵抗其他失效的能力，仅根据失效的原因，在设计中采取相应的对策而不作精确的计算。 一般情况下齿轮传动的设计准则为：

1） 对闭式软齿面齿轮传动，主要失效形式是齿面点蚀，故按齿面 接触疲劳强度进行设计计算，再按齿根弯曲疲劳强度进行校核。 2） 对闭式硬齿面齿轮传动，其齿面搞点蚀能力较强，主要失效形 式表现为齿根弯曲疲劳折断，故按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，再按齿面接触疲劳强度进行校 核。

3） 对开式齿轮传动，主要失效形式是齿面磨损和齿根弯曲疲劳折

断，故先按齿根弯曲疲劳强度进行设计计算，然后考虑磨损的影响，将强度计算所求得的齿轮模数 适当增大。

11、传动齿轮设计时，如何确定齿轮的结构参数。

答：通过齿轮传动的强度计算，确定出齿轮的主要尺寸（如齿数、模数、齿宽、螺旋角、分度圆直

径等），齿圈、轮辐、轮子毂等的结构形式及尺寸大小，通常由结构设计而定，而不进行强度计算。

齿轮的结构设计与齿轮的几何尺寸、毛坯、材料、加工方法、使用要求及经济性等因素有关。进行

齿轮的结构设计时，必须综合地考虑上述各方面的因素。通常是先按齿轮的直径大小，选定合适的

结构形式，然后再根据荐用的经验数据，进行结构设计。

对于直径很小的钢制齿轮，若齿根圆到键槽底部的距离较小时，应将齿轮和轴做成一体（称为齿轮 轴）。

当齿顶圆直径小于160mm 时，一般做成实心结构的靿轮。但航空产品中的齿轮，也有做成腹板式 的。

当齿顶圆直径小于500mm 时，宜做成腹板式结构，腹板上开孔的数目按结构尺寸大小及需要而定。

当齿顶圆直径大于400mm 而小于1000mm 时，一般应做成轮辐截面为“十”字形的轮辐式结构 的齿轮。

为了节约贵重金属对于尺寸较大的圆柱齿轮，可做成组装齿圈式的结构。齿圈用钢制，而轮芯则用

铸铁或铸钢。

12、传动轴设计时首先应考虑和解决哪主要问题？

18

答：轴的设计包括结构设计和工作能力计算两方面的内______________容。合理的结构和足够的强度是轴设计必须 满足的基本要求。

轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构

形式和尺寸。

轴的工作能力计算包括轴的强度、刚嚦和振动稳定性等方面的计算。足够的强度是轴的承载能力的

基本保证，轴的强度不足，则会发生塑性变形或断裂失效使其不能正常工作。对某些旋转精度要求

较高的轴或受力较大的细长轴，如机床主轴、电机轴等，还需保证足够的刚度，以防止工作时产生

过大的弹性变形；对一些高速旋转的轴，如高速磨床主轴、汽轮机主轴等，则要考虑振动稳定性问

题，以防止共振的发生。

13、简述采用普通丝杠和滚珠丝杠传动的各自优点和场合。

答：普通丝杠：结构简单制造方便，成本低，易于实现自锁，运转平稳，但当低速或作运动的微调

时可能出现爬行。用于机床的进给、分离、定位等机构，压力机、千斤顶的传力螺旋等。 滚珠丝杠：摩擦阻力小，传动效率高，运转平稳，低速时不爬行，启动时无抖动，经调整和预紧可

实现高精度定位，寿命长。用于精密机床和数控机床，测量机械，传动和调整螺旋，车辆，飞机上

的传动和传力螺旋。

14、简述非同步传动带选用的一般程序。 答：传动带选用的一般程序见下图：

15、标准化的减速器按传动和结构特点划分主要有哪五种？选用时主要考虑哪些要求？ 答：减速器是指原动机与工作机之间独立的闭式传动装置，用以降低转速并相应增大转矩。某些场

合也可用于增速装置，并称为增速器。按传动和结构特点划分，减速器可分为齿轮减速器：（圆柱

齿轮减速器、圆锥齿轮减速器和圆锥-圆柱齿轮减速器）；蜗杆减速器：（圆柱蜗杆减速器、环面蜗

杆减速器、锥蜗杆减速器和蜗杆-齿轮减速器）；行星齿轮减速器；摆丝针轮减速器；谐波齿轮减速

器。上述五种减速器已有标准系列产品，使用时只需结合所需传动功率、转速、传动比、工作条件

和机器的总体布置等具体要求，从产品目录或有关手册中选取。 16、两件联接常有哪些形式和方法？ 答：机械静联接又分为可拆联接和不可拆联接。可拆联接是不须毁坏联接中的任一零件就可拆开的

联接，故多次装拆无损于其使用性能。常用的有螺纹联接、键联接（包括共花键联接、无键联接）

及销联接等，其中尤以螺纹联接和键联接应用较广。不可拆联接是至少必须毁坏联接中的某

19

一部分

才能拆开的联接，常见的有铆钉联接、焊接、胶接等。

17、什么是离合器？离合器的主要功能和设计要求是什么？

答：离合器是主、从动部分在同轴线上传递转矩和旋转运动时，在不停机状态下实现分离和接合的 装置。安置在机械设备传动系统中的离合器通过操纵或自控进行离合，可以完成工作机启动、停止、 换向、变速等工作。离合器还具有软启动、节能、吸收冲击能量、减缓振动、实现速度超越、防止

逆转以及对传动系统的过载保护等功能。

对离合器的基本要求是：接合平稳，分离彻底，动作准确；结构简单，外廓尺寸、重量和转动惯量

小；工作安全可靠，操纵方便、省力，对接合元件的压紧力能在内部平衡；接合元件耐磨，散热性

能好，工作寿命长。

18、什么是制动器？对制动器的基本要求是什么？

答：制动器是使运转中的机构或机器迅速减速、停止并保持停止状态的装置；有时也用作调节或限

制机构或机器的运动速度（例如使重物以恒定速度下降）。制动器是保证机构或机器安全工作的重

要部件。对制动器基本要求是：制动可靠，操纵灵活，散热良好，重量轻，结构紧凑，便于安装和

维护。为了减小制动转矩，缩小制动器的尺寸，通常将制动器安装在制动对象传动轴系的高速轴上。

但对于安全度要求高的设备，如矿井提升机等，因高速轴距制动对象较远，安全可靠度较差，传动

轴系发生断轴事故，制动对象的安全仍然没有保证。所以还需在低速轴上安装安全制动器。 3.4 气动、液压传动控制系统

1、常用的气动、液压元件最基本的有哪些？按功能控制阀又分为哪几类？

答：气动、液压最基本的元件是动力元件（液压泵、液压马达）、执行元件（液压缸）、控制元件

（方向控制阀、压力控制阀、流量控制阀等）和辅助元件（油箱、油管、滤油器、储能器等）。 按功能控制阀可分为压力控制阀（溢流阀、减压阀）、流量控制阀（节流阀、调速阀）、方向控制

阀（液控单向阀、电磁换向阀）。 2、说出液压传动的主要优缺点。

答：与齿轮、螺旋等以固体作为传动构件相比，液压传动具有以下优点：易于获得很大______________的力或力矩，

传递相同功率时体积小、重量轻、运动惯性小、反映速度快；可以在较大的范围内方便地实现无级

调速；传动平稳，易于实现频繁的换向和过载保护；易于实现自动控制，且其执行机构能以一定的

精度自动地按照输入信号（常为机械量）的变化规律动作（液压随动），并将力或功率放大；摩擦

20

运动表面得到自行润滑，寿命较长；液压元件易于实现通用化、标准化、系列化，便于设计和推广

使用，系统而已灵活方便；很容易实现直线运动。

液压传动的缺点是：由于油液存在漏损和阻力，效率较低；系统受温度的影响较大，以及油液不可

避免地泄漏及管道弹性变形，不能保证严格的传动比；液压元件加工和装配精度要求较高，价格较

贵，液压系统可能因控制元件失灵丧失工作能力，元件的维护和检修要求较高的技术水平；液压元

件中的密封件易于磨损，需经常更换，费用较高，密封件磨损还会告成因泄漏而污染环境的弊端。

3、液压系统中密封的重要意义是什么？常用的动密封有哪些类型？ 答：液压系统中密封的重要意义是防止泄漏造成污染和浪费，以及对系统工作稳定性和可靠性的影 响。

动密封按不同的相对运动类型分旋转式和移动式。旋转式动密封又按被密封两结合面间是否有间隙，

分接触型和非接触型两种。动密封的设计和选用除考虑其适应性和密封能力，还应考虑使用时的寿

命和可靠性。常用动密封形式有：成型填料密封、油封、机械密封硬填料密封和螺旋密封。 4、举例说明液压系统压力不足产生的原因和解决方法。 答：

液压系统压力不足原因 解决方法 溢流阀卡死、拆下溢流阀修理、 油泵磨损严重、更换新油泵、 阀体上压力油堵崩掉、重新堵死、

管路过长或管径过细改用大管径油管或重新设计管路长度 3.5 电气传动基础

1、简述电动机的种类和用途。

答：在工程机械中应用的电动机主要分为两大类：机械能转化为电能是发电机，其中包括直流发电

机和交流发电机；电能转化为机械能是电能机，其中包括直流电动机、交流异步电动机和同步电动

机等。根据电动机不同的控制方式又可分为伺服电动机和步进电动机。 2、简述直流电动机和交流电动机的调速方法。 答：直流电动机主要调速方式为

1） 改变电枢电阻：使用变阻器或接触器、电阻器通过调节电枢电阻 调速；

2） 改变电枢电压：通过电动机-发电机组、晶闸玡变流器或晶体管晶 闸管开关电路改变电枢电压调速；

3） 改变磁通：通过直流电源变阻器、电动机扩大机或磁放大器、晶 闸管变敁器改变线圈磁量使电动机实现调速。

异步电动机的调速：由于异步电动机转子转速n=（1-s）60f/p，

因此可以通过改变极对数p电源频率f和转差率s 三种方法调节转速。改变极对数p采用有级

21

电动

机进行有级调速；应用电子变频器改变电源频率f实现电动机连续调速。 3、简述直流电动机和交流电动机的制动方法。

答：直流电动机制动：在电动机转子上施加与转动方向相反的转矩，使电动机限速（如电动机带重

物恒速下降），或减速（如停车过程）运行。制动转矩可以是电磁转矩，也可能是外加制动闸的机

械摩擦转矩。电磁制动的制动力矩大、控制方便、没有机械磨损。常用电磁制动有以下几中方式：

1） 动能（能耗）制动：一般电动机电枢断电后，其转子动能仍维持

转子盧续转动，靠风阻待摩擦损耗耗尽原有动能后停车，持续时间较长；为缩短停车过程占用时间，

保持励磁不变，电枢从电源断开后接入电阻RL，则电枢中电动势Ea。产生电流Ia（与电动势状态

方向相反），在电阻RL 上耗能，并按发电机原理在电枢上产生与转动方向相反的电磁制动转矩，

使转子快些减速。但转速降至较低值时电动势Ea和电枢电流Ia都较小，制动转矩也较小，常辅以

制动闸加强低速制动效果。

2） 反接制动：制动时保持励磁不变，电源反接使电枢电流反向，产

生制动的电磁转矩。同时应串入附加电阻RL 以限制过大的电流。当转速下降至零时，应及时切断 电源，以防电动机向反方向重新启动。以上制动方式切使附加电阻上产生相当大的能量损耗，运行

经济性较差。

3） 反馈制动：在直流电动机带恒定转矩负载并采用调压调速运行 时，如需降低转速，应先降低电枢电压，些时电动机转速n 与___________电势Ea不会突变，因而暂时U〈Ea， 电枢电流Ia反向，成发电状态运行，向电源反馈电能，并产生制动的电磁转矩，使转速下降。在此

过程中电枢转子多余的动能反馈给电源，而不是空耗在附加电阻上，因此运行经济性较好。 异步电动机制动方法有：

① 能耗制动：当电动机定子绕组与交流电源断开后，立即接 到一个直流电源上，流入的直流电流在气隙中建立一个静止不动的磁场，它在旋转着的转子绕组中

感生电流、电阻损耗：转子电流与静止磁场相作用产生制动转矩。 ② 发电（再生）制动：当电动机转子转速大于定子旋转磁场

的同步转速（用外力使电动机转子加速或定子电源频率减低）时，电动机处于发电机制定运行状态。

③ 反接制动：电动机电源相序改变，使旋转磁场旋转方向改 变；或因负载作用使转子反转，均可使电动机旋转磁场与转子旋转方向相反，产生制动转矩。与直

流电动机反接制动相似，此时如仍维持电源电压不变，定子电流将很大，要采取限流措施。 4、简述电动机选用的一般原则。

22

答：电动机的选用时应综合考虑下列问题：

（1）根据机械负载性质和生产工艺对电动机启动、制动、反转、调速等要求，选择电动机类型。

（2）根据负载转矩、转速变化范围和启动频繁程度等要求，考虑电动机的温升限制、过载能力与启

动转矩倍数选择电动机容量，并确定通风冷却方式。容量选择应适当留有余量。

（3）根据使用场所的环境条件如温度、湿度、灰尘、腐蚀和易燃易爆气体等考虑必要的防护等级和

结构与安装方式。

（4）根据企业的电网电压标准和对功率因数的要求，确定电动机的电压等级与类型。 （5）根据生产机械的转速要求与http://www.jxcad.com.cn 械的复杂程度，选择电动机的额定 转速。 （6）由于目前已有相当多的派生与专用产品系列，能较好地适应与满足各行业的特殊要求，可优选

考虑选用专用系列产品。

另外，运行可靠性、条件通用性、安装与维修是否方便、产品价格、建设费用和运行维修费用等方

面，也应在综合考虑之列。 3.6 设计方法与应用

1、简述计算机辅助设计方法在工程方面的应用。

答：（1）用于绘图及几何造型绘图应用软件即图形处理软件，是计算机用于绘图的软件，由图形

处理系统软件和图形处理应用软件组成。CAD 绘图系统能完成主观图、侧视图、剖面、局部视图、

正等轴侧图以及三维图形的绘制。

（2）用于计算和分析CAD 系统可进行产品的静/动态特性、

磁场、温度场、流体场、振动、强度、应变分布、热变形等内容的分析研。CAD 系统还可用于研究

机构的运动学特性，干涉情况分析，自动给出结构的物理特性，如体积、重量、重心、惯性矩、截

面二次矩等。

（3）用于产品设计CAD系统可分为两大类，即人机交互会话型和非会话型。前者用于设计目标难

以用数学模型定量描述的场合，人在设计过程中起到推理、分析、判断、决策的作用，该系统适于

新产品的开发设计。非会话型设计过程即计算机按设计师编制的程序自动完成设计的各个工作步骤，

适用于设计目标能够定量加以描述的场合，即变异性设计和适应性设计。

（4）计算机仿真及试验CAD 系统在设计阶段，为了对设计对象进行性能评价、决策，特别是对难

以实时对实物进行性能试验的工程对象，如：价值昂贵的武器系统，难以进行实物试验的航空航天

产品，难以复现的瞬态过程，大型结构及大型设备的性能预测研究等。采用模拟或仿真技术

23

进行性

能评价有重要的实用价值。另外，使用计算机控制产品的验收及性能试验，进行数据的采集、分析、

处理已是现代产品试验技术的主要特征之一。 2、简述人机工程设计的一般原则。

答：人机工程设计的一般指导原则如下：

1） 工作空间应符合人体尺寸和工作类型，身体姿势、体力和运动 三者应适宜操作并互相制约。不同姿势下的工作空间和有利工作区域与方向在考虑工作空间时，应

使四肢具有足够的活动空间。工作器具应与人的四肢相适应。各种操纵器具的布置应在人体功能可

能实现的范围内。

2） 信息的显示与信号的选择设计和布置，应与人的感觉能力（视

觉、听觉、触觉）相适应。信息的显示有视觉、听觉和触觉三类。通常，信息通过视觉获得但在紧

急情况下使用听觉显示的效果更大。因为对于突然发生的声音，人具有特殊的反应能力。但过度地

应用听觉显示，易使人疲劳。

3） 操纵、调节部件的选择造型和布置，应适合有关身体部位及其

运动，并考虑有关灵敏度、精确度、速度、作用力等方面的要求。控制件设计的一般要求如下：

①. 控制件的运动方向应与被控制动作或显示器的运动方向一致； ②. 控制件的造型应s21使操作者只用一般的体力；

③. 要求精确度较高的操作活动只能使用较小的体力，但应保持适当 的阻力，使操作者对操作的精确度有所感觉；

④. 不同设备完成相同功能控制件的大小和形状应一致；

⑤. 控制件应易于识别，可以用颜色、尺寸、开关或在控制面板上加 说明予以区别;

⑥. 除非故意联动，控制件的使用不应互相干扰； ⑦. 要求迅速或精确高速的地方用手进行操作； ⑧. 为执行若干个分段控制，应采用止动型控制；

⑨. 当控制件要求用力大或要求连续向前用力时，可选用脚操作。 4） 环境、安全和技术文件等方面的考虑。工作环境对人的工能 力和安全有巨大影响。但广义工作环境设计的探讨已超出设备设计的范畴。环境条件包括温度、湿

度、辐射热、灰尘、射线、气体、气压、重力、加速度、照明、色彩、噪声、振动等。在人-机设计

中着重考虑的应是设备本身对人（操作人员或服务对象）所处环境的劣化和设备设计叹人所处环境

的改善两个方面。在交通运输市亩中，设备为有关人员提供了“小”环境备件，空调、通风、减振、

降噪等是此类设备的设计所必须考虑的人机界面问题。 3、简述模块化设计的含义和划分原则。

答：模块化设计是在对产品进行市场分析、预测、功能分析的基础上，划分并设计出一系列

24

通用的

功能模块，根据用户要求，对模块进行选择和组合，构成不同功能或功能相同性能不同、规格不同 的产品。

模块化莾计的划分原则是力求以少数模块组成尽可能多的产品，并在满足要求的基础上使产品精度

高、性能稳定、结构简单、成本低廉，且模块结构应简单规范，模块间的联系尽可能简单。划分模

块既要兼顾制造管理方便，具有较大灵活性，避免组合时产生混乱，又要考虑到该模块系列将来的

扩展和向专用、变型产品的辐射。划分的优劣直接影响模块系列设计的成功与否。划分前必须对系

统进行仔细、系统的功能分析和结构分析，并要注意下各点： 1） 模块在整个系统中的作用及其更换的可能性和必要性； 2） 保持模块在功能及结构方面有一定的独立性和完整性； 3） 模块间的接合要素应便于联接与分离； 4） 模块的划分不能影响系统的主要功能。 4、简述生命周期设计的含义和应用。

答：产品生命周期设计其目标是所设计的产品对社会的贡献最大，而对制造商、用户和环境的成本 最小。它是一种在设计阶段即考虑产品整个生命周期内价值的设计方法这些价值包括产品所需的功

能、产品的可生产性、可装配性、可测试性、可拆卸性、可运输性及其循环利用性和环境友好性。

生命周期设计要求设计师评估生命周期成本，并将评价结果用于指导设计和制造方案的决策。 生命周期设计的应用见下图。 5、简述创新设计的含义和方法。

答：创新设计是技术创新的重要内容，是希望在设计中更充分发挥设计者的创造力，利用最新的科

技成果，在现代设计理论方法的指导下，设计出更具有竞争力的新颖产品。创新设计可分为开发型

设计、变异设计和反求设计三种类型。

1） 开心型设计是针对新任务进行从有所不同方案到结构方案的新 设计，完成从产品规划到施工设计的全过程，是在探索中创新。

2） 变异地设计是在已有产品的基础上，进行原理方案机构结构、参

数、尺寸的变异以适用市场新的要求或提高竞争力，变型系列产品在生产中广泛应用，这是通过变

异的一种创新。

反求设计是针对已有产品或设计、进行分析、消化、吸收，掌握其关键技术，进而开心出同类的先

进产品，这是一种在吸取中的创新。 第四章机械制造工艺学 4.1 工艺过程设计

1、什么是工艺规程？简述工艺规程的设计依据和基本程序。

25

答：工艺规程是规定产品和零部件加工工艺过程和操作方法等的工艺文件，是企业生产中的指导性 技术文件。

设计工艺规程的主要主要依据（亦即原始材料）主要有： 1） 零件的样图及相关的装配图 2） 产品验收的质量标准

3） 企业生产条件毛坯生产、专用工艺装备制造条件 4） 通用与标准工艺装备及有关手册资料 设计工艺规程的基本程序（基本步骤）：

1） 产品装配与零件图分析、产品性能功用、零件结构工艺性 2） 确定毛坯制造方法

3） 拟订零件制造工艺路线选择定位基准面

4） 工序设计：确定各工序中的工步顺序与内容；各工序所用设备、工艺装备；各工序尺寸与加工

余量；主要加工工序分析；计算工时定额； 5） 编制工艺规程文件

2、工艺规程设计中最应注意的问题是哪些？

答：工艺规程设计中最应注意的问题（即解决的主要问题）有： ①. 零件的结构工艺性分析 ②. 零件加工中的基准选择 ③. 表面加工方法选择 ④. 加工阶段的划分 ⑤. 加工顺序的安排 ⑥. 工序的合理组合 ⑦. 加工余量的确定 ⑧. 加工工序尺寸的计算 ⑨. 主要工序的分析

3、结构工艺性审查的主要对象和内容包括哪些？审查的目的和意 义何在？ 答：产品结构工艺性审查系指工艺设计人员对产品及零件部件的结构，分阶段进行可加工性、可装

配性、可维修性和经济性分析、评价。其审查的主要对象： ①. 自行设计的新产品

②. 根据引进的技术资料或样机开发的产品 ③. 根据市场需求进行局部改造设计的老产品 其审查目的：

①. 发现产品的设计及工艺生问题

②. 提前预见到生产所需关键设备或专用工艺设备 结构审查时应考虑的主要因素有：

①. 产品的类型、结构特点与复杂程度； ②. 生产类型与产品发展前景

③. 企业现有生产工艺技术的发慌趋势及可推广国内外的新工艺、新技术、新装备等。 4、什么是基准？工艺基准选择的主要原则是什么？

答：所谓工艺基准就是零件上用来确定其它点、线、面的那些点、

26

线、面。其可分为：设计基准——在零件力样上用来确定其它点、线、面的位置的基准；工艺基准

——在加工和装配过程中使用的基准。其又可分为工序基准、定位基准、测量基准、装配基准等。

工艺基准选择的原则是（这里是指定位）： ①. 精基准选择的原则

①. 基准重合原则即尽可能选择零件的设计基准作为定位基准，这样可消除由于基准不重合带来的

基准不重合误差。

②. 基准统一原则即尽可能在加工工序中采用同一基准，以简化夹具设计及工序集中提高加工精度 和生产率。

③. 互为基准原则即在主要零件中的两个重要表面有高的相对位置要求时，一般在精加工时先以其

中一面作为定位基准加工另一表面，再换它们的位置，如此多次加工就能保证它们之间的相互位置 精度。

④. 自为基准原则对零件上的重要工作表面的加工储备量及一些先整加工方法往往采用被加工表

面本身作为基准以保证加工质量。 ②. 粗基准的选择

①. 为保证加工表面与不加工表面之间的位置精度，则应以不加工表面作为粗基准； ②. 为保证零件上的重要表面加工侠量小而均匀，则要以该表面作为粗基准； ③. 为使毛坯上多个表面的加工余量较为均匀，应选择能使其余毛坯面到所选粗基准的位置误差得

到均匀的毛坯面为粗基准。如阶梯轴的置身辅助副本基准应该选中间阶梯的端面；

④. 在没有设计要求保证表面余量均匀的情况下，若零件_____________9每个表面都需加工，则应选择加工小的表 面为粗基准；

⑤. 粗基准应便于定位、装夹和加工；

⑥. 粗基准应尽可能平整、光整：有飞边、浇口、冒口的表面以及分型面、分模面不应作为粗基准；

⑦. 同一定位自由度方向的粗基准一般只允许使用一次。 5、工艺路线设计的内容和所要解决的问题是什么？

答：工艺路线设计中解决的主要问题包括：表面加工方法选择、加工阶段的划分与加工顺序的安排

以及工序的合理组合等。 表面加工方法选择：

①. 表面的加工要求考虑经济加工精度； ②. 要考虑加工方法对相对位置精度的影响； ③. 加工方法应对零件材料的可加工性相适应； ④. 加工方法要考虑生产类型； ⑤. 加工方法要考虑现场加工条件； 加工阶段划分：

27

①. 粗加工阶段高效地切除各加工表面的大部分余量，为进一步加工做准备；

②. 半精加工阶段降低粗加工时带来的误差，使工件达到一定精度， 精加工做好准备，并对一些

次要表面完成加工；

③. 精加工阶段其主要目的是保证主要表面的精度；

④. 光整加工其主要目的是降低粗糙度或进一步提高加工精度。 加工顺序的安排（拟订）：

①. 机械加工顺序安排：先粗后精；先基准后其它，先平后孔、先主后次；

②. 热处理工序安排：改善机械加工工艺性热处理；提高机械性能热处理；稳定性热处理； ③. 其它辅助工序的安排：检验工嚏、其它特殊要求——探伤、退沙等； ④. 工序合理组合：

I. 集中和工序分散的合理组合：

a． 所谓工序集中就是在一次工胅下尽可能同时加工多个表面；

b． 而工序分散是每个表面的加工尽可能分散到不同的工序中去加工。

II. 工序集中的特点：有利采用高效专用机床和工艺装备，工件安装次数少，操作工人少，占地

面积小，容易保证各表面位置精度，设备制造周期长，可靠性好，要求高。

III. 工序分散的特点：机床、夹具、刀具简单，调整简便，生产准备工作小，工序柔性好，可选较

为合理的切削用量，设备多。

IV. 工序集中与工序分散之间的关系及组合应根据生产类型及加工精度和现场生产条件合理组合。

6、工艺路线的设计应首先确定加工的方法选择表面加工方法时应 遵守哪些原则？

答：选择表面加工方法时应遵守下列原则： ①. 经济加工精度加工表面粗糙度；

②. 对几何形状精度和位置精度与选择方法相适应； ③. 加工方法与所选加工材料的可加工性相适应； ④. 加工方法与加工类型相适应； ⑤. 加工方法与现场设备情况相适应。

7、机械加工工艺顺序安排有哪几个先后原则？

答：先基准后其它；先主后次，以主带次；先面后孔；先粗后精。 8、简述工艺方案的技术经济评价原则和方法。 答：工艺方案的评价原则：

①. 成本指标：有关费用（工艺成本）；生产成本=工艺成本+无关费用；工艺成本约占生产成本的

70%~75%，作为评价工艺方案的成本指标。 ②. 投资指标

③. 追加投资回收期T1=（I2-I1）/（C2-C1） I1、I2——两种投资方案的投资总额 C1、C2——两种方案的工艺成本 工艺方案经济评价评价方法： （1） C=VN+F——工艺成本 （2） C1=V+F/N——单件成本

28

若两种方案投资额相差大时，必须考虑投资回收期： （1） 应小于工艺装备使用年限 （2） 应小于产品生产年限 （3） 应小于国家规定的年限 4．2 工艺装备的设计与制造

1、工艺装备包括哪些内容？它们如何分类？

答：为完成加工工艺过程必须的切削刀具、机床夹具、压力加工和铸造加工用的各种模具和工具焊

接加工用的夹具和工具装配用的工具、特种加工用工具各种计量检测工具各种加工用辅具以及各种

工位器具等统称为工艺装备。工艺装备的类型：

（1） 按制造工艺分类：切削加工用的工艺装备、装配用工艺装备、

特殊加工用工艺装备、铸造用工艺装备、压力加工用工艺装备、焊接用工艺装备。 （2） 按标准化、通用化、组合化程度分类：标准工艺装备、通用工 艺装备、专用工艺装备、组合工艺装备。 2、工艺装备的选用和设计原则是什么？ 答：工艺装备的选用和设计原则是： ①. 高低耗原则；

②. 遵守工装设备的通化（标准化、通用化、系列化和组合化）原则； ③. 尽量缩短生产准备周期，满足试制和投产期要求； ④. 缩短工艺装备投资回收期与满足相应的技术经济指标，产品试制中的工艺装备费用不超过试制

产品成本的10%-15%。产品正式生产阶段中工艺装备费用占产品成本的比例应该在5%以下。外

购工艺装备、自制工艺装备与专用工艺装备的消耗成本比例应为2：1：3，以此来提高经济效益；

⑤. 保证快速高效与安全方便；

⑥. 工艺装备具有良好的结构工艺性。 3、组合工艺装备（夹具）的特点是什么？

答：组合工艺装备是一种带有柔性的特殊的工艺装备，其特点为： 1） 其完全或主要由标准元件和标准部件组装而成 2） 其是针对被加工工件的某道工序的要求组装而成的 3） 用完后可拆卸还原以备后用

4） 一般可组成各类机床的组合夹具、焊接、检验、装配及冲模组合夹具。 4、工艺装备选择的依据是什么？选择的原则是什么？选择的程序又是什么？

答：（1）工艺装备选择的依据是：工艺方案；工艺规程；工序要求与设备；本企业的现有工艺装备

条件；各类工艺装备的标准、订购手册、图册及使用说明书。

（2）其选择的原则是：高效低耗；标准化、通用化、系列化、组合化； 生产周期短；满足投资回收期要求及经济指标；方便、省力；良好的结构工艺性，便于制造。 （3）其选择的程序是：认真分析工艺方案；确定工艺装备类型（标准、通用、专用、组合）与规格；

填写各种工艺装备明细表或编制工艺装备设计任务书；主管批准。

5、进行工艺装备验证的目的和内容是什么？如何进行工艺装备的验证？

29

（1） 进行工艺装备验证的目的：

①. 保证产品零件部件加工质量符合设计和工艺要求。

②. 验证工艺装备的可靠性、合理性、安全性以保证产品的正常生产。 （2） 工艺装备验证的内容：

①. 安装方便、可靠、安全、总重量是否超过设备承重能力。 ②. 保证工件正确、可靠的定位与夹紧等。

③. 满足工艺要求，在加工余量、切削用量符合工艺要求的条件下工艺装备刚度是否满足加工要求，

刀具是否干涉等。

④. 满足生产进度和批量生产要求。 （3） 工艺装备的验证方法： ①. 固定场地、固定设备上验证。 ②. 现场验证。

③. 重点验证——大型、复杂、精密、关键的工艺装备。 ④. 一般验证。 ⑤. 简单验证。 4．3 车间平面设计

1、车间平面设备布置的原则是什么？

答：车间平面设备布置的原则：生产效率；生产设备的利用率稳定；生产过程的工件库存量小，加

工流程平衡；生产柔性与适应性；生产的经济性。

2、如何根据产品品种P和产品Q 来确定车间生产设备的布置方案？

答：车间生产设备的布置方案基本取决于产品种类和生产量，根据P（产品种类）—Q（生产量）分

析建立P—Q图，再确定车间生产设备的布置方案。

（1） 按产品（流水线生产线）的设备布置方案——Q/P比值大时，

适合于连续的大量生产，应按照生产产品的工艺路线进行车间生产以及辅助设备的布置； （2） 按工程（或专业化）的设备布置方案——当Q/P 小时，即单件， 多品种小批量生产。同类型生产设备集中布置在车间的一个区域内，形成专业化的加工区域； （3） 成组（或单元）的设备布置方案——当Q/P介于上述两者之间， 可按成组技术原理和方法将多种产品的零件分类成组，形成较大的成组批量，针对扩大批量的零件

组的加工需要来布置车间生产设备和辅助设备形成生产单元。

3、车间生产设备的布置方式都有哪几种？各有何特点？适合于何种场合？ 答：车间生产设备的布置有机群式和流水线两种布置。

（1） 机群式布置按工程或工艺专业化原则，将同类机床布置在一

个区域其特点是对产品品种适应性强，有得工艺管理和提高设备利用率，生产管理方便，一般工件

加工路线长周转多，生产周期长在制品量大且流动资金占用多，车间之间协作多，管理工作复杂。

（2） 流水线布置按生产对象专业化原则对某种零件（或零件组）

按其加工顺序来排列各种生产设备和辅助设备组成流水线。其特点：单一品种流水线，适用于大量

生产方式；多品种（成组、可变）流水线，适用于少品种成批生产。

30

柔性制造系统（FMS）由加工中心和数控机床为主的机床系统，物料搬运系统、计算机控制系统组

成的柔性制造系统。有很高的柔性加工可变性，特别适用于多品种小批量生产，具有高效自动化水

平高的特点。

4．4 切（磨）削加工

1、何谓切削合力，切削合力与主切削力、进给抗力和吃刀抗力四者的关系如何？

答：在切削过程中为克服工件的变形抗力及刀具前刀面、后刀面上切屑层摩擦力，刀具要受到一个

作用力R称为切削合力，其方向与大小依切削条件变化而变化，为适应机床、夹具、刀具的设计、

使用的需要，需将R 分解为主切削力Pz、进给抗力Px 和吃刀抗力Py，四者的关系为：R= （Pz2+Py2+Px2）1/2；切削法向力PN 为Px、Py的合力，当切深t远大于进给量s，并且刀尖

圆弧半径re及刃倾角λs 又不大时，切削合力将近似地处于于刀具与工件的正交平面内， 则：Px≈PNsinKτ，Py≈PNcosKτ。

2、影响切削力的因素有哪些？刀具对切削力的影响因素有哪些？ 答：影响切削力的因素有：工件材料，切削速度，进给量与切削深度，刀具的前角、主偏角、刃倾

角、刀尖圆半径和刀具的磨损、切削液等。刀具对切削力的影响因素：

（1）前角γ 一般γ增大时切削力下降，并且对Px、Py 的影响比对Pz 的影响大。（2）主偏角

Kr 切削塑性金属时当Kr在小于60°-75°的范围内增大时，切削力减小；当Kr 在大于60°-75°

范围内增大时，由于刀尖圆弧的影响切削力又增大；切削脆性金属时Kr>45°，后切削力基本不变。

（3）刃倾角λs 当λs 在10°-45°范围内变动时，切削力基本不变；但当λs 减小时，Py增大， Px减小。（4）刀尖圆弧半径对切削力影响不大；但当re增大时，Py 增大，Px减小。（5）刀具

磨损磨损增大，切削力增大，尤Py 增大最明显。 3、刀具磨损的类型以及刀具耐用度如何确定？ 答：在切削过程中工件—刀具—切屑的接触区发生强烈的摩擦，刀具切削部分会不可避免的磨损，

刀具磨损的形式有：（1）前刀面磨损成月牙状或凹洼，亦称月牙形磨损；（2）后刀面磨损是刀

具后刀面与工件发生磨损，形成一道后角为零的磨损区；（3）刀尖磨损系刀尖圆弧下的后刀面及临

近的副后刀面上的磨损，是刀具主后刀面磨损的延续；（4）边界磨损系刀尖在后刀面上相应工件

外圆处形成的磨损深沟。

刀具耐用度指刀具重新刃磨后开始使用到又磨损到规定的磨损限度内时总实际切削时间。 4、试述切削加工工艺方法类别

答：我国现行的行业标准JB/T5992-1992《机械制造工艺方法分类与代码》，将工艺方法

31

按大类、

中类、小类和细分类四个层次划分。其中切削加工列为第三类：一般有外圆、平面和内孔及渐开线 加工方法。

5、试述外圆表面、孔和平面的加工方案（略）。

答：见机械工程师资格考试指导书表4.4-3《外圆表面加工方案》P169、表4.4-4《孔加工方案》、

表4.4-5《平面加工方案》。P169.

6、试述经济加工精度的概念及如何正确理解其含义。

答：经济加工精度是指在正常加工条件下，该加工方法所能保证的加工精度。其含义可进一步理解 为：

①. 经济加工精度是一个范围，在这范围内成本经济合理。 ②. 经济加工精度是一个动态概念，随机床、刀具、夹具和工艺技术水平的改善会随之提高。 ③. 有关手册文献所介绍的加工精度一般可代表加工经济精度。

7、试述典型的车削、铣削、磨削加工以及车削、铣削、磨削加工的新技术。 （1） 典型的车削类型：外圆柱、端面、滚压；内孔的车、钻、扩、

铰、镗、滚压；螺旋面：车外螺纹、内螺纹、旋风切螺纹、攻内螺纹、绕制弹簧；切断、切槽；锥

面、球面、椭圆柱面；特殊表面，成型、仿形曲面车削。

（2） 铣削典型表面加工类型：铣平面、键槽；铣弧形面、圆曲面、 球面；铣齿形，直、圆弧、锥、齿条；铣花键；铣凸轮。

（3） 磨削典型表面加工类型：磨外圆、外锥面；磨端面；磨内孔； 磨曲面、凹球面、内球面；磨齿轮、齿形；专用表面磨削。

（4） 车削新技术：加热车削：激光加热、等离子弧加热；超声车削（振动）；超精车削；薅态车

削；双主轴车削。

（5） 铣削新技术：高速铣削；超硬铣削。

（6） 磨削新技术：速磨削；高速成型磨削；超精磨削。 8、试述顺铣与逆铣的特点：

答：顺铣和逆铣都发球周铣。顺铣时，铣刀旋转方向与工件前进方向一致，其特点：（1）每齿铣削

厚度从最大到最小，刀具易切入工件。

（2）平均切削厚度大。（3）顺铣时刀具耐用度高，机床动力消耗较低。

（4）刀齿对工件的切削分为F1 向下，有利于夹紧工件，加工过程平稳。（5）其切削分力F2 大

于工作台的摩擦阻力进会千万工作台窜动，工作台丝杠间隙引起切削不稳定。

逆铣时，铣刀旋转方向与工件前进方向相反，其特点：（1）其水平切削分力F2 的方向与工件进给

方向相反，切削进给平稳，有利于提高加工聨面质量和防止扎刀现象；（2）其垂直切削分力1 向

上，不利于工件夹紧；（3）平均切削厚度较小；（4）刀刃切入工件时，是从已加工表面圀始进刀，

切削厚度从零开始，刀刃受挤压，磨损严重，加工表面粗糙度差，有严重的加工硬化层。

32

9、试述按照机床夹具通用化程度的不同，机床夹具可分为那些类型及它们的应用范围。 答：按机床夹具通用化程度的不同，机床夹具可分为专用夹具、通用夹具、专业化可调夹具 成组

夹具）和组合夹具等。

10、什么是欠定位和过定位？在机床夹具设计时能否出现欠定位和过定位？为什么？ 答：夹具上工件定位件所能限制的工件自由度小于按照相关工艺规程要求所必须限制的自由度，称

为欠定位。在夹具的设计、制造中不允许出现欠定位。夹具上几个定位件都可能限制工件的同一个

或若干个自由度，造成工件定位不稳定或破坏正确定位，称为过定位。过定位对工件会产生不良的 影响，一般都应设法消除；过定位产生的不良影响未超出工件的技术要求，则可以允许存在，有时

甚至有益。

11、试述 2-3 类型的超硬材料刀具，并说明它们的应用对象。

答：见机械工程师资格考试指导书表4.4-19《各类刀具材料的主要性能》：P187 12、试述刀具几何参数的选择原则。 答：刀具几何参数的选择原则：

（1） 前角——工件材料的强度、硬度愈低，塑性愈好；刀具材料的

抗弯强度和冲击韧度较高；工艺系统刚性差或机床功率不足等，应取大前角。 （2） 后角——应取较大后角的情况：精加工时切削厚度薄；多刃刀

具切削厚度薄；加工工件材料较软、粘，加工硬化倾向大，弹性模量小等。应取较小后角的情况：

工件材料的强度、硬度较高；粗加工强力切削、承受冲击载荷大的刀具；工艺系统刚性差；定尺寸

刀具（如拉刀、铰刀等）；铲齿刀具等。

（3） 主偏角——应取较大主偏角的情况：采用硬质合金刀具进行粗 加工和半精加工；在切削过程中刀具需做中间切入工件或阶梯轴等。应取较小主偏角的情况：工艺

系统刚度允许的条件下；工件材料的强度、硬度高等。

（4） 副偏角——应取较大副偏角的情况：工件或刀具的刚度较差； 在切削过程中刀具需做中间切入工双向进给等。应取较小副偏角的情况：精加工刀具；切断、切槽

也孔加工刀具；加工高硬度和高强度的材料或断续切削；加工细长轴等。 （5） 刃倾角——应取正刃倾角情况：精加工；微量切削的精加工刀

具可取特大正刃倾角；镗刀、铰刀等孔加工刀具加工盲孔；工艺系统刚度不足等。应取负刃倾角情

况：冲击负荷较大的断续切削；加工高硬度材料；孔加工刀具加工通孔等。 （6） 刀尖形状——圆弧形刀尖（圆弧过渡切削刃）：多用于单刃刀

具，钻头、铰刀也使用合理选用刀尖圆弧半径值，可提高刀具耐用度，并对工件表面有修光作用，

但刃磨较困难。倒角形刀尖（直线过渡切削刃）；适用于各类刀具。可提高刀具耐用度和改善工件

表面质量，同时其刃磨方便。

33

（7） 刃口形式——锋刃（锐刃）：刃磨刀具的前面、后面时自然形 成的，比较锐利，广泛应用于各类精切削刀具、成形刀具、齿轮刀具等。 1） 倒棱刃：通常是刃口附近的前刀面上的很窄负倒棱，主要适用于 粗加工或半精加工的硬质合金车刀、刨刀及端面铣刀。

2） 消振棱刀：系在刃口附近的后刀面上一条很窄的负后角棱边。主

要用于工艺系统刚度不足条件下进行切削的单刃刀具（如车刀、刨刀、螺纹车刀等）。 3） 零度刃带（白刃）：系在刀具的主后刀面或副后刀面上靠近刃处 磨出的一条后角为零的窄棱边。主要用于多刃刀具。

4） 钝圆刃（倒圆刃）：系在切削刃上特意研磨出一定的刃口圆角。 主要适用于各种粗加工或半精加工的硬质合金刀具及其可转位刀片。 4.5 特种加工

1、什么是特种加工？常用特种加工的方法及特点有哪些？

答：特种加工是指不属于传统加工工艺范畴的加工工艺方法的总称。特种加工是将电、磁、声、光

等物理能量及化学能量或其组合施加在工件被加工的部位上，使材料被去除、累加、变形或改变性

能等。常见的特种加工有电火花加工（EDM）、激光加工（LBM）、超声加工（USM）。 （1） 电火花加工：在液体中通过工具电极与工件之间的脉冲电路放 电将材料调温蚀除。其特点为： ①. 非接触式加工，无切削受力变形 ②. 放电持续时间短，热影响范围小 ③. 工具电极消耗影响加工精度

④. 可加工任何硬、脆、韧和高熔点的导电材料 ⑤. 其一般可用来穿孔、行腔加工、切割等。

（2） 激光加工：材料在激光照射下瞬时急剧溶化和气化，并且产生 强烈的冲击波，使熔化物质爆炸式的喷溅和去除实现加工，轵特点： ①. 材料适应性广，金属非金属均可以被加工 ②. 非接触式加工 ③. 不存在工具磨损 ④. 设备造价较高

⑤. 其一般用来微孔、切割、焊接、热处理刻制等。

（3） 超声（波）加工：利用超声振动的工具端面，使悬浮在工作液 中的磨料冲向工作表面，去除工件表面材料，其特点： ①. 作用力小，热影响小

②. 工具不旋转，加工与工具形状相似的复杂孔 ③. 加工高硬度材料时，工具磨损大

④. 其一般用来型腔加工、穿孔、抛光、零件清洗等，主要用于脆性材料。 2、电火花加工的基本原理。 答：电火花加工是利用工具电极和工件之间的间隙防电来蚀除金属的加工方法，其可以用来切割成

型和表面（形腔）成型加工，前者用工具电极为导线，常称为线切割加工，后者称为电火花成型加 工。

3、评价电火花成型加工工艺质量的主要指标是哪些？

34

答：评价电火花成型加工工艺质量的主要指标是：（1）加工效率：单位时间内工件材料的去除量，

单位：mm3/min。（2）加工表面质量：粗糙度、表面组织变化及表面显微裂纹等。（3）加工精

度：尺寸、位置、形状精度。（4）工具电极损耗率：通常用工具电极的何种损耗量对工件材料的何

种蚀除之比表示。

4、影响电火花加工精度的主要因素是什么？ 答：影响电火花加工精度的主要因素：

（4） 脉冲电源的质量和加工参数的选择——包括脉冲宽度ti，放电 时间te，放电周期tp，放电重复频率f，峰值电流ie 等。

（5） 工作液——工作液可以提高放电点的能量密度，增大放电时的 爆炸力，使熔化的金属容易排出。 （6） 电极材料及电极设计

（7） 工艺系统的制造及安装高速的精度和质量。

5、为提高电火花成型加工的效率应调整哪些工艺参数？如果为了降低表面粗糙度，工艺参数又应 如何调整？

答：从电火花加工材料去除率（即加工效率）和表面粗糙度公式可以看出：为提高电火花成型加工

的效率，可以提高放电时间te，或提高峰值电流ie，或提高放电重复频率f；如果为了降低表面粗

糙度，则应减小放电时间te，或减小峰值电流ie。

6、为了保证电火花成形加工的效率和表面质量往往要牺牲什么？

答：只增加峰值电流ie，而减小放电时间te可保证加工效率和表面质量但工具电极相对损耗率增大。

7、什么是电火花线切割加工？

答：在电火花加工中利用导线电电极（钼丝或铜丝）以及电极与工件间的相对运动和放电对工件进

行切割的加工方法叫做电火花线切割加工。

8、一般情况下电火花线切割加工达到什么样的切割效率、表面粗糙度和加工精度？ 答：一般情况下切割效率为20mm2/（min?A）。 表面粗糙度：

1） 高速切割为Ra5-25μm，最佳只有Ra1μm； 2） 低速切割一般可达Ra1.25μm，最佳Ra0.2μm。 加工精度指尺寸精度、形状精度和位置精度的总称。 1） 快速切割时可控加工精度在0.01-0.02mm。 2） 低速走丝时可达0.005-0.002mm。

9、线切割加工的主要工艺参数指标及经济性因素分析。 答：线切割加工的主要工艺参数指标是：

1） 切削速度指单位时间内电极丝中心线在工件上切割的面积总和，

单位用mm2/min 表示，通常40-80mm2/min 为高速切削速度；将每安培电流的切割速度称为

切割效率，一般切割效率为20 mm2/（min?A）。

35

2） 表面粗糙高速切割为Ra5-25μm，最佳只有Ra1μm；低速切 割一般可达Ra1.25μm，最佳Ra0.2μm。

3） 电极丝损耗量对高速走丝线切割机床，用电极丝在切割

10000mm2 面积后，电极丝直径的减少量来表示。一般每切割10000mm2，泪丝直径减少不应

大于0.01mm。

4） 加工精度指尺寸精度、形状精度和位置精度的总称。快速切割 时0.01-0.02mm。低速走丝时0.005-0.002mm。 影响线切割加工工艺经济性因素主要有： 1） 电极丝及移动速度 2） 工件厚度及材料 3） 预置进给速度

10、什么是激光加工？

答：激光是一种高度高，方向性好的相干光，其发散性小和单色性好，焦点处功率可达 107-1011w/cm2，温度可达万度以上，其加工就是利用材料在激光照射下的冲击波使熔化物质爆

炸式喷溅去除。

11、金属加工常用的激光器是哪些？它们之间的区别除了在工件物质以外，还在于什么？ 答：金属加工常用的激光器有两种，一种是固体激光器，如红宝石激光器、玻璃激光器、YAG激光

器和金绿宝石激光器；另外一种是气体激光器：如CO2激光器、氩激光器等。它们之间的区别除了

在工作介质外，还在于激光波长、输出功率、应用范围等。 12、影响激光打孔工艺质量的因素主要有哪些？ 答：影响激光打孔工艺质量的主要因素有：

1） 输出功率和照射时间：孔的尺寸随输出激光能量变化，能量越大，

孔径越大孔边越深，能量适当，才能获得好的圆度，能量提高锥度减小，能量过大孔成中鼓形，激

光的照射时间一般为几分之一毫秒，激光能量一定时，时间太长会使能量扩散到非加工区，时间太

短则因功率密度过大使蚀除物以高温气体喷出，那会使能量的使用效率降低。 2） 焦距和发散角发散角小的激光束经短焦距的聚焦物镜以后，在

焦面上可以获得更小的光斑及更大的功率密度。焦面上的光斑直径小，打孔就小，所以要减少激光

束的发散角并尽可能采用短焦距物镜（20mm 左右），只有在特殊情况下才选用较长焦距。 3） 焦点位置焦点位置对打孔的形状和深度都有很大的影响，焦点

位置低时，透过工件表面的面积大，不仅会发生很大的喇叭口，而且会由于能量密度减小而影响加 工深度，但焦点太高同样会分散能量密度而无法加工，激光的实际焦点往往在工件表面或低于工件 表面为宜。

4） 光斑内能量分布激光束经聚集后，光斑内各部分光的强度是不

一样的。在基模光束聚焦的情况下，焦点的中心强度I0 最大，越远离中心，光强度越小，强度是以

36

焦点为轴心对称分布的，这种光束加工出来的孔是圆形的。当光束不是基模输出时，其强度分布不

是对称的了。激光在焦点附近的强度分布与工作物质的光学均匀性及谐振腔的调整精度有直接关系，

如果孔要求精度很高，就必须在激光器中采取限制振荡的措施，使其仅在其模振荡。 5） 激光的照射次数激光照射一次，加工深度大约是孔径的5倍左

右。但锥度较大，如经多次照射，加工深度可大大增加，锥度也可减小，孔径几乎不变，但孔的深

度并不是与照射次数成比例。而是加工到一定深度后，由于孔内壁的反射或吸收及抛出力的减少，

排屑困难等原因使孔底端的能量密度不断减小，以致加工不能继续下去。 6） 工件材料 由于各种材料吸收的光谱不一样，经透镜聚焦到工件

上的能量不可能全部吸收，相当一部分能量将被反射或透射而散失掉。在生产实践中，必须根据工

件材料的性能（吸收光谱）选择合理的激光器。 13、什么是超声加工？

答：超声加工是利用工具端面做超声频振动，通过磨料悬浮液加工脆硬材料的一种成型法。其可以

加工硬质合金、淬火钢等脆硬金属材料。还可以加工玻璃、陶瓷、半导体锗和硅片，同时蟘可以用

于清洗，焊接和擦伤等。 14、超声加工的基本原理？

答：加工时，工具1 在工件2之间加入液体（水或煤油）和磨料混合的悬浮液3，并使工具以很小

的力F轻轻压在工件上，超声换能器6 产生16000HZ 以上的超声频绝缘体上硅薄膜向振动并借助

于变幅杆把振幅放大到0.05-0.1mm，驱动工具端面做超声振动，迫使工作液中悬浮的磨粒以很大

的速度和加速度不断地撞击、抛磨被加工工件表面，把肫加工表面的材料粉碎成很细的细微粒，从

工件上被打击下来，虽然每次下打下来的材料很小，但由于每秒种打击16000 次以上，所以仍有一

厚的加工速度。 15、超声加工的应用

答：超声加工的应用主要有以下几个方面： 1） 可以加工金属和非金属等硬脆材料 2 可以对硬脆材料进行型孔和型腔加工

3） 利用超声进行清洗超声波在清洗液（汽油、煤油、酒精和水等）

中传播时，液体分子往儍高频振动产生正负交变的冲击波。当声强达到一定数值时，液体中急剧生

产微小空化气泡并瞬时强烈闭合，产生的微冲击波使清洗物表面的污物遭到破坏。超声振动可用于

喷油嘴、喷丝板、微型轴承、仪表齿轮、印刷电路板等的清洗。 4.6 铸造

37

1、什么是合金的流动性与收缩，影响合金流动性与线收缩的因素 是什么？ 答：液态合金自身的流动能力称为流动能力，通常以螺旋式试样长度来衡量相同条件下实际螺旋线

长度来表示，影响金属流动性的因素主要有：1）合金材料的成分与化学性质：化学成份、比热、热

导率、粘度系数。2）外部条件的干扰，如铸型温度、铸型发气能力、浇铸温度、浇铸系统结构等。

3）铸件结构的工艺性：如厚度大小与厚度变化的结构的复杂程度等。4）凝固态到固态的冷却过程

所发生的何种减小称为铸件的收缩。铸件各方向线尺寸的缩小现象属固态收缩（线收缩率），它对

铸件的尺寸精度影响最大。影响合金收缩的因素：

①. 化学成份：碳素钢的含碳量增多，液态收缩增大，固态略减速，灰铁中C、Si 量增加，石墨化

能力增强，石墨的比容体积大，能弥补收缩，硫可阻碍石墨析出，使收缩率增大，适当增加Mn、

生成MnS抵消了硫对石墨化的阻碍作用，但S过高又使收缩率增大。 ②. 浇铸温度：通常浇铸温度提高100°C 体积收缩增加1.6％。

③. 铸件结构和铸型条件：铸件在铸型中的冷却过程，往往不是自由收缩，其阻力来源于： a. 铸件各部分的冷却速度不同引起各部分收缩不一致，相互 约束而对收缩产生阻力；

b. 铸件的型芯对收缩的机械阻力，因此铸件的实际收缩率比 自由收缩率要小一些。

2、铸铁的收缩率及产生缩孔、缩松的几率比铸钢小的原因。

答：根据Fe-Fe3C 相图可以找出不同成分的钢或铸铁的熔点，确定铸造温度，根据相图中液相线和

固相线之间的距离可估计铸造性能的好坏，距离越小铸造性能就越好，钝铁、共晶成份或接近共晶

成份的铸铁铸造性能通常都比铸钢好，其流动性好，其收缩率及产生缩孔、缩松的几率都比铸钢小，

显微偏析也少。

3、如何确定铸件的浇注位置和分型面。 答：铸件浇注位置的选择是指浇铸时铸件在铸型中所取得空间位置，浇铸位置选择正确与否对铸件

影响很大，选择进应选择下列原则：

（8） 铸件的重要表面（加工面）应朝下或侧于侧面，这是因为铸件

上部冷却速度慢，晶粒粗，易形成缩孔缩松，而且气体、非金属夹杂物密度小，易在铸件形成沙眼

气孔、渣气孔等缺陷。例如机床床身的导思面应朝下。

（9） 铸件的宽大平面应朝下，这是因为在浇铸过程中，熔融金属对 型腔上表面的强烈的辐射，容易使上表面型砂急剧地膨胀而拱走或开裂，在铸件表面形成夹砂结疤 缺陷。

38

（10） 面积较大的薄壁部分应置于铸件型下部或垂直位置，这是因为 如果置于上部可能产生浇不到、冷隔等缺陷。

（11） 易形成缩孔的铸件应将截面较厚的部分放在分型面附近的上 部或侧面，这便于放置冒口，使铸件自上而下的顺序凝固。 （12） 应尽可能减少型芯的数量，使于型芯安装固定和排气。 铸件分型面的选择：

1） 起模，使定型工艺简化：分型面应选择铸件最大的截面处；分型 面的选择应尽量减少型芯和活块的数量，以简化制模、

造型、合型等工艺；分型面应尽可能垂直；尽量减小分型面。

2） 尽量将铸件重要加工面或大部分加工面、加工基准放在同一砂箱 中，这样可以减少错箱和毛刺的可能性，保持加工精度。

3） 应使型腔和主要型芯位于下箱，便于下芯合型和检查型箱尺寸。

4、铸造工艺参数主要有哪些？简述铸造工艺设计的______F4+6 10.两个程序

答：铸造工艺参数有：机械加工余量；最小铸孔与槽；拔模斜度；收缩率；型芯头； 设计铸造工艺的程序一般如下：选择造型方法，选择铸型种类（干型、湿型、壳型V-I 型），选择

模型种类，选择浇铸位置，选择分型面。 5、冲天炉的熔化配料计算

答：为了实现铸件需要的铁水成分，首先要对所用的金属材料进行合格检验。冲天炉熔化铁水的含

磷量在酸性操作时，基本无变化，硫因焦炭关系只增不减，因此只需计算碳、硅、锰的配入量。η

是熔化时的合金元素的增减系数。酸性冲天炉熔化的η值：

C=+（0-15%）；Si=-（10%-20%）；Mn=-（15%-25%） 6、金属型铸造的特点和影响金属型寿命的因素

答：金属型铸造是采用铸铁、钢或其它金属铸型，在常规下浇铸铸件的方法，其特点是： 1） 实现了一型多铸，少去了配砂落砂，节省了大量造型材料，造型 时改善劳动条件。

2） 金属型造型时尺寸精度高

3） 金属型冷却速度快，铸件组织强国富民，力学性能好 4） 铸件质量稳定

5） 成本高、周期长、工艺严格、不宜做形状复杂的大型薄壁零件 影响金属型寿命的的因素：制造材料的熔点和耐急冷急热的能力。 1） 金属型应保持合理的工作温度 2） 喷刷涂料 3） 控制开型时间

4） 提高警惕浇铸温度和防止铸件件生产“白口”。 7、压铸的特点和压铸机

答：压铸亦称压力铸造，是将液态或半液态的金属利用高压作用，使其以高速注入压铸模的型腔，

并在压力下快速冷却凝固而得到铸体，其压力从几十到几万大气压，金属液充型的速度可达 0.5-70m/s，生产率高，精度高，表面粗糙度低，由于高压作用产品的品质和力学性能好，广泛应

用于机械、航空、造船、汽车、仪表及小五多行业。

39

压铸机主要有冷压室和热压室两类：冷压式压铸机分立式和卧式两种，它是将金属液注入压室后，

由压射冲头通过浇道将金属液高速压入型腔形成铸件。热压室压铸机的最大不同，是采用较低的比

压，将装在浇壳内的共蒸发液利用压射冲头将金属液由熔炉液面下部压入型腔形成铸件。 8、精密铸造的特点及应用

答：精密铸造一般是指与普通砂型铸造有明显区别的一些铸造方法，如金属型铸造，熔模铸造，压

力铸造，低压铸造，离心铸造，陶瓷型铸造，精密薄壳壳型铸造。 9、模样分类的特点及模样尺寸的计算

答：模样按结构特点一般可以分为整体、分体、刮（车）板；按材质可以分为木质、金属及塑料。

模样的实际尺寸Am Am=（AJ+Ar）（1+k）

Am——模样工作尺寸， AJ——产品零件尺寸， Ar——零件附加尺寸（加工余量+起模斜度+其

他工艺余量），K——收缩率。 10、金属模样设计原则

答：金属模样设计原则：一般使用分体式，机械造型是装在模板上使用的，设计时考虑安装定位；

必要的强度；模样的材料，有钢、铸铁和铝合金。 11、模底板的设计原则

答：模底板的平面就是铸件的分型面，设计时应考虑： 1） 选择材料，确定其形状尺寸，定位销的位置 2） 确定厚度、加强肋、加强框 12、芯盒的设计原则

答：芯合是为铸造型芯设计的：

1） 设计芯盒首先应考虑芯合的分盒面、填砂面和支撑面。应使分盒

面与分型______________面一致，保持型与芯的起模斜度一致。尺寸精度高的部分要放在同一芯盒中。填砂面应保

证利于充填和紧实，支撑面尽可能是平面，不能达到平直时可使用拱形烘干板。 2） 芯盒的结构要求：芯盒的结构可采用多种形式，但必须与生产批

量相适应；芯盒的结构应保证足够的强度和刚度，要有相应的耐磨性和工作寿命，要有放置芯骨和

布置通气道的余地，芯盒的结构有整体敞开套式、水平和垂直对开式、敞开套框式和多向开盒式。

3） 热芯盒制芯，它是将混有热固性树脂的粘结剂和硬化剂的芯砂， 利用射芯机射入被加热至一厚温度的芯盒中使砂芯成型的工艺。这种工艺的特点是砂芯强度高，尺

寸精度高，表面粗糙度低，生产周期短，生产效率高，主要应用在形状复杂、尺寸精度高和粗糙度

低、大量生产的砂芯，如液压件的内腔芯、特殊阀门的内腔芯等。由于芯盒是在射砂机上工作的，

因此设计芯盒时必须与设儇相配。

4） 冷芯盒制芯冷芯盒与热芯盒类似，是使用射芯机成型的工艺。

40

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ir4.html