鍛壓工藝設計和模具設計習題集解

1、.wd鍛壓工藝及模具設計作業(yè)1. 最小阻力定律在設計鍛模時有何實際意義?答：在變形過程中，物體各質點將向著阻力最小的方向移動。在開式模鍛中，在分模面上設置毛邊槽，可以造成足夠大的水平阻力，阻止金屬在水平方向流動，迫使金屬充滿型槽，很好地提高金屬的充型能力。對難以填充的型腔，必要時可在分模面上局部設阻力溝。2. 鍛造加熱的目的是什么？答：提高金屬塑性，降低變形抗力。3. 碳鋼鍛造溫度范圍如何確定？為什么中碳鋼的終鍛溫度位于奧氏體單相區(qū)，而低高碳鋼終鍛溫度處在雙相區(qū)？答：確定始鍛溫度時，應保證坯料在加熱過程中不產生過燒現(xiàn)象，同時也要盡力防止發(fā)生過熱。因此，碳鋼的始鍛溫度那么應比鐵一碳平衡圖的固相線

2、低150250。碳鋼的始鍛溫度隨著含碳量的增加而降低。合金鋼通常隨著含碳量的增加而降低得更多。在確定終鍛溫度時，既要保證金屬在終鍛前具有足夠的塑性，又要保證鍛件能夠獲得良好的組織性能。所以終鍛溫度不能過高，溫度過高，會使鍛件的晶粒粗大，鍛后冷卻時出現(xiàn)非正常組織。相反溫度過低，不僅導致鍛造后期加工硬化，可能引起鍛裂，而且會使鍛件局部處于臨界變形狀態(tài)，形成粗大的晶粒。因此，通常鋼的終鍛溫度應稍高于其再結晶溫度。按照以上原那么，碳鋼的終鍛溫度約在鐵一碳平衡圖A，線以上2575。中碳鋼的終鍛溫度位于奧氏體單相區(qū)，組織均勻，塑性良好，完全滿足終鍛要求。低碳鋼的終鍛溫度雖處在奧氏體和鐵素體的雙相區(qū)，但因兩

3、相塑性均較好，不會給鍛造帶來困難。高碳鋼的終鍛溫度是處于奧氏體和滲碳體的雙相區(qū)，在此溫度區(qū)間鍛造時，可借助塑性變形，將析出的滲碳體破碎呈彌散狀，而在高于Acm線的溫度下終鍛將會使鍛后沿晶界析出網狀滲碳體。4. 自由鍛工序如何分類？各工序變形有何特點? 答：自由鍛主要工序包括鐓粗、拔長、沖孔、擴孔、彎曲等。使坯料高度減小而橫截面增大的鍛造工序稱為鐓粗。使坯料的橫截面減小而長度增加的鍛造工序稱為拔長。采用沖子將坯料沖出通孔或盲孔的鍛造工序稱為沖孔。減小空心毛坯壁厚而使其外徑和內徑均增大的鍛造工序稱為擴孔。將坯料彎成規(guī)定外形的鍛造工序稱為彎曲。5. 鍛件纖維組織是如何形成的？它對鍛件性能有何影響答：

4、在鍛造時，晶界過剩相的形態(tài)也要發(fā)生改變，其中硅酸鹽、氧化物等質硬而脆，很難變形，只能擊碎，沿著主變形方向呈鏈狀分布，硫化物有較好的塑性，可隨晶粒一同變形，沿著主變形方向拉長連續(xù)分布。使金屬組織具有一定方向性，通常稱為“纖維組織，其宏觀痕跡即“流線。金屬纖維方向對鍛件性能有較大影響。合理的鍛件設計應使最大載荷方向與金屬纖維方向一致。假設鍛件的主要工作應力是多向的，那么應設法造成與其相應的多向金屬纖維。為此，必須將鍛件材料的各向異性與零件外形聯(lián)系起來考慮，選擇恰當?shù)姆帜Ｃ妫ＷC鍛件內部的金屬纖維方向與主要工作應力一致。6. 金屬在模膛內的變形過程分為哪三個階段？變形力與行程的關系如何？ 答：(1)

5、鐓粗階段；(2) 形成毛邊充滿模膛階段；(3)打靠階段。在鐓粗階段模腔內阻力小，變形力較小，行程H1較大；在形成毛邊充滿模膛階段，模腔內阻力增大金屬處于較強的三向壓應力狀態(tài)，變形力增大，行程H2較?。辉阱懽愦蚩侩A段，將多余金屬經毛邊擠入倉部，變形力急劇增大，行程H3最小。7. 合理的模鍛過程與哪些設計參數(shù)有關？怎樣選擇設計參數(shù)才能使變型過程趨于合理？答：合理的模鍛過程應保證在充滿的前提下把變形力，變形功，飛邊的損耗 ，減少到最低限度，為此，要采取相應的工藝措施，合理設計毛邊槽的寬高比，從而加大，縮小，盡量減小。8. 開式模鍛與閉式模鍛的應力應變狀態(tài)一樣嗎？答：不一樣，兩者在模鍛時都是處于三向壓

6、應力狀態(tài)，但閉式模鍛沒有毛邊槽，三向壓應力更強，金屬塑性更好。且閉式模鍛中金屬的纖維組織按零件輪廓分布，流線連續(xù)不會被切斷。9. 鍛件公差為何不對稱分布？答：高度方向影響尺寸發(fā)生偏差的根本原因是鍛缺乏，而型槽底部磨損及分模面壓陷引起的尺寸變化是次要的，即正公差是主要的，水平方向鍛槽磨損，鍛件錯移難以防止，且引起尺寸增大，正公差占主導地位，負公差是鍛件尺寸的下限，不宜過大，而正公差的大小不會導致鍛件報廢。正公差偏大有利于穩(wěn)定工藝，提高鍛模使用壽命，因而正公差有所放寬。綜上所敘，鍛件的公差正公差大于負公差。10. 鍛件為何要設高度公差？ 答：受到各種工藝因素的影響，鍛件的實際尺寸不可能與名義尺寸完

7、全相等，高度方向影響尺寸發(fā)生偏差的根本原因是鍛缺乏，在高度方向會有偏差，設高度公差，規(guī)定高度方向允許的尺寸偏差范圍，對控制鍛模工作壽命和鍛件檢驗都是必要的。11. 鍛件內圓角半徑和外圓角半徑大小對鍛件成形和鍛模有何影響？答：鍛件的外圓角對應模具的內圓角，其作用是防止鍛模在熱處理和模鍛過程中因應力集中而導致模具開裂，并保證金屬充滿型槽。假設外圓角半徑過小，金屬充填模具型槽相應處十分困難，而且易在該處引起應力集中使其開裂；假設外圓角半徑過大，將增加機械加工余量和金屬損耗。鍛件上內圓角對應模具的外圓角，其作用是使金屬易于流動充滿型槽，防止產生折疊和型槽過早被壓塌。如鍛件內圓角半徑過小，那么金屬流動時

8、產生的纖維容易被割斷，導致力學性能下降，還容易產生回流最后形成折疊導致鍛件報廢，或使模具上凸出局部壓塌而影響鍛件出模。假設內圓角半徑過大，將增加機械加工余量和金屬損耗，對某些復雜鍛件，內圓角半徑過大，使金屬過早流失，造成局部充不滿。12. 為什么鍛件內拔模斜度要大于外拔模斜度？答：外模鍛斜度上的金屬由于收縮而有助于鍛件出模，內模鍛斜度的金屬由于收縮反而將模膛的突起局部夾得更緊。所以，在同一鍛件上內模鍛斜度比外模鍛斜度大。13. 為何錘上模鍛時上模型槽比下模型槽易充型？答： 錘上模鍛是靠錘頭沖擊坯料使坯料變形，因為錘頭運動速度很快，由于慣性作用，金屬相對上模有很大的向上運動的速度，很易于在上模型

9、槽內充型。14. 何為計算毛坯圖？修正計算毛坯截面圖和計算毛坯直徑圖的依據(jù)是什么？答：計算毛坯圖：長軸類鍛件終鍛前，常須要把原本等截面的材料沿軸向預制成近似終鍛件的各截面面積不等的中間毛坯，使中間毛坯上每一橫截面面積等于帶毛邊鍛件的相應截面積，該毛坯稱計算毛坯，計算毛坯圖可用計算毛坯截面圖和計算毛坯直徑圖表示。由于鍛件形狀差異大，對于具有孔腔或凹部的鍛件，沿軸向截面積發(fā)生突變處，將不利于金屬充型，也不利于型槽加工，因而應根據(jù)終鍛時金屬流動情況和體積不變原那么，把初算得到的計算毛坯截面圖與直徑圖進展修正。15. 設計終鍛模膛應以什么為依據(jù)？ 答：以熱鍛件圖為依據(jù)，熱鍛件圖以冷鍛件圖為依據(jù)但有所區(qū)

10、別，熱鍛件圖的尺寸標注，高度方向以分模面為基準，考慮金屬材料和模具的冷縮現(xiàn)象并計算收縮率，為保證鍛件成型質量，允許熱鍛件圖上個別部位與冷鍛件圖有所差異并根據(jù)具體情況處理。16. 預鍛的目的是什么？設計預鍛型槽應以什么為依據(jù)？應根據(jù)什么原那么來設計？答：預鍛的主要目的是為了在終鍛前進一步分配金屬，分配金屬是為了確保金屬無缺陷流動，易于充滿型槽，減少材料流向毛邊的損失，減少終鍛型槽磨損減少金屬流動量，取得所希望的流線和便于控制鍛件的力學性能。設計預鍛型槽以終鍛型槽或熱鍛件圖為依據(jù)。設計原那么是經預鍛型槽成型的坯料，在終鍛型槽中最終成型時，金屬變形均勻，充填性能好，產生的毛邊最小。17. 所有模鍛件

11、都須要設預鍛型槽嗎？答：不是，鍛件力學性能和質量要求高，形狀復雜時可采用預鍛。因預鍛型槽的加設易帶來偏心力矩，造成偏心打擊，使上下模錯移，影響鍛造質量并降低鍛模壽命，設置預鍛型槽，增加了模鍛的工序，提高了鍛造本錢。因而對形狀簡單，力學性能和質量要求不高的鍛件，不宜設置預鍛型槽。18. 鍛模設計時，終鍛型槽和預鍛型槽應如何布排？答：型槽排布應遵循一定原那么：盡量使型槽中心和鍛模中心重合，即型槽的反作用合力點與理論打擊中心重合，減少錘桿偏心力矩和偏心載荷，保證模具壽命。對于有預鍛模腔的鍛模，型槽布排應使預終鍛的型槽中心處于鍵槽中心線上，由于預鍛的作用力只有終鍛的一半，故應使終鍛型槽中心到燕尾中心的

12、距離是預鍛型槽中心到燕尾中心的一半以內，且保證預鍛型槽中心位于燕尾寬度之內，以防止產生偏心力矩。預鍛和終鍛型槽之間在鍛模上的位置分布應使鍛造加工方便進展。19. 確定鍛件制坯工步主要考慮哪些因素？如何確定？答：長軸類鍛件制坯一般采用抜長、滾擠、彎曲、卡壓、成型等。其目的是將等截面的原材料預制成計算毛坯的形狀，將桿部多余的金屬轉移到頭部。轉移金屬量的多少和難易度與繁重系數(shù)有關，四個繁重系數(shù)為：dmax / d均 ，L計 / d均 ，kd拐-dmin/ L計，G=鍛件重量。其中L計為計算毛坯長度，為金屬流向頭部的繁重系數(shù)，為軸向流動的繁重系數(shù)，K為桿部斜率，dmax為計算毛坯最大直徑，dmin為計

13、算毛坯最小直徑，d拐為桿部與頭部轉接處的直徑。知道了繁重系數(shù)，再結合長軸類鍛件的制坯選用圖表來制定工步。即計算毛坯圖計算繁重系數(shù)結合經歷圖表選擇制坯工步。20. 滾擠型槽輪廓根據(jù)什么來確定？在設計滾擠型槽時為何要區(qū)分滾擠坯料的狀態(tài)？答：滾擠型槽輪廓應根據(jù)計算毛坯輪廓來確定，主要保證高度h及寬度b等尺寸；毛坯狀態(tài)指原型材和已經抜長的坯料。假設型槽寬度太小易帶生毛邊，翻轉90°再滾擠那么易產生折疊。假設寬度過大，聚料效率下降。加工原型材時，須要將大量金屬從桿部擠到頭部，型槽寬度可設置適宜，而經抜長的坯料桿部直徑已經接近要求值，桿部型槽寬度可設置小些。21. 錘上模鍛常須要設置鎖扣，而不用

14、導柱導套的原因？答：錘頭運動速度快，沖擊和震動很大，且工作時承受的沖擊和行程不固定，故采用鎖扣裝置而不采用導柱導套。22. 曲柄壓力機和模鍛錘比擬各有什么特點？應用范圍有何不同？答：曲柄壓力機：鍛件精度高，機架具有封閉性，整個系統(tǒng)形成封閉的受力系統(tǒng)，剛性大、變形小、震動??；鍛件內部變形深透均勻，流線分布良好，力學性能一致；易產生大毛邊；具有靜壓力特性，金屬流動慢，充型能力較低。常用于擠壓、局部鐓粗操作，不適用抜長、滾擠等操作。錘上模鍛：工藝靈活，適用性廣，錘頭行程和打擊速度均可調節(jié)，能實現(xiàn)輕重緩急的不同程度打擊，可實現(xiàn)鐓粗、抜長、滾擠、彎曲、預鍛、終鍛等各類工藝，錘上模鍛錘頭運動速度快，金屬流

15、動有慣性，充型能力強；生產效率高，震動很大。23. 簡敘錘上模鍛和曲柄壓力機上模鍛毛邊的主要作用及區(qū)別？答：錘上模鍛：開式模鍛才設置毛邊槽，其作用為：造成足夠大的水平方向的阻力，迫使金屬充滿型槽，保證鍛件尺寸準確；緩沖錘擊；容納多余金屬。曲柄壓力機：金屬充型均勻，近似于靜壓成型，而且上下模不靠合，毛邊槽的阻力作用相對減小，毛邊槽主要起排泄和容納多余金屬的作用。24. 設計終鍛模膛應以什么為依據(jù)？ 答：以熱鍛件圖為依據(jù)，熱鍛件圖以冷鍛件圖為依據(jù)但有所區(qū)別：熱鍛件圖的尺寸標注，高度方向以分模面為基準；考慮金屬材料和模具的冷縮現(xiàn)象并計算收縮率；為保證鍛件成型質量，允許熱鍛件圖上個別部位與冷鍛件圖有所

16、差異并根據(jù)具體情況處理。25. 為何曲柄壓力機上模鍛多采用模座加鑲嵌式構造？答：曲柄壓力機滑塊運動速度低，打擊力較小，工作平穩(wěn)，裝有頂出裝置，上下模不打靠，打擊過程中鍛模承受過剩能量少，不須考慮鍛模的承擊面，采用模座加鑲嵌式構造不須擔憂模具強度問題，而且采用鑲嵌式構造，節(jié)約了大量模具鋼，降低了模具制造本錢；只需更換工步鑲塊，即可完成工步或終鍛成型。26. 簡敘螺旋壓力機的工作特點。答：具有模鍛錘和曲柄壓力機雙重工作特性，單位時間打擊次數(shù)少，打擊速度較模鍛錘低，有頂出裝置。27. 試敘平鍛工藝的特點和應用范圍。答：工藝特點：鍛造過程中坯料水平放置，其長度不受工作空間的限制，適用于鍛造長桿類鍛件和

17、長棒類鍛件的連續(xù)鍛造；有兩個分模面，可以鍛造出一般鍛壓設備難易鍛成的在兩個方向有型槽或孔的鍛件；導向性好，行程固定，鍛件長度方向尺寸穩(wěn)定性比錘上模鍛高。應用范圍：可進展開式和閉式模鍛，可進展終鍛成型和制坯，也可進展彎曲、壓扁、切料、穿孔、切邊等工步，不適宜模鍛非對稱鍛件。 28. 試敘頂鐓規(guī)那么，頂鐓規(guī)那么說明了什么工藝條件？答：頂鐓第一規(guī)那么：當長徑比3且端部較平時，可在平鍛機上一次行程中自由鐓粗到任意大的直徑而不發(fā)生彎曲；頂鐓第二規(guī)那么：在凹模內頂鐓時，假設Dm1.5d0時，外露的坯料長度fd0或當Dm1.25d0，f1.5d0時，>允，可進展局部鐓粗而不發(fā)生折疊。頂鐓第三規(guī)那么：在

18、凸模內頂鐓時，假設當Dm1.5d0時，鐓粗長度f2d0或當Dm1.25d0，f3d0時>允，可進展局部鐓粗而不產生折疊。頂鐓第一規(guī)那么說明了細長桿局部鐓粗時，不產生縱向彎曲的工藝條件，頂鐓第二、第三規(guī)那么說明了細長桿局部鐓粗時，雖產生縱向彎曲，但不至于引起折疊的工藝條件。29. 下列圖是一個傳動桿鍛件的截面線圖，每一截面的總面積F鍛 + F飛列于下表中：截面號12345678910截面積mm2226600680600415530125615901256226如在坐標上作圖，x軸的比例為1：1， y軸的比例為1：20，得到曲線下的面積為7350 mm2。1、 計算并作出計算毛坯直徑圖和平均直徑圖。2、 計算鍛件重量和下料毛坯尺寸。3、 確定鍛件制坯工步，并設計計算相應的制坯型槽。解：解1、1d計=1.13，分別計算10個截面的d計列于下表中，作圖；截面號12345678910截面積mm2226600680600415530125615901256226d計mm1727.6829.527.6823264045.14017h計14253425232646524614 10 13 13 10 126 16 14 14 232 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1分模面滾壓模膛的縱剖面圖2 F均= d均=1.13; 作圖。解2、1G=2F