鍛壓工藝設(shè)計(jì)和模具設(shè)計(jì)習(xí)題集解

1、.wd鍛壓工藝及模具設(shè)計(jì)作業(yè)1. 最小阻力定律在設(shè)計(jì)鍛模時(shí)有何實(shí)際意義?答：在變形過程中，物體各質(zhì)點(diǎn)將向著阻力最小的方向移動(dòng)。在開式模鍛中，在分模面上設(shè)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(dòng)，迫使金屬充滿型槽，很好地提高金屬的充型能力。對(duì)難以填充的型腔，必要時(shí)可在分模面上局部設(shè)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(shí)，應(yīng)保證坯料在加熱過程中不產(chǎn)生過燒現(xiàn)象，同時(shí)也要盡力防止發(fā)生過熱。因此，碳鋼的始鍛溫度那么應(yīng)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(shí)，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(huì)使鍛件的晶粒粗大，鍛后冷卻時(shí)出現(xiàn)非正常組織。相反溫度過低，不僅導(dǎo)致鍛造后期加工硬化，可能引起鍛裂，而且會(huì)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(yīng)稍高于其再結(jié)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(huì)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(shí)，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(huì)使鍛后沿晶界析出網(wǎng)狀滲碳體。4. 自由鍛工序如何分類？各工序變形有何特點(diǎn)? 答：自由鍛主要工序包括鐓粗、拔長(zhǎng)、沖孔、擴(kuò)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(zhǎng)度增加的鍛造工序稱為拔長(zhǎng)。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(nèi)徑均增大的鍛造工序稱為擴(kuò)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(duì)鍛件性能有何影響答：

4、在鍛造時(shí)，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(zhì)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(zhǎng)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?qū)﹀懠阅苡休^大影響。合理的鍛件設(shè)計(jì)應(yīng)使最大載荷方向與金屬纖維方向一致。假設(shè)鍛件的主要工作應(yīng)力是多向的，那么應(yīng)設(shè)法造成與其相應(yīng)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(dāng)?shù)姆帜Ｃ?，保證鍛件內(nèi)部的金屬纖維方向與主要工作應(yīng)力一致。6. 金屬在模膛內(nèi)的變形過程分為哪三個(gè)階段？變形力與行程的關(guān)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(nèi)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(nèi)阻力增大金屬處于較強(qiáng)的三向壓應(yīng)力狀態(tài)，變形力增大，行程H2較??；在鍛足打靠階段，將多余金屬經(jīng)毛邊擠入倉(cāng)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(shè)計(jì)參數(shù)有關(guān)？怎樣選擇設(shè)計(jì)參數(shù)才能使變型過程趨于合理？答：合理的模鍛過程應(yīng)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(yīng)的工藝措施，合理設(shè)計(jì)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(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)一樣嗎？答：不一樣，兩者在模鍛時(shí)都是處于三向壓

6、應(yīng)力狀態(tài)，但閉式模鍛沒有毛邊槽，三向壓應(yīng)力更強(qiáng)，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(huì)被切斷。9. 鍛件公差為何不對(duì)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(cuò)移難以防止，且引起尺寸增大，正公差占主導(dǎo)地位，負(fù)公差是鍛件尺寸的下限，不宜過大，而正公差的大小不會(huì)導(dǎo)致鍛件報(bào)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(fù)公差。10. 鍛件為何要設(shè)高度公差？ 答：受到各種工藝因素的影響，鍛件的實(shí)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(huì)有偏差，設(shè)高度公差，規(guī)定高度方向允許的尺寸偏差范圍，對(duì)控制鍛模工作壽命和鍛件檢驗(yàn)都是必要的。11. 鍛件內(nèi)圓角半徑和外圓角半徑大小對(duì)鍛件成形和鍛模有何影響？答：鍛件的外圓角對(duì)應(yīng)模具的內(nèi)圓角，其作用是防止鍛模在熱處理和模鍛過程中因應(yīng)力集中而導(dǎo)致模具開裂，并保證金屬充滿型槽。假設(shè)外圓角半徑過小，金屬充填模具型槽相應(yīng)處十分困難，而且易在該處引起應(yīng)力集中使其開裂；假設(shè)外圓角半徑過大，將增加機(jī)械加工余量和金屬損耗。鍛件上內(nèi)圓角對(duì)應(yīng)模具的外圓角，其作用是使金屬易于流動(dòng)充滿型槽，防止產(chǎn)生折疊和型槽過早被壓塌。如鍛件內(nèi)圓角半徑過小，那么金屬流動(dòng)時(shí)

8、產(chǎn)生的纖維容易被割斷，導(dǎo)致力學(xué)性能下降，還容易產(chǎn)生回流最后形成折疊導(dǎo)致鍛件報(bào)廢，或使模具上凸出局部壓塌而影響鍛件出模。假設(shè)內(nèi)圓角半徑過大，將增加機(jī)械加工余量和金屬損耗，對(duì)某些復(fù)雜鍛件，內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)模鍛斜度比外模鍛斜度大。13. 為何錘上模鍛時(shí)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?yàn)殄N頭運(yùn)動(dòng)速度很快，由于慣性作用，金屬相對(duì)上模有很大的向上運(yùn)動(dòng)的速度，很易于在上模型

9、槽內(nèi)充型。14. 何為計(jì)算毛坯圖？修正計(jì)算毛坯截面圖和計(jì)算毛坯直徑圖的依據(jù)是什么？答：計(jì)算毛坯圖：長(zhǎng)軸類鍛件終鍛前，常須要把原本等截面的材料沿軸向預(yù)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(yīng)截面積，該毛坯稱計(jì)算毛坯，計(jì)算毛坯圖可用計(jì)算毛坯截面圖和計(jì)算毛坯直徑圖表示。由于鍛件形狀差異大，對(duì)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(yīng)根據(jù)終鍛時(shí)金屬流動(dòng)情況和體積不變?cè)敲?，把初算得到的?jì)算毛坯截面圖與直徑圖進(jìn)展修正。15. 設(shè)計(jì)終鍛模膛應(yīng)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(biāo)注，高度方向以分模面為基準(zhǔn)，考慮金屬材料和模具的冷縮現(xiàn)象并計(jì)算收縮率，為保證鍛件成型質(zhì)量，允許熱鍛件圖上個(gè)別部位與冷鍛件圖有所差異并根據(jù)具體情況處理。16. 預(yù)鍛的目的是什么？設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽應(yīng)以什么為依據(jù)？應(yīng)根據(jù)什么原那么來設(shè)計(jì)？答：預(yù)鍛的主要目的是為了在終鍛前進(jìn)一步分配金屬，分配金屬是為了確保金屬無缺陷流動(dòng)，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(dòng)量，取得所希望的流線和便于控制鍛件的力學(xué)性能。設(shè)計(jì)預(yù)鍛型槽以終鍛型槽或熱鍛件圖為依據(jù)。設(shè)計(jì)原那么是經(jīng)預(yù)鍛型槽成型的坯料，在終鍛型槽中最終成型時(shí)，金屬變形均勻，充填性能好，產(chǎn)生的毛邊最小。17. 所有模鍛件

11、都須要設(shè)預(yù)鍛型槽嗎？答：不是，鍛件力學(xué)性能和質(zhì)量要求高，形狀復(fù)雜時(shí)可采用預(yù)鍛。因預(yù)鍛型槽的加設(shè)易帶來偏心力矩，造成偏心打擊，使上下模錯(cuò)移，影響鍛造質(zhì)量并降低鍛模壽命，設(shè)置預(yù)鍛型槽，增加了模鍛的工序，提高了鍛造本錢。因而對(duì)形狀簡(jiǎn)單，力學(xué)性能和質(zhì)量要求不高的鍛件，不宜設(shè)置預(yù)鍛型槽。18. 鍛模設(shè)計(jì)時(shí)，終鍛型槽和預(yù)鍛型槽應(yīng)如何布排？答：型槽排布應(yīng)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(diǎn)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(duì)于有預(yù)鍛模腔的鍛模，型槽布排應(yīng)使預(yù)終鍛的型槽中心處于鍵槽中心線上，由于預(yù)鍛的作用力只有終鍛的一半，故應(yīng)使終鍛型槽中心到燕尾中心的

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

13、算毛坯最小直徑，d拐為桿部與頭部轉(zhuǎn)接處的直徑。知道了繁重系數(shù)，再結(jié)合長(zhǎng)軸類鍛件的制坯選用圖表來制定工步。即計(jì)算毛坯圖計(jì)算繁重系數(shù)結(jié)合經(jīng)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(shè)計(jì)滾擠型槽時(shí)為何要區(qū)分滾擠坯料的狀態(tài)？答：滾擠型槽輪廓應(yīng)根據(jù)計(jì)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(jīng)抜長(zhǎng)的坯料。假設(shè)型槽寬度太小易帶生毛邊，翻轉(zhuǎn)90°再滾擠那么易產(chǎn)生折疊。假設(shè)寬度過大，聚料效率下降。加工原型材時(shí)，須要將大量金屬?gòu)臈U部擠到頭部，型槽寬度可設(shè)置適宜，而經(jīng)抜長(zhǎng)的坯料桿部直徑已經(jīng)接近要求值，桿部型槽寬度可設(shè)置小些。21. 錘上模鍛常須要設(shè)置鎖扣，而不用

14、導(dǎo)柱導(dǎo)套的原因？答：錘頭運(yùn)動(dòng)速度快，沖擊和震動(dòng)很大，且工作時(shí)承受的沖擊和行程不固定，故采用鎖扣裝置而不采用導(dǎo)柱導(dǎo)套。22. 曲柄壓力機(jī)和模鍛錘比擬各有什么特點(diǎn)？應(yīng)用范圍有何不同？答：曲柄壓力機(jī)：鍛件精度高，機(jī)架具有封閉性，整個(gè)系統(tǒng)形成封閉的受力系統(tǒng)，剛性大、變形小、震動(dòng)?。诲懠?nèi)部變形深透均勻，流線分布良好，力學(xué)性能一致；易產(chǎn)生大毛邊；具有靜壓力特性，金屬流動(dòng)慢，充型能力較低。常用于擠壓、局部鐓粗操作，不適用抜長(zhǎng)、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(diào)節(jié)，能實(shí)現(xiàn)輕重緩急的不同程度打擊，可實(shí)現(xiàn)鐓粗、抜長(zhǎng)、滾擠、彎曲、預(yù)鍛、終鍛等各類工藝，錘上模鍛錘頭運(yùn)動(dòng)速度快，金屬流

15、動(dòng)有慣性，充型能力強(qiáng)；生產(chǎn)效率高，震動(dòng)很大。23. 簡(jiǎn)敘錘上模鍛和曲柄壓力機(jī)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(shè)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(zhǔn)確；緩沖錘擊；容納多余金屬。曲柄壓力機(jī)：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(duì)減小，毛邊槽主要起排泄和容納多余金屬的作用。24. 設(shè)計(jì)終鍛模膛應(yīng)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(biāo)注，高度方向以分模面為基準(zhǔn)；考慮金屬材料和模具的冷縮現(xiàn)象并計(jì)算收縮率；為保證鍛件成型質(zhì)量，允許熱鍛件圖上個(gè)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(jī)上模鍛多采用模座加鑲嵌式構(gòu)造？答：曲柄壓力機(jī)滑塊運(yùn)動(dòng)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(gòu)造不須擔(dān)憂模具強(qiáng)度問題，而且采用鑲嵌式構(gòu)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(jiǎn)敘螺旋壓力機(jī)的工作特點(diǎn)。答：具有模鍛錘和曲柄壓力機(jī)雙重工作特性，單位時(shí)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(diǎn)和應(yīng)用范圍。答：工藝特點(diǎn)：鍛造過程中坯料水平放置，其長(zhǎng)度不受工作空間的限制，適用于鍛造長(zhǎng)桿類鍛件和

17、長(zhǎng)棒類鍛件的連續(xù)鍛造；有兩個(gè)分模面，可以鍛造出一般鍛壓設(shè)備難易鍛成的在兩個(gè)方向有型槽或孔的鍛件；導(dǎo)向性好，行程固定，鍛件長(zhǎng)度方向尺寸穩(wěn)定性比錘上模鍛高。應(yīng)用范圍：可進(jìn)展開式和閉式模鍛，可進(jìn)展終鍛成型和制坯，也可進(jìn)展彎曲、壓扁、切料、穿孔、切邊等工步，不適宜模鍛非對(duì)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(dāng)長(zhǎng)徑比3且端部較平時(shí)，可在平鍛機(jī)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(nèi)頂鐓時(shí)，假設(shè)Dm1.5d0時(shí)，外露的坯料長(zhǎng)度f(wàn)d0或當(dāng)Dm1.25d0，f1.5d0時(shí)，>允，可進(jìn)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(nèi)頂鐓時(shí)，假設(shè)當(dāng)Dm1.5d0時(shí)，鐓粗長(zhǎng)度f(wàn)2d0或當(dāng)Dm1.25d0，f3d0時(shí)>允，可進(jìn)展局部鐓粗而不產(chǎn)生折疊。頂鐓第一規(guī)那么說明了細(xì)長(zhǎng)桿局部鐓粗時(shí)，不產(chǎn)生縱向彎曲的工藝條件，頂鐓第二、第三規(guī)那么說明了細(xì)長(zhǎng)桿局部鐓粗時(shí)，雖產(chǎn)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(gè)傳動(dòng)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(hào)12345678910截面積mm2226600680600415530125615901256226如在坐標(biāo)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(jì)算并作出計(jì)算毛坯直徑圖和平均直徑圖。2、 計(jì)算鍛件重量和下料毛坯尺寸。3、 確定鍛件制坯工步，并設(shè)計(jì)計(jì)算相應(yīng)的制坯型槽。解：解1、1d計(jì)=1.13，分別計(jì)算10個(gè)截面的d計(jì)列于下表中，作圖；截面號(hào)12345678910截面積mm2226600680600415530125615901256226d計(jì)mm1727.6829.527.6823264045.14017h計(jì)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