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锻造工艺与模具设计实验指导书实验一拔长变形研究1 实验目的使坯料横断面积减小，长度增加的变形工序称为拔长。它是锻造工艺中最基本的变形工序之一。拔长时，最好使金属多往前后流动（伸长）而很少向左右流动（展宽）。但金属在拔长时的流动情况是与当时摩擦条件、坯料截面尺寸（b0h0）的大小、送进量l0及压缩量h的大小等多种因素有关。因此，研究这些因素对拔长时金属的流动影响非常重要。本实验的第一个目的有2方面：（1）研究在一定的送进量（）条件下，压缩（）对伸长（）的影响，即=C（常数）时，；（2）研究在一定的压缩（）条件下，送进量（）对伸长（）的影响，即=C（常数）时，。为了满足锻造的二个基本要求，即能够得到一定的尺寸、形状的锻件与提高锻件的内在质量，尤其对后者，在制订热力规范时需要加以慎重考虑。正确的热力规范使变形均匀而深入（锻透），反之，变形分布就不均匀，有时甚至会引起坯料内部裂纹。本实验的第二个目的也有2方面：（1）研究送进量与压缩量对锻透深度的影响；（2）讨论引起裂纹的因素。2 实验设备及条件实验设备：JB2380型冲床1台。实验条件：（1）拔长模1副；（2）游标卡尺2把，高度游标尺1把；（3）钢皮尺、角尺、钢针各2件；（4）夹钳2把；（5）扳手2把，冲床专用扳手1把；（6）试件材料为铅；试件尺寸为Lb0h0=2004040；数量为3根/组。3 实验分组要较完善地得到本实验目的所述2种函数的图形，需要有较多的实验数据。而每个实验小组的实验时间是有限的，为解决这个矛盾，各小组分工合作，只做部分实验，然后汇总其他组实验数据完成实验报告。分组实验试件划线尺寸与实验参数见表1。表1 试件划线尺寸与分组实验参数实验分组试件数量l0/b0l0/%hl0/b0l0/%hl0/b0l0/%hl0/b0l0/%h10.25102080.251030120.251040160.251050200.5200.5200.5200.52010.75300.75300.75300.753011.0401.0401.0401.040注：l0试件每次送进量（mm）；b0试件宽度（mm）；h0试件高度（mm）； 压下变形量（%），即 =h/h；h压下高度（压缩量，mm），h=h0h。4 实验步骤（1）在试件侧面及俯视面划送进定位线将l0/b0=0.25，l0/b0=0.5划在第一根的两端（参见图1，其余类推）；l0/b0=0.75划在第二根上；l0/b0=1.0划在第三根上。并在侧面高度方向中间划一纵线，作为测量标识。 图1 送进定位线的划法 图2 试件测量部位（2）安装模具检查并试运行设备，确认正常后，停车。先安装好上模，再调正对中下模，并用压板、螺钉将下模固定在工作台上。（3）拔长按表1规定调好压下量（每组只做一种压下量），开动压力机，进行拔长，每根试件送进45次。拔长操作时务必注意安全，拔长完成后及时停车。（4）数据测量分别测量l0/b0=0.25，0.5，0.75，1.0情况下45次送进量中间几次有关尺寸（见图2），取平均值记入表2本组栏内。（5）整理实验报告与其他各组交换实验数据，填入表2相应栏内，整理实验报告（可参阅有关教材、手册）。17表2 拔长变形研究实验数据记录组 别送进量l0(mm)有效送进次数n试件有效尺寸(mm)相对送进l0/b0(mm)总伸长L=LL0(mm)一次送进伸长l=L/n(mm)相对伸长量l/l0绝对压下量h=h0h(mm)相对压下量=h/h0(%)压缩前压缩后L0=nl0b0h0L=nlbhI10203040II10203040III10203040IV10203040注：b取中间有效变形处最宽与最窄的平均值。本组为第 组。记录者 实验日期 年 月 日拔长变形研究实验报告1 作图据表2数据，作出及的曲线。相对压缩对拔长的影响 相对送进对拔长的影响2 分析实验结果并讨论（1）分析坯料大送进、小压缩以及小送进、大压缩变形后产生缺陷的原因。（2）讨论归纳拔长时金属流动的特点。实验二开式冲孔金属流动研究1 实验目的观察冲孔时锻件形状的变化，研究有关工艺参数对冲孔变形的影响。具体任务有：（1）用简图描述冲孔过程中锻件形状的变化；（2）研究冲子直径对试件形变的影响，绘制以下3种关系曲线 式中=(%)； 式中=(%)；2 实验原理在坯料上制造出透孔或不透孔的锻造工序称为冲孔。它是锻造工艺中最基本的变形工序之一。冲孔过程中，锻件外形会发生改变。一般表现为高度减小，外圆柱出现桶形（直径增大）。同时，在一个端面上形成下凹形，在另外一个端面上形成凸拱形（见图1）。图1 圆柱坯料冲孔前后形状锻件形状的改变与坯料原始尺寸、冲子尺寸及冲孔时的压入深度有关。（1）d/D0值愈大，锻件畸变愈大。d/D00.5时，锻件畸变非常严重；d/D00.2时，锻件外形变形相对很小。实际上，只有在d/D0值较小时才用开式冲孔。（2）冲孔深度愈大，锻件畸变愈大。冲孔浅（h/H0大），锻件变形不大（h/H0接近1）；随着冲孔深度加大（h/H0变小），冲子使金属向冲孔方向拉缩，使锻件高度变小（H/H0变小）；冲孔深度进一步加大（h/H00.2），锻件高度又增大（H/H0变大）。但是，这种回归现象并不表明锻件畸变减小，而是由于锻件底部上翘造成高度增大，锻件的畸变其实更大。3 实验设备及条件实验设备：多功能成形试验机或YW2200压力试验机1台。实验材料：铅试件4540mm，6件/组。工具：（1）冲子6个（直径分别为10，15，20，25，30，35）；（2）百分表1个，百分表座1个；（3）高度游标尺、游标卡尺各1把；（4）外径千分尺1把，划针1根；（5）起子、内六角扳手、木榔头各1把；（6）模套1副，垫板1块，10mm垫块1块。4 实验步骤（1）对试件编号，分别测量试件原始尺寸（H0，D0）及冲子直径（精确到0.1mm），填入表1中。（2）检查并试运行设备，确认正常后，停车。（3）将10冲子装在固定于试验机的模套内，在试验机工作台上放置垫板。（4）在垫板上放置10mm厚的垫块，用手盘动试验机横梁上的手轮，使横梁下降到冲子下端面贴在垫块上端面上。（5）将百分表座安装于工作台上，装上百分表，使测杆受压后，调整百分表读数在5mm。然后提升横梁，取出10mm厚的垫块。（6）取第1号试件放在垫板上，与冲子对中。开动压力机油泵，对试件施压，观察百分表读数，当读数为5mm时（连皮厚度h=10mm），按下关闭按钮。（7）提升横梁，取出试件，测量Dmax，H，记入表1对应栏内。（8）分别用30，35的冲子替代10冲子，对第5、6号试件进行冲孔（保持连皮厚度h=10mm），重复上述步骤。（9）依次用15，20，25冲子对第2、3、4号试件进行冲孔，并使连皮厚度分别等于20，16，12，10mm。每一试件需中途停车4次（取出与放回试件），测量与连皮厚度相对应时的试件高度H，记入表2与表1对应栏内。连皮厚度为10mm时，还需测量Dmax。描绘出6件试件变形后（连皮厚度h=10mm）的主剖面图（绘在实验报告相应位置）。（10）继续对第2、3、4号试件冲孔，使连皮厚度依次等于8，4mm，测量相应的H，记入表2中。表1 冲孔变形前后尺寸（h=10mm）试件号d/mmH0/mmD0/mmDmax/mmH/mm/%/%h=10mm1（10）2（15）3（20）4（25）5（30）6（35）表2 冲孔深度与试件畸变连皮厚度h/mm2号试件（15）3号试件（20）4号试件（25）h/mmH/mmH0/mmh/mmH/mmH0/mmh/mmH/mmH0/mm201612（10）84开式冲孔金属流动研究实验报告1 绘草图绘出6件试件变形后（连皮厚度h=10mm）的主剖面草图。试件1 试件2试件3 试件4试件5 试件62 作关系曲线（1）根据实验结果（表1）作出冲孔连皮厚为10mm时和曲线。d/D0对试件形状的影响（2）根据实验结果（表2）作出曲线（可只作d=15，20，25mm的3条曲线）。冲孔深度与试件高度的关系3 分析讨论冲孔变形时金属的流动规律性如何？可能出现哪些缺陷？实验三环形锻件的模锻1 实验目的（1）研究环形件模锻时金属流动的各阶段的特点；（2）研究坯料尺寸对模锻过程的影响（形成缺陷的原因）。2 基本理论环形锻件在模锻过程中是否形成折叠与下列因素有关（图1）：（1）坯料直径与凸台直径之比d/d2d/d2大，不易产生折叠；d/d2小易产生折叠。图1 环形锻件模锻实验示意图（2）模腔的尺寸比例d2/d3大，h3/d3大，模腔窄而深，不易产生折叠；d2/d3大，h3/d3小，模腔宽而浅，易产生折叠。（3）凸台边缘圆角半径R2R2大，不易产生折叠，相反易产生折叠。R2对高试样有影响，对于直径大的矮试样则影响不大。上述3因素对折叠的定量影响，参考有关教材和文献手册。3 实验设备及条件实验设备：多功能成形试验机或YW2200型压力试验机1台。试件材料：铅（尺寸、数量分别为4054，2件；5529，1件；5528，1件）。实验模具尺寸参数见表1。表1 模具参数模具号凸台边缘圆角R2环外径d3凸台直径d2模具型腔深度h3注13603026220340工具：游标卡尺，木榔头，起子。4 实验步骤（1）检测试件尺寸，对试件编号。（2）检查并试运行设备，确认正常后，停车。（3）安装模具并对中。（4）用第1套模具压4054，5529的试件，当压力在20kN，40kN，250kN，350kN时，停机取出试件，观察其变形情况和折叠形成过程，并画出模锻过程中试件成形的纵剖面图（测量并标出每次的试件总高度、连皮厚度、最大直径等尺寸），填入表2（下同）。参考压下量范围为：初试阶段85mm，逐次减小，最后取21mm。（5）用第2套模具压4054，步骤及要求同前。观察此条件下是否会出现折叠。（6）用第3套模具压5528试件，步骤及要求同前。观察此条件又是否会出现折叠。环形锻件的模锻实验报告1 绘变形过程草图画出试件在压力为20kN，40kN，250kN，350kN时的纵剖面图，填入表2。表2 试件变形过程草图试件号压力为20kN时压力为40kN时压力为250kN时压力为350kN时12342 讨论与分析（1）从金属流动的情况来分析为什么体积相等的3件坯料直径小的会产生折叠?（2）更换第2、3套模具，实验结果与第1套模具的实验结果有何变化?为什么?设计性实验带大头长轴类锻件填充效果研究1 实验目的研究圆柱形坯料尺寸变化对带大头的长轴类锻件填充效果的影响。2 基本理论与问题的提出对于长轴类模锻件（如各种臂或杆、凸轮轴等），通常选用圆柱形坯料横置于模膛上锻造。当这种锻件在端头或中部带大头时（图1），为了获得好的填充效果和节约原材料，往往需要经过拔长或拔长+滚挤制坯，这就使得在设计阶段需要经过繁琐的截面分析，还要设计相应的制坯模膛；在实际生产中增加了模具尺寸，降低了生产效率。a）大头在端部 b）大头在中间图1 带大头长轴类锻件的2种结构坯料在填充模腔时，大头圆弧部分有一定的聚料作用，使得变形不遵从平面流动假设。能否找到一种尺寸对应关系，在一定范围内，可直接锻造成形，既可获得满意的填充效果，又不明显降低材料利用率（实验之前，请查阅教科书和有关手册，了解相关知识）。建立这种对应关系，对于在机械锻压机、摩擦压力机等不便于制坯操作的设备上使用的模具设计，有参考价值。3 实验设备及条件实验设备：多功能成形试验机或YW2200型压力试验机1台。试件材料：铅（形状为圆柱体，尺寸自己确定，建议每组数量不少于3件）。实验模具：自己设计。参考实验模具结构及型腔主要尺寸见图2（未表示上、下模导向所需的导柱、起重孔等），详细尺寸请事先自行设计。也可改变杆部、头部截面形状等型腔尺寸，设计类似模具。工具：游标卡尺，钢尺，木榔头，起子，扳手等。辅助材料：润滑用机油。图2 带大头长轴类锻件填充实验模具4 实验步骤（1）设计模具，交指导教师审查修改后投入制造。实验之前对模具进行验收。（2）根据模具尺寸，确定坯料尺寸，制备坯料（熔化、浇铸、切削或修锉），并对坯料进行编号。（3）检查并试运行设备，确认正常后，停车。（4）在坯料上抹润滑油，放入模具，合模，将放入坯料的模具整体推入压力机工作台中央位置。（5）缓慢加压，观察变形情况（可中途停车，取出模具，打开观察若干次）。加压结束时，上、下模具之间应保持一定间距（3mm左右），不可压靠，以免损坏模具和设备。（6）取出成形工件，观察分析填充效果，测量有关数据并记录（可视需要设计一些表格，项目一般包括：序号、坯料尺寸/截面面积、模具最大截面面