《锻造工艺学与模具设计》辅导教案.doc

锻造工艺学与模具设计辅导教案袁文生机电工程学院 压力加工教研室第一次讲课一、讲授内容 第一章 绪论一、锻造工艺学及其性质二、锻造生产的特点及其在国民经济中的作用三、我国锻造生产的历史，现状及发展趋势四、锻造生产方法的分类及工艺流程 五、课程的任务。 第二章 锻造用原材料及下料方法第一节 锻造用钢锭及型材 一、钢锭及其冶炼. 二、钢锭的结构 三、钢锭的内部缺陷 四、型材及其常见缺陷第二节 下料方法 一、剪切法 二、锯切法 三、砂轮片切割法 四、折断法 五、气割法六、其它下料方法二、难点1、 钢锭和型材的缺陷产生原因及其危害。2、 各种下料方法的原理。三、基本概念 偏析、夹杂、缩孔、疏松、溅疤、划痕、折迭、粗晶环四、思考题1、 试阐述镇静钢锭的结构及其主要缺陷的产生部位。2、 钢锭常见缺陷有哪些？它们产生的原因和危害性是什么？3、 常见的型材缺陷有哪些？它们产生的原因和危害性是什么？4、 锻造用型材常采用哪些方法下料？各自有何特点？5、 铸锭作为锻造坯料时如何下料？五、要求重点掌握的知识点1、钢锭结构及其常见内部缺陷。2、型材及其常见缺陷。3、常用下料方法及其选择原则。六、所需学时 2小时第二次讲课一、讲授内容第三章 锻造的热规范第节 金属的锻前加热 一、加热的目的 二、加热方法第二节 金属加热时产生的缺陷及防止措施 一、氧化 二、脱碳 三、过热 四、过烧 五、裂纹第三节 锻造温度范围的确定 一、始锻温度的确定 二、终锻温度的确定第四节 金属的加热规范 一、加热规范制定的原则及方法二、钢锭的加热规范三、中、小型钢坯的加热规范二、难点1、氧化和脱碳的共性和异性。2、过热和过烧的相关性及其区别3、 加热过程温度应力、组织应力和残余应力的产生机理及其应力分析。4、 始锻温度和终锻温度正确选择的必要性。5、 加热速度的影响因素及其影响规律。三、基本概念加热规范、氧化、脱碳、过热、过烧、过热温度、过烧温度、始锻温度、终锻温度、锻造温度范围、金属加热规范、最大可能的加热温度、允许的加热温度、温度头、均热保温、最小保温时间、最大保温时间四、思考题1、试说明锻前加热的目的和方法。2、氧化和脱碳有哪些共性和异性？3、氧化和脱碳可产生哪些危害？如何防止？4、过烧和过热有哪些危害? 如何防止？5、导致裂纹产生的内应力有几种？清阐述它们相应的应力状态。6、通常圆柱形坯料产生加热裂纹的危险位置在何处？原因何在？如何防止？7、锻造温度范围的确定原则和基本方法是什么？8、怎样确定碳钢的始锻和终锻温度？它们受到哪些因素的影响？9、为什么要制定合理的加热规范？加热规范包括哪些内容？其核心问题是什么？10、两种不同概念的加热速度实质上反映了什么因素的影响？11、选择加热速度的原则是什么？提高加热速度的措施有哪些？ 12、均热保温的目的是什么？13、冷锭和热锭的加热规范各有什么特点？为什么？、 五、要求重点掌握的知识点1、 锻前加热的目的和方法。2、 加热金属的常见缺陷及其危害。3、 金属加热过程中缺陷的产生原因和防止措施。4、 加热规范的内容、制定原则和方法。六、所需学时 2学时第三次讲课一、讲授内容第三章 锻造的热规范第五节 少无氧化加热 一、快速加热 二、介质保护加热 三、少无氧化火焰加热第六节 金属的锻后冷却 一、锻后冷却常见缺陷产生的原因和防止措施 二、锻件的冷却方法 三、锻件的冷却规范第七节 锻件的热处理 一、中、小锻件热处理二、大型锻件热处理二、难点1、 少无氧化火焰加热法的工作原理。2、 冷却过程温度应力、组织应力和残余应力的产生机理及其应力分析。3、 冷却速度的影响因素及其影响规律。三、基本概念 冷却规范、白点、网状碳化物 四、思考题1、 少无氧化加热主要有哪几种方法？其中火焰加热法的基本工作原理是什么？2、 金属断后冷却常见缺陷有哪些？各自产生原因是什么？3、 为什么硬钢锻后冷却易产生表面纵向裂纹？4、 金属锻后冷却规范一般包括哪些内容？5、 锻件热处理的目的是什么？6、 中小锻件通常采用哪些热处理？各自作用是什么？7、 通常大锻件采用哪些热处理？各自作用是什么？五、要求重点掌握的知识点1、少无氧化加热方法及其工作原理。2、金属锻后冷却常见缺陷及其危害。3、金属锻后冷却中缺陷的产生原因和防止措施。4、 冷却规范的内容、制定原则和方法。5、 常用的锻件热处理方法。六、所需学时 2学时 第四次讲课一、讲授内容第四章 自由锻主要工序分析第节 概述 一、影响金属塑性变形流动的几个基本因素 二、局部加载时沿加载方向的应力分布规律 三、金属塑性变形的不均匀性 四、塑性变形时金属的流动方向第二节 镦粗 一、镦粗工序的主要质量问题和变形流动特点 二、镦粗时的注意事项第三节 拔长 、矩形截面坯料的拔长 二、圆截面坯料的拔长三、空心件拔长二、难点1 金属塑性变形的基本规律和影响因素。2 在几种变形工序中金属流动规律的分析。3 镦粗时金属流动特点及其缺陷产生机理（包括圆截面和矩形截面坯料）。4 拔长时金属流动特点及其缺陷产生机理（包括矩形截面、圆截面和空心截面坯料）。三、基本概念 镦粗、拔长、镦粗比、锻造比、进料比（相对送进量）、相对压缩程度四、思考题1、 导致金属塑性变形不均匀性的原因是什么？2、 镦粗和拔长各有哪些用途？3、 镦粗工序主要存在哪些质量问题？试分析它们产生的原因及其预防措施。4、 拔长工序主要存在哪些质量问题？试分析它们产生的原因及其预防措施。5、 为什么采用平砧小压缩量拔长圆截面坯料时效率低且质量差？应怎样解决？6、空心件拔长时孔内壁和端面裂纹产生的原因是什么？应采取哪些措施加以解决？五、要求重点掌握的知识点1、 金属塑性变形所遵循的基本规律和影响因素。2、 镦粗、拔长工序的金属受力分析。2、镦粗、拔长工序的金属变形和流动特点。3、镦粗、拔长时常见金属缺陷、产生机理及其预防措施。六、所需学时3学时第五次讲课一、 讲授内容第四章 自由锻主要工序分析第四节 冲孔 一、冲孔的受力变形分析 二、冲孔的质量分析第五节 扩孔 一、冲子 二、芯轴 三、辗压第六节 弯曲第七节 其它工序（补充内容） 一、错移 二、扭转二、难点1、 冲孔时受力、变形和缺陷产生原因的分析。2、 扩孔时受力、变形和缺陷产生原因的分析。3、 弯曲时受力、变形和缺陷产生原因的分析。三、基本概念冲孔、走样、扩孔、弯曲 四、思考题1、 试阐述开式冲孔时金属变形和流动特点并画出相应的应力、应变图。2、 冲孔时易出现哪些质量问题？应采取什么措施解决？3、 试阐述冲子扩孔时金属变形和流动特点并画出相应的应力、应变图。 4、 芯轴扩孔时金属主要沿切向流动的原因是什么？此时锻件尺寸变化特点是什么？应怎样防止壁厚不均？5、 辗压扩孔的工艺特点是什么？生产时易产生哪些质量缺陷？怎样防止？6、 弯曲时坯料易产生哪些缺陷？它们产生的原因是什么？五、要求重点掌握的知识点1、 冲孔、扩孔、弯曲工序的应力、应变分析。2、 冲孔、扩孔、弯曲工序的金属变形和流动特点。3、 冲孔、扩孔、弯曲工序中常见的加工缺陷种类、产生原因及其预防措施。六、所需学时2学时第六次讲课一、讲授内容第五章 自由锻工艺第节 自由锻件的分类第二节 自由锻件变形方案的确定第三节 自由锻工艺过程的制定一、锻件图的制定二、确定坯料的重量和尺寸三、确定变形工艺和锻造比四、确定锻造设备吨位第四节 大型锻件锻造的特点（自学）、钢锭冶金质量对锻件的影响二、大型钢锭的加热特点三、热锻变形对金属组织和性能的影响四、大锻件变形工艺分析二、难点 自由锻件变形方案的确定三、基本概念机械加工余量、锻造余块、试样余块、锻件工称尺寸、锻造比四、思考题1、 自由锻工艺的特点及其主要用途是什么？不同材料自由锻面临的主要问题是什么？为什么？2、 试述自由锻件的分类及其采用的基本工序。3、 自由锻工艺过程的制定包括哪些内容？4、 锻造比对锻件组织和力学性能有哪些影响？其选择与锻件大小有何关系？5、 确定自由锻设备吨位有几种方法？为什么水压机锻造所依据的变形力能参数不同？五、要求重点掌握的知识点1、 常见自由锻件的分类。2、 自由锻件变形方案的选择原则和实际应用。3、 考虑机械加工余量、锻造公差、锻造余块、试样余块等影响所绘制的锻件图。4、 坯料重量的计算方法。5、 变形工艺特别是工序顺序、工序尺寸、锻造比等的确定。6、设备吨位的计算公式。六、所需学时1学时第七次讲课与课堂练习一、讲授内容第五章 第三节 五、自由锻工艺过程制定举例第六章 模锻成形工序分析 第一节 概述二、难点1、如何掌握自由锻工艺过程设计方法3、 所选择的自由锻过程中各工序尺寸的确定。三、思考题 模具形状对金属变形和流动的主要影响表现在哪些方面？五、要求重点掌握的知识点1、 自由锻工艺过程设计方法。2、模具形状对金属塑性变形和流动的影响。3、课堂进行一简单锻件的自由锻工艺过程设计。六、所需学时2学时第八次讲课一、讲授内容 第六章 模锻成形工序分析第二节 开式模锻一、开式模锻各阶段的应力应变分析二、开式模锻时影响金属成形的主要因素第三节 闭式模锻一、闭式模锻的变形过程分析二、坯料体积和模膛体积变化对锻件尺寸的影响三、打击能量和模压力对成形质量的影响四、各类锻压设备闭式模锻的特点二、 难点1、开式模锻的应力应变分析。2、闭式模锻的变形过程分析。三、 基本概念开式模锻、闭式模锻、飞边槽四、 思考题1、试分析开式模锻三变形阶段的应力应变状态及其成形特点。2、 开式模锻时影响金属成形主要有哪些因素？3、 飞边槽由几部分组成？它们各自的作用是什么？4、 桥口阻力与哪些因素有关？怎样依据模膛充满的难易程度或设备类型来确定桥口尺寸？5、 闭式模锻的优点是什么？它的正常生产条件及其用途是怎样的？6、 试述闭式模锻三变形阶段的变形情况。7、 闭式模锻模壁受力情况与锻件尺寸关系有何关系？8、 闭式模锻时坯料和体积的变化反映在锻件的哪些尺寸上？影响它们变化的因素有哪些？五、要求重点掌握的知识点1、开式模锻各阶段的应力应变图及其分析。2、模膛尺寸和形状对金属成形的影响。3、飞边槽的作用、类型及其选择。4、终锻前坯料尺寸和形状对金属成形的影响。5、坯料自身性质不均对金属成形的影响。6、设备工作速度对金属成形的影响。7、闭式模锻的变形过程分析。8、坯料体积、模膛体积、打击能量和模压力变化对闭式模锻成形质量的影响。六、所需学时2学时第九次讲课一、讲授内容第六章 模锻成形工序分析第四节 挤压 一、挤压的应力应变分析 二、挤压时筒内金属的变形流动 三、关于“死区”的应力应变分析 四、挤压时常见缺陷的分析五、径向挤压第五节 顶镦 一、顶镦 二、电热镦粗 三、在带有导向的模具中镦粗二、难点 1、挤压的应力应变分析 2、挤压筒内金属的变形流动特点、规律及其影响因素。3、关于“死区”的应力应变分析及其对成形质量的不良影响。4、常见挤压缺陷及其预防措施。5、径向挤压的变形分析及其张力计算。6、两种顶镦情况模具设计原则。三、基本概念挤压、正挤压、反挤压、挤压比、径向挤压、张模力、顶镦四、思考题1、试进行挤压过程的应力-应变分析并阐明轴向应力突变的原因。2、平底凹模正挤压时金属在挤压筒内的流动主要有哪三种情形？为什么？3、平底凹模正挤压时区最小主应力3的数值受到哪三种因素的影响？它们的影响规律是怎样的？4、 试讨论在各种不同的具体条件下平底凹模内正挤时所出现的金属变形和流动情况。5、 “死区”产生的原因是什么？一般“死区”存在哪两种变形情况？6、 “死区”容易产生哪些缺陷？怎样防止？7、 挤压时常存在哪些缺陷？可采取什么措施防止？8、 径向挤压变形过程的主要特征是什么？张模力与何因素有关？9、 挤压缩孔产生的原因是什么？挤压制品裂纹的产生与哪些因素有关？五、 要求重点掌握的知识点1、挤压的应力应变分析 2、挤压筒内金属的变形流动特点、规律及其影响因素。3、 “死区”产生原因、应力应变分析及其对成形质量的不良影响。4、常见挤压缺陷的形成原因及其预防措施。5、径向挤压的用途、变形分析及其张模力计算。6、顶镦用途及其模具设计原则。六、所需学时2学时第十次讲课一、讲授内容第七章 模锻工艺 第一节 常用模锻设备及其工艺特点（自学） 一、模锻锤 二、热模锻压力机 三、螺旋压力机 四、平锻机第二节 模锻工艺及模锻件分类 一、长轴类锻件 二、短轴类(圆饼类)锻件 三、顶镦类锻件 四、复合类型锻件第三节 模锻件图设计 一、锤上模锻锻件图设计 二、热模锻压力机上模锻件图设计特点 三、螺旋压力机上模锻件图设计特点 四、平锻机上模锻件图设计特点二、难点 1、鉴于塑性成形设备课程的讲授在本课程之后，因此，“常用模锻设备及其工艺特点”的知识理解较为困难，建议作为一般了解的知识由学生自学。 2、不同模锻设备上模锻件图的设计特点比较。 3、分模面和冲孔连皮的确定。 4、顶镦的三规则。 三、基本概念分模面、锻件形状复杂系数、模锻斜度、冲孔连皮四、思考题1、 简述各类模锻件所采用的主要变形工布。2、 模锻件的冷、热锻件图的作用各是什么？其锻件图设计内容与自由锻件相比有何不同？3、 锤上模锻选择分模位置的最基本原则是什么？4、 为什么模锻件的正偏差大于负偏差？它的机械加工余量和公差怎样选择和确定？5、 模锻斜度和圆角半径的作用是什么？为什么它们应选择合适值？6、 锤上模锻时有几种形式的冲孔连皮？为什么要选择厚度合适的冲孔连皮？7、 试比较各类模锻设备上模锻件图设计特点。五、要求重点掌握的知识点1、模锻工艺和模锻件的分类原则及其主要类别。2、模锻件图设计的主要内容和方法。3、各类模锻设备上模锻件图设计特点，特别是分模面、机械加工和锻造公差、模锻斜度等的选择原则。4、 冲孔连皮的作用、类型及其选择。5、 顶镦三规则的正确应用。六、所需学时3学时第十一次讲课一、讲授内容第七章 模锻工艺第四节 模锻工艺过程制定的内容和模锻工艺方案选择 一、模锻工艺过程制定的内容二、模锻工艺方案选择第五节 模锻变形工步的确定 一、长轴类锻件制坯工步选择二、难点1、 计算毛坯的设计、简化和计算毛坯图绘制。2、 金属流动繁重系数及其在制坯工步选择中的作用。三、基本概念 模锻工艺过程、计算毛坯图、金属流动繁重系数四、思考题1、模锻工艺过程主要有哪些工序组成？它的制定包括哪些内容且较自由锻工艺过程相比有什么变化？2、模锻工艺方案选择主要涉及哪些方面？基本原则是什么？3、试述计算毛坯图的内容及其在制坯工步中的作用。4、长轴类锻件通常采用的主要制坯工步有哪些？如何确定？5、金属流动繁重系数是如何反映制坯工作量的大小？它在制坯工步选择中有何作用？五、要求重点掌握的知识点1、模锻工艺过程与自由锻工艺过程的异同点。2、计算毛坯的有关计算及其相应图的绘制。3、复杂计算毛坯的简化。4、应用金属流动繁重系数选择长轴类锻件的制坯工步。六、所需学时：2学时第十二次讲课一、讲授内容第七章 模锻工艺第五节 模锻变形工步的确定二、短轴类锻件制坯工步选择三、顶镦类锻件变形工步确定二、难点1、 短轴类锻件的制坯工步选择原则。2、 确定粗大部分杆类锻件变形工步的有关计算和原则。3、 在聚集工步设计时有关注意事项。三、基本概念 成形镦粗（预成性）、滚压、局部镦粗（聚集）、顶镦规则四、思考题1、短轴类锻件通常采用的主要制坯工步有哪些？经坯料镦粗后的制坯尺寸确定原则是什么？2、在热模锻压力机上可采用何种短轴类锻件制坯工步？原因何在？3、顶镦类锻件通常采用的主要制坯工步有哪些？4、试比较分别在凸模内或凹模内聚集的优缺点。5、为什么要确定冲孔芯料的合理厚度？正确的设计原则是什么？6、试比较在透孔和不透孔锻件中分别采用平冲头和尖冲头进行冲孔成形的优缺点。五、要求重点掌握的知识点1、短轴类锻件主要制坯工步。2、短轴类锻件坯料镦粗后的制坯尺寸确定原则。3、在热模锻压力机上和螺旋压力机上短轴类锻件制坯工步的特点。4、顶镦类锻件主要制坯工步。5、不同模式聚集工步的特点。6、冲孔芯料的设计原则、冲孔成形工步以及冲头的选择。7、几种不同情况的管类锻件局部顶镦变形。六、所需学时：2学时第十三次讲课一、讲授内容第七章 模锻工艺第六节 坯料尺寸的确定 一、长轴类锻件 二、短轴类锻件 三、顶镦类锻件第七节 设备吨位的确定 一、模锻锤吨位的确定 二、热模锻压力机吨位的确定 三、螺旋压力机吨位的确定 四、平锻机吨位的确定二、难点1、不同类型锻件的坯料制定方法。2、顶镦类锻件计算毛坯图及坯料直径确定原则。 三、思考题1、 试比较模锻坯料尺寸与自由锻坯料尺寸确定的异同点。2、 试阐述长轴类模锻件坯料尺寸确定的一般步骤。3、 试阐述短轴类模锻件坯料尺寸确定的一般步骤。4、 试阐述顶镦类锻件的坯料选择原则及其机理。5、 带孔锻件坯料直径确定的原则是什么？6、 模锻设备吨位有哪几种方法？四、要求重点掌握的知识点 1、长轴类、短轴类和顶镦类模锻件坯料尺寸确定的一般步骤。2、顶镦类锻件计算毛坯图。3、带孔锻件坯料直径确定原则。4、 各类模锻设备吨位计算公式的正确使用。五、所需学时：2学时第十四次讲课一、讲授内容第八章 锻模设计 第节 锤用锻模 一、模锻模膛设计 二、制坯模膛设计 三、锻模结构设计二、难点1、 预锻模膛、终锻模膛的结构及其设计。2、 终锻时锻件缺陷产生原因的分析。三、基本概念 终锻模膛、预锻模膛、钳口、折迭四、思考题1、 锻模设计包括哪些内容？常用的模锻工步有哪些？2、 终锻模膛设计包括哪些主要内容？3、 热锻件图与锻件图有何差异？绘制时应注意哪些问题？4、 试述飞边槽的组成及其常见结构型式。5、 试述钳口的作用及其常见结构型式。6、 预锻模膛的采用原因及其作用什么？它所引起的不利影响是什么？7、 终锻时产生折迭和充不满的原因分别是什么？应采取什么措施加以抑制？8、 为什么锤上模锻高肋件时要采用预锻？设计该模膛的主要出发点是什么？通常在设计中应采取哪些方法？9、 什么情况下终锻和预锻模膛的设计基本相同？此时两者之间还存在哪些差异？五、要求重点掌握的知识点1、 锻模设计的内容和常用的模锻工步。2、 终锻模膛和预锻模膛设计的内容和方法。3、 热锻件图绘制。4、 飞边槽和钳口的选择。5、 终锻时锻件缺陷产生的原因和防止措施。6、 采用预锻模膛的必要性及其设计原则。六、所需学时：2学时第十五次讲课一、讲授内容第八章 锻模设计 第节 锤用锻模 二、制坯模膛设计 三、锻模结构设计二、难点1、滚压模膛的设计原则和公式。 2、拔长模膛的设计原则和公式。3、模膛的布排要点。4、平衡锁扣及其对应的模膛中心位置确定。5、错移力的平衡和导向。三、基本概念滚压工步、成形工步、锁扣、锻模中心、模膛中心、模块中心、错移力四、思考题1、 制坯工步主要采用哪几种模膛？这些模膛的作用是什么？2、 滚压模膛有几种结构形式？它们的设计原则如何？3、 拔长模膛有几种分类原则？其设计内容及其相应方法是什么？4、 弯曲模膛和成形模膛的设计要点分别是什么？5、 试述镦粗台和压扁台的作用、设计方法及其在模块上的位置。6、 试述切断模膛在模块上的位置和设计方法。7、 锻模结构设计应着重解决哪些问题？什么情况下锻模中心和模膛中心重合？8、 终锻和预锻模膛布排设计的中心任务是什么？9、 锻模中心和模膛中心不重合时会产生哪些不良后果？10、为什么要确定带平衡锁扣模膛的中心位置？一般中心位置有几种情况？11、错移力产生的原因是什么？应从哪两方面考虑减小它的不良影响？12、欲减小错移力的影响模具结构设计中主要采用哪些方法？13、模具的主要破坏形式有哪些？各自产生的原因是怎样的？14、试比较平衡锁扣和导向锁扣的异同点。五、要求重点掌握的知识点1、模锻时常用的制坯工步及其确定原则。2、制坯工步采用的模膛及其作用。3、各种制坯模膛的结构类型、设计内容、设计原则和相关公式。 4、锻模结构设计的目的和任务。5、终锻和预锻模膛布排设计的中心任务。7、 各种制坯模膛在模快上的位置选择。8、 锻模中心和模膛中心的重合问题。9、 平衡锁扣的类型及其在锻模结构中的作用。10、错移力产生的原因、危害及其消除措施。11、模具破坏的主要形式及其产生原因。 12、基于强度考虑的锻模有关尺寸设计。 13、模块尺寸设计。 六、所需学时3学时第十六次讲课一、讲授内容第八章 锻模设计第二节 热模锻压力机用锻模一、模膛设计特点二、锻模结构特点第三节 螺旋压力机用锻模一、锻模设计特点二、锻模结构特点第四节 平锻机用锻模（自学）一、平锻模的固定及固定空间二、平锻模结构设计特点三、模膛设计二、难点1、 热模锻压力机预锻模膛的设计要点。2、 热模锻压力机的锻模闭合高度。3、 螺旋压力机锻模设计特点。三、基本概念 模具闭合高度、压力机最小闭合高度 四、思考题1、 热模锻压力机要采用哪些变形工步？其预锻和终端模膛设计与锤上模锻相比有哪些特点？2、 热模锻压力机的锻模结构有什么特点？3、 螺旋压力机的锻模设计与锤上模锻相比有哪些特点？其锻模模块有哪几种紧固形式？4、 螺旋压力机锻模的导向装置有几种类型？各自用途如何？5、 平锻机模具分为哪三个部分？它由几个分模面？其结构设计特点如何？6、 平锻机模具固定空间最重要的参数是什么？依据何在？五、要求重点掌握的知识点1、热模锻压力机采用的变形工步及其锻模设计特点。2、热模锻压力机的锻模结构特点。3、螺旋压力机采用的变形工步及其锻模设计特点。4、螺旋压力机的锻模结构特点。六、所需学时2学时第十七次讲课一、讲授内容第八章 锻模设计第五节 自由锻锤上模锻与胎模锻锻模一、胎模锻锻模二、固定模模锻锻模第六节 锻模材料一、锤锻模用材料二、摩擦压力机锻模用材料三、热模锻压力机锻模用材料四、平锻机锻模用材料五，液压机锻模用材料第七节 锻模设计实例一、锻件图设计二、计算锻件的主要参数三、锻锤吨位的确定四、确定飞边槽的型式和尺寸五，终锻模膛设计六、预锻模膛设计七、绘制计算毛坯图八、制坯工步选择九、确定坯料尺寸十、制坯模膛设计十一、锻模结构设计十二、连杆模锻工艺流程二、难点1、热锻模具材料的基本性能。2、模膛设计时考虑实际生产经验对有关设计计算尺寸的修改和形状的简化。三、思考题1、胎模锻与自由镦相比有哪些优点？其锻模按用途分为哪三大类？2、固定胎模锻在模锻时上、下模块为什么易错移？应采取哪些措施加以防止？ 3、热锻模具材料应具备哪些基本性能？4、 各类锻压设备可共同采用哪两种热锻模具材料？其道理是什么？四、要求重点掌握的知识点1、胎模锻特点、种类及其用途。2、固定胎模结构及其安装。3、热锻模具材料的基本性能。4、常用热锻模具材料及其选用原则。5、初步了解和掌握锻模及其工艺设计的全过程。五、所需学时2学时第十八次讲课一、讲授内容第九章 模锻的后续工序第一节 切边、冲孔及其模具设计一、切边和冲孔的基本方式及模具类型二、切边模三、冲孔模和切边冲孔复合模四，切边力和冲孔力的计算第二节 精压和校正的应用及模具设计一、精压二、校正第三节 模锻件的表面清理二、难点1、切边模和冲孔模中凸凹模的作用特点。2、切边模模具闭合高度及其与凸模高度的关系。3、切边冲孔复合模设计。三、基本概念简单模、连续模、复合模、精压、切边模具闭合高度、压力机最大封闭高度、压力机最小封闭高度四、思考题1、 试比较切边模和冲孔模中凸、凹模的作用。2、 试比较热切（冲）和冷切（冲）两种工作方式的特点。3、 切边模有哪几部分组成？它有几种类型？4、 切边凹模有哪几种刃口？它们各自用途是怎样的？5、 为什么要合理确定切边模凸、凹模之间的间隙？6、 切边模具闭合高度及其凸模高度怎样确定？7、 精压工序的目的是什么？试阐述它的分类和变形特点。8、 校正工序的目的是什么？试阐述它的分类和用途。9、 试阐述表面清理工序的目的和方法。五、要求重点掌握的知识点 1、切边模和冲孔模的组成部分及其作用和设计方法。 2、精压工序的目的、分类和变形特点。 3、校正工序的目的、分类和确定原则。 4、表面清理工序的目的和方法。 六、 所需学时2学时 参考资料：1、 吕 炎. 锻造工艺学. 机械工业出版社, 1995年2、 张志文. 锻造工艺学. 机械工业出版社, 1983年3、 汪大年.塑性成性原理. 机械工业出版社, 1987年4、 李培武, 杨文成. 塑性成形设备. 机械工业出版社, 1994年5、 崔忠圻. 金属学与热处理. 机械工业出版社, 1994年所需总学时： 38学时所授课程的重点、难点、要点、基本概念、基本要求和有关教学参考资料、辅助资料，课程进度和学时分配等等。 第二节 自由锻 自由锻：利用冲击力或压力，使金属在上、下砧铁之间，产生塑性变形而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的一种加工方法。自由锻造时，除与上、下砧铁接触的金属部分受到约束外，金属坯料朝其它各个方向均能自由变形流动，不受外部的限制，故无法精确控制变形的发展。 自由锻分类：手工锻造和机器锻造两种。手工锻造只能生产小型锻件，生产率也较低。机器锻造是自由锻的主要方法。 自由锻的特点：工具简单、通用性强，生产准备周期短。自由锻件的质量范围可由不及一千克到二、三百吨，对于大型锻件，自由锻是唯一的加工方法，这使得自由锻在重型机械制造中具有特别重要的作用，例如水轮机主轴、多拐曲轴、大型连杆、重要的齿轮等零件在工作时都承受很大的载荷，要求具有较高的力学性能，常采用自由锻方法生产毛坯。由于自由锻件的形状与尺寸主要靠人工操作来控制，所以锻件的精度较低，加工余量大，劳动强度大，生产率低。自由锻主要应用于单件、小批量生产，修配以及大型锻件的生产和新产品的试制等。 一、自由锻工序 自由锻工序：基本工序、辅助工序和修整工序。（一）基本工序 使金属坯料产生一定程度的塑性变形，以得到所需形状、尺寸或改善材质性能的工艺过程。它是锻件成形过程中必需的变形工序，如镦粗、拔长、弯曲、冲孔、切割、扭转和错移等。实际生产中最常用的是镦粗、拔长和冲孔三个工序。 镦粗 沿工件轴向进行锻打，使其长度减小，横截面积增大的操作过程。常用来锻造齿轮坯、凸缘、圆盘等零件，也可用来作为锻造环、套筒等空心锻件冲孔前的预备工序。镦粗可分为全镦粗和局部镦粗两种形式，如图2-7所示。镦粗时，坯料不能过长，高度与直径之比应小于2.5，以免镦弯，或出现细腰、夹层等现象。坯料镦粗的部位必须均匀加热，以防止出现变形不均匀。图2-7 镦粗 a）全镦粗 b）局部镦粗 拔长 拔长是沿垂直于工件的轴向进行锻打，以使其截面积减小，而长度增加的操作过程，如图2-8所示。常用于锻造轴类和杆类等零件。对于圆形坯料，一般先锻打成方形后再进行拔长，最后锻成所需形状，或使用V型砧铁进行拔长，如图2-9所示，在锻造过程中要将坯料绕轴线不断翻转。 图2-8 拔长 图2-9 使用V型砧铁拔长圆坯料 冲孔 利用冲头在工件上冲出通孔或盲孔的操作过程。常用于锻造齿轮、套筒和圆环等空心锻件，对于直径小于25mm的孔一般不锻出，而是采用钻削的方法进行加工。在薄坯料上冲通孔时，可用冲头一次冲出。若坯料较厚时，可先在坯料的一边冲到孔深的23深度后，拔出冲头，翻转工件，从反面冲通，以避免在孔的周围冲出毛刺，如图2-10所示。实心冲头双面冲孔时，圆柱形坯料会产生畸变。畸变程度与冲孔前坯料直径D0、高度H0和孔径d1等有关。D0/d1愈小，畸变愈严重，另外冲孔高度过大时，易将孔冲偏，因此用于冲孔的坯料直径D0与孔径d1之比（D0/d1）应大于2.5，坯料高度应小于坯料直径。图2-10 冲孔 a）薄坯料冲孔 b）厚坯料冲孔 1冲头 2坯料 3垫环 4芯料 冲孔 错移 扭转 （二）辅助工序 为使基本工序操作方便而进行的预变形工序称为辅助工序（压钳口、切肩等）。 （三）修整工序 用以减少锻件表面缺陷而进行的工序（如校正、滚圆、平整等）。 二、自由锻工艺规程的制定 制订工艺规程、编写工艺卡片是进行自由锻生产必不可少的技术准备工作，是组织生产、规范操作、控制和检查产品质量的依据。制订工艺规程，必须结合生产条件、设备能力和技术水平等实际情况，力求技术上先进、经济上合理、操作上安全，以达到正确指导生产的目的。 自由锻工艺规程：根据零件图绘制锻件图、计算坯料的质量与尺寸、确定锻造工序、选择锻造设备、确定坯料加热规范和填写工艺卡片等。 （一）绘制自由锻件图 以零件图为基础，结合自由锻工艺特点绘制而成的图形，它是工艺规程的核心内容，是制定锻造工艺过程和锻件检验的依据。锻件图必须准确而全面反映锻件的特殊内容，如圆角、斜度等，以及对产品的技术要求，如性能、组织等。绘制时主要考虑以下几个因素： 1敷料 对键槽、齿槽、退刀槽以及小孔、盲孔、台阶等难以用自由锻方法锻出的结构，必须暂时添加一部分金属以简化锻件的形状。为了简化锻件形状以便于进行自由锻造而增加的这一部分金属，称为敷料，如图2-11所示。 2锻件余量 在零件的加工表面上增加供切削加工用的余量，称之为锻件余量，如图2-11所示。锻件余量的大小与零件的材料、形状、尺寸、批量大小、生产实际条件等因素有关。零件越大，形状越复杂，则余量越大。 3锻件公差 锻件公差是锻件名义尺寸的允许变动量，其值的大小与锻件形状、尺寸有关，并受生产具体情况的影响。图2-11 锻件余量及敷料 1敷料 2锻件余量 自由锻件余量和锻件公差可查有关手册。钢轴自由锻件的余量和锻件公差，见表2-1。 表2-1 钢轴自由锻件余量和锻件公差 （双边） （mm） 零件长度 零件直径 50 5080 80120 120160 160200 200250 锻件余量和锻件公差 315 52 62 72 83 315630 62 72 83 93 103 114 6301000 72 83 93 103 114 124 10001600 83 93 103 114 124 134 在锻件图上，锻件的外形用粗实线，如图2-12所示。为了使操作者了解零件的形状和尺寸，在锻件图上用双点划线画出零件的主要轮廓形状，并在锻件尺寸线的上方标注锻件尺寸与公差，尺寸线下方用圆括弧标注出零件尺寸。对于大型锻件，还必须在同一个坯料上锻造出供性能检验用的试样来，该试样的形状与尺寸也在锻件图上表示。图2-12 典型锻件图 （二）计算坯料质量与尺寸 1确定坯料质量 自由锻所用坯料的质量为锻件的质量与锻造时各种金属消耗的质量之和，可由下式计算：G坯料= G锻件+G烧损+G料头式中 G坯料 坯料质量，单位为kg； G锻件 锻件质量，单位为kg； G烧损 加热时坯料因表面氧化而烧损的质量，单位为kg；第一次加热取被加热金 属质量分数的2%3%，以后各次加热取1.5%2.0%； G料头 锻造过程中被冲掉或切掉的那部分金属的质量，单位为kg；如冲孔时坯料 中部的料芯，修切端部产生的料头等。 对于大型锻件，当采用钢锭作坯料进行锻造时，还要考虑切掉的钢锭头部和尾部的质量。2确定坯料尺寸 根据塑性加工过程中体积不变原则和采用的基本工序类型（如拔长、镦粗等）的锻造比、高度与直径之比等计算出坯料横截面积、直径或边长等尺寸。典型锻件的锻造比见表2-2。表2-2 典型锻件的锻造比 锻件名称 计算部位 锻造比 锻件名称 计算部位 锻造比 碳素钢轴类锻件 最大截面 2.02.5 锤 头 最大截面 2.5 合金钢轴类锻件 最大截面 2.53.0 水轮机主轴 轴 身 2.5 热轧辊 辊 身 2.53.0 水轮机立柱 最大截面 3.0 冷轧辊 辊 身 3.55.0 模 块 最大截面 3.0 齿轮轴 最大截面 2.53.0 航空用大型锻件 最大截面 6.08.0 （三）选择锻造工序 自由锻锻造工序的选取应根据工序特点和锻件形状来确定。一般而言，盘类零件多采用镦粗（或拔长镦粗）和冲孔等工序；轴类零件多采用拔长，切肩和锻台阶等工序。一般锻件的分类及采用的工序见表2-3。表2-3 锻件分类及所需锻造工序 锻件类别 图 例 锻造工序 盘类零件 镦粗（或拔长镦粗），冲孔等 轴类零件 拔长（或镦粗拔长），切肩，锻台阶等 筒类零件 镦粗（或拔长镦粗），冲孔，在芯轴上拔长等 环类零件 镦粗（或拔长镦粗），冲孔，在芯轴上扩孔等 弯曲类零件 拔长，弯曲等 自由锻工序的选择与整个锻造工艺过程中的火次（即坯料加热次数）和变形程度有关。所需火次与每一火次中坯料成形所经历的工序都应明确规定出来，写在工艺卡片上。 （四）选择锻造设备 根据作用在坯料上力的性质，自由锻设备分为锻锤和液压机两大类。锻锤产生冲击力使金属坯料变形。锻锤的吨位是以落下部分的质量来表示的。生产中常使用的锻锤是空气锤和蒸汽空气锤。空气锤利用电动机带动活塞产生压缩空气，使锤头上下往复运动进行锤击。它的特点是结构简单，操作方便，维护容易，但吨位较小，只能用来锻造100kg以下的小型锻件。蒸汽空气锤采用蒸汽和压缩空气作为动力，其吨位稍大，可用来生产质量小于1500kg的锻件，如图2-13所示。图2-13 蒸汽空气锤示意图 液压机产生静压力使金属坯料变形。目前大型水压机可达万吨以上，能锻造300吨的锻件。由于静压力作用时间长，容易达到较大的锻透深度，故液压机锻造可获得整个断面为细晶粒组织的锻件。液压机是大型锻件的唯一成形设备，大型先进液压机的生产常标志着一个国家工业技术水平发达的程度。另外，液压机工作平稳，金属变形过程中无振动，噪音小，劳动条件较好。但液压机设备庞大、造价高。自由锻设备的选择应根据锻件大小、质量、形状以及锻造基本工序等因素，并结合生产实际条件来确定。例如，用铸锭或大截面毛坯作为大型锻件的坯料，可能需要多次镦、拔操作，在锻锤上操作比较困难，并且心部不易锻透，而在水压机上因其行程较大，下砧可前后移动，镦粗时可换用镦粗平台，所以大多数大型锻件都在水压机上生产。（五）确定锻造温度范围 锻造温度范围是指始锻温度和终锻温度之间的温度范围。锻造温度范围应尽量选宽一些，以减少锻造火次，提高生产率。加热的始锻温度一般取固相线以下100200，以保证金属不发生过热与过烧。终锻温度一般高于金属的再结晶温度50100，以保证锻后再结晶完全，锻件内部得到细晶粒组织。碳素钢和低合金结构钢的锻造温度范围，一般以铁碳平衡相图为基础，且其终锻温度选在高于Ar3点，以避免锻造时相变引起裂纹。高合金钢因合金元素的影响，始锻温度下降，终锻温度提高，锻造温度范围变窄。部分金属材料的锻造温度范围见表2-4。此外，锻件终锻温度还与变形程度有关，变形程度较小时，终锻温度可稍低于规定温度。表2-4 部分金属材料的锻造温度范围 材料类型 锻造温度/ 保温时间 /minmm-1 始 锻 终 锻 10、15、20、25、30、35、40、45、50 1200 800 0.250.7 15CrA、16Cr2MnTiA、38CrA、20MnA、20CrMnTiA 1200 800 0.30.8 12CrNi3A、12CrNi4A、38CrMoAlA、25CrMnNiTiA、30CrMnSiA、50CrVA、18Cr2Ni4WA、20CrNi3A 1180 850 0.30.8 40CrMnA 1150 800 0.30.8 铜合金 800900 650700 铝合金 450500 350380 （六）填写工艺卡片 半轴的自由锻造工艺卡片见表2-5。表2-5 半轴自由锻工艺卡 锻件名称 半 轴 图 例 坯料质量 25kg 坯料尺寸 130240 材 料 18CrMnTi 火 次 工 序 图 例 1 锻出头部 拔长 拔长及修整台阶 拔长并留出台阶 锻出凹档及拔长端部并修整 三、自由锻件的结构工艺性 自由锻件的设计原则是：在满足使用性能的前提下，锻件的形状应尽量简单，易于锻造。1尽量避免锥体或斜面结构 锻造具有锥体或斜面结构的锻件，需制造专用工具，锻件成形也比较困难，从而使工艺过程复杂，不便于操作，影响设备使用效率，应尽量避免，如图2-14所示。图2-14 轴类锻件结构 a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构2避免几何体的交接处形成空间曲线 如图2-15a所示的圆柱面与圆柱面相交，锻件成形十分困难。改成如图2-15b所示的平面相交，消除了空间曲线，使锻造成形容易。图2-15 杆类锻件结构 a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构 3避免加强肋、凸台，工字形、椭圆形或其它非规则截面及外形 如图2-16a所示的锻件结构，难以用自由锻方法获得，若采用特殊工具或特殊工艺来生产，会降低生产率，增加产品成本。改进后的结构如图2-16b所示。图2-16 盘类锻件结构 a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构4合理采用组合结构 锻件的横截面积有急剧变化或形状较复杂时，可设计成由数个简单件构成的组合体，如图2-17所示。每个简单件锻造成形后，再用焊接或机械联接方式构成整体零件。图2-17 复杂件结构 a)工艺性差的结构 b)工艺性好的结构 上一节 下一节第三节 模锻 模锻：在模锻设备上，利用高强度锻模，使金属坯料在模膛内受压产生塑性变形，而获得所需形状、尺寸以及内部质量锻件的加工方法称为模锻。在变形过程中由于模膛对金属坯料流动的限制，因而锻造终了时可获得与模膛形状相符的模锻件。与自由锻相比，模锻具有如下优点： (1) 生产效率较高。模锻时，金属的变形在模膛内进行，故能较快获得所需形状。 (2) 能锻造形状复杂的锻件，并可使金属流线分布更为合理，提高零件的使用寿命。(