塑性成形工艺及模具设计课程教案之二

精编资料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...工艺《塑性成形工艺及模具设计》课程教案之二《锻造工艺学》辅导教案关小军材料科学与工程学院材料加工工程系第一次讲课一、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、难点钢锭和型材的缺陷产生原因及其危害。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、思考题试阐述镇静钢锭的结构及其主要缺陷的产生部位。钢锭常见缺陷有哪些？它们产生的原因和危害性是什么？常见的型材缺陷有哪些？它们产生的原因和危害性是什么？锻造用型材常采用哪些方法下料？各自有何特点？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。始锻温度和终锻温度正确选择的必要性。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锻前加热的目的和方法。加热金属的常见缺陷及其危害。金属加热过程中缺陷的产生原因和防止措施。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、难点少无氧化火焰加热法的工作原理。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。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？金属断后冷却常见缺陷有哪些？各自产生原因是什么？为什么硬钢锻后冷却易产生表面纵向裂纹？金属锻后冷却规范一般包括哪些内容？锻件热处理的目的是什么？中小锻件通常采用哪些热处理？各自作用是什么？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。冷却规范的内容、制定原则和方法。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、难点金属塑性变形的基本规律和影响因素。在几种变形工序中金属流动规律的分析。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）。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、思考题导致金属塑性变形不均匀性的原因是什么？镦粗和拔长各有哪些用途？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。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。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金属塑性变形所遵循的基本规律和影响因素。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、辗压弯曲其它工序（补充内容）一、错移二、扭转二、难点冲孔时受力、变形和缺陷产生原因的分析。扩孔时受力、变形和缺陷产生原因的分析。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。冲孔时易出现哪些质量问题？应采取什么措施解决？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。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？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？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冲孔、扩孔、弯曲工序的应力、应变分析。冲孔、扩孔、弯曲工序的金属变形和流动特点。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？试述自由锻件的分类及其采用的基本工序。自由锻工艺过程的制定包括哪些内容？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？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常见自由锻件的分类。自由锻件变形方案的选择原则和实际应用。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。坯料重量的计算方法。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。基本概念开式模锻、闭式模锻、飞边槽思考题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。开式模锻时影响金属成形主要有哪些因素？飞边槽由几部分组成？它们各自的作用是什么？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？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？试述闭式模锻三变形阶段的变形情况。闭式模锻模壁受力情况与锻件尺寸关系有何关系？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Α区最小主应力σ3的数值受到哪三种因素的影响？它们的影响规律是怎样的？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。“死区”产生的原因是什么？一般“死区”存在哪两种变形情况？“死区”容易产生哪些缺陷？怎样防止？挤压时常存在哪些缺陷？可采取什么措施防止？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？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？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、思考题简述各类模锻件所采用的主要变形工布。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？锤上模锻选择分模位置的最基本原则是什么？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？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？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？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。冲孔连皮的作用、类型及其选择。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、难点计算毛坯的设计、简化和计算毛坯图绘制。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、难点短轴类锻件的制坯工步选择原则。确定粗大部分杆类锻件变形工步的有关计算和原则。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、思考题试比较模锻坯料尺寸与自由锻坯料尺寸确定的异同点。试阐述长轴类模锻件坯料尺寸确定的一般步骤。试阐述短轴类模锻件坯料尺寸确定的一般步骤。试阐述顶镦类锻件的坯料选择原则及其机理。带孔锻件坯料直径确定的原则是什么？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。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、难点预锻模膛、终锻模膛的结构及其设计。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、思考题锻模设计包括哪些内容？常用的模锻工步有哪些？终锻模膛设计包括哪些主要内容？热锻件图与锻件图有何差异？绘制时应注意哪些问题？试述飞边槽的组成及其常见结构型式。试述钳口的作用及其常见结构型式。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？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？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？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锻模设计的内容和常用的模锻工步。终锻模膛和预锻模膛设计的内容和方法。热锻件图绘制。飞边槽和钳口的选择。终锻时锻件缺陷产生的原因和防止措施。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、思考题制坯工步主要采用哪几种模膛？这些模膛的作用是什么？滚压模膛有几种结构形式？它们的设计原则如何？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？弯曲模膛和成形模膛的设计要点分别是什么？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。试述切断模膛在模块上的位置和设计方法。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？终锻和预锻模膛布排设计的中心任务是什么？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。各种制坯模膛在模快上的位置选择。锻模中心和模膛中心的重合问题。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、难点热模锻压力机预锻模膛的设计要点。热模锻压力机的锻模闭合高度。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？热模锻压力机的锻模结构有什么特点？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？螺旋压力机锻模的导向装置有几种类型？各自用途如何？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？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