燕山大学锻压专业综合实验报告

专业综合实验报告
学院：机械工程学院
班级：锻压2班
姓名：董文彬
学号：140101020084
实验一、零件反求造型实验
一、实验目的
1.了解逆向工程的基本概念。

2.了解柔性三坐标测量系统的使用方法。

3.通过对机械零件进行测绘及三维实体造型，了解零件反求造型的基本方法。

二、实验原理
冲压零件、锻造零件、塑料零件的成形均由模具来实现。

在得不到零件的数据资料，只能得到实物零件时，首先要建立零件数模，才能进行模具设计。

利用逆向工程技术将实物模型转化为CAD模型，然后借助CAD/CAM技术在CAD 模型基础上设计模具、加工模具。

本实验采用柔性三坐标测量系统及PowerINSPECT软件对实体零件进行测量，之后采用CATIA或者UG软件进行三维实体造型。

三、实验仪器
柔性三坐标测量系统。

四、实验内容
对机械零件进行三维测绘并进行三维实体造型。

五、实验步骤
1．确定实验方案
在零件中任选一个（每组选2～3个零件），根据零件特征确定实验方案（在实验课之前完成），实验方案包括零件基本几何体的构成、零件基准面的确定、每个几何体需测量的基本元素等。

2．采用三坐标测量系统测绘几个基本元素
3．对零件进行测绘
1.基准面的建立；
2.坐标系的建立；
3基本几何元素的建立；
4.几何元素的测绘；
5.检查测绘零件的构成，检查测绘的数据是否完整，完整的数据将会为下
一步的三维造型奠定基础。

4．数据格式转换
用Power INSPECT软件测量的数据文件格式为pwi格式，为了下一步数据处理，需将文件格式转换为igs格式。

5采用CATIA或者UG软件对测绘的零件进行三维实体造型。

六、实验报告
1.测绘零件结构分析
本次实验是对零件反求进行造型。

实验所用的零件的结构为内凹的圆台型腔，主要特征为上下两个平面为基准面，外围为圆柱型边界，内部为锥形斜面。

2.测绘方案
实验采用柔性三坐标测量系统及PowerINSPECT软件对实体零件进行测量，之后采用solidworks2016软件进行三维实体造型。

鉴于所测绘零件的形状，在测绘时以放置零件的桌子为基准面；以笛卡尔坐标系，即X、Y、Z 三坐标为坐标系；以需测绘4个面为几何元素，即零件的上端面、外圆柱面、内圆锥面和内圆台端面。

3.测绘步骤
（1）首先，先对柔性三坐标测量系统进行测试，并熟悉柔性三坐标测量系统的相关操作。

因为三坐标测量仪像关节一般，不可反转。

所以在测量时，需以三坐标测量仪的可转动方向进行操作。

（2）先使用三坐标测量仪的触头在做为基准面的桌子上测量三次，获得被测零件基准面。

（3）接着测量零件上端面的位置，使用触头在上端面选取三个位置进行测量。

为了保证测量的精度，选取的三个位置的距离应尽可能的远。

（4）测量零件的外圆柱面。

（5）测量零件的内圆锥面。

（6）测量零件的内圆台端面。

（7）在Power INSPECT软件中查看所获得的测绘结果，并将所得文件的格式从pwi格式另存为igs格式，并导入solidworks2016中。

图1-1测量所得的曲面
4.零件三维实体造型方案及步骤
（1）由于所得的三维模型为曲面，因此在三维软件中先确定各个面的交点。

此步骤中，使用solidworks2016的草图功能，用直线将个曲面的延长线相交。

如图1-2为一曲面交点。

图1-2曲面交点
（2）取得多个交点后，使用线段将这些交点连成一封闭的轮廓截面。

图1-3草图截面
（3）将草图截面旋转后，得到逆向建模后的零件三维模型。

图1-4零件三维模型
实验二、塑性加工生产设备
一、实验目的
1.对模具进行测绘并求出零件体积。

2.通过建模后的零件体积计算出坯料长度。

3.下料。

二、实验原理
锯切能切断横断面较大的坯料，虽然生产率较低，锯口损耗大，但下料精确，切口平整，对于端面质量、长度精度要求高的钢材下料，也采用锯切下料。

所以锯床下料使用仍较普遍。

三、实验仪器
电脑、虎钳、钢锯、游标卡尺。

四、实验步骤
1.零件的建模
工具：游标卡尺、电脑、solidworks2016软件。

经游标卡尺测绘得锻模型腔的尺寸，使用软件建模得到锻件的三维图。

由此求出锻件的体积。

图2-1锻件三维图
2.下料尺寸的确定
1.零件体积
经三维建模得V零=2957.166mm³。

2.查表确定飞边桥部高度h等参数
1.取h=0.6mm，h1=3mm，b=6mm，b1=5mm，S =0.8，V飞边槽
1=SV1=0.8x828.7mm³=662.96mm³
2.取h=0.6mm，h1=3mm，b=6mm，b1=5mm，S =0.78，V飞边槽
2=SV2=0.78x1647.492mm³=1027.962mm³
3.坯料高度（D=15mm）
1.（π/4）*D²*h坯1=V
h坯1=[(V飞边槽1+V零)x4]/π*D²=[(662.96+2957.166)x4]/3.14x225
=20.45mm
2.h坯2=[(V飞边槽2+V零)x4]/π*D²=[(1029.962+2957.166)x4]/
3.14x225
=22.5mm
4.下料高度
铜：19mm；钢：20.5mm和22.5mm。

3.下料
下料的方法主要有剪切下料、锯切法、砂轮片切割法、气割法这几种。

本次下料所使用的方法为锯切法。

下料所使用的工具为实验室里的钢锯和虎钳；坯料为直径为15mm的长棒料。

下料的步骤为：将坯料固定在虎钳上——>量取所需料的尺寸——>使用钢锯进行锯切，锯切过程中需注意尽量使切口断面平整——>获得所需的坯料。

实验三、零件的热模锻成形实验
一、实验目的:
1.掌握饼类及轴类锻件的热模锻成形工艺。

2.了解不同材料锻前加热规范的制订。

3.掌握锻前加热方法。

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4.了解锻造设备的选用。

二、使用设备:
VF1600高温加热炉, NTC-60,NTC-110型曲柄压力机, YQ32-500四柱液压机
三、实验步骤:
1.选择加热设备，制定坯料加热规范
查图3-1得知，坯料的加热时间为5分钟。

图3-1中小钢坯在室式炉中的加热时间
1.1 选择加热设备
金属坯料锻前加热的目的是提高金属的塑性，降低变形抗力，使锻件易于流动成形并获得良好的锻后组织和力学性能。

金属坯料的加热方法分为燃料加热和电加热两类。

实验中根据锻坯尺寸，材料，数量选择加热设备为高温电阻炉。

1.2 制定坯料加热规范
实验所用材料：铜、20号钢。

根据铁碳相图，选择始锻温度：1200ºC，终锻温度：800ºC，装炉温度：900ºC，保温时间：15min。

铜无需加热。

2. 零件的热模锻成形
2.1 每组选择2个钢模锻件和铜模锻件，按照加热规范对钢坯料进行锻前加热。

2.2根据锻件及锻模尺寸选择合适的模锻设备，分别将2套锻模定位装夹在不同的设备上，调整设备行程，做好锻前准备。

2.3选择润滑材料，在模具型腔喷涂润滑材料。

润滑材料为牛油和二硫化钼。

其中铜只使用牛油，钢同时添加牛油和二硫化钼。

2.4 先对铜坯料进行模锻，锻后压机数据如图3-2所示.
图3-2铜的模锻力
2.5当钢锻坯保温结束后用夹钳从加热炉膛取出坯料，迅速放置模具中，注意坯料定位，并在坯料表面涂润滑材料。

2.6 开动设备，上模落下至合模锻造结束，记录所用模锻力。

所用模锻力如图3-3和3-4所示。

图3-3 20.5mm钢坯模锻力
图3-4 22.5mm钢坯模锻力
2.7 取下模锻件，待锻件冷却后观测锻件形状，尺寸，分析锻件成形质量。

锻后零件如图3-5所示。

图3-5锻后零件2.8清理锻模，将模具归位。

实验四、热处理及组织观察实验
一、实验目的
1.了解金相显微镜的构造、原理和使用方法；
2.掌握金相显微试样制备的基本操作方法；
3.观察显微组织。

二、实验设备及材料
1.砂纸；
2.抛光机；
3.钢锯、虎钳；
4.金相显微镜。

三、实验步骤
1.取样
使用钢锯和虎钳对锻后的零件取截面。

在锯切的过程中，需使截断面尽可能的平整。

2.粗磨
使用600目的砂纸进行粗磨。

在磨之前，先在砂纸上撒上水，然后将需要磨的端面放在砂纸上进行粗磨。

在粗磨的过程中，零件的磨削方向应始终为一个方向。

当磨痕平均一致后去下一道进行细磨。

3.细磨
分别使用800目、1000目、1200目、2000目的砂纸进行细磨，从粗到细换砂纸后试样需转90°与旧磨痕成垂直方向。

4.抛光
细磨之后需使用抛光机对试样进行抛光。

试样在抛光前，需涂上抛光膏。

用3.5微米/0.5微米的抛光膏对试件进行抛光，直到试样上的磨痕完全出钱而外表像镜面位止。

5.浸蚀
抛光后的试样浸入盛于玻璃器皿的浸蚀剂中进行浸蚀，试样可以细微晃动但不得与器皿接触。

浸蚀剂为4%的硝酸酒精溶液。

6.冲洗
试样浸蚀后需立即用水冲洗再用酒精洗净，后吹风机吹干。

冲洗完后的试件如下图所示。

图4-1冲洗后试件
7.分析
将试件固定于橡皮泥上，在观察面上垫上滤纸，并压牢后，置于金相显微镜下，分别使用50倍、100倍、200倍、500倍物镜进行观察。

观察时，先进行粗调焦，当显示器显示出金相后，在进行微调焦。

得到的金相组织如图所示。

图4-2 50X金相照片
图4-3 100X金相照片
图4-4 200X金相照片
图4-5 500X金相照片
从金相照片中可以看出，铁素体与渗碳体大体上呈均匀分布的状态。

在锻造的塑性变形过程中，变形会破碎粗大的晶粒，从而提高锻件的质量。

但是仍有大片的呈灰白色的铁素体为被塑性成型的过程破碎，说明在这一区域，坯料的变形不是特别的剧烈，未完全达到细化晶粒的效果。