锻压工艺及模具设计习题解

锻压工艺及模具设计作业

1. 最小阻力定律在设计锻模时有何实际意义?

答：在变形过程中，物体各质点将向着阻力最小的方向移动。在开式模锻中，在分模

面上设置毛边槽，可以造成足够大的水平阻力，阻止金属在水平方向流动，迫使金属充满型

槽，很好地提高金属的充型能力。对难以填充的型腔，必要时可在分模面上局部设阻力沟。

2. 锻造加热的目的是什么？

答：提高金属塑性，降低变形抗力。

3. 碳钢锻造温度范围如何确定？为什么中碳钢的终锻温度位于奥氏体单相区，而低高碳钢

终锻温度处在双相区？

答：确定始锻温度时，应保证坯料在加热过程中不产生过烧现象，同时也要尽力避免发

生过热。因此，碳钢的始锻温度则应比铁一碳平衡图的固相线低150～250℃。碳钢的始锻

温度随着含碳量的增加而降低。合金钢通常随着含碳量的增加而降低得更多。在确定终锻温

度时，既要保证金属在终锻前具有足够的塑性，又要保证锻件能够获得良好的组织性能。所

以终锻温度不能过高，温度过高，会使锻件的晶粒粗大，锻后冷却时出现非正常组织。相反

温度过低，不仅导致锻造后期加工硬化，可能引起锻裂，而且会使锻件局部处于临界变形状

态，形成粗大的晶粒。因此，通常钢的终锻温度应稍高于其再结晶温度。按照以上原则，碳

钢的终锻温度约在铁一碳平衡图A ，线以上25～75℃。中碳钢的终锻温度位于奥氏体单相区，

组织均匀，塑性良好，完全满足终锻要求。低碳钢的终锻温度虽处在奥氏体和铁素体的双相

区，但因两相塑性均较好，不会给锻造带来困难。高碳钢的终锻温度是处于奥氏体和渗碳体

的双相区，在此温度区间锻造时，可借助塑性变形，将析出的渗碳体破碎呈弥散状，而在高

于Acm 线的温度下终锻将会使锻后沿晶界析出网状渗碳体。

4. 自由锻工序如何分类？各工序变形有何特点?

答：自由锻主要工序包括镦粗、拔长、冲孔、扩孔、弯曲等。使坯料高度减小而横截

面增大的锻造工序称为镦粗。使坯料的横截面减小而长度增加的锻造工序称为拔长。采用冲

子将坯料冲出通孔或盲孔的锻造工序称为冲孔。减小空心毛坯壁厚而使其外径和内径均增大

的锻造工序称为扩孔。将坯料弯成规定外形的锻造工序称为弯曲。

5. 锻件纤维组织是如何形成的？它对锻件性能有何影响

答：在锻造时，晶界过剩相的形态也要发生改变，其中硅酸盐、氧化物等质硬而脆，很

难变形，只能击碎，沿着主变形方向呈链状分布，硫化物有较好的塑性，可随晶粒一同变形，

沿着主变形方向拉长连续分布。使金属组织具有一定方向性，通常称为“纤维组织”，其宏观

痕迹即“流线”。金属纤维方向对锻件性能有较大影响。合理的锻件设计应使最大载荷方向与

金属纤维方向一致。若锻件的主要工作应力是多向的，则应设法造成与其相应的多向金属纤

维。为此，必须将锻件材料的各向异性与零件外形联系起来考虑，选择恰当的分模面，保证

锻件内部的金属纤维方向与主要工作应力一致。

6. 金属在模膛内的变形过程分为哪三个阶段？变形力与行程的关系如何？

答：(1)镦粗阶段；(2) 形成毛边充满模膛阶段；(3)打靠阶段。在镦粗阶段模腔内阻力

小，变形力较小，行程△H1较大；在形成毛边充满模膛阶段，模腔内阻力增大金属处于较

强的三向压应力状态，变形力增大，行程△H2较小；在锻足打靠阶段，将多余金属经毛边

挤入仓部，变形力急剧增大，行程△H3最小。

7. 合理的模锻过程与哪些设计参数有关？怎样选择设计参数才能使变型过程趋于合理？ 答：合理的模锻过程应保证在充满的前提下把变形力，变形功，飞边的损耗 ，减少到最低

限度，为此，要采取相应的工艺措施，合理设计毛边槽的宽高比，从而加大1∆H ，缩小

2∆H ，尽量减小3∆H 。

8.开式模锻与闭式模锻的应力应变状态一样吗？

答：不一样，两者在模锻时都是处于三向压应力状态，但闭式模锻没有毛边槽，三向压应力更强，金属塑性更好。且闭式模锻中金属的纤维组织按零件轮廓分布，流线连续不会被切断。

9.锻件公差为何不对称分布？

答：高度方向影响尺寸发生偏差的根本原因是锻不足，而型槽底部磨损及分模面压陷引起的尺寸变化是次要的，即正公差是主要的，水平方向锻槽磨损，锻件错移难以避免，且引起尺寸增大，正公差占主导地位，负公差是锻件尺寸的下限，不宜过大，而正公差的大小不会导致锻件报废。正公差偏大有利于稳定工艺，提高锻模使用寿命，因而正公差有所放宽。综上所叙，锻件的公差正公差大于负公差。

10.锻件为何要设高度公差？

答：受到各种工艺因素的影响，锻件的实际尺寸不可能与名义尺寸完全相等，高度方向影响尺寸发生偏差的根本原因是锻不足，在高度方向会有偏差，设高度公差，规定高度方向允许的尺寸偏差范围，对控制锻模工作寿命和锻件检验都是必要的。

11.锻件内圆角半径和外圆角半径大小对锻件成形和锻模有何影响？

答：锻件的外圆角对应模具的内圆角，其作用是避免锻模在热处理和模锻过程中因应力集中而导致模具开裂，并保证金属充满型槽。若外圆角半径过小，金属充填模具型槽相应处十分困难，而且易在该处引起应力集中使其开裂；若外圆角半径过大，将增加机械加工余量和金属损耗。锻件上内圆角对应模具的外圆角，其作用是使金属易于流动充满型槽，防止产生折叠和型槽过早被压塌。如锻件内圆角半径过小，则金属流动时产生的纤维容易被割断，导致力学性能下降，还容易产生回流最后形成折叠导致锻件报废，或使模具上凸出部分压塌而影响锻件出模。若内圆角半径过大，将增加机械加工余量和金属损耗，对某些复杂锻件，内圆角半径过大，使金属过早流失，造成局部充不满。

12.为什么锻件内拔模斜度要大于外拔模斜度？

答：外模锻斜度上的金属由于收缩而有助于锻件出模，内模锻斜度的金属由于收缩反而将模膛的突起部分夹得更紧。所以，在同一锻件上内模锻斜度比外模锻斜度大。

13.为何锤上模锻时上模型槽比下模型槽易充型？

答：锤上模锻是靠锤头冲击坯料使坯料变形，因为锤头运动速度很快，由于惯性作用，金属相对上模有很大的向上运动的速度，很易于在上模型槽内充型。

14.何为计算毛坯图？修正计算毛坯截面图和计算毛坯直径图的依据是什么？

答：计算毛坯图：长轴类锻件终锻前，常须要把原本等截面的材料沿轴向预制成近似终锻件的各截面面积不等的中间毛坯，使中间毛坯上每一横截面面积等于带毛边锻件的相应截面积，该毛坯称计算毛坯，计算毛坯图可用计算毛坯截面图和计算毛坯直径图表示。由于锻件形状差异大，对于具有孔腔或凹部的锻件，沿轴向截面积发生突变处，将不利于金属充型，也不利于型槽加工，因而应根据终锻时金属流动情况和体积不变原则，把初算得到的计算毛坯截面图与直径图进行修正。

15.设计终锻模膛应以什么为依据？

答：以热锻件图为依据，热锻件图以冷锻件图为依据但有所区别，热锻件图的尺寸标注，高度方向以分模面为基准，考虑金属材料和模具的冷缩现象并计算收缩率，为保证锻件成型质量，允许热锻件图上个别部位与冷锻件图有所差异并根据具体情况处理。

16.预锻的目的是什么？设计预锻型槽应以什么为依据？应根据什么原则来设计？

答：预锻的主要目的是为了在终锻前进一步分配金属，分配金属是为了确保金属无缺陷流动，易于充满型槽，减少材料流向毛边的损失，减少终锻型槽磨损（减少金属流动量），取得所希望的流线和便于控制锻件的力学性能。设计预锻型槽以终锻型槽或热锻件图为依