复习思考题与答案111

《锻造工艺学》习题集与答案
一、名词解释
1．模锻：是将加热或不加热的坯料置于锻模模膛内，然后施加冲击力或压力使坯料发生塑性变形而获得锻件的锻造成形过程。

2．自由锻造：是利用冲击力或压力使金属材料在上下两个砧铁之间或与砧铁与锤头之间产生变形，从而获得所需形状、尺寸和力学性能的锻件的成形过程。

3．温挤压：将坯料加热到金属再结晶温度以下、回复温度以上某个适当的温度范围内进行的挤压。

4．复合挤压：一部分金属坯料的挤出方向与凸模的运动方向相同，另一部分金属坯料的挤出方向与凸模的运动方向相反，是正挤和反挤的复合。

5．等温挤压：就是在整个挤压过程中，挤压模模口附近的变形区金属的温度始终保持恒定或基本恒定，以保持金属的等变形抗力和流动的均匀性，从而使制件材料获得较均匀的组织及力学性能。

6．热挤压：将金属材料加热到热锻成形温度进行挤压，即在挤压前将坯料加热到金属的再结晶温度以上的某个温度下进行的挤压。

二、填空题
1．零件挤压的基本方法有（正挤压）、（反挤压）、（复合挤压）、（减径挤压）、（径向挤压）和（镦挤复合法）等六种。

2．适宜于温挤压润滑剂的基本材料有（石墨）、（二硫化钼）、（玻璃）和（氧化铅）等五种。

3．热挤压件常用的热处理方法有（退火）、（正火）和（调质）等。

4．加热缺陷主要有（氧化）、（脱碳）、（过热）、（过烧）和（开裂）等。

5．冷挤压模具的导柱导套布置方式有（双导柱中间布置）、（双导柱对角布置）、（四导柱封闭布置）三种。

6．典型冷挤压模的组成（工作部分）、（传力部分）、（顶出部分）、（卸料部分）、（导向部分）和（紧固部分）等。

三、应用题
1．试述奥氏体不锈钢的表面处理过程。

答：奥氏体不锈钢因与磷酸盐基本上不发生化学反应，所以不能用磷化处理，故用草酸盐处理来代替。

处理后坯料用热水洗涤，经过草酸盐处理后的坯料表面呈绿墨色。

为了使不锈钢坯料能与草酸盐溶液直接接触，坯料在草酸盐处理前应进行酸洗。

2．冷挤压坯料为何要进行软化处理？
答：为了改善冷挤压坯料的挤压性能和提高模具的使用寿命，大部分材料在挤压前和多道次挤压工序之间必须采用软化处理，以降低材料的硬度，提高材料的塑性，得到良好的显微组织，消除内应力。

3．三向压应力为何可以提高被挤压材料的塑性？
答：三向压应力之所以可提高被挤压材料的塑性，是由于：
（1）三向压应力状态能遏制晶间相对移动，阻止晶间变形，从而提高了塑性；而拉应力会促进晶间变形，加速晶界的破坏。

（2）三向压应力状态有利于消除由于塑性变形所引起的各种破坏，能促使被破坏的晶内和晶间的联系得到恢复。

这样，不仅是金属变得致密，而且还能使各种显微裂纹，甚至宏观破坏得到修复。

（3）按向压应力状态能使金属内某些夹杂物的危害程度大为降低。

因金属内部夹杂物的存在，正如内部空洞一样会产生应力集中带来的危害。

（4）三向压应力状态可以抵消或减小由于不均匀变形而引起的附加应力，从而减轻了附加拉应力所造成的破坏作用。

5．试述碳钢及合金钢挤压坯料的表面处理过程。

答：碳钢及合金钢坯料冷挤压前的表面处理为磷化处理。

其具体处理工艺如下：
（１）化学去油：用氢氧化纳、碳酸纳、磷酸纳及水玻璃组成的碱水，在85℃以上处理15～25min即可。

（２）流动冷水清洗。

（３）酸洗：用硫酸或盐酸溶液在65～75℃的温度范围内处理5～１０min即可。

(４）流动冷水清洗：是为了防止吸附在坯料表面的硫酸或盐酸溶液带入到下一道的磷化液中，影响磷化效果。

（５）热水清洗：
为磷化处理作准备。

（６）磷化处理。

（７）流动冷水清洗。

（８）中和处理：采用碱性溶液对已经磷化的坯料进行中和处理，以防止附着在坯料表面上的酸性物质对以后的润滑处理不利。

6．冷变形和热变形各有何特点？它们的应用范围又如何？
答：1）冷变形的特点：
①．金属变形后具有加工硬化现象，即金属的强度、硬度提高，塑性和韧性下降。

②．冷变形制品的尺寸精度高、表面质量好。

③．对于哪些不能或不易用热处理方法提高强度和硬度不但有效，而且经济。

④．对于有些冷塑性成形的制品，还要进行低温回火处理以消除内应力，保留加工硬化效果。

⑤．冷变形需要重型和大功率设备。

⑥．对于加工坯料要求表面干净、无氧化皮、平整等。

2）热变形的特点：
①．金属在热变形中始终保持着良好的塑性，可使金属进行大量的塑性变形；又因高温下金属的屈服强度较低，故变形抗力低，易于变形。

②．热变形使金属材料内部的缩松、气孔或空隙被压实，粗大的晶粒组织结构被再结晶细化，从而使金属内部组织结构致密细小，力学性能特别是韧性明显改善和提高。

③．热变形使金属材料内部晶粒间的杂质和偏析元素沿金属流动的方向呈线条状分布，再结晶后，晶粒的形状改变了，但定向伸长的杂质并不因再结晶的作用而消除，形成了纤维组织，使金属材料的力学性能具有方向性。

④．热变形广泛应用于大变形量的热轧、热挤以及高强度、高韧性毛坯的锻造生产等。

⑤．热变形的金属表面氧化较严重，工件精度和表面质量较差。

⑥．设备维修工作量大、劳动强度也较大。

3）冷变形的应用范围：主要用于低碳钢、低碳合金结构钢、中碳钢、部分中碳合金结构钢零部件的精密成形加工，如冷冲压件、冷轧冷挤压型材、冷挤压制品、冷卷弹簧、冷拉线材、冷镦螺帽螺钉等。

4）热变形的应用范围：广泛用于大变形量的热轧、热挤以及高强度高韧性毛坯的锻造生产。

7．碳钢在锻造温度范围内进行塑性变形时，是否会出现加工硬化现象？
答：碳钢在锻造温度范围内进行塑性变形时会出现加工硬化。

因为金属的塑性变形是位错运动的结果，在位错运动的过程中必要会产生加工硬化；只是碳钢在锻造温度范围内锻造成形时，由于金属的温度较高，金属在进行塑性变形产生加工硬化的同时变形的晶粒会产生回复和再结晶，使加工硬化作用减弱或抵消加工硬化作用，使碳钢在锻造时保持比较恒定的塑性变形抗力。

8．提高金属材料可锻性最常用且有效的办法是什么？为何这样？
答：①提高金属材料可锻性最常用且有效的办法是提高金属塑形变形时的温度即对金属加热，在热状态下进行塑性成形。

因为金属在加热中，随着温度的升高，金属原子的运动能力增强（热能增加，处于极为活泼的状态中），很容易进行滑移，因而塑性提高、变形抗力降低，可锻性明显提高，更加适宜于塑性成形加工。

9．论述模锻时分模面的选择原则。

答：制定分模面应遵循的原则：1）要保证模锻件易于从模膛中取出。

2）所选的分模面应能使模膛的深度最浅。

3）选定的分模面应能使上下模沿分模面的模膛轮廓一致，便于安装和模具调整。

4）分模面最好是平面，且上下锻模的模膛深度应可能一致。

5）所选分模面尽可能使锻件所加的敷料最少。

11．锻件图有何用途？它与零件图比较有何不同？
答：①锻件图的作用是组织锻造的生产过程、制定操作规范、控制和检验锻件产品的依据。

②锻件图是以零件图为基础并结合锻造方法的过程特征，考虑了敷料、加工余量、锻造公差等因素而绘制的技术资料，它是指导锻造生产的关键技术资料。

12．下列零件（如图A、B、C所示）若各自分别按单件小批量、成批生产和大批量生产时，试：1.根据生产批量选择锻造方法。

2.由选取的锻造方法绘制出相应的锻造过程图（锻件图）。

3.确定所选锻造方法的工序。

答：①对图A所示的轴承外圈
a. 单件小批量生产时：选择自由锻造方法进行锻造比较适合。

其锻件图见图A（自由锻）：锻造工序有镦粗、冲孔、在芯轴上扩孔、修圆和修平面等五个工序。

b. 批量生产时：选择模型锻造的锻造方法进行锻造比较适合。

其锻件图见图A（模型锻造）：锻造工序有镦粗、终锻、切飞边冲连皮等三个工序。

c. 大批量生产时：选择模锻制坯+辊环轧制的锻造方法进行锻造比较适合。

其锻件图见图A（模型锻造+辊环轧制）：锻造工序有预锻、终锻、切飞边冲连皮、辊环轧制等四个工序。

②对图B所示的齿轮
a. 单件小批量生产时：应选择自由锻造方法进行锻造比较适合。

其锻件图为：，锻造工序有镦粗、滚圆、冲孔、修圆和修平面等5个工序。

b. 批量生产时：应选择模型锻造的锻造方法进行锻造比较适合。

其锻件图为：，锻造工序有预锻、终锻、切飞
边冲连皮等三个工序。

c. 大批量生产时：应选择精密模锻的锻造方法进行锻造比较适合。

其锻件图为：，锻造工序有预锻、精锻、切飞边冲连皮等三个工序。

③对图C所示的轴类零件
a. 单件小批量生产时：应选择自由锻造方法进行锻造比较适合。

其锻件图为：，锻造工序有压肩、拔长、滚圆、
修整、再压肩、拔长、滚圆和修整等工序。

b. 批量生产时：应选择模型锻造的锻造方法进行锻造比较适合。

其锻件图为：，锻造工序有拔长、滚压、拔长、
预锻、终锻、切边等工序。

c. 大批量生产时：应选择楔横轧制坯、精密模锻成形方法进行生产比较适合。

其锻件图为：，锻造工序有楔横
轧制坯、热精密模锻等工序。

13．何谓塑性变形？塑性变形的实质是什么？
答：①塑性变形就是指当作用于金属的外力增大到使金属的内应力超过该金属的屈服极限以后，金属产生永久性变形，这种变形就称为塑性变形。

②塑性变形的实质是金属晶体内部产生滑移的结构。

14．如何提高金属的塑性？最常用的措施是什么？
答：①提高金属的塑性应从以下方面着手：
a.改善金属内部组织：由于单相组织比多相组织的塑性好，均匀细小的组织比粗大的组织塑性好；因此，可以
通过热处理的方法尽量获得单相组织或均匀细小的组织。

b.提高变形温度：提高金属塑性变形时的温度，金属的塑性指标增加、变形抗力降低，有利于金属的塑性成形。

c.提高金属塑性变形速度：尽量提高金属塑性变形速度，借助于热效应，使金属塑性指标提高、变形抗力降低，
从而提高金属的塑性变形能力。

d.改善金属塑性变形的应力状态：尽量采用压应力数目较多的金属塑性变形方式，以提高金属的塑性。

②最常用的措施是提高金属塑形变形时的温度即对金属加热，在热状态下进行塑性成形。

16．为什么重要的巨型锻件必须采用自由锻造的方法制造？
答：自由锻造是利用冲击力或压力使金属材料在上、下两个砧座之间或锤头与砧铁之间产生变形，其操作工具简单、操作方便；同时自由锻造的成形方法可以是整体成形也可以是局部塑性变形，对各种不同形状和尺寸的锻件可以随意选择。

对于重要的巨型锻件，由于其数量少，很多时候是单件生产，不可能为这种数量少的锻件作一副整体锻造模具；且巨型锻件的形状较简单、尺寸较大，作一副整体锻造模具十分不经济；同时巨型锻件的整体锻造需要相当大吨位的锻造设备，对模具的安装、调试均十分麻烦。

因此，对于巨型锻件可以采用自由锻造方法，由局部塑性变形逐渐达到整体成形的目的。

17．如何确定分模面的位置？为什么模锻生产中不能直接锻出通孔？
答：①在制定模锻件图时，须遵照下列原则确定分模面的位置：
a.要保证模锻件易于从模膛中取出。

通常分模面选在模锻件的最大截面上。

b.所选定的分模面应能使模膛的深度最浅。

这样有利于金属充填模膛，便于锻件的取出和锻模的制造。

c.选定的分模面应能使上、下两模沿分模面的模膛轮廓一致。

这样在安装锻模和生产中发现错模现象时，便于
及时调整锻模位置。

d.分模面最好是平面，且上、下锻模的模膛深度尽可能一致。

便于模膛制造。

e.所选分模面尽可能使锻件所加的敷料最少。

这样既可提高材料的利用率，又减少了切削加工的工作量。

②在模锻生产过程中，为了避免上、下模膛中的上、下模突出部分在模锻的锻足阶段直接接触，以避免该部分的直接刚性接触所引起的模具损坏或模锻设备损坏，提高模具的使用寿命，从而提高生产效率、保证模锻设备的安全运行，要求上、下模膛中的突出部分在锻足阶段有一定的距离。

由于上、下模膛中的上、下模突出部分的高度有限，在模锻过程中不可能把金属完全分开而挤压出通孔，而只能压凹成盲孔，中间留有一层连皮，这层连皮在切飞边时冲除后，才成为通孔。

由此可知，在模锻生产中不能直接锻出通孔。

18．精密模锻需要哪些工艺措施才能保证产品的精度？
答：①．精密下料：精确计算原始坯料的尺寸。

②．坯料表面质量要高，不能有氧化皮、脱碳层等缺陷。

③．采用少无氧化加热。

④．模具型腔的高精度加工。

⑤．模具的高精度导向。

⑥．润滑剂的选择和润滑方式的选取。

⑦．模具型腔的冷却方式。

19.什么叫锻造比？它有什么作用？
答：拔长的变形程度是以毛坯拔长前后的截面积之比——锻造比（简称锻比）表示。

锻比大小反映了锻造对锻件组织和力学性能的影响，表示锻件在锻造（拔长）成形时变形程度，是保证锻件品质的一个重要指标。

20.能够在一块金属上一次冲出通孔吗？为什么？
答：不能。

因为金属在自由镦粗时，随着坯料高度的不断减小，均匀变形区越来越小，逐步消失。

大变形区越来越小，难变形区越来越大，并且变得重迭。

当高度减小到一定程度时，就很不容易变形，产生很大的变形力。

这时容易将冲头折断，或使设备损坏。

21.在设计开式模锻模具时如何设计飞边槽？
答：设计飞边槽，主要是合理确定飞边槽桥部宽度和高度。

为了保证金属充满模膛，希望飞边桥部阻力大一些。

但阻力过大，会使模锻成形的变形功和变形力变大，对模锻锤会造成因打击能量不足而上下模不能打靠，对热模锻压力机则可能发生超载“闷车”。

因此，飞边槽要根据模膛充填的难易程度设计。

模膛易充满时，b/h 值取小些，反之，取大些。

22.什么叫镦粗法则？
答：镦粗法则就是在圆柱体镦粗时，被镦粗的毛坯要考虑高径比H/d大致为2.5～3.0。

当高径比H/d≥2.5时，往往要考虑预制坯，防止在成形过程中坯料弯曲失稳，或产生弯曲，形成折叠。

23.目前国内锻压时常采用什么样的润滑剂？
答：目前国内锻压时使用石墨润滑剂，要求石墨纯度要高，粒度细。

一般矿区提供的石墨纯度平均在82%左右，粒度在40～140左右。

24.火焰加热有什么优点？火焰加热适用于什么样的坯料的锻前加热？
答：火焰加热燃料来源方便、加热炉修造容易、加热费低、适应性强。

火焰加热适用于大、中、小型坯料的锻前加热。

27.什么叫钢在加热时的脱碳？
答：坯料在加热时，其表层的碳和炉气中的氧化性气体以及某些还原性气体发生化学反应，造成坯料表层的含碳量减少，这一表层常称脱碳层，这种缺陷既为脱碳。

28.什么是锻造温度范围？确定锻造温度范围的原则是什么？
答：锻造温度范围是指坯料开始锻造时的温度和结束锻造时的温度之间的温度区间。

确定锻造温度范围的原则是：（1）在这种温度下锻造金属具有良好塑性和较低的变形抗力；（2）能保证锻件
内在质量；（3）锻造温度范围尽可能宽。

29.坯料在加热时产生裂纹的原因有哪些？
答：如果坯料在加热过程的某一温度下，拉应力超过它的强度极限，那么就要产生裂纹。

产生裂纹的原因大致有：温度应力；组织应力；残余应力。

30.锻件在冷却过程中为什么会发生裂纹？
答：锻件在冷却过程中，由于温度应力、组织应力以及残余应力之和超过材料的强度极限而形成裂纹。

31.如何确定自由锻件变形工艺过程？
答：对自由锻件变形工艺过程的确定就是确定基本工序、辅助工序、修整工序，以及确定各变形工序顺序和中间坯料尺寸等。

32.如何确定锻件尺寸？
答：确定锻件尺寸时必须考虑火耗，保证锻件各个部分有适当的体积公差；另外，要保证锻件在锻造最后进行精整时要有一定的修整量。

33.预成形工步有什么作用？
答：预成形工步的作用是按照锻件图的要求和金属流动规律分配坯料体积，得到介乎坯料和终锻件之间而接近终锻件的过渡形状。

34.为什么设备工作速度高时模锻，金属容易变形？
答：一般说来，设备工作速度高时，金属变形速度快，金属变形的惯性和变形热效应突出。

由于温度较高，氧化皮软化，摩擦系数有所降低，这时的氧化皮在某种程度上具有润滑剂的功能。

另外，锤上锻造时，变形金属具有很高的变形速度，在模具停止运动瞬时，变形金属仍可依靠变形惯性继续充填模膛。

35.顶镦工艺的技术关键是什么？
答：顶镦工艺的技术的关键是使坯料在顶镦过程中不产生弯曲，或仅有少量弯曲但不能折叠。

36.什么是顶镦第一规则？
答：顶镦第一规则当毛坯的端面平整且垂直于棒料轴线，其变形部分的长度长径比小于3时，可以一次顶镦成形。

这就是顶镦第一规则。

37.为什么要在锻件上预留加工余量？
答：锻件上凡是尺寸精度和表面品质达不到零件图要求的部位，需要在锻后进行机械加工，这些部位应预留加工余量。

模锻件的加工余量要大小恰当。

38.精密模锻的目的是什么？
答：精密模锻的目的是在不影响零件加工品质的前提下模锻出小余量精锻件。

39.为什么要在锻件上设计模锻斜度？
答：为了便于将成形后的锻件从模膛中取出，在锻件上与分模面相垂直的平面或曲面上必须加上一定斜度的余料，这个斜度就称为模锻斜度。

40.圆饼类模锻件一般使用什么制坯方法？
答：圆饼类模锻件一般使用镦粗制坯，形状复杂的宜用成型镦粗制坯。

不过在特殊情况下，也有用拔长、滚挤或打扁制坯的。

41.长轴类模锻件有几种？一般采用什么制坯方法？
答：长轴类模锻件有直长轴件、弯曲轴件、带枝芽长轴件和带叉长轴件等。

由于形状的需要，长轴类模锻件的模锻工序有拔长、滚挤、弯曲、成形等制坯工步。

42.预锻模膛有什么作用？
答：预锻模膛的作用有：（1）改善金属在终锻时的流动；（2）避免折叠、裂纹和其他缺陷；（3）提高模具寿命。

44.锻模设计主要包括哪些内容？
答：锻模设计主要包括这些内容：考虑模膛的布排、错移力的平衡、锻模的强度校核。

46.热模锻压力机用锻模的主要导向装置由什么组成？如何设计？
答：热模锻压力机用锻模的主要导向装置由导柱、导套组成。

大多数锻模采用设在模座后面或侧面的双导柱，也有采用四导柱的导向装置。

导柱长度应保证当压力机滑块在上止点位置时，导柱不脱离导套；在下止点位置
时，不碰盖板。

47.采用导向装置的目的是什么？
答：采用导向装置是为了平衡模锻过程中出现的错移力，减少锻件错移，提高锻件精度和便于模具安装、调整。

（三）中间常啮合齿轮的热模锻压力机模锻工艺
1．锻件图的制定
中间常啮合齿轮是一种高轮毂、薄轮辐齿轮，其锻件图如图1所示，材料为20MnVB。

图１中间常啮合齿轮锻件图
2．模锻工序的选择
按计算应选用25000KN热模锻压力机，毛坯尺寸为ф70×155mm。

这是一个典型的三工步锻件，选用镦粗－－预锻－－终锻三个工步，其工步图见图２所示。

第一工步为镦粗，其理想镦粗直径为ф165mm左右，这样镦粗高度不足30mm，而按轮毂部分的体积要求，镦粗毛坯中部高度应有约35mm，因此设计成图2(a)的形式，这时镦粗毛坯的外径已经接近轮缘厚度的1/2处。

预锻及终锻工步均按前述的设计原则设计。

图2 (a) 镦粗
图2 (b) 预锻
图2 (c) 终锻
图2 中间常啮合齿轮模锻工步图3．镦粗模具结构
其镦粗模具结构如图3所示。

图3 镦粗模具结构
4．预锻模具结构
本次锻造成形时的预锻和终锻均采用键式模架（如图4所示），其预锻模具镶块如图5所示。

图4 键式模架结构图。