锻造实习指导书

锻造实习指导书
一、实习目的
1、掌握锻造的基础知识。

2、了解简单锻件的自由锻造过程。

3、学习锻造设备工作的基本原理、使用方法和注意事项。

4、自行设计锻件，掌握模锻锻造的基本工序，加深对模锻的了解。

二、实习设备
实习用63T、100T模锻液压机，63T模锻液压机的公称力为
630KN，100T模锻液压机的公称力为1000KN，两种吨位的液压
机的结构相同，均为三梁四柱形式，如图1为液压机的简图。

三梁
为上横梁、滑动横梁、底座，三个横梁通过四根立柱相连接。

凸模
与滑动横梁中的模座相连，滑动横梁向下带动凸模向下运动。

凹模
固定在底座的下模座上。

1-冲液筒2-上横梁3-上液压缸4-滑动横梁5-立柱6-底座7-顶出液压缸
8-液压系统站9-电动机
图1液压机简图
操作设备时，首先接通电源，启动设备，根据设计锻件的情况，调节主液压缸的压力在合适的范围内。

选择液压机手动、自动的工作方式。

当采用手动时，点动按钮，滑动横梁可以停在任意位置；采用自动方式时，可实现单次循环工作。

出现任何问题时，可采用急停停止。

下压：滑动横梁带动凸模具向下运动。

电机带动高压油泵，将液压油经过液压系统推动到上液压缸缸中，滑动横梁与上液压缸相连，液压油推动上液压缸柱塞向下，带动滑动横梁向下运动，使得凸模压紧锻件。

上升：滑动横梁到达下限位位置后，向上运动。

上液压缸经过液压油的推动，上液压缸柱塞向上运动，带动滑动横梁向上运动，凸模脱开凹模。

顶出：顶出装置向上运动。

液压油经液压系统流向顶出缸，顶出缸柱塞向上运动，带动顶出装置向上运动，将锻件顶出凹模。

顶出回程：顶出装置向下运动。

液压油推动顶出缸，顶出缸柱塞向下运动，顶出装置向下回程。

单次循环：工作方式采用自动形式，按压控制面板向下按钮或者踩踏板后立即松开。

完
成滑动横梁向下压运动、
上升运动、顶出装置顶出、顶出装置回程一次完整循环。

如要实现下一循环，需要重新按向下按钮或者踩动踏板。

三、 实习内容
利用模具使毛坯变形而获得锻件的锻造方法称为模锻。

与自由锻相比，模锻具有锻件精度高、流线组织合理、力学性能高等优点，而且生产率高，金属消耗少，并能锻出自由锻难以成形的复杂锻件，如图2是曲轴模锻件和航空模锻件。

现代化大批量生产广泛采用模锻，但模锻需用锻造能力大的锻造设备和价格昂贵的模具，而且每种模具只能加工一种锻件，所以模锻不适合于单件、小批量生产。

(a) 曲轴模锻件 (b) 航空模锻件
图2 典型的模锻件
（一）、模锻的分类
按模具类型模锻可分为开式模锻和闭式模锻。

1、开式模锻（有飞边的模锻）。

两模具间间隙的方向与模具运动的方向相垂直，在模锻过程中间隙不断减小的模锻方式成为开式模锻，如图3所示，开式模锻中设有飞边槽，因此开式模锻又叫有飞边模锻。

图3 开式模锻
终锻模膛是模锻成形用的模膛，和热锻件图上锻件相应部分的形状、尺寸一致。

模锻膛周围设有飞边槽，飞边槽由飞边桥部和飞边仓组成，如图2所示。

飞边桥是飞边槽和模膛紧密相联接的间隙面，多余金属越过该间隙面挤出而形成飞边，它可产生阻力使金属充满模膛，保证锻件尺寸精度；飞边仓是围绕着飞边桥外周的凹槽，用于容纳多余的金属材料；飞边槽在模锻时还可起到缓冲作用，减弱上下模具间的打击力，防止模具压塌和开裂。

飞边桥
飞边仓
1）飞边槽形式
开式模锻的模膛周边必须设计飞边槽，其形式和尺寸对锻件质量影响很大，常见的飞边槽有如下两种形式。

形式Ⅰ：一般多采用此种形式，如图4所示。

桥口设在上模，与坯料接触时间短，吸收热量少，因而升温少，能减轻桥部磨损或避免压塌。

图4飞边槽形式Ⅰ
形式Ⅱ：飞边槽形式Ⅱ如图5示，锻件的上模部分形状较复杂，切边时需翻转，采用此种形式可简化切边凸模形状。

当整个锻件模膛完全位于下模时，为简化锻模的制造，亦采用此形式。

图5飞边槽形式Ⅱ
飞边槽的设计，首先选择一种形式的飞边槽，然后通过吨位法确定飞边槽各个部位的尺寸。

模锻实习过程中，锻件尺寸较小，简化锻件飞边槽，锻件飞边槽采用等高的形式，飞边在上下模具对称分布，如图6所示。

选为15~20mm，飞边高度4~6mm。

图6简化的飞边槽形式
2、闭式模锻（无飞边模锻）。

两模间间隙的方向与模具运动方向相平行，如图7示。

在模锻过程中间隙大小不变化的模锻方式称为闭式模锻。

闭式模锻时不设置飞边槽，所以也叫无飞边模锻。

图7闭式模锻
（二）、绘制模锻锻件图
1、分模面的选择，上下模具或凸凹模具的分界面称
为分模面，分模面可以是平面的，也可以是曲面的。

选择
分模面的基本原则是：应该选在锻件具有最大水平投影尺
寸的位置上，最好为锻件中部的一个平面，上下模膛深度
最浅且尽可能基本一致，这样可使上下模膛具有相同的轮
廓，易于发现上下模的错移，金属容易充满模膛，便于取
出锻件，并有利于锻模的制造，如图8锻件分模面的选择。

图8分模面选择
2、加工余量、模锻公差和工艺余块，模锻件的加工余量和公差比自由锻件小得多，其数值根据锻件大小、形状和精度等级有所不同，设计锻件的公差和余量在下表中选取。

公差余量
大小±0.5~±2mm 5~10mm
3、模锻斜度，为了使锻件易于从模膛中取出，锻件与模膛侧壁接触部分需带一定斜度。

锻件上这一斜度称为模锻斜度，如图9所示α即为模锻斜度角。

模锻斜度不包括在加工余量内，一般、取5°、7°、10°、12°等标准值。

图9模锻斜度
4、圆角半径，模锻件上所有两平面的交角处均需做成圆角，如图10所示R即为模锻圆角，其作用是锻造时易于金属充满模膛，便于取模，保证锻件质量；避免锻模凹角处产生应力集中，减缓模具外圆角处的磨损，提高模具寿命。

模锻件圆角半径r取1~6mm。

图10模锻圆角
分模面
综上所述，根据零件图，确定模锻件图形状和尺寸，选择飞边槽形式，确定飞边槽尺寸。

利用三维软件CAXA2015制造工程师绘制模锻件和飞边，然后利用分模操作，得出上下模具。

（三）、模锻工序
任何一种锻件投入生产之前，首先必须根据产品零件的形状尺寸、性能要求、生产批量和具备的生产条件，确定模锻工艺方案，制定模锻生产的全部工艺过程模锻实习的主要工艺流程为下料、加热、模锻。

1、下料(制坯)。

制坯的作用是制出坯料的形状，合理分配坯料的体积，以适应锻件横截面形状和尺寸的要求，使得坯料在模锻成型的过程中，模具型腔能较好的填充。

实习制坯工步在铸造车间完成，铸造出所需形状的坯料。

根据体积不变的条件，确定坯料尺寸。

V 坯= V 锻+(0.3~0.7) V 飞，在锻件图三维造型完毕，可以通过工具—查询—实体属性操作，获得锻件的体积以及飞边的体积。

锻件以镦粗方式进行成形时，坯料高度H 0与直径D 0之比应在1.5~2.5范围内。

据此关系：
圆坯料的直径为D 0=(0.87~0.93)3坯V
方坯料边长A 0=(0.77~0.82)
3
坯V
根据坯料的体积V 坯和选定的标准直径D 0或边长A 0，即可算出坯料的高度H 0。

圆坯料的高度
方坯料的高度
2、加热。

金属坯料锻前加热的目的是：提高金属塑性，降低变形抗力，即增加金属的可锻性，从而使金属易于流动成型。

坯料采用熔融状态的铅铸造成一定形状的坯料，铅在常温下变形抗力小，采用在常温下锻造，无需加热。

3、模锻，在模锻设备上安装模具，使得坯料在模具的作用下，模锻成形锻件图所要求的形状和尺寸。

2）模具安装
模锻操作前，需要安装调试模具。

模具装配前看图纸，根据模具的结构特点和技术要求，确定合理的装配程序和装配方法。

装配前须认真按图检查模具零件的加工质量，合格的投入装配，不合格返工或重制。

装配过程中，不能用手锤直接敲打模具零件，而用紫铜棒进行。

a ）上模装配（凸模装配）：如图11所示为凸凹模具装配简图，利用螺栓固定形式将凸
4
2
D V H π=20
0A V H 坯
=
模固定在上模座，找准凸模与上模座固定孔的位置，并保证联接牢固，不许松动。

调整模座的前后左右的距离，固定凸模的位置。

b）下模装配（凹模装配）：根据上模座的位置调整下模座的位置，尽量对正上下模座，将凹模利用螺栓固定在下模座上，保证凹模与下模座连接牢靠，不许松动。

1 2
3
4
5
6
7
8
1-滑动横梁2-上模座3-螺栓4-凸模5-凹模6-螺栓7-下模座8-底座
图11凸凹模具装配简图
c）凸凹模具的精确配合是通过模具中的定位孔实现的，如图11所示为模具中的定位，上下模具中各有两个定位孔。

装配时用手锤垫着铜棒将定位销打入凹模的定位孔内，压入时要注意校正定位销对模座底面的垂直度。

注意控制压到底面时留出（1~2）mm的间隙，若不符合要求则应重新配制。

利用定位销引导凸模向下运动，使得凸模的定位孔可以与定位销配合。

以下模座为基准，用手锤轻敲上模座的前后左右，调整凸模的位置，以确保凸凹模具精准的定位。

1
2
1-定位销2-定位孔
图11模具中的定位
d）调整模具间隙：用透光法或垫片法检查凸、凹模间隙分布是否均匀，如有偏差应用手锤轻敲固定板的侧边，调整凸模相对位置，使间隙趋于均匀，然后拧紧螺钉。

e）根据模具型腔的形状，将在铸造车间完成的预制坯料放在凹模中间位置，避免因毛坯位置放偏而引起锻件冲不足而报废现象。

f）启动液压机，调整压力在较小的范围内，采用自动或者手动的方式使凸模向下运动，在静压力的作用下使铅块在凹模型腔内整体变形，如果凸凹模具无法闭合，增大压力凸模再向下运动，直至凸凹模具闭合。

g）使用辅助工具在模具中取出锻件，取出锻件的过程中，要用力适当，不许用力过猛敲击模具。

取出锻件后检查锻件成形效果，如果锻件出现填充不满或折叠缺陷，要进一步分析产生锻件报废的原因。

如果是预制坯形状的原因，重新设计预制坯形状，返回铸造中心重新铸造加工。

如果是模具设计的原因，返回数控加工重新修改模具。

修改完毕后再重新进行新一轮模锻，直至模锻出成形良好锻件。

h）将凸凹模具拆卸下来。

模具安装完毕，将坯料放置在下模具型腔的中间部位，启动模锻设备，采用手动或者自动方式使得滑动横梁带动上模具向下运动，直至模锻成形锻件。

四、实训项目安排及进程
学时：2
学时：6
五、实训要求
1、实训期间，学生必须严格遵守实训室规章制度，坚决杜绝一切可能危机安全的事件发生，同指导教师一道创造一个良好的实训环境。

2、实训期间，严格考勤。

学生必须按时参加项目研究，不准无故缺席、早退。

在实训中违反实训室规章制度等学生，将暂停或取消实训资格。

3、实训结束后提交实训报告一份，实训报告必须按照实训室老师指定的要求和格式完成。

六、实训测评
要求锻造实习学生能够独立完成锻件的三维设计，同时模锻出设计的锻件。

满分为4分，如表2。

由两部分组成：
1、尺寸精度（2分）
1）各尺寸均符合图纸要求得满分。

2）未达到图纸要求的，每个尺寸扣0.5分。

2、形位公差（2分）
1）各尺寸均符合图纸要求得满分。

2）未达到图纸要求的，每个尺寸扣0.5分。

表2：学生实践评分表
模锻实例
一、锻件、模具三维图确定
如图1是零件图，图2是在零件图基础上考虑了锻件所需要的加工余量和锻造公差，图3是确定了锻件的分型面以及模锻斜度，图4是确定锻件的模锻圆角。

图1到图4的即为零件图转化锻件图的过程，最终确定锻件的形状和尺寸。

图1图2
图3图4
1、绘制锻件三维图
确定了锻件图的形状和尺寸，下一步绘制锻件的三维图。

首先打开CAXA2015制造工程师软件，新建一个制造文件，如图5所示。

图5
进入绘图的主界面内，切换到特征状态下，如图6所示。

鼠标点击平面XY，右键，创
建草图，F5切换，进入到草图绘图界面。

单击平面XY鼠标右键，创建草图，进入草图，F5进入主平面绘图
图6
单击圆操作命令，选择命令方式为圆心-半径绘图，以坐标原点为圆心，半径为40，单击左键确定绘制的圆，再单击右键结束画圆命令。

如图7所示。

图7
单击绘制草图命令，结束草图的绘制，如图8所示。

图8
单击造型—特征生成—增料—拉伸命令，或直接单击拉伸命令，如图9所示。

拉伸增料选择双向拉伸，拉伸深度为30，增加拔模斜度为7，单击确定，如图10所示。

增料拉伸完毕，如图11所示。

坐标原点XY平面为最大分型面。

图9
图8
图10
图11
选择在拉伸实体在Z正向的平面，单击平面，右键创建草图，F5切换进入绘制草图界面，选择绘制圆命令，以坐标原点为圆心，半径为20的圆，如图12所示。

再对所绘制的圆进行增料拉伸，选固定拉伸方式，拉伸方向为Z轴正向，增加拔模斜度7，单击确定，如图13所示，完成拉伸增料，如图14所示。

图12
图13
图13
单击造型—特征生成—过渡命令，或直接单击过渡命令，如图14所示。

过渡方式选择
等半径方式，半径为5，选择需要过渡的边或者面即可，单击确定，如图15所示。

过渡完毕锻件的三维图为图16所示。

渡方式选择为等半径方式
图14
图15
图16
单击工具—查询—实体属性命令，查询锻件的体积，如图17所示
图17
2、绘制飞边
单击平面XY右键，创建草图，单击圆命令，以原点为圆心绘制半径为55的圆，如图18所示。

再进入到增料拉伸，双向拉伸深度为4，如图19所示。

图18
图19
飞边拉伸增料完毕，如图20所示。

选择过渡圆角边，采用等半径过渡方式进行过渡，
半径为5，如图21所示。

同时单击工具—查询—实体属性命令，查询锻件和飞边的总体积，如图22所示。

图20
图21
图22
把文件另存为*.X-T格式，如图23所示。

图23
3、上模具
新建一个制造文件，如图24所示。

图24
进入绘图主界面，锻件以XY平面为分型面，在Z轴正向为上模具方向。

在XY平面创建草图，绘制如图25的草图，右键结束绘制，单击绘制草图命令结束绘图。

图25
单击造型—特征生成—增料—拉伸命令，或直接单击拉伸命令，对所绘制的草图进行拉
伸增料，拉伸方向为Z轴正向，如图26所示。

选择在Z正方向拉伸完毕的平面进行草图绘制上模具另一部分，绘制如图27所示，然后继续在Z轴的正向拉伸，图28所示。

图26
图27
图28
上模具基本框架拉伸完毕，单击布尔运算命令，如图29所示，进行上模具型腔的制作。

图29
单击布尔运算，将上步完成的*.X-T格式的锻件图导入上模具中，首先选择布尔运算的方式，再选择坐标原点为定位点，选择Z轴为定位轴，单击确定即可，如图30所示。

布尔运算完毕，上模具型腔制作完成，如图31所示。

下模具
图30
图31
4、下模具
新建一个制造文件，如图32所示。

图32
进入绘图主界面，锻件以XY平面为分型面，在Z轴负方向为下模具方向。

在XY平面创建草图，绘制如图33的草图，右键结束绘制，单击绘制草图命令结束绘图。

单击造型—特征生成—增料—拉伸命令，或直接单击拉伸命令，对所绘制的草图进行拉伸增料，拉伸的方向为Z轴的负向，如图34所示。

图33
图34
选择在Z轴负方向拉伸完毕的平面进行草图绘制上模具另一部分，绘制如图35所示。

右键结束绘制，单击绘制草图命令结束绘图。

单击造型—特征生成—增料—拉伸命令，或直
接单击拉伸命令，对所绘制的草图进行拉伸增料，拉伸的方向为Z轴的负向，如图36所示。

图35
图36
下模具基本框架拉伸完毕，单击布尔运算命令，如图37所示，进行下模具型腔的制作。

图37
单击布尔运算，将完成的*.X-T格式的锻件图导入下模具中，首先选择布尔运算的方式，再选择坐标原点为定位点，选择Z轴为定位轴，单击确定即可，如图38所示。

布尔运算完毕，下模具型腔制作完成，如图39所示。

图38
图39
二、坯料尺寸形状的确定
根据三维造型过程中，对锻件的体积以及锻件和飞边的总体积进行了查询，其中V 锻为153964mm³，V 锻和V 飞总体积为174040 mm ³，即可求出V 飞的体积为20076 mm ³。

根据体积不变的条件，确定坯料尺寸。

V 坯= V 锻+(0.3~0.7) V 飞， 锻件飞边填充率选为60%，所以V 坯= V 锻+0.6 V 飞=153964 mm ³+0.6×20076 mm ³=166008 mm ³。

圆坯料的直径为D 0=(0.87~0.93) 。

圆坯料的直径为D 0
=0.93 = = 51mm ==================
圆坯料的高度为H 0=81mm
3坯V 3166008
图1 锻件图图2锻件飞边
图3 锻件上模具图4锻件下模具
图5 锻件坯料图6最终锻件
图1 锻件图图2锻件飞边
图3 锻件上模具图4锻件下模具
图1 锻件图图2锻件飞边
图3 锻件上模具图4锻件下模具。