热成型工艺与模具设计期末考试题(沈阳理工大学)

1、锻造模具复习资料1.影响剪切下料的特点及其影响因素(1)特点: 优点:生产效率高;操作简单;切口无金属损耗.缺点:坯料局部被压扁;坯料断面不平整;剪切面常有毛刺和裂纹.(2)影响因素:刀刃的利钝程度;刀片间隙大小;支撑情况;材料性质;剪切速度.(3)剪切下料三阶段:刀刃压进棒料,与刃口端接触处出现裂纹裂纹随刃口的深入而继续扩展在刃口压力作用下,上下裂纹间金属被拉断,形成S面.2.锻造加工特点(1)锻造能改变金属的形状亦能改变其性能(2)锻造在固态下使得金属变形比较困难,所以锻件较铸件简单.锻件作为毛坯可大大减少其机械加工工作量,生产效率高,节约机加工材料.(3)锻件在压力作用之下成型,消除了原

2、材料中的铸态缺陷,锻件组织均匀致密,可以控制纤维组织分布,几乎各项机械性均好于铸件,特别是冲击性能尤其好.(4)受力复杂,服役条件苛刻的机械零件多用于锻造生产.(5)锻造生产中产生的噪音,加热,冷却和润滑过程会产生污染.(6)锻造不但可以生产毛坯而且可以直接锻工件.3.影响金属氧化的主要因素及氧化皮的危害和防止氧化的措施.(1)影响因素炉气性质:决定燃料燃烧时空气的供给量;加热温度:温度越高,金属和气体原子的扩散速度越大,则氧化越剧烈,生成的氧化皮越厚. 加热时间:钢料处在氧化性介质中的加热时间越长,氧的扩散量就越大,形成的氧化皮厚度也就越大钢的种类低碳钢烧损量大于高碳钢的烧损量(2)氧化皮的

3、危害: 氧化皮硬而脆,会引起模具和机加工刀锯的严重磨损.在炉底结烧成块,降低炉衬寿命等.氧化皮压入锻件将会影响锻件表面质量和尺寸精度.(3)防治措施: 控制炉内气体,加入惰性气体;少.无氧加热;快速加热(不产生裂纹)4.金属加热时所产生的变化.(1)组织结构方面:大多数金属不但发生组织转变,其晶粒依然长大,严重时造成过热和过烧.(2)力学性能方面:金属塑性提高,变形抗力降低,残余应力逐步消失.但可能产生新的内应力,内应力过大时将会引起金属开裂.(3)物理性能方面:金属的导热系数.导温系数.膨胀系数.密度等均随温度的升高而变化.(4)化学变化方面:金属表层与炉气或其他周围介质发生氧化,脱碳,吸氢

4、等化学反应,结果生成氧化皮和脱碳层等.5.金属的锻造温度范围(1)锻造温度范围:指始锻温度和终锻温度的一段温度区间.(2)确定原则:保证金属在锻造温度范围内有较高的塑性和较小的变形抗力,并使锻件获得所希望的组织和性能.在此前提下锻造温度范围应取得尽量宽些,以便尽量减少锻造火次,降低消耗,提高生产率,方便操作.(3)基本方法:运用塑性图.抗力图.合金图和再结晶图从塑性,变形抗力和锻件组织性能三方面综合分析来确定合理锻造温度范围并在实践中验证修改.(塑性图.抗力图.合金图.再结晶图须认识)6.墩粗:使坯料高度减小而横截面积增大的成型工步.(1)目的:由横截面积较小的坯料获得横截面积较大而高度较小的

5、锻件或中间坯;冲孔前增大坯料的横截面积以便于冲孔和冲孔后端面平整;反复墩粗和拔长可以提高坯料的锻造比,同时使合金钢中的碳化物破碎,达到均匀分布; 提高锻件的横向力学性能以减小力学性能的异向性;(2)缺陷: 变形不均匀;墩粗后常需要滚圆;如果变形过大致使脆性材料产生45度裂纹,使塑性材料产生纵向裂纹.7.拔长的目的及影响拔长效率的因素.(1)拔长的目的:由横截面积较大的坯料获得横截面积较小而轴向较长的轴类锻件或中间坯;可以辅助其他工序进行局部变形;反复墩粗和拔长可以提高坯料的锻造比, 使合金钢中的碳化物破碎,达到均匀分布,提高力学性能.(2) 影响拔长效率的因素:送进量的影响:送进量过小会出现双

6、鼓形,心部产生拉应力,产生裂纹;送进量过大出现单鼓形,表面产生裂纹(方形件产生角裂纹).压下量的影响:压下量高拔长效率就高.但是容易引起表面横向裂纹,角裂纹和折叠,所以在材料塑性容许的条件下可尽量提高压下量.型砧形状;坯料形状;操作方法.8.锤上模锻特点:工艺灵活,适应性广,可以生产各类形状复杂的锻件.可单型腔模锻也可多型槽模锻,可单件模锻也可多件模锻或一料多件模锻.锤头的行程.打击速度或打击能量均可调节,能实现轻重缓急不同的打击,因而可以实现墩粗,拔长,滚挤,弯曲,卡压,成形,预锻和终端等各类工步.锤上模锻是靠锤头多次冲击坯料使之变形,因锤头运动速度快,金属流动有惯性,所以充型填槽能力强.模

7、锻件的纤维组织是按锻件轮廓分布的,机械加工以后仍能基本保持完整,从而提高零件的使用寿命.单位时间内打击次数多,生产效率高.模锻件机械加工余量小,材料利用率高,锻件生产成本低.9.模锻中断变形不能顺利完成产生的缺陷及产生的原因(1)充不满: 下料尺寸不足; 压力过小; 加热温度不够或加热不均匀;下料尺寸不当,坯料过低,飞边流入过早;模具设计不合理(主要是飞边设计不合理)(2)锻不足(欠压或打不靠):设备吨位过小;下料过大;飞边槽设计不合理,桥部高度过小;坯料尺寸设计不当,形成飞边过晚.(3)错移: 加热不均匀;坯料放偏;模具设计结构不合理(主要是指分模面设计不合理)(4)折叠: 某些工字形或环形

8、锻件易产生折叠.10.开式模锻中影响金属流动的因素:型槽的具体尺寸和形状毛边槽桥口尺寸和锻件分模位置设备的工作速度和运动特征.11.毛边槽作用及其分类(1)作用:造成足够大的水平方向的阻力,迫使金属充满型槽,保证锻件尺寸准确;缓冲锤击.由于毛边金属的阻隔,可以缓冲上下模块的直接接触,提高模具寿;容纳多余金属.(2)类型形式一:应用最广泛的一种.形式二:适用于高度方向形状不对称的锻件形式三:适用于形状复杂,坯料体积不易计算准确而往往偏多的锻件,由于增大仓部容积,不至于发生上下模压不靠.形式四:同于三,加宽毛边槽桥部提高桥部强度,避免过快磨损和过早压塌.形式五:只用于模锻局部,桥部增设阻尼沟,增加

9、金属向仓部流动的阻力,迫使金属流向型槽深处或枝芽处.形式六:适用于形状更为复杂的锻件,终端事水平方向金属流动越来越困难,切除毛边困难.12.闭式模锻的特点(1)优点:省去了毛边材料的消耗和毛边的变形功;坯料处于更强的三向应力状态,提高了金属塑性,利于低塑性合金的锻造成型;锻件纤维组织按照=零件轮廓连续分布,流线不会被切断外露,提高锻件力学性能和抗应力腐蚀性能(2)局限性:要求坯料体积和型槽容积相等;要求坯料形状和尺寸比例合适,并在型槽内准确定位,否则锻造时一边已产生毛刺而另一边还没有充满型槽,从而使锻件报废,同时也影响模具寿命;锻件出模困难,需要顶件装置,使锻模结构复杂化;应用范围窄13.分模

10、面的确定原则(1)基本原则:保证锻件形状尽可能与零件形状相同,容易从锻模型槽中取出.此外,应争取获 4得墩粗充填成型.故此,锻件分模位置应选在具有最大水平投影尺寸的位置上.(2)为了便于发现上下模在模锻过程中的错移,分模位置应选在锻件侧面的中部;(3)为使锻模结构尽量简单,并防止上下模错移,分模平面尽可能采用直线状.(4)头部尺寸较大的锻件不宜直线分模;(5)为了锻件切边模和锻模加工制造,同时也为了节约金属材料,当圆饼类锻件的H<=(2.5到3)时需考虑径向分模;(6)对金属流线方向有要求的锻件,为避免纤维组织被切断,应尽可能沿锻件截面外形分模.14.开式模锻变形四阶段:(1) 自由变形

11、阶段(2) 形成毛边阶段(3) 充满型槽阶段(4) 锻足或称打靠阶段15.平砧间墩粗变形三区域:(1)区域一:难变形区受端面摩擦影响,变形十分困难;(2)区域二:大变形区处于坯料中段,受摩擦影响小,应力状态利于变形,变形程度最大;(3)区域三:小变形区介于难变形区和大变形区之间.16.锤上锻模常见的几种冲孔连皮17.钢锭结构和性能:(1)主要缺陷(钢锭缺陷主要集中在冒口和底部)偏析:钢锭内部各处成分和杂质分布不均匀的现象.(偏析是由选择性结晶.溶解度变化.密度差异和流速不同所造成的 偏析有枝晶偏析和区域偏析)夹杂:不溶于金属基体的非金属化合物.夹杂会降低锻造性能和锻件力学性能气体:主要有H.0

12、.N，都以化合物的形式存在.H会引起白点和氢脆等缺陷,使钢锭塑性降低缩孔:形成于冒口疏松:间钢液最后凝固收缩造成的晶间空隙和钢液凝固过程中析出气体构成.危害: 疏松使得钢锭组织密度下降,破坏金属连接性,影响其力学性能.(2)钢锭外部形状对其性能的影响:钢锭截面为内凹的多边形,便于散热,降低偏析,成型时减少裂纹的产生.高度方向上带有锥度,做成短粗胖利于气体的上浮和高熔点杂质的下沉,利于凝固补缩; 优质锻件的钢锭其冒口比例较大,因为冒口可以补充锭身的收缩,容纳上浮气体和杂质,纯净锭身质量.18.锤锻模的失效形式(1)破裂: 冲击破裂:从裂纹开始到锻模开裂在较短的时间内或在较少的工作循环内疲劳破裂:(2)热裂纹:表层金属反复交替变化的温度应力作用之下极易疲劳而产生的裂纹.(3)磨损(4)塑性变形:多发生在金属流动剧烈部位(如毛边槽桥部,型槽内薄的突出部分),易造成坍塌.19.锻造对钢锭组织性能的影响：(1)锻造对钢锭组织