锻造工艺与模具设计习题

《锻造工艺及模具技术》考试复习绪论一、锻造加工金属零件的优势1. 锻造的定义锻造——借助工具或模具在冲击或压力作用下加工金属零件的方法2. 特点：生产率高，锻件形状尺寸稳定、加工余量少，能消除内部缺陷和提高综合力学性能。

3. 优势：锻件韧性高、金属纤维组织合理、性能与内在质量稳定。

二、锻造方法分类、作用、应用范围分类：自由锻、模锻、特种锻。

作用：提高生产率，降低成本，提高质量。

应用范围：汽车、飞机、重机等有质量与特殊性能要求的零件。

第一章锻造用材料锻造用材料：主要有碳素钢、合金钢、有色金属及其合金按加工状态分：钢锭（大型锻件），轧材、挤压棒材和锻坯（中小型锻件）1.1 锻造用钢锭与型材钢锭主要缺陷：偏析——成分与杂质分布不均匀现象夹杂——不溶于金属机体的非金属化合物（非金属夹杂物）气体——残留在钢锭内部或表皮下形成的气泡缩孔和疏松——钢液冷凝收缩形成的收缩空洞、晶间空隙和气体析出的孔隙溅疤——浇注时钢液冲击模底飞溅并附着在模壁上的溅珠，与钢锭不能凝固成一体形成的疤痕锻造工艺在很大程度上可以消除上述缺陷，提高其综合力学性能。

型材主要缺陷：表面缺陷——划痕、折叠、发状裂纹、结疤、粗晶环等内部缺陷——碳化物偏析、非金属夹杂、白点等上述表面缺陷应在锻前去除，内部缺陷则应避免。

第二章锻前加热2.1 锻前加热的目的及方法目的：提高金属塑性，降低变形抗力，增加可锻性，使金属易于流动成型，使锻件获得良好的锻后组织与力学性能。

方法：1. 燃料（火焰）加热利用固体（煤、焦炭）、液体（重油、柴油）或气体（煤气、天然气）等燃料燃烧产生的热能加热。

燃料在燃烧炉内通过高温炉汽对流（650゜C ）、炉围辐射（650～1000゜C ）、炉底传导（1000゜C 以上）等方式使金属锻坯获得热量而被加热。

2. 电加热将电能转换成热能对锻坯加热。

加热方式：1）电阻加热（1）电阻炉：利用电流通过电热体产生热量加热（P14图2-1）（2）接触电加热：坯料接入电路利用自身电阻产生热量加热（P15图2-2）（3）盐浴炉加热：通过盐液导电产生热量加热（P15图2-3）2）感应加热感应器通入交变电流产生交变磁场，置于感应器中的锻坯内产生交变电势并形成交变涡流，进而通过锻坯的电阻产生的涡流发热和磁滞损失发热加热锻坯。

《锻造工艺及模具设计》一、填空题1、锻造大型锻件时,__＿_____与＿__＿_＿＿＿_就是两个最基本也就是最重要得变形工步。

2、一张完整得计算毛坯图包含锻件图得一个_＿_____＿__、＿_＿___＿__与____＿＿___三部分。

３、热锻件图得尺寸标注,高度方向尺寸以____＿___＿__为基准,以便于锻模机械加工与准备检验样板、４、在精锻工艺中,常用得下料方法就是:_______＿_____;__＿＿_____＿_______。

5、实现少无氧化加热得方法很多,常用得方法有:＿_＿＿_______、与____＿＿__＿_＿_＿__＿_＿＿__＿＿等、６、自由锻工艺所研究得内容就是:＿＿＿______________＿__＿_与_____＿＿_＿__＿＿___＿＿___两个方面。

7、根据镦粗坯料得变形程度可分为三个变形区:_＿__＿__＿＿___＿＿、____＿＿_＿_____与＿＿__＿_＿____＿＿______。

8、设计顶件装置时,主要解决________＿_＿____＿_,__＿___＿＿____＿_____＿________以及＿__＿__________＿_＿__问题。

９、顶镦时得主要问题就是____＿＿＿＿与____＿_____,研究顶镦问题应首先_______＿____＿＿为主要出发点,其次就是＿__________＿___＿_＿_＿以提高生产率。

10、按照冷却速度得不同,锻件得冷却方法有三种:在空气中冷却,___＿_＿_____＿____;在灰沙中冷却,___＿_＿_______＿_;在炉内冷却,________＿______、１1、滚柱式旋转锻造机,锻模就是＿＿______＿__＿_＿而旋转,锻件得截面一定就是＿_______。

12、确定设备吨位得传统方法有＿____＿＿__＿_＿____与_＿__＿________＿_两种。

二、判断题(本大题共1０道小题,每小题１分,共1０分)1、空气锤得吨位用锤头得质量表示、( )2、自由锻只适用于单件生产。

专业课原理概述部分一、选择题（每题1分，共5分）1.高温锻造时，金属材料的主要变形机制是：A.位错运动B.孪生C.非晶态流动D.马氏体相变2.下列哪种锻造方法适用于生产形状复杂、尺寸精度要求高的锻件？A.自由锻造B.模锻C.精密锻造D.特种锻造3.锻造过程中，为了提高金属的塑性，通常采用的措施是：A.降低锻造温度B.提高锻造温度C.增加变形速度D.减小变形程度4.锻造后，为了消除锻件内部的残余应力，通常采用的工艺是：A.调质处理B.正火处理C.退火处理D.回火处理5.下列哪种材料不适合用于锻造？A.碳钢B.不锈钢C.铝合金D.玻璃二、判断题（每题1分，共5分）1.锻造过程中，金属的塑性随着温度的升高而降低。

（）2.自由锻造适用于生产大批量、形状简单的锻件。

（）3.锻造过程中，变形速度越大，金属的塑性越好。

（）4.锻造后，锻件内部的残余应力可以通过热处理消除。

（）5.锻造过程中，锻件的形状和尺寸完全由锻模决定。

（）三、填空题（每题1分，共5分）1.锻造是一种利用压力使金属材料产生塑性变形的加工方法，主要分为______和______两大类。

2.锻造过程中，金属的塑性随着温度的升高而______。

3.锻造后，为了消除锻件内部的残余应力，通常采用的工艺是______。

4.锻造过程中，变形速度越大，金属的______越好。

5.锻造后，锻件的形状和尺寸主要由______决定。

四、简答题（每题2分，共10分）1.简述锻造的基本原理。

2.简述锻造过程中金属塑性的影响因素。

3.简述锻造后消除锻件内部残余应力的方法。

4.简述锻造过程中变形速度对金属塑性的影响。

5.简述锻造过程中锻模的作用。

五、应用题（每题2分，共10分）1.某一碳钢材料在锻造过程中，变形程度为50%，求该材料的锻造比。

2.某一不锈钢材料在锻造过程中，变形程度为70%，求该材料的锻造比。

3.某一铝合金材料在锻造过程中，变形程度为60%，求该材料的锻造比。

锻造部分总结1镦粗常见的质量问题及原因（由变形不均匀性引起）主要质量问题：⑴锭料镦粗后上、下端常保留铸态组织；⑵侧表面易产生纵向或呈45度方向的裂纹；⑶高坯料镦粗时常由于失稳而弯曲。

变形不均匀分布的原因：⑴工具与坯料端面间的摩擦，使金属变形困难，Ⅰ区受到摩擦的影响最大，愈靠近中心处金属愈受到外层金属的阻碍，变形愈困难，形成近似锥形的困难变形区，而Ⅱ区受摩擦影响较小，变形较大；⑵平板间热镦粗时，温度不均也使得变形不均，与工件接触的Ⅰ区温度下降较快，变形抗力较大，较Ⅱ区变形困难；⑶Ⅱ区变形大，Ⅲ区变形小，使得Ⅱ区金属外流时对Ⅲ区金属产生压力，从而在切向产生拉应力，愈靠近坯料表面切向拉应力愈大。

镦粗缺陷产生的原因－变形不均匀性：⑴Ⅰ区变形程度小，温度较低，金属不易破碎和发生动态再结晶，仍保留较粗大的铸态组织，而Ⅱ区变形程度大，温度较高，铸态组织易被破，再结晶出充分，从而形成细小的锻态组织，内部孔隙也被焊合。

⑵Ⅲ区受到Ⅱ区金属的径向压应力而产生切向拉应力，愈靠近表面切向拉应力愈大。

当切向拉应力超过材料的抗拉强度时，便会产生纵向裂纹，而当材料塑性较低时，侧表面易产生45°裂纹。

2矩形截面坯料拔长的变形特点及其与矩形截面坯料镦粗变形的异同点，矩形截面坯料拔长常见的质量问题及形成原因，圆截面坯料拔长常见的质量问题。

变形特点：局部压缩、局部受力、局部变形，相当于两端有约束端的镦粗，尺寸变化规律与矩形坯料镦粗相似。

质量问题:(1)侧表面裂纹当送进量较大（l＞0.5h）时：心部变形较大，侧表面受拉应力当送进量过大（l＞h）和压下量也很大时：展宽过多而产生较大的拉应力引起侧表面开裂，类似于镦粗裂纹。

（2）角裂拔长时外端的存在加剧了轴向附加拉应力，尤其是边角部分冷却较快，塑性降低，更易开裂。

因此在拔长高合金工具钢和某些耐热合金时，易产生角裂，操作时需注意倒角。

（3）内部纵向裂纹：当送进量较大，并且在坯料同一部位反复重击时：对角线裂纹（4）内部横向裂纹拔长大锭料时，常遇到l<0.5h的情况，此时变形主要集中在上、下两部分，中部变形小，在轴心部分沿轴向受到附加拉应力，在拔长锭料和低塑性材料时，轴心部分原有的缺陷（缩松等）进一步扩大，易产生横向裂纹。

1.自由锻工艺规程一般包括以下内容：（1)根据零件图绘制锻件图（2）确定坯料的质量和尺寸(3)制定变形工艺和确定锻造比（4)选择锻造设备(5)确定锻造温度范围，制定坯料加热和锻件冷却规范(6）制定锻件热处理规范（7）制定锻件的技术条件和检验要求(8）填写工艺规程卡片等。

2。

冷锭加热规范：加热过程分为预热、加热、均热。

保温目的(1)低温装炉温度下保温目的是减小坯料断面温差，防止因温度应力而引起破裂（2）中温800～810°C保温的目的是减小前段加热后坯料断面上的温差，减小温度应力,并缩短坯料在锻造温度下的保温时间，以减小氧化，脱碳，甚至过热过烧.（3）锻造高温下的保温，是为了防止坯料中心温度过低,引起锻造变形不均，还可以通过高温扩散作用，使坯料组织均匀化，以提高塑性,减少变形不均.3。

确定锻造比:锻造比是表示锻件变形程度的指标，它是指在锻造过程中,锻件镦粗或拔长前后的截面积之比或高度之比，即（Ao，Do，Ho，和A，D，H，分别为锻件锻造前后的截面积，直径和高度）4.三拐曲轴的锻造过程：锻造曲轴类锻件的基本工序是拔长错移和扭转。

锻造曲轴时应尽可能采用那些不切断纤维和不使用钢材心部材料外露的工艺方案，当生产批量较大且条件允许时，应尽量采用全纤维锻造。

另外，扭转时，尽量采用小角度扭转。

过程：（1)下料(2)压槽<卡出II段>(3）错移<压出II拐扁方>（4）压槽〈I，III 分段〉(5）压出<I，III扁方>（6）压槽〈I，III与轴端分段>（7)摔出中间，两端轴颈（8)扭转I，III拐各扭30°5。

弯曲类锻件的锻造过程:锻造该类锻件的基本工序是拔长和弯曲.当锻件上有多处弯曲时，其弯曲的次序一般是先弯端部及弯曲部分与直线部分的交界处,然后再弯其余的圆弧部分。

对于形状复杂的弯曲件，弯曲时最好采用垫模或非标累工装等，以保证形状和尺寸的准确性并且提高生产效率.过程〈a〉20t吊钩的锻造过程：1）下料2）拔杆部及两端头部3)弯头部4）弯曲根部5）旋转180°弯根部6)弯曲端部7）弯曲中部8）直立墩弯9)锻出斜面〈b>卡瓦的锻造过程：1）下料2）压槽卡出粮囤3)拔出中间部分4）弯曲左端圆弧5）弯曲右端圆弧6）弯曲中间圆弧.6。

锻造工艺学复习题1、开式模锻：变形金属的流动不完全受模腔限制的一种锻造方式；2、闭式模锻：也称无毛边模锻，在变形过程中，金属始终被封闭在型腔内不能排出，迫使金属充满型槽而不形成毛边的一种锻造方式。

3、锤上模锻的工步：1模锻工步（顶锻和终锻工步）、2制坯工步（墩粗、拔长、滚挤、卡压、成形、弯曲）、3切断工步4、模锻的斜度：为便于模锻件从型槽中取出，必须将型槽壁部做成一定的斜度，称为模锻斜度或出模角。

模锻斜度可以是锻件侧壁附加的斜度也可以是侧壁的自然斜度。

5、模锻的圆角：为了使金属易于流动和充满型槽，提高锻件的质量并延长锻模的寿命，模锻件上所有的转接处都要用圆弧连接，使尖角、尖边呈圆弧过渡，此过渡处陈锻件的圆角。

钳口：终锻型槽和预锻型槽前端留下的凹腔叫钳口。

钳口主要用来容纳夹持坯料的夹钳和便于从型槽中取出锻件；另一作用是作为浇注检验用的铅或金属类样件的浇口。

6、模具设计怎么做？1、绘制锻件图、计算锻件的主要参数3、确定锻锤吨位4确定毛边槽型式和尺寸5、确定终锻型槽形式和尺寸5确定终锻型槽6、设计预锻型槽7、绘制计算毛坯图8、制坯工步选择9、确定坯料尺寸10、制坯型槽设计11、锻模结构设计7、平锻工艺的特点和应用范围？特点：（1）锻造过程中坯料水平放置，其长度不受设备工作空间的限制，可锻出立式锻压设备不能锻造的长杆类锻件，也可用长棒料逐渐连续锻造。

（2）有两个分模面，因而可以短处一般锻压设备难以锻成的，在两个方向上有凹槽、凹孔的锻件，锻件形状更接近零件形状。

（3）平锻机导向性好，行程固定，锻件长度方向尺寸稳定性比锤上模锻高。

（4）平锻机可进行开式和闭式模锻，可进行终锻成形和制坯，也可进行弯曲、压扁、切料、穿孔、切边等工步。

应用范围：随着工业的不断进步和发展到目前平锻机以用于大批量生产汽门、汽车半轴、环类锻件等。

8、曲柄压力机和模锻锤比较各有什么特点？应用范围有何不同？曲柄压力机的特点:（1）由于变形力由设备本身封闭系统的弹性变形所平衡，滑块的压力基本上属静力性质，因而工作时无震动，噪音小。

《锻造工艺及模具设计》一、填空题1、锻造大型锻件时,________与_________就是两个最基本也就是最重要的变形工步。

2、一张完整的计算毛坯图包含锻件图的一个__________、_________与_________三部分。

3、热锻件图的尺寸标注,高度方向尺寸以___________为基准,以便于锻模机械加工与准备检验样板。

4、在精锻工艺中,常用的下料方法就是:_____________;_________________。

5、实现少无氧化加热的方法很多,常用的方法有:___________、与_______________________等。

6、自由锻工艺所研究的内容就是:______________________与_____________________两个方面。

7、根据镦粗坯料的变形程度可分为三个变形区:______________、_____________与___________________。

8、设计顶件装置时,主要解决_________________,___________________________以及___________________问题。

9、顶镦时的主要问题就是________ 与__________,研究顶镦问题应首先______________为主要出发点,其次就是____________________以提高生产率。

10、按照冷却速度的不同,锻件的冷却方法有三种:在空气中冷却,________________;在灰沙中冷却,_______________;在炉内冷却,_______________。

11、滚柱式旋转锻造机,锻模就是______________而旋转,锻件的截面一定就是________。

12、确定设备吨位的传统方法有________________与_______________两种。

二、判断题(本大题共10道小题,每小题1分,共10分)1、空气锤的吨位用锤头的质量表示。

锻造工艺学及模具设计复习思考题1)试阐述镇静钢锭的结构及其主要缺陷的产生部位。

2)钢锭常见缺陷有哪些它们产生的原因和危害性是什么3)常见的型材缺陷有哪些它们产生的原因和危害性是什么4)锻造用型材常采用哪些方法下料各自有何特点5)铸锭作为锻造坯料时如何下料6)试说明锻前加热的目的和方法。

7)氧化和脱碳有哪些共性和异性8)氧化和脱碳可产生哪些危害如何防止9)过烧和过热有哪些危害如何防止10)导致裂纹产生的内应力有几种清阐述它们相应的应力状态。

11)通常圆柱形坯料产生加热裂纹的危险位置在何处原因何在如何防止12)锻造温度范围的确定原则和基本方法是什么13)怎样确定碳钢的始锻和终锻温度它们受到哪些因素的影响14)为什么要制定合理的加热规范加热规范包括哪些内容其核心问题是什么15)两种不同概念的加热速度实质上反映了什么因素的影响16)选择加热速度的原则是什么提高加热速度的措施有哪些17)均热保温的目的是什么18)冷锭和热锭的加热规范各有什么特点为什么、19)少无氧化加热主要有哪几种方法其中火焰加热法的基本工作原理是什么20)金属断后冷却常见缺陷有哪些各自产生原因是什么21)为什么硬钢锻后冷却易产生表面纵向裂纹22)金属锻后冷却规范一般包括哪些内容23)锻件热处理的目的是什么24)中小锻件通常采用哪些热处理各自作用是什么25)通常大锻件采用哪些热处理各自作用是什么26)导致金属塑性变形不均匀性的原因是什么27)镦粗和拔长各有哪些用途28)镦粗工序主要存在哪些质量问题试分析它们产生的原因及其预防措施。

29)拔长工序主要存在哪些质量问题试分析它们产生的原因及其预防措施。

30)为什么采用平砧小压缩量拔长圆截面坯料时效率低且质量差应怎样解决31)空心件拔长时孔内壁和端面裂纹产生的原因是什么应采取哪些措施加以解决32)试阐述开式冲孔时金属变形和流动特点并画出相应的应力、应变图。

33)冲孔时易出现哪些质量问题应采取什么措施解决34)试阐述冲子扩孔时金属变形和流动特点并画出相应的应力、应变图。

（2）题解101、什么叫顶徹？答：顶徹指杆件的局部徹粗工艺过程。

因为顶徹工艺过程常常在平锻机上完成，有时也称为平锻工艺。

102、顶徹可分为哪两种？答：顶徹根据模具结构和变形过程中金属的流动方式分为闭式平锻和开式平锻两种。

103、顶徹工艺的技术关键是什么？答：顶徹工艺的技术的关键是使坯料在顶徹过程中不产生弯曲，或仅有少量弯曲但不能折叠。

104、什么是顶徹第一规则？答：顶徹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，可以一次顶钗成形。

105、顶徹第二规则适用于什么场合？答：顶徹第二规则适用于在凹模中聚料。

主要是为了保证正常的局部徹粗杆件的伸出长度而不产生折叠。

106、钗粗第三规则适用于什么场合？徹粗第三规则适用于在冲头的锥形模膛内聚料。

它能保证杆料进行正常的局部徹粗而不产生弯曲折叠。

107、叙述锤锻模的结构，并说出各零件的功用？答：锤锻模由上下两个模块组成，两模块借助燕尾、楔铁和键块分别紧固在锤头和下模座的燕尾槽中。

燕尾使模块固定在锤头（或砧座）上，使燕尾底面与锤头（或砧座）底面紧密贴合。

楔铁使模块在左右方向定位。

键块使模块在前后方向定位。

108、锤上模锻的分类有哪几种？答：锤上模锻的分类为：（1）按模锻时有无飞边分为开式模锻及闭式模锻，（无飞边模锻节省飞边损耗，提高材料利用率）。

锻件坯料一般需要锯切下料或车床下料。

（2）按模块上布置模膛的个数不同分为单模膛模锻和多模膛模锻，（单模膛模锻适用于形状简单的锻件。

多模膛模锻的坯料可在一次加热后连续塑性变形）。

（3）按模块上终锻模锻件数的不同分为一模一件的单件模锻和一模多件的多件模锻。

109、和同样能力的模锻锤相比，模锻压力机有哪些特点？与同样能力的模锻锤相比，热模锻压力机的初次投资大，但维护费用低，动力消耗小。

与摩擦压力机模锻相比，生产率较高，便于自动化。

热模锻压力机结构复杂，制造条件要求高。

110.热模锻压力机模锻工艺过程具有哪些特点？答：热模锻压力机模锻工艺过程具有下列特点：（1）对于横截面形状复杂、分模面接近圆形或方形的锻件（例如薄辐齿轮），必须正确设计预锻工步。

《锻造工艺及模具设计》一、填空题1、锻造大型锻件时,________与_________就是两个最基本也就是最重要的变形工步。

2、一张完整的计算毛坯图包含锻件图的一个__________、_________与_________三部分。

3、热锻件图的尺寸标注,高度方向尺寸以___________为基准,以便于锻模机械加工与准备检验样板。

4、在精锻工艺中,常用的下料方法就是:_____________;_________________。

5、实现少无氧化加热的方法很多,常用的方法有:___________、与_______________________等。

6、自由锻工艺所研究的内容就是:______________________与_____________________两个方面。

7、根据镦粗坯料的变形程度可分为三个变形区:______________、_____________与___________________。

8、设计顶件装置时,主要解决_________________,___________________________以及___________________问题。

9、顶镦时的主要问题就是________ 与__________,研究顶镦问题应首先______________为主要出发点,其次就是____________________以提高生产率。

10、按照冷却速度的不同,锻件的冷却方法有三种:在空气中冷却,________________;在灰沙中冷却,_______________;在炉内冷却,_______________。

11、滚柱式旋转锻造机,锻模就是______________而旋转,锻件的截面一定就是________。

12、确定设备吨位的传统方法有________________与_______________两种。

二、判断题(本大题共10道小题,每小题1分,共10分)1、空气锤的吨位用锤头的质量表示。