锻造工艺与模具设计实验指导书

《锻造工艺与模具设计》实验指导书
实验一、空气锤结构及工作原理
一、 实验目的
（1） 了解750kg空气锤的组成、各部分作用;
（2） 掌握750kg空气锤工作原理及操纵方法。

二、 实验设备及厂房
750kg空气锤，实训中心厂房
三、 实验内容
（1） 空气锤的组成部分如图2-4-10所示。
（2） 对照示意图和实物，说出空气锤结构部分包括的内容及作用。
工作部分：包括落下部分（活塞、锤杆和上砧块）和锤砧（下砧、砧垫和砧座） 传动部
分：由电动机、带和带轮、齿轮、曲柄连杆及压缩活塞等组成 操纵部分：由上下旋阀、旋
阀套和操纵手柄等组成
机 身：由工作缸、压缩缸、立柱和底座组成。
（3） 简述空气锤的工作原理

四、实验总结整理
每个同学按上述内容完成实验报告

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誌申
实验二、典型锻件的模锻工艺设计
一、实验目的
(1)
学会分析模锻件的结构工艺性。

(2)
学会用CAPP软件进行模锻工艺设计。

(3)
学会制定模锻工艺过程。

(4)
学会分析模锻件锻后的质量。

二、 实验设备及要求
微型计算机、CAPP软件
三、 实验内容
模锻的锻造工艺过程通常包括以下内容。
1、绘制模锻锻件图
模锻锻件图是根据零件图及模锻工艺特点制定的， 它是确定变形工序、 设计 和制
造锻模、计算坯料和检验锻件的依据。 在确定模锻锻件图时需预先考虑锻 件的分模面、
加工余量、锻造公差、工艺余块、模锻斜度及圆角半径等因素。
(1)
分模面

分模面即锻模上、下模或凸、凹模的分界面。 分模面可以是平面，也可以 是曲面。
锻件分模面的位置选择是否合理，关系到锻件成形、锻件出模、材料 利用率等一系列问
题。 其选择原则是：分模面应选在模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，并使锻件上加工余量最少，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，并利于锻模的锻造。在 保证上述基本原则的基础上， 为提高锻件质量和
生产过程的稳定性， 还应考虑以 下要求。
① 饼块类锻件的高度小于或等于直径时，应取径向分模，而不能选轴向分模， 以利于锻
模、切边模的加工制造和减少余块等金属消耗。
② 对于头部尺寸明显偏大的锻件，最好用曲面而不用平面分模，可使上、下模 膛深度大
致
相同，有利于整个锻件充填成形。
③ 有流线方向要求的锻件，应考虑锻件工作时的受力特点。
(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，一般加工余量为1〜4 mm,公差为±0. 3〜
±3 mm
之间，用时可查有关手册。模锻生产为成批生产，应尽量少加或不加工艺余块。
(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有一定斜度。 锻 件上的
这一斜度称为模锻斜度。 模锻斜度不包括在加工余量内，一般取5°、 7°、10°、12° 等标
准值。模膛深度与宽度之比增大时，应取较大斜度 值。因冷却引起收缩，锻件的内壁斜度
值 B应比外壁斜度值a大一级。

(4)
圆角半径。

模锻件上所有两平面的交角处均需做成圆角。 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。钢的模锻件外圆角半径r取1〜6 mm,内 圆角半径R是外圆角半径r
的3〜4倍。模膛深度越深，圆角半径取值越大。
2、 确定模锻工步
模锻工步主要根据模锻件的形状和尺寸来确定。 工步的名称和所用的模膛相 一致，
如拔长工步所用的模膛称为拔长模膛等。 模锻件按形状分为以下两大类。
(1)
长轴类。

此类锻件的长度明显大于其宽度和高度，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂 等。 锻
造时锤击方向垂直于锻件轴线，常选用拔长、滚压、弯曲、预锻和终锻 等工步。因此，终
锻时金属沿高度与宽度方向流动，而长度方向流动不明显。
由于在拔长、滚压等制坯工步时，坯料已沿轴线方向流动改变了形状，各横 截面已和
锻件相应的横截面面积与飞边截面积之和近似相等， 所以能保证终锻时 金属充满模膛，
且各处飞边均匀。 坯料的横截面面积大于锻件最大横截面面积 时，可只选用拔长工步。
而当坯料的横截面面积小于锻件最大横截面面积时， 采用拔长和滚压工步。 锻件轴线为
曲线时应设弯曲工步。
对于小型长轴类锻件，为了减少钳口料和提高生产率，常采用一根棒料同时 锻造几个
锻件的锻造方法，因此，应增设切断工步，将锻好的件切离。
对于形状复杂的锻件，还应增设预锻工步，最后在终锻模膛中模锻成形，如 锻造弯曲
连杆模锻件。坯料经过拔长、滚压、弯曲等三个工步后，形状接近于锻 件，然后经预锻、
终锻两个模膛制成带有飞边的锻件。 至此在锤上进行的模锻 工步已经完成。 再经切飞边
等其他工步后，即可获得合格锻件。
某些模锻件选用周期轧制材料时， 可以省去拔长、 滚压等工步， 使模锻过程简 化，
提高了生产率。
(2)
饼块类。

此类锻件主轴尺寸较短，在分模面上投影为圆形或长宽尺寸相近，如齿轮、 法兰、
十字轴、万向节叉等。 模锻时，坯料轴线方向与锤击方向相同，金属沿 高度、宽度和长
度方向均产生流动。 常采用镦粗或压扁等工步制坯， 然后终锻。 形状简单的锻件可直接
终锻成形。
3、 坯料计算
坯料重量为锻件、飞边、连皮、钳口料头和氧化皮重量的总和。 一般飞边 是锻件重
量的2 0%〜25% ;氧化皮是锻件、飞边、连皮等重量总和的
2.5%〜4%
。

4、 选择模锻设备
5、 模锻的后续工序
普通模锻件均带有飞边， 带孔锻件还有冲孔连皮， 通常采用冲切法去除飞边， 其后
尚有清除氧化皮及校正工序。 清除氧化皮的方法有滚筒清理、 喷丸清理等， 以便于检验
表面缺陷及切削加工。 锻件在切边、冲孔、热处理及表面清理过程 中若有变形，应进行
校正，大、中型锻件在热态下校正，小锻件亦可冷态校正， 此工序可在终锻模膛中进行，
亦可在专门的校正模具中进行。
对于精度要求较高的锻件， 应进行精压。 精压可全部或部分代替切削加工， 分平
面精压和体积精压两类。
此外，锻造工艺对结构设计也有一定的要求，根据模锻的特点及工艺要求，
模锻件结构设计的基本原则如下。
① 必须具有合理的分模面、模锻斜度和圆角半径，保证模锻件易于从锻模中取 出。
② 在零件的非结合面、不需进行切削加工处，应有合理的模锻斜度和圆角。
③ 为了减少工序，零件的外形应力求简单，最好要平直和对称，截面的差别不
宜过大，避免薄壁、高筋、凸起等外形结构。 在分模面上避免小枝杈和薄突缘。
④ 避免窄沟、深槽、深孔及多孔结构，以便于制造模具并延长模具寿命。 孔径
小于3 0 mm和孔深大于直径两倍的孔结构均不易锻出，应尽量避免。
⑤ 对于形状复杂的锻件，应尽量采用锻焊结构，以减少工艺余块，简化模锻工
-f-p
乙。

四、步骤及结果分析
(1)
选择设计题目。 有两题可供选择：

① 奖杯，如图2 -1所示，要求美观耐蚀，批量生产；
② 齿轮，如图2 -2所示，要求耐蚀和耐磨，批量生产。
(2)
进行模锻件的结构工艺性分析，即对所选零件进行结构工艺性分析并进 行修改。

(3)
用CAPP软件进行设计，获得模锻工艺文件。

(4)
确定结构，包括制坯、预锻和终锻模膛。

(5)
选择坯料尺寸，根据锻件图确定坯料的重量和尺寸。

(6)
确定模锻工步和工艺卡。

图2-1奖杯