熱成型工藝與模具設計期末考試題(沈陽理工大學)

1、鍛造模具復習資料1.影響剪切下料的特點及其影響因素(1)特點: 優(yōu)點:生產效率高;操作簡單;切口無金屬損耗.缺點:坯料局部被壓扁;坯料斷面不平整;剪切面常有毛刺和裂紋.(2)影響因素:刀刃的利鈍程度;刀片間隙大小;支撐情況;材料性質;剪切速度.(3)剪切下料三階段:刀刃壓進棒料,與刃口端接觸處出現(xiàn)裂紋裂紋隨刃口的深入而繼續(xù)擴展在刃口壓力作用下,上下裂紋間金屬被拉斷,形成S面.2.鍛造加工特點(1)鍛造能改變金屬的形狀亦能改變其性能(2)鍛造在固態(tài)下使得金屬變形比較困難,所以鍛件較鑄件簡單.鍛件作為毛坯可大大減少其機械加工工作量,生產效率高,節(jié)約機加工材料.(3)鍛件在壓力作用之下成型,消除了原

2、材料中的鑄態(tài)缺陷,鍛件組織均勻致密,可以控制纖維組織分布,幾乎各項機械性均好于鑄件,特別是沖擊性能尤其好.(4)受力復雜,服役條件苛刻的機械零件多用于鍛造生產.(5)鍛造生產中產生的噪音,加熱,冷卻和潤滑過程會產生污染.(6)鍛造不但可以生產毛坯而且可以直接鍛工件.3.影響金屬氧化的主要因素及氧化皮的危害和防止氧化的措施.(1)影響因素爐氣性質:決定燃料燃燒時空氣的供給量;加熱溫度:溫度越高,金屬和氣體原子的擴散速度越大,則氧化越劇烈,生成的氧化皮越厚. 加熱時間:鋼料處在氧化性介質中的加熱時間越長,氧的擴散量就越大,形成的氧化皮厚度也就越大鋼的種類低碳鋼燒損量大于高碳鋼的燒損量(2)氧化皮的

3、危害: 氧化皮硬而脆,會引起模具和機加工刀鋸的嚴重磨損.在爐底結燒成塊,降低爐襯壽命等.氧化皮壓入鍛件將會影響鍛件表面質量和尺寸精度.(3)防治措施: 控制爐內氣體,加入惰性氣體;少.無氧加熱;快速加熱(不產生裂紋)4.金屬加熱時所產生的變化.(1)組織結構方面:大多數(shù)金屬不但發(fā)生組織轉變,其晶粒依然長大,嚴重時造成過熱和過燒.(2)力學性能方面:金屬塑性提高,變形抗力降低,殘余應力逐步消失.但可能產生新的內應力,內應力過大時將會引起金屬開裂.(3)物理性能方面:金屬的導熱系數(shù).導溫系數(shù).膨脹系數(shù).密度等均隨溫度的升高而變化.(4)化學變化方面:金屬表層與爐氣或其他周圍介質發(fā)生氧化,脫碳,吸氫

4、等化學反應,結果生成氧化皮和脫碳層等.5.金屬的鍛造溫度范圍(1)鍛造溫度范圍:指始鍛溫度和終鍛溫度的一段溫度區(qū)間.(2)確定原則:保證金屬在鍛造溫度范圍內有較高的塑性和較小的變形抗力,并使鍛件獲得所希望的組織和性能.在此前提下鍛造溫度范圍應取得盡量寬些,以便盡量減少鍛造火次,降低消耗,提高生產率,方便操作.(3)基本方法:運用塑性圖.抗力圖.合金圖和再結晶圖從塑性,變形抗力和鍛件組織性能三方面綜合分析來確定合理鍛造溫度范圍并在實踐中驗證修改.(塑性圖.抗力圖.合金圖.再結晶圖須認識)6.墩粗:使坯料高度減小而橫截面積增大的成型工步.(1)目的:由橫截面積較小的坯料獲得橫截面積較大而高度較小的

5、鍛件或中間坯;沖孔前增大坯料的橫截面積以便于沖孔和沖孔后端面平整;反復墩粗和拔長可以提高坯料的鍛造比,同時使合金鋼中的碳化物破碎,達到均勻分布; 提高鍛件的橫向力學性能以減小力學性能的異向性;(2)缺陷: 變形不均勻;墩粗后常需要滾圓;如果變形過大致使脆性材料產生45度裂紋,使塑性材料產生縱向裂紋.7.拔長的目的及影響拔長效率的因素.(1)拔長的目的:由橫截面積較大的坯料獲得橫截面積較小而軸向較長的軸類鍛件或中間坯;可以輔助其他工序進行局部變形;反復墩粗和拔長可以提高坯料的鍛造比, 使合金鋼中的碳化物破碎,達到均勻分布,提高力學性能.(2) 影響拔長效率的因素:送進量的影響:送進量過小會出現(xiàn)雙

6、鼓形,心部產生拉應力,產生裂紋;送進量過大出現(xiàn)單鼓形,表面產生裂紋(方形件產生角裂紋).壓下量的影響:壓下量高拔長效率就高.但是容易引起表面橫向裂紋,角裂紋和折疊,所以在材料塑性容許的條件下可盡量提高壓下量.型砧形狀;坯料形狀;操作方法.8.錘上模鍛特點:工藝靈活,適應性廣,可以生產各類形狀復雜的鍛件.可單型腔模鍛也可多型槽模鍛,可單件模鍛也可多件模鍛或一料多件模鍛.錘頭的行程.打擊速度或打擊能量均可調節(jié),能實現(xiàn)輕重緩急不同的打擊,因而可以實現(xiàn)墩粗,拔長,滾擠,彎曲,卡壓,成形,預鍛和終端等各類工步.錘上模鍛是靠錘頭多次沖擊坯料使之變形,因錘頭運動速度快,金屬流動有慣性,所以充型填槽能力強.模

7、鍛件的纖維組織是按鍛件輪廓分布的,機械加工以后仍能基本保持完整,從而提高零件的使用壽命.單位時間內打擊次數(shù)多,生產效率高.模鍛件機械加工余量小,材料利用率高,鍛件生產成本低.9.模鍛中斷變形不能順利完成產生的缺陷及產生的原因(1)充不滿: 下料尺寸不足; 壓力過小; 加熱溫度不夠或加熱不均勻;下料尺寸不當,坯料過低,飛邊流入過早;模具設計不合理(主要是飛邊設計不合理)(2)鍛不足(欠壓或打不靠):設備噸位過小;下料過大;飛邊槽設計不合理,橋部高度過小;坯料尺寸設計不當,形成飛邊過晚.(3)錯移: 加熱不均勻;坯料放偏;模具設計結構不合理(主要是指分模面設計不合理)(4)折疊: 某些工字形或環(huán)形

8、鍛件易產生折疊.10.開式模鍛中影響金屬流動的因素:型槽的具體尺寸和形狀毛邊槽橋口尺寸和鍛件分模位置設備的工作速度和運動特征.11.毛邊槽作用及其分類(1)作用:造成足夠大的水平方向的阻力,迫使金屬充滿型槽,保證鍛件尺寸準確;緩沖錘擊.由于毛邊金屬的阻隔,可以緩沖上下模塊的直接接觸,提高模具壽;容納多余金屬.(2)類型形式一:應用最廣泛的一種.形式二:適用于高度方向形狀不對稱的鍛件形式三:適用于形狀復雜,坯料體積不易計算準確而往往偏多的鍛件,由于增大倉部容積,不至于發(fā)生上下模壓不靠.形式四:同于三,加寬毛邊槽橋部提高橋部強度,避免過快磨損和過早壓塌.形式五:只用于模鍛局部,橋部增設阻尼溝,增加

9、金屬向倉部流動的阻力,迫使金屬流向型槽深處或枝芽處.形式六:適用于形狀更為復雜的鍛件,終端事水平方向金屬流動越來越困難,切除毛邊困難.12.閉式模鍛的特點(1)優(yōu)點:省去了毛邊材料的消耗和毛邊的變形功;坯料處于更強的三向應力狀態(tài),提高了金屬塑性,利于低塑性合金的鍛造成型;鍛件纖維組織按照=零件輪廓連續(xù)分布,流線不會被切斷外露,提高鍛件力學性能和抗應力腐蝕性能(2)局限性:要求坯料體積和型槽容積相等;要求坯料形狀和尺寸比例合適,并在型槽內準確定位,否則鍛造時一邊已產生毛刺而另一邊還沒有充滿型槽,從而使鍛件報廢,同時也影響模具壽命;鍛件出模困難,需要頂件裝置,使鍛模結構復雜化;應用范圍窄13.分模

10、面的確定原則(1)基本原則:保證鍛件形狀盡可能與零件形狀相同,容易從鍛模型槽中取出.此外,應爭取獲 4得墩粗充填成型.故此,鍛件分模位置應選在具有最大水平投影尺寸的位置上.(2)為了便于發(fā)現(xiàn)上下模在模鍛過程中的錯移,分模位置應選在鍛件側面的中部;(3)為使鍛模結構盡量簡單,并防止上下模錯移,分模平面盡可能采用直線狀.(4)頭部尺寸較大的鍛件不宜直線分模;(5)為了鍛件切邊模和鍛模加工制造,同時也為了節(jié)約金屬材料,當圓餅類鍛件的H<=(2.5到3)時需考慮徑向分模;(6)對金屬流線方向有要求的鍛件,為避免纖維組織被切斷,應盡可能沿鍛件截面外形分模.14.開式模鍛變形四階段:(1) 自由變形

11、階段(2) 形成毛邊階段(3) 充滿型槽階段(4) 鍛足或稱打靠階段15.平砧間墩粗變形三區(qū)域:(1)區(qū)域一:難變形區(qū)受端面摩擦影響,變形十分困難;(2)區(qū)域二:大變形區(qū)處于坯料中段,受摩擦影響小,應力狀態(tài)利于變形,變形程度最大;(3)區(qū)域三:小變形區(qū)介于難變形區(qū)和大變形區(qū)之間.16.錘上鍛模常見的幾種沖孔連皮17.鋼錠結構和性能:(1)主要缺陷(鋼錠缺陷主要集中在冒口和底部)偏析:鋼錠內部各處成分和雜質分布不均勻的現(xiàn)象.(偏析是由選擇性結晶.溶解度變化.密度差異和流速不同所造成的 偏析有枝晶偏析和區(qū)域偏析)夾雜:不溶于金屬基體的非金屬化合物.夾雜會降低鍛造性能和鍛件力學性能氣體:主要有H.0

12、.N，都以化合物的形式存在.H會引起白點和氫脆等缺陷,使鋼錠塑性降低縮孔:形成于冒口疏松:間鋼液最后凝固收縮造成的晶間空隙和鋼液凝固過程中析出氣體構成.危害: 疏松使得鋼錠組織密度下降,破壞金屬連接性,影響其力學性能.(2)鋼錠外部形狀對其性能的影響:鋼錠截面為內凹的多邊形,便于散熱,降低偏析,成型時減少裂紋的產生.高度方向上帶有錐度,做成短粗胖利于氣體的上浮和高熔點雜質的下沉,利于凝固補縮; 優(yōu)質鍛件的鋼錠其冒口比例較大,因為冒口可以補充錠身的收縮,容納上浮氣體和雜質,純凈錠身質量.18.錘鍛模的失效形式(1)破裂: 沖擊破裂:從裂紋開始到鍛模開裂在較短的時間內或在較少的工作循環(huán)內疲勞破裂:(2)熱裂紋:表層金屬反復交替變化的溫度應力作用之下極易疲勞而產生的裂紋.(3)磨損(4)塑性變形:多發(fā)生在金屬流動劇烈部位(如毛邊槽橋部,型槽內薄的突出部分),易造成坍塌.19.鍛造對鋼錠組織性能的影響：(1)鍛造對鋼錠組織