《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
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１～４ｍｍ，公差为±０．３～±３ｍｍ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β应比外壁斜度值α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１～６ｍｍ，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２０％～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３０ｍｍ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，简化模锻工艺。

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。

（7）分析模锻件的质量。

图2-1 奖杯
图2-2 齿轮。