鍛模設(shè)計要點

按照金屬體積模鍛中最后成形工步的成形方法，可以把體積模鍛分為鐓粗、鐓擠、擠壓及頂鐓四種。另外金屬還有許多局部成形方法，如輥鍛、楔橫軋、擴輾、擺輾、徑向鍛造、旋壓、彎曲及精壓等。

塑性成形按金屬材料溫度分類有冷鍛、溫鍛、熱鍛。按應(yīng)力狀態(tài)，塑性成形主要包括三類成形工藝：①低壓應(yīng)力開式模鍛工藝。低壓應(yīng)力模鍛成形包括鐓粗和開式模鍛（鐓擠成形）。②高壓應(yīng)力閉式模鍛和擠壓工藝。高壓應(yīng)力模鍛成形包括閉式模鍛和擠壓成形（正擠、反擠及復(fù)合擠壓成形）等。其中閉式模鍛包括整體閉式模鍛和可分凹模閉式模鍛，又稱閉塞模鍛、復(fù)動成形等。③局部加載成形工藝。鍛件金屬為連續(xù)局部成形，與體積成形不同。即變形材料承受局部載荷的區(qū)域是不斷變化的，如輥鍛成形、楔橫軋成形、擴輾（輾環(huán)）成形、擺動輾壓、徑向鍛造和旋壓成形等。鍛造模具設(shè)計要點分析如下。

1.工藝分析確定工藝方案

首先根據(jù)鍛件形狀和精度要求，對鍛件進行工藝分析，確定采用何種鍛造成形工藝，即冷鍛、溫鍛、熱鍛，還是開式模鍛、閉式模鍛、擠壓或頂鐓。如六拐8平衡塊空間分模曲軸（見圖1），經(jīng)工藝分析，曲軸屬彎長軸類鍛件，首先作截面圖、設(shè)計直徑圖和輥鍛毛坯圖，宜采用輥鍛制坯、壓彎、開式預(yù)鍛和開式開式終鍛成形。

圖1 六拐8平衡塊空間分模曲軸

帶桿轉(zhuǎn)向節(jié)（見圖2），經(jīng)工藝分析，宜采用立鍛擠壓成形，其工藝過程為：鐓粗除氧化皮、翻轉(zhuǎn)90°壓扁、帶飛邊閉式預(yù)鍛成形和開式終鍛成形。

圖2 帶桿轉(zhuǎn)向節(jié)

鐘形殼精鍛件（見圖3），屬帶內(nèi)腔的圓法蘭桿類鍛件，宜采用閉式模鍛，又由于鐘形殼內(nèi)腔滾道主要尺寸公差精度高：①滾間距誤差最大為±0.05mm。②相對滾道溝底之間直徑誤差為±0.05mm。③滾道球心至內(nèi)腔底部誤差為0.22～－0.10mm。故宜采用精密閉式模鍛。根據(jù)鐘形殼形狀和尺寸精度宜采用溫鍛、冷精整和冷縮徑工藝。其中桿部采用溫正擠壓，法蘭采用溫反擠壓成形（坯料溫度900～950℃）。鐘形殼內(nèi)腔滾道尺寸精度很高，采用冷精整和冷縮徑工藝。

圖3 鐘形殼精鍛件

2.模具設(shè)計

模具設(shè)計包括模架、模膛和模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計和模具設(shè)計，模鍛錘沒有模架，壓力機有模架，模架結(jié)構(gòu)和制造精度影響模具結(jié)構(gòu)和鍛件精度，應(yīng)引起重視，熱模鍛壓力機模架如圖4所示。

圖4 熱模鍛壓力機模架

（1）模架設(shè)計 開式模鍛和整體凹模閉式模鍛模架。設(shè)計一般包括：①確定模架閉合高度和上下模座厚度。②選擇導(dǎo)向裝置，一般采用導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，對于精密模鍛可以采用導(dǎo)柱導(dǎo)套加X導(dǎo)向塊。③布置頂出裝置，最好采用直通式頂出裝置。④確定模具定位和緊固方式，確保定位精度高（不調(diào)整錯差）和模具緊固牢靠。⑤選擇模架各零件材料、熱處理硬度和制造精度。為快速換模，模架可采用“模盒”結(jié)構(gòu)，模盒內(nèi)安裝模具，模盒由液壓鎖緊在模架內(nèi)，兩套模盒互換。

“可分凹模閉式模鍛”模架，由上模座、活動模座和下模座組成，活動模座可以采用液壓、氮氣和氮氣彈簧移動，實現(xiàn)凹模閉合，可以生產(chǎn)形狀復(fù)雜鍛件。如十字軸、萬向節(jié)叉和三通管件等。

（2）模膛設(shè)計 各種體積塑性變形方式都有各自制坯方式以及預(yù)鍛模膛和終鍛模膛設(shè)計規(guī)律，在各類“鍛模設(shè)計手冊”內(nèi)均有詳細(xì)介紹，不贅敘。但為了工藝穩(wěn)定性，在模膛設(shè)計時，必須設(shè)計坯料在模膛定位及各工步之間定位。

（3）模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計 首先確定是采用整體模塊，還是采用鑲塊模塊。其次，還要確定頂出裝置、鎖扣、定位和緊固方式。特別應(yīng)注意三心重合，即設(shè)備滑塊鍛造中心、模塊中心和模膛打擊中心重合。

3.數(shù)值模擬和物理模擬

用數(shù)值模擬方法，可以得到塑性成形過程鍛造載荷－行程曲線，獲得工件內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變、溫度分布和金屬流動規(guī)律，以及模具的應(yīng)力應(yīng)變、溫度分布、預(yù)測工件的成形狀況、殘余應(yīng)力、缺陷、晶粒的粒度和取向分布，這些重要信息對合理確定鍛造成形工藝、鍛模結(jié)構(gòu)、模具選材及熱處理方案的最終確定有重要的指導(dǎo)意義。但是，對于一個形狀復(fù)雜的新產(chǎn)品，除了采用數(shù)值模擬進行優(yōu)化設(shè)計外，還應(yīng)配合物理模擬，這樣才能達到滿意效果。