一種錘環(huán)金屬模具的改進(jìn)與設(shè)計(jì)

孫全喜 于宏閣 劉國(guó)忠

摘 要：金屬模具被廣泛應(yīng)用于鑄造行業(yè)中，在生產(chǎn)中通過對(duì)金屬模具的合理改進(jìn)設(shè)計(jì)，可以降低金屬模具的制造成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率，從而增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：鑄造；金屬模具；改進(jìn)設(shè)計(jì)

1 改進(jìn)前錘環(huán)金屬模具的情況

1.1 改進(jìn)前金屬模具的結(jié)構(gòu)及特性

以前，某鑄造企業(yè)生產(chǎn)錘環(huán)采用的是整體式金屬模具（如圖1），模具材料為鑄鐵（HT200），其化學(xué)成分百分比為C：3.2～3.5；Si：1.5～1.8；Mn：0.8～1.0；S：≤0.12；P：≤0.15。在生產(chǎn)過程中，鋼水的澆注溫度是1450～1500℃，金屬模具長(zhǎng)期在高溫條件下工作，容易產(chǎn)生疲勞而使得材料變脆，特別是模具型腔的圓弧處容易損傷掉角。而鑄鐵模具不能補(bǔ)焊修復(fù)，因此導(dǎo)致整個(gè)模具報(bào)廢。整體式金屬模具加工制造鍥形內(nèi)腔部分時(shí)比較困難，加工周期較長(zhǎng)。一般鑄鐵金屬模具的使用壽命為一年，金屬模具報(bào)廢后需重新制造新的模具，這就增加了金屬模具的制造成本，從而使生產(chǎn)成本增加，降低企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

1.2 整體式鑄鐵金屬模具的缺點(diǎn)

（1）鑄鐵材料的電加工性能極差，加工異形型腔比較困難。圖1所示的鑄鐵模具的異形型腔在加工時(shí)一般采用插削加工和線切割加工的方法。采用插削加工方法加工異形型腔時(shí)一般先按照樣板劃線，然后進(jìn)行插削加工，這種加工方法的加工精度很低，生產(chǎn)效率非常低，模具生產(chǎn)周期較長(zhǎng)。采用線切割方法加工異形型腔時(shí)，雖然能夠按照?qǐng)D形程序一次性切割成型，但是在切割過程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)材料不導(dǎo)電的現(xiàn)象，使得線切割無(wú)法加工生產(chǎn)。因?yàn)殍T鐵材料中經(jīng)常會(huì)有冷隔、夾雜等現(xiàn)象，使得鑄鐵材料的導(dǎo)電性能降低，因此會(huì)影響其線切割加工時(shí)的導(dǎo)電性能。

（2）鑄鐵材料的焊接性能極差，模具有損壞時(shí)不能補(bǔ)焊修復(fù)。鑄鐵是一種含碳量很高的合金，在焊接過程中被熔化的鐵水需要重新冷卻凝固。由于含碳量高，如冷卻速度快，鑄鐵中的C元素會(huì)形成非常脆的滲碳體，而不是原來(lái)的石墨，從而使得材料變硬發(fā)脆，因此其焊接效果和強(qiáng)度非常差。所以異形型腔有損壞補(bǔ)焊的焊接強(qiáng)度很低，使用壽命就相應(yīng)很短。

（3）鑄鐵材料在長(zhǎng)期高溫條件下工作容易變脆，模具使用壽命較短。由于鑄鐵材料的含碳量很高，其內(nèi)部組織粗大，致密度不高，因此鑄鐵材料在長(zhǎng)期高溫（1500℃）條件下工作，材料會(huì)碳化變脆，模具在使用過程中其異形型腔就易掉角脫落，使得鑄鐵模具報(bào)廢，模具使用壽命降低。

2 改進(jìn)后錘環(huán)金屬模具的情況

2.1 改進(jìn)后金屬模具的結(jié)構(gòu)及特性

目前，某鑄造企業(yè)對(duì)該金屬模具進(jìn)行了一定的改進(jìn)設(shè)計(jì)（如圖2）。將原來(lái)的整體式金屬模具改變成模具體和鑲塊兩部分，即分體式金屬模具。模具體和鑲塊全部采用耐熱鋼ZG40Cr9Si2，其化學(xué)成分百分比是C：0.35～0.50；Mn：≦0.70；Si：2.00～3.00；Cr：8.00～9.00；P：≦0.035；S：≦0.30。模具體內(nèi)腔是8個(gè)U型槽，鑲塊與U型槽采用間隙配合，并且采用螺栓連接使模具體和鑲塊緊固。將整體式金屬模具設(shè)計(jì)成分體式金屬模具，可解決模具體內(nèi)腔鍥形部分加工困難的問題。即把鍥形型腔的機(jī)械加工變成U型槽加工，而U型槽的機(jī)械加工工藝簡(jiǎn)單，很容易加工。且鍥形型腔部分是可拆換的，如有損壞可將其取下進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)或更換即可使用。這樣就大大降低了生產(chǎn)成本，有效地提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

2.2 改進(jìn)后分體式金屬模具的優(yōu)點(diǎn)

（1）耐熱鋼材料的電加工性能較好，能采用線切割方法加工異形型腔。由于耐熱鋼材料的合金元素含量比較高，合金元素和鐵、碳元素的融合效果好，其材料組織細(xì)化，致密度高，因此采用線切割方法加工異形型腔時(shí)能順利一次性切割成型，不會(huì)出現(xiàn)不導(dǎo)電現(xiàn)象。另外，異形鍥形部分還可采用數(shù)控加工中心方法進(jìn)行加工生產(chǎn)，模具生產(chǎn)效率較高。

（2）耐熱鋼材料的焊接性能良好，模具如有損壞可進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，重復(fù)使用。耐熱鋼屬于高鉻合金鋼，材料組織細(xì)化，致密度高，因此焊接性能優(yōu)良。使用過程中出現(xiàn)損壞能進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)，達(dá)到重復(fù)使用效果，大幅提高此模具使用壽命。

（3）耐熱鋼材料在長(zhǎng)期高溫條件下不易變脆，不易損壞，金屬模具的使用壽命較長(zhǎng)。由于耐熱鋼的含鉻量比較高，其耐熱性能非常好，長(zhǎng)期在高溫（1500℃）條件下工作使用仍能保持原有的機(jī)械性能，其組織及強(qiáng)度不會(huì)有任何變化，所以耐熱鋼模具的使用壽命就會(huì)大幅提高。

3 經(jīng)濟(jì)效益情況分析

改進(jìn)前鑄鐵金屬模具制造成本2600元/套，使用壽命僅1年。改進(jìn)后的分體式金屬模具制造成本5000元/套，使用壽命10年。以10年為計(jì)算周期，改進(jìn)前的金屬模具費(fèi)用26000元/10年，改進(jìn)后的金屬模具費(fèi)用5000元/10年，10年內(nèi)可節(jié)約模具費(fèi)用21000元/10年·套，那么每年就可節(jié)約模具費(fèi)用2100元/年/套。該鑄造企業(yè)在大批量生產(chǎn)時(shí)所需的金屬模具有100套之多，由此可見改進(jìn)后每年節(jié)約的模具費(fèi)用20多萬(wàn)元，產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是顯著的。

4 結(jié)語(yǔ)

金屬模具在鑄造行業(yè)中被廣泛使用，在生產(chǎn)實(shí)踐中對(duì)金屬模具進(jìn)行一些合理的改進(jìn)設(shè)計(jì)，能夠有效地提高金屬模具的使用壽命，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，降低金屬模具的制造成本，對(duì)提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]陳文琳，陳忠家.轉(zhuǎn)向錘臂鍛件工藝與模具設(shè)計(jì)的改進(jìn)[J].精密成形工程，2001，19（5）：14-16.

[2]孫全喜，戰(zhàn)中學(xué)，高平，等.一種碎煤機(jī)錘環(huán)金屬模具：CN102672114A[P].2012.

（作者單位：中國(guó)兵器工業(yè)第五二研究所）