鍛模設計要點

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。按應力狀態(tài)，塑性成形主要包括三類成形工藝：①低壓應力開式模鍛工藝。低壓應力模鍛成形包括鐓粗和開式模鍛（鐓擠成形）。②高壓應力閉式模鍛和擠壓工藝。高壓應力模鍛成形包括閉式模鍛和擠壓成形（正擠、反擠及復合擠壓成形）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、設計直徑圖和輥鍛毛坯圖，宜采用輥鍛制坯、壓彎、開式預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90°壓扁、帶飛邊閉式預鍛成形和開式終鍛成形。

圖2 帶桿轉向節(jié)

鐘形殼精鍛件（見圖3），屬帶內腔的圓法蘭桿類鍛件，宜采用閉式模鍛，又由于鐘形殼內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.模具設計

模具設計包括模架、模膛和模塊結構設計和模具設計，模鍛錘沒有模架，壓力機有模架，模架結構和制造精度影響模具結構和鍛件精度，應引起重視，熱模鍛壓力機模架如圖4所示。

圖4 熱模鍛壓力機模架

（1）模架設計 開式模鍛和整體凹模閉式模鍛模架。設計一般包括：①確定模架閉合高度和上下模座厚度。②選擇導向裝置，一般采用導柱導套結構，對于精密模鍛可以采用導柱導套加X導向塊。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”結構，模盒內安裝模具，模盒由液壓鎖緊在模架內，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，可以生產形狀復雜鍛件。如十字軸、萬向節(jié)叉和三通管件等。

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

（3）模塊結構設計 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。特別應注意三心重合，即設備滑塊鍛造中心、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，獲得工件內部應力應變、溫度分布和金屬流動規(guī)律，以及模具的應力應變、溫度分布、預測工件的成形狀況、殘余應力、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、鍛模結構、模具選材及熱處理方案的最終確定有重要的指導意義。但是，對于一個形狀復雜的新產品，除了采用數(shù)值模擬進行優(yōu)化設計外，還應配合物理模擬，這樣才能達到滿意效果。