锻模设计要点

按照金属体积模锻中最后成形工步的成形方法，可以把体积模锻分为镦粗、镦挤、挤压及顶镦四种。另外金属还有许多局部成形方法，如辊锻、楔横轧、扩辗、摆辗、径向锻造、旋压、弯曲及精压等。

塑性成形按金属材料温度分类有冷锻、温锻、热锻。按应力状态，塑性成形主要包括三类成形工艺：①低压应力开式模锻工艺。低压应力模锻成形包括镦粗和开式模锻（镦挤成形）。②高压应力闭式模锻和挤压工艺。高压应力模锻成形包括闭式模锻和挤压成形（正挤、反挤及复合挤压成形）等。其中闭式模锻包括整体闭式模锻和可分凹模闭式模锻，又称闭塞模锻、复动成形等。③局部加载成形工艺。锻件金属为连续局部成形，与体积成形不同。即变形材料承受局部载荷的区域是不断变化的，如辊锻成形、楔横轧成形、扩辗（辗环）成形、摆动辗压、径向锻造和旋压成形等。锻造模具设计要点分析如下。

1.工艺分析确定工艺方案

首先根据锻件形状和精度要求，对锻件进行工艺分析，确定采用何种锻造成形工艺，即冷锻、温锻、热锻，还是开式模锻、闭式模锻、挤压或顶镦。如六拐8平衡块空间分模曲轴（见图1），经工艺分析，曲轴属弯长轴类锻件，首先作截面图、设计直径图和辊锻毛坯图，宜采用辊锻制坯、压弯、开式预锻和开式开式终锻成形。

图1 六拐8平衡块空间分模曲轴

带杆转向节（见图2），经工艺分析，宜采用立锻挤压成形，其工艺过程为：镦粗除氧化皮、翻转90°压扁、带飞边闭式预锻成形和开式终锻成形。

图2 带杆转向节

钟形壳精锻件（见图3），属带内腔的圆法兰杆类锻件，宜采用闭式模锻，又由于钟形壳内腔滚道主要尺寸公差精度高：①滚间距误差最大为±0.05mm。②相对滚道沟底之间直径误差为±0.05mm。③滚道球心至内腔底部误差为0.22～－0.10mm。故宜采用精密闭式模锻。根据钟形壳形状和尺寸精度宜采用温锻、冷精整和冷缩径工艺。其中杆部采用温正挤压，法兰采用温反挤压成形（坯料温度900～950℃）。钟形壳内腔滚道尺寸精度很高，采用冷精整和冷缩径工艺。

图3 钟形壳精锻件

2.模具设计

模具设计包括模架、模膛和模块结构设计和模具设计，模锻锤没有模架，压力机有模架，模架结构和制造精度影响模具结构和锻件精度，应引起重视，热模锻压力机模架如图4所示。

图4 热模锻压力机模架

（1）模架设计 开式模锻和整体凹模闭式模锻模架。设计一般包括：①确定模架闭合高度和上下模座厚度。②选择导向装置，一般采用导柱导套结构，对于精密模锻可以采用导柱导套加X导向块。③布置顶出装置，最好采用直通式顶出装置。④确定模具定位和紧固方式，确保定位精度高（不调整错差）和模具紧固牢靠。⑤选择模架各零件材料、热处理硬度和制造精度。为快速换模，模架可采用“模盒”结构，模盒内安装模具，模盒由液压锁紧在模架内，两套模盒互换。

“可分凹模闭式模锻”模架，由上模座、活动模座和下模座组成，活动模座可以采用液压、氮气和氮气弹簧移动，实现凹模闭合，可以生产形状复杂锻件。如十字轴、万向节叉和三通管件等。

（2）模膛设计 各种体积塑性变形方式都有各自制坯方式以及预锻模膛和终锻模膛设计规律，在各类“锻模设计手册”内均有详细介绍，不赘叙。但为了工艺稳定性，在模膛设计时，必须设计坯料在模膛定位及各工步之间定位。

（3）模块结构设计 首先确定是采用整体模块，还是采用镶块模块。其次，还要确定顶出装置、锁扣、定位和紧固方式。特别应注意三心重合，即设备滑块锻造中心、模块中心和模膛打击中心重合。

3.数值模拟和物理模拟

用数值模拟方法，可以得到塑性成形过程锻造载荷－行程曲线，获得工件内部应力应变、温度分布和金属流动规律，以及模具的应力应变、温度分布、预测工件的成形状况、残余应力、缺陷、晶粒的粒度和取向分布，这些重要信息对合理确定锻造成形工艺、锻模结构、模具选材及热处理方案的最终确定有重要的指导意义。但是，对于一个形状复杂的新产品，除了采用数值模拟进行优化设计外，还应配合物理模拟，这样才能达到满意效果。