锻模相关国家标准和机械行业标准现状及应用示例

郝 媛，周江奇，蒋 鹏，4，5，张 莉，王 冲，侯惠敏

（1.北京机电研究所有限公司，北京 100083；2.上汽通用五菱汽车股份有限公司，广西 柳州 545005；3.桂林电器科学研究院有限公司，广西 桂林 541004；4.北京机电研究所 锻压产业研发中心，江苏 南通 226600；5.中机锻压江苏股份有限公司，江苏 南通 226600）

0 引 言

标准是制造业技术基础的核心要素，也是行业管理的重要手段。全国模具标准化技术委员会负责对发布实施的模具标准及新增模具标准计划项目进行统一管理，经过多年有效的工作，已初步形成了较为完善的模具标准体系[1-4]。

我国现行模具标准有310项，其中推荐性国家标准112项、推荐性行业标准198项，涵盖了冲模、塑料模、压铸模、锻模、拉制模、挤压模、辊压模、玻璃模、橡胶模、铸造模等模具类别，主要集中在冲模、塑料模、锻模、压铸模4个领域。据统计，涉及锻模的标准共66项，其中国家标准3项，机械行业标准63项。

以下从术语和通用技术要求、机械压力机锻模、螺旋压力机锻模、锤锻模、平锻模、冷锻模、紧固件冷镦模、回转成形模、切边模9个方面介绍锻模相关的国家标准和机械行业标准条目，并给出了部分标准的应用示例。

1 锻模相关术语和通用技术要求标准

在锻模标准体系中，术语部分原有标准GB/T 9453—2008《锻模术语》，该标准修订时与GB/T 8845—2006《冲模术语》、GB/T 8846—2005《塑料成型模术语》、GB/T 8847—2003《压铸模术语》整合成为GB/T 8845—2017《模具术语》标准。GB/T 8845—2017《模具术语》在以上4项标准的基础上，增加了通用术语及粉末冶金模、拉制模、挤压模、辊压模、玻璃模、橡胶模、陶瓷模、铸造模等8类模具专业术语，形成了模具行业统一的术语标准。

按照现行标准体系，锻模相关的术语和通用技术要求涉及6个标准，如表1所示。其中，国家标准有3项，除了对术语做出规范之外还规定了模具材料的锻造要求、热处理要求、外形尺寸及检验方法。随着行业和社会的进步，如果能制定一些体现锻模绿色制造和智能制造的相关标准，将更契合时代需求。

表1 锻模术语和通用技术要求标准

2 机械压力机锻模相关标准及其应用

2.1 机械压力机模锻成形工艺与锻模设计特点

机械压力机具有设备刚度高、抗偏载能力强、工作效率高等特点，适合自动化生产。机械压力机模锻工艺和模具设计具有下列特点。

（1）设备行程速度较慢，一次行程中金属变形量大，金属沿水平方向流动剧烈，高度方向充填型腔困难，通常需要采用预锻工步。

（2）行程固定，不便于进行拔长、滚压等制坯工步。对于截面积变化较大的锻件，需配备其他设备制坯。

（3）具有顶出装置，可采用较小的模锻斜度以提高锻件精度。

（4）由于是静压力，模具可以采用镶件组合结构，由上模板、下模板、各种垫板、上模块、下模块、导向装置、顶料装置等部件组成，结构较复杂，体积庞大，初次投资比较大。

因此，机械压力机的模具设计不仅是设计模膛和镶件，更重要的是需要全面考虑，设计结构合理的模架，做到经济合理、可靠耐用。

2.2 机械压力机锻模相关标准现状

现行的机械压力机锻模标准由8部分组成，如表2所示。

表2 机械压力机锻模标准

机械压力机锻模标准主要是模架的零件标准，涵盖了模座、垫板、导柱、导套、模块等，推荐了零件的结构型式和尺寸，实用性强。模架标准中导向主要采用后侧导柱导套式导向、窝座式定位、楔块螺钉压紧结构，是过去和现在主要采用的结构，未来向X形导轨式导向、主副模架、快速液压夹紧、具备快换功能的新型模架结构发展的趋势明显，应该在相应标准修订或新制定标准时予以考虑。

2.3 CR350A连杆锻模设计标准应用示例

CR350A连杆锻件如图1所示。采用机械压力机热模锻工艺，所需成形力估算为9 000 kN，选用10 000 kN的热模锻压力机，工艺流程为：辊锻制坯、压扁、预锻和终锻，压扁、预锻和终锻3道工序分别采用单独模块。

图1 CR350A连杆锻件

根据机械压力机公称压力10 000 kN和标准JB/T 6059.8—2015，模架结构形式采用A3型（斜面定位）模架。考虑到模具零件最小壁厚、飞边槽尺寸等因素，计算得到模块长度L为320 mm，宽度B为170 mm，厚度H为140 mm。

模座的结构形式根据标准JB/T 6059.6—2015选择B型模座，模座材料采用5CrNiMo，热处理硬度26～32 HRC。

与模座对应的模块结构形式选用JB/T 6059.8—2015的C型模块结构形式，并可查得厚度H为140 mm的模块，其宽度B可选值为170、180、190、200 mm，长度L尺寸为320 mm，结合模座装模宽度尺寸为600 mm，锻造工艺分压扁、预锻、终锻3道工序，每道工序模块宽度选定为200 mm；模座能容纳的最大模块长度为250 mm，与模块长度尺寸320 mm不符。经核算，可将模座的最大装模长度调整为320 mm，绘制模具装配图，如图2所示，终锻模如图3所示，模具上起重孔的位置根据设计进行了相应调整。

图2 CR350A连杆锻模装配图

图3 CR350A连杆终锻模

根据标准JB/T 8431.2017，模块材料选用5CrNi-Mo，热处理硬度为42～47 HRC。

根据模座和模块的结构形式，垫板的结构形式采用JB/T 6059.7—2015中的B型垫板，尺寸根据机械压力机压力在该标准中查得，长度L根据实际设计调整到320 mm，垫板材料采用5CrNiMo，热处理硬度为42～47 HRC。

模架采用导柱导向，导柱结构形式采用JB/T 6059.1-2015推荐的结构，尺寸根据机械压力机压力在该标准中查得，材料采用20Cr，碳氮共渗深度为1.0～1.5 mm，热处理硬度为56～62 HRC。

模架采用组合式导套结构，其中导套外壳、导套衬套和导套刮圈尺寸根据标准JB/T 6059.2—2015查得，导套外壳材料选用45钢，导套衬套材料为ZQSn5-5-5，导套刮圈材料为ZHMn58-2-2。

机械压力机锻模导套盖板采用JB/T 6059.4—2015推荐的A型盖板，材料为Q235。

根据上述查得的标准数据，设计的模架如图4所示。

图4 CR350A连杆模架

3 螺旋压力机锻模相关标准及其应用

3.1 螺旋压力机成形工艺特点

由螺旋压力机的工作特点决定其模锻工艺和模具设计具有下列特点：①工艺适应性强；②适用于闭式模锻、精密模锻和长杆类锻件的镦锻；③生产效率低、抗偏载能力差；④模具成本低。

螺旋压力机可以进行普通模锻、精锻、镦锻、挤压、弯曲、切边、冲孔、精压、压印和冷、热校正等，工艺用途广，是目前我国锻造生产领域应用最广的设备。

3.2 螺旋压力机锻模相关标准现状

目前在用的螺旋压力机锻模标准由4部分组成，如表3所示。

表3 螺旋压力机锻模标准

螺旋压力机是国内目前应用最多的锻造设备，因此制定相关锻模标准指导作用更大。现行4个螺旋压力机锻模的行业标准主要是螺旋压力机锻模的技术条件和几种零件的推荐性标准，可以考虑进一步增加一些标准，以适应螺旋压力机锻造中新技术、新装备的发展需求。

3.3 圆锥齿轮锻模及模架设计中的标准选用

直齿圆锥齿轮锻件采用热精锻工艺，所需成形力估算为3 078 kN，选用3 000 kN的螺旋压力机。计算模块尺寸时考虑模具零件最小壁厚，得到模块直径为φ160 mm，厚度为110 mm。

从客观上看，近几年即墨区正处在大改革、大发展的关键转型期，中心工作千头万绪、艰巨繁重，加之镇街又经历了行政区划分合的再度调整和新一轮换届，人大工作需要一个磨合调整的过程，一定程度上影响到人大工作运转，但主观原因、工作原因仍是主要问题所在。

根据标准JB/T 8431—2017，锻模材料选用5CrNiMo，热处理硬度为40～45 HRC。

根据标准JB/T 5110.2—2015，模块结构形式选C型，可查得圆形模块尺寸为φ160 mm×110 mm，设计的模具如5所示。

图5 锥齿轮模具

根据标准JB/T 5110.3—2015，模块-模座固定方式选择C型压圈紧固模座。模座形式选用Y型（压圈紧固圆形模块用），模座材料采用ZG310-570，热处理硬度为28～32 HRC。

根据标准JB/T 5110.4—2015，压边圈的结构形式采用C型，材料采用45钢，硬度为28～32 HRC。

根据标准JB/T 5110.1—2015，选用锻模、模座和压边圈零件技术要求。根据标准选用尺寸，绘制模架如图6所示。

4 锤锻模相关标准

4.1 锤锻工艺和模具的特点

锤锻工艺特点如下：①靠冲击力使金属变形，锤头在行程的最后，速度约为7～9 m/s；②受力系统不封闭，冲击力通过下砧传给基础；③单位时间内的打击次数多（10～100 kN模锻锤为100～40次/min）；④锤头的行程不固定；⑤承受偏载的能力和导向精度均较差；⑥无顶出装置。

锤锻模设计特点：①靠冲击力使金属变形，可利用金属的流动惯性充填型腔，难充满的部分应设置在上模；②可实现多种模锻工步，可设计滚压、拔长等制坯工步；③一般无顶出装置，锻件模锻斜度应适当加大；④模具一般采用整体结构；⑥通常采用锁扣装置导向。

4.2 锤锻模相关标准现状

目前在用的锤锻模标准由4部分组成，如表4所示。

表4 锤锻模标准

锤锻模已由原来的以空气驱动为主转变为液压驱动为主，能耗大幅度降低，设备的精度也有较大的提高。现行锤锻模的标准也涵盖了技术条件和楔铁等关键零件，建议后续增加模块等相关零件技术标准，并在修订时体现装备和技术的进步。

5 平锻模相关标准

5.1 平锻机模锻工艺特性和模具设计的特点

平锻机具有机械压力机的某些工作特点，即工作时是静压力，而且由机架承受；滑块行程一定；有良好的导向装置等；还具有下列工作特点：①有2个分模面；②主滑块在水平方向运动；③有坯料的定位装置。

平锻模设计特点：①能锻出在2个不同方向上具有凹槽的锻件；②便于进行长杆类锻件和长杆空心锻件的模锻；③模锻斜度小；④可以进行切飞边、剪料、弯曲、热精压等联合工序，不需另外配备压力机；⑤可以进行热挤压工艺；⑥可用长棒料进行多件模锻；⑦可用组合式及镶件式模具；⑦震动及噪声较小，工作条件较好，较易实现机械化操作。

5.2 平锻模相关标准现状

目前在用的平锻模标准由3部分组成，如表5所示。

表5 平锻模标准

平锻是一种有特色的工艺，有独特的应用领域。平锻模相关标准共有3个，涵盖的技术条件和主要工作零件。随着轻量化锻造等技术应用的推广，平锻模相关新技术也会进一步出现，应适时制定相关标准，以满足技术需求。

6 冷锻模相关标准

6.1 冷锻工艺特点

冷锻是根据金属塑性变形原理，在室温条件下利用安装在压力机上的模具，在相当大的单位挤压力作用及一定速度下，金属在模腔内产生塑性变形，使毛坯变成所需形状、尺寸及具有一定性能的零件，其变形方式有冷挤压、冷镦挤。冷挤压包括正挤压、反挤压、复合挤压；冷镦挤包括镦挤复合、镦粗等。

6.2 冷锻模相关标准现状

目前在用的冷锻模标准涉及4个标准，如表6所示。

表6 冷锻模标准

冷锻工艺是精密塑性成形中最常用的工艺之一，和前几种模具不同，冷锻模的相关标准各自具有较强的独立性。随着冷锻工艺要求的提高，冷锻模的高精加工、热处理及表面处理的标准应该列入制定计划。另外，热锻与冷锻结合的工艺应用越来越广，适应这类技术的模具标准的制定也应该列入标准的整体规划中。

7 紧固件冷镦模相关标准

7.1 冷镦模的工作特点和要求

冷镦是指常温下金属线材在自动冷镦机上进行镦挤成形的一种加工方法，冷镦工艺多用于铆钉、螺钉、螺栓、螺母、小轴和空心套等零件的头部成形或整体成形。

冷镦模有以下工作特点和要求：①作用在模具上的单位压力较大，有时可达到2 500～3 000 MPa；②模具零件工作表面温度上升快，连续工作时瞬时温度可上升到300℃以上。因此要求模具零件材料具有足够的强度和硬度、较好的韧性、疲劳强度、热处理淬透性和回火稳定性等，工作表面要有良好的耐磨性和耐粘附性，工作部分应避免出现尖角或退刀槽，尽量采用光滑的圆角过渡。为了防止因模具工作部分形状突变而引起的应力集中，经常将凸凹模设计成组合结构。

7.2 紧固件冷镦模标准相关标准现状

目前在用的紧固件冷镦模标准涉及31项标准（含部分标准），如表7所示。

表7 紧固件冷镦模标准

紧固件冷镦模是锻模标准中数量最多的标准类别，对各种标准件的冷镦模做了较为详细的规定，具有较好的指导作用。目前，冷镦技术已不限于生产标准件，一些生产量较大的冷锻件也在冷镦机上生产，建议在后续标准修订时应更加体现冷镦技术的进步，一些相关新技术应该制定新标准予以引领和规范。

8 回转成形模相关标准

8.1 回转成形工艺的特点

回转成形工艺是一种省力金属成形工艺，包括辊锻、横轧、楔横轧、斜轧、辗环、摆辗、旋压和径向锻造等工艺类别。回转成形具有2个基本特征：①工件在回转运动过程中成形，回转体既可以是工件，也可以是工模具；②工件为连续局部成形，与传统的间歇式整体成形不同。

回转成形工艺在20世纪50年代逐渐发展起来并迅速取得了广泛的应用。与传统锻造工艺相比，回转成形工艺具有以下优点：①工作载荷小，由于是连续局部成形，工件所需的变形力较小，一般为模锻的几分之一到几十分之一；②设备质量轻；③生产效率高；④锻件精度高，具有明显的节材效果；⑤工作环境好，生产时冲击和噪音小；⑥易于实现自动化生产。

8.2 回转成形模相关标准现状

目前在用的回转成形模标准涉及4个标准，如表8所示。

表8 回转成形模标准

回转成形有多种细分工艺，也有不同的模具结构形式，如辊锻模、楔横轧模、摆辗模等，目前的4个标准适用于辊锻模、楔横轧模和辗环模，其他模具类型尚未涉及，建议以后增加不同种类的回转成形模相关标准，丰富和完善回转成形模相关标准体系。

9 切边模相关标准

9.1 切边模的种类及特点

在开式模锻时，模锻件的周围都有横向飞边；具有透孔的锻件模锻后，一般在孔内均有连皮。飞边和连皮都应从锻件上切除，这种工序通常称为切边和冲孔。切边和冲孔所用的模具按结构分为简单模、连续模及复合模3种。

9.2 切边模相关标准现状

目前在用的切边模标准由2部分组成，如表9所示。

表9 切边模标准

切边模标准只发布了切边模架的导柱和导套2个部分，一些关键零件和关键模具技术未能得到体现，如切边凹模的结构形式等。另外，模具刃口的堆焊技术、切边校正复合技术等切边模设计加工新技术也不断出现并得到广泛应用。因此，建议加强切边模标准的制定工作，以体现切边模技术的发展和进步。

10 结束语

根据列举的模具标准中有关锻模的标准目录可以看出，相关的国家标准和机械行业标准已涉及了锻模的主要细分类型，规范了大多数锻模类型的技术条件和结构形式，对锻模相关专业领域的发展起到了指导和引领的作用。从整体结构上看，锻模的国家标准数量较少，一些细分领域还没有涉及，需要进一步增加补充加强。另外，除了国家标准和行业标准，国家还大力提倡制定团体标准，以弥补国家标准行业标准数量上的不足。