锻模结构设计优化

加热后坯料在锻模的一系列模膛中逐步变形，最终成为锻件，坯料在锻模的每一个模膛中的变形过程称为模锻工步。选择模锻工步时要结合各类模膛的作用综合考虑。模膛的作用是与模锻工步特点相一致的，所以模膛名称与工步名称相同。

1.模锻变形工步

模锻基本工步包括：

（1）制坯工步 包括镦粗、拔长、滚挤、卡压、成形、弯曲等工步。制坯工步的作用是改变毛坯的形状，合理分配坯料体积，以适应锻件横截面形状和尺寸的要求，使金属更好的充满模膛。

（2）模锻工步 包括预锻和终锻工步，其作用是获得冷锻件图所要求的形状和尺寸。预锻工步要根据具体情况决定是否采用。终锻工步一般都需要。

（3）切断工步 切断工步的作用是采用一料多件模锻时，用于切断已锻好的锻件或用来切断钳口。

2.锻模结构及模膛分类

锻模一般由上模和下模组成，下模固定在砧座（或工作台）上，上模固定在锤头（或压力机的滑块）上，并同锤头一起上、下运动。坯料置于下模膛，而当上、下模膛合拢时，坯料受锤击（或压力）变形充满模膛，最后获得与模膛形状一致的模锻件。锻件从模膛中取出，多数带飞边，还需用切边模切除飞边，切边时可能引起锻件变形，又需要校正模进行校正。锻模模膛按其作用分为制坯模膛，模锻模膛两类。

（1）制坯模膛 制坯模膛是使坯料具有与锻件相适应的截面变化和形状。制坯模膛主要包括镦粗模膛、拔长模膛、滚挤模膛、卡压模膛、弯曲模膛、成形模膛、切断模膛。

镦粗模膛包括镦粗台和压扁台，置于模膛一角，镦粗台适用于圆饼类锻件，压扁台适合于锻件平面图近似矩形的情况。其作用是使毛坯高度减小，水平尺寸增大，以利于充满模膛，防止折叠，还可去氧化皮。

拔长模膛的主要作用是使坯料局部截面积减小，长度增加，从而使坯料的体积沿轴线重新分配以适应进一步模锻的需要。

滚挤模膛是通过减小毛坯局部截面积，增大另一部分的横截面积，使坯料沿轴向的体积分配更精确。对毛坯有少量拔长作用，并还有滚光和去氧化皮的作用。

卡压模膛又称压肩模膛，其功能类似滚挤模膛，不同的是卡压毛坯在模膛中只锤击一次。稍微使头部金属少量聚积，从而改善终锻的金属流动。

弯曲模膛是改变经拔长、滚挤后坯料的轴线，达到弯曲成形的目的。

成形模膛类似于滚挤和卡压模膛，多用于形状不对称而又无法采用滚挤制坯的锻件制坯，经制坯后翻转90°送入预锻或终锻模膛。

切断模膛用于切断已锻好的锻件或钳口，以便实现连续模锻或一火多次模锻。

（2）模锻模膛 模锻模膛分为预锻模膛和终锻模膛。预锻模膛是当锻件形状较复杂时，需经过预锻以保证终锻成形的饱满，延长模膛使用寿命。预锻模膛的形状、尺寸与终锻模膛相近，但具有较大的斜度和圆角，如图10-55所示。

图10-55 预锻与终锻的尺寸关系(www.xing528.com)

当预锻后的坯料在终锻模膛中以镦粗方式成形时，预锻模膛的高度尺寸比终锻模膛大2～5mm，宽度比终锻模膛小1～2mm，截面积应比终锻模膛的截面积大1%～3%。

若预锻后的坯料在终锻模膛中以压入方式成形时，则预锻模膛的高度尺寸比终锻模膛小，即h′=（0.8～0.9）h，顶部宽度相同a′=a。

预锻模膛的拔模斜度一般与终锻模膛的拔模斜度相同，但当模膛某些部分较深时，应将这部分拔模斜度增大。预锻模膛的内圆角半径R′比终锻模膛大，即R′>R，预锻模膛在水平面上拐角处的圆角半径应适当增大，使坯料逐渐过渡，以防预锻和终锻时产生折叠。

终锻模膛是用来完成锻件最终成形的模膛，模膛尺寸应为模锻件图的相应尺寸加上收缩量（钢制锻件的收缩量约为1%～1.5%），其设计方法按热锻件图加工制造和检验。

热锻件图以冷锻件图设计为依据，即按式（10-74）计算。

L=l（1+δ） （10-74）

式中 L——热锻件尺寸；

l——冷锻件尺寸；

δ——终锻温度下金属的收缩率。

终锻模膛分模面周围有飞边槽见表10-14，起促使金属充满模膛，保证终锻成形的尺寸精度的作用。飞边槽的主要尺寸是桥部高度h、宽度b及入口圆角半径R₁。其具体尺寸可采用吨位法查表选定，也可采用经验公式计算而定。当h减小，b增大，则水平方向流动阻力增大，有利于金属充满模膛。但如果过大，将导致锻不足，并使锻模加速磨损。h太大，b过小，导致金属向外流动阻力太小，不利于填充模膛，并产生厚大的飞边。入口处圆角半径R₁太小，容易压塌内陷；R₁太大，又影响切边质量。其尺寸确定后还要根据锻锤吨位，将h₁适当修正，当锻件较复杂时，bb₁适当加大。

表10-14 飞边槽的形式

终锻模膛和预锻模膛的前部一般开有凹腔，称为钳口，主要用于容纳夹持坯料的钳子，便于从模膛中取出锻件。形状简单的锻件，在锻模上只需要一个终锻模膛；形状复杂的锻件，根据需要可在锻模安排多个模膛，图10-56是弯曲连杆的锻模（下模）及工序图。锻模上有5个模膛，坯料经拔长、滚压、弯曲3个制坯工序，使截面变化成与锻件相适应的形状，再经过预锻、终锻制成带有

图10-56 多模膛模锻

a）下模 b）模锻时各工步

飞边的锻件，最后在切边模上切去飞边。