[科普中國]-鍛造模具

簡述

鍛造模具是在鍛造工藝過程中使用的模具，原材料在外力的作用下在鍛模中產(chǎn)生塑性變形，從而得到所需的形狀和尺寸的零件。鍛造模具可根據(jù)鍛造溫度的不同分為熱鍛模、溫鍛模和冷鍛模。熱鍛模因設備的不同還可分為錘鍛模、螺旋壓力機鍛模、機械壓力機鍛模、平鍛模和液壓機鍛模等。在壓力機模鍛時需要設計加工模架，在鍛造工藝過程中還需要制坯（如輥鍛、楔橫軋）模、切邊模、沖孔模、校正模、冷精壓模等，這些模具和裝置也屬于鍛造模具類別。

鍛造模具的主要技術發(fā)展方向是提高模具設計水平，采用新型模具材料，使用高效高精度加工手段，以期在模具高壽命的狀態(tài)下實現(xiàn)鍛件高精度。

隨著我國制造業(yè)整體水平的提高，我國鍛造模具技術將達到國際先進水平，部分有創(chuàng)新性與獨特性的技術將達到國際領先水平。1

特點鍛造模具是實現(xiàn)模鍛工藝的重要裝備，是模具類別中歷史較長的一個分支。由于鍛造成形工藝的復雜性，相應的鍛造模具具有如下技術特點：

(1)多工步成形，結構復雜。金屬鍛造成形屬于體積成 形，難以實現(xiàn)一步成形，需要多次變形，復雜鍛件的成形步驟可達12步之多。因此，一套鍛模也往往由10副甚至更多副模具構成。

(2)高溫、重載，工作條件惡劣。金屬成形溫度在450℃（非鐵金屬）～1 300℃（鋼鐵材料），模具型腔表面溫度可達到300℃~750℃。同時，金屬變形所需外力也要由壓力機通過模具提供，用于鋼鐵材料鍛造成形的模具承受的載荷達到500（熱鍛）~2 000MPa（冷鍛）。

(3)由于金屬坯料在高溫高壓下變形時的流動，鍛模型腔除正常分模面外，需要保持型腔工作面的完整性，不能采用鑲拼結構。

鍛造模具的技術特點決定了鍛模的設計，強烈依賴成形工藝的設計，必須很好地選用模具材料并進行合理的熱處理，采用先進的加工技術，保證模具型腔的精度和表面質量。2

設計原則鍛造模具的設計應遵循良好的使用性能、優(yōu)異的加工性能和一定的經(jīng)濟性能三項原則。同時，要熟悉金屬在鍛造成形時的工藝特點，掌握各種鍛壓設備的基本結構和工作性能，從實際條件出發(fā)，設計出成形性好、服役壽命合理、便于安裝調試和維修的模具。

要實現(xiàn)上述目標，在鍛造模具設計中通常應考慮：

①鍛件的批量。小批量生產(chǎn)的鍛件，盡量采用簡單結構的模具，模具壽命也可以設計的低一些；中大批量生產(chǎn)的鍛件，模具結構應采用具有制坯、預鍛和終鍛等多工步模具，模具材料要合理配合，以保證整套模具具有高的壽命。

②鍛件的材質。根據(jù)材料的變形能力確定成形工步和變形率，確保終鍛后的鍛件質量。

③鍛件的形狀。形狀復雜的鍛件必須采用多模膛分散變形的方法，以減少模具載荷、降低壓力機噸位、避免鍛造缺陷產(chǎn)生。

④鍛造設備。主要考慮是鍛錘，還有各種壓力機，模具的結構及模具材料均須有所差別。2

磨損磨損主要是指摩擦副中的兩個零件之間相對運動所造成的。鍛造模具摩擦表面的幾何、物理和化學特性及其磨損模式、類型基本與普通機械零件磨損類似，模具磨損機理也是在繼承機械磨損機理的基礎上、根據(jù)鍛造模具的工況特性發(fā)展起來的，模具磨損除遵守機械零件磨損的一般規(guī)律外，由于其惡劣的工作環(huán)境，鍛造模具的磨損也具有其特殊性。

鍛造過程中的磨損包括鍛模的磨損和工件的磨損。實質上，模具磨損是眾多機械零件磨損中的一個特例，在一般情況下，模具磨損遵守機械零件磨損的一般規(guī)律，但由于模具、尤其是熱鍛模工況條件特殊，其磨損也有其特殊性。因此，研究模具磨損時，需要了解磨損模式和類型，然后，再根據(jù)金屬鍛造的高溫、高壓（載荷）和高頻（脈沖）的摩擦學特征進行研究。

塑性加工模具種類繁多，諸如沖壓模具、沖孔模具、落料模具、剪切模具、冷擠和熱擠壓模具、精壓模具、沖擠模具、冷鍛和熱鍛模具以及校正模具等等。這些模具各有特點，其中熱鍛模具的工況條件最為復雜。3