多功能預(yù)應(yīng)力鑲塊模架的設(shè)計

文/李現(xiàn)杰·河南偃師市華碩機械鍛造有限公司

多功能預(yù)應(yīng)力鑲塊模架的設(shè)計

文/李現(xiàn)杰·河南偃師市華碩機械鍛造有限公司

李現(xiàn)杰，高級工程師，主要從事鍛壓生產(chǎn)線工藝和裝備的設(shè)計、研究與應(yīng)用。

在鍛造行業(yè)中，模鍛占比在90%以上，模鍛離不開鍛模，鍛模是通過模架緊固在鍛壓機的滑塊底面和工作臺面上的。模架是用作緊固模塊并傳遞鍛壓機頂料運動的主要部件，它承受鍛造過程中的全部負(fù)荷。模架一般可分為整體式鍛模模架、組合式（鑲塊式）鍛模模架和精鍛模模架三大類。

⑴整體式鍛模模架。該類模架結(jié)構(gòu)簡單，制造方便；模具導(dǎo)向用的導(dǎo)鎖設(shè)在模塊上；不僅適用于分模面為平面的鍛件模鍛，同時還適用于分模面為曲面的鍛件模鍛；安裝、調(diào)整、拆卸方便，易翻修。

整體式鍛模模架按模塊的形狀可分為圓形模塊模架和矩形模塊模架兩種。圓形模塊模架適于模鍛回轉(zhuǎn)體鍛件，矩形模塊模架適于模鍛長軸類鍛件。

⑵組合式（鑲塊式）鍛模模架不僅適用于大噸位螺旋壓力機，也適用于中小噸位的螺旋壓力機，而且鍛件的批量越大越能顯示出它的優(yōu)越性，可節(jié)約大量模具鋼材料，鍛件單件成本降低，模具制造費用大大降低；縮短了機加工周期，加工工時顯著降低；不更換模座就能更換模塊，從而提高了勞動生產(chǎn)率，降低了工人的勞動強度。

組合式（鑲塊式）鍛模模架可根據(jù)所采用的模塊形狀分為普通圓形鑲塊鍛模模架、普通矩形鑲塊鍛模模架和特殊用途鍛模模架（如哈弗模架、浮動閉塞模架、熱擠壓模架）三大類。

⑶精鍛模模架是精密模鍛的工具，它的設(shè)計除受到精密鍛件外形特點的影響，還受到工藝、材料、溫度、鍛模模架主要零件的制造精度、鍛造設(shè)備的精度和噸位等因素的影響，目前在螺旋壓力機上進行的精密鍛造的零件品種尚不多，故還未形成系列。

從以上模具的分類看，每種都存在著圓形和矩形模架的區(qū)分，在實際生產(chǎn)中根據(jù)產(chǎn)品的需要兩種交替使用。為了將普通圓形模架和普通矩形模架的優(yōu)點集合在一起，便于在生產(chǎn)中應(yīng)用，我公司技術(shù)部的同事經(jīng)過不斷努力，于2012年設(shè)計出了多功能預(yù)應(yīng)力鑲塊模架。通過近兩年的實踐檢驗，該模架具有很大的優(yōu)越性，圓形預(yù)應(yīng)力圈的應(yīng)用是該模架的亮點，在設(shè)計時我們對該模架提出了以下6點要求：

⑴模架的結(jié)構(gòu)形式力求具有較大的通用性、萬能性（圓形和矩形通用、摩擦螺旋壓力機和電動、高能螺旋壓力機通用）以適應(yīng)多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)。

⑵模架應(yīng)具有足夠的強度、剛度、定位精度使設(shè)備在鍛造過程中引起的彈性變形不致影響鍛件精度。客戶要求在生產(chǎn)精密鍛件時能將鍛件尺寸精度和形位公差控制在0.3mm以內(nèi)。

⑶模架應(yīng)能多模腔鍛造，以適應(yīng)不同鍛件的工藝要求。

⑷模架內(nèi)設(shè)置的導(dǎo)向裝置、頂料裝置應(yīng)可靠、耐用，并便于修理和更換。

⑸模架的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證在安裝、調(diào)整、更換模塊時速度快、時間短，不需要把模架從鍛壓機上卸下來，以節(jié)省時間，減少工作量。

⑹模架上要能夠給模具施加預(yù)應(yīng)力保證模具不迸裂。

根據(jù)上述要求設(shè)計的新模架可實現(xiàn)下述多種功能。

鍛件精度達標(biāo)

為保證鍛件達到技術(shù)要求首先設(shè)計出了基礎(chǔ)模架，模架主體設(shè)計成窩座式，根據(jù)每個鍛件所需工藝不同，可以自由調(diào)整模具工裝，基礎(chǔ)模架組裝圖如圖1所示。

基礎(chǔ)模架的主體選材是根據(jù)設(shè)備大小和使用頻率確定的，材質(zhì)有45CrMo、35CrMo、5CrNiMo等，硬度控制在32～36HRC。墊板材料選用了5CrNiMo，硬度控制在40～45HRC之間，導(dǎo)向部分采用了導(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向，導(dǎo)柱材質(zhì)用20Cr經(jīng)滲碳淬火、回火，硬度控制在55～60HRC范圍內(nèi)；導(dǎo)套部分我們采用了新型專利材料RMC耐熱含油尼龍，RMC耐熱含油尼龍導(dǎo)套在使用過程中有自潤滑作用，并且本身不損傷導(dǎo)柱，耐磨程度是銅套的2倍，導(dǎo)柱導(dǎo)套配合精度高，導(dǎo)柱導(dǎo)套數(shù)量由傳統(tǒng)的2個增加到3個，徹底解決了設(shè)備精度低的問題，使老設(shè)備發(fā)揮出新設(shè)備的作用。

圖1 基礎(chǔ)模架組裝圖

圖2 模具組裝圖

解決模具崩裂失效、快速對模

模具使用過程中的崩裂失效現(xiàn)象是鍛造廠感到最頭痛的問題，模具崩裂致使模具報廢，延誤正常生產(chǎn)，損失少則幾千多則幾萬。模具崩裂原因除去模具材質(zhì)本身質(zhì)量和制造工藝問題外，主要是模具設(shè)計體積過小，本身承受不了過大的打擊力；模具大小不一，長時間使用后使墊板局部塌陷，模具和底板間有不結(jié)合縫隙。

針對以上因素首先將模具設(shè)計成標(biāo)準(zhǔn)模塊，模塊和墊板結(jié)合面積上每平方毫米承受的打擊力不得超過150N，該模架窩內(nèi)配上圓形預(yù)應(yīng)力圈給模具施加預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力圈材質(zhì)為42CrMo，熱處理硬度36～40HRC，再配上通用附件緊固壓塊、緊固螺栓、螺母，模具組裝圖如圖2所示。

該模架結(jié)構(gòu)是最常用的模架結(jié)構(gòu)，很適合一般的常用鍛件，對于一些模腔較深的鍛件最能顯示出其本身的優(yōu)越性。預(yù)應(yīng)力圈一般要比模架內(nèi)窩高出10mm，模塊也要比預(yù)應(yīng)力圈高10mm以便于對正模具，預(yù)應(yīng)力圈和模具的組合是錐度配合，中間要加上一定的過盈量(過盈量根據(jù)模塊大小和材質(zhì)計算所得），錐度的形狀精度要求比較高，公差控制在±0.5°。組合模具是靠四條帶臺階內(nèi)六角螺釘通過鎖緊塊和模架固定在一起的，內(nèi)六角螺釘順時針旋轉(zhuǎn)可拉動鎖緊壓塊下沉，鎖緊壓塊利用自身斜度（7°）將組合模具壓緊，螺釘逆時針旋轉(zhuǎn)可將上螺帽拔出，以便調(diào)整和取出組合模具。

將模具和預(yù)應(yīng)力圈用壓力機壓裝在一起放在窩內(nèi)，上模具四個角裝上鎖緊壓塊，首先將G壓緊塊先鎖緊，以便使預(yù)應(yīng)力圈和模架基準(zhǔn)貼合，再將其他壓緊塊鎖緊固定上模；下模具根據(jù)上模具的對模線將模具對正。如發(fā)現(xiàn)下模型腔和上模型腔扭曲，可用專用調(diào)整扳手插到預(yù)應(yīng)力圈調(diào)整孔調(diào)整到位，再鎖緊G壓緊塊，便于預(yù)應(yīng)力圈和模架基準(zhǔn)貼合。如沒發(fā)現(xiàn)模具錯模或扭曲，可將其他鎖壓緊塊鎖緊。

該模架圓形模具結(jié)構(gòu)在我公司應(yīng)用幾年來從來沒有發(fā)生過模具崩裂現(xiàn)象，對模速度也比較快，模塊的大小只有矩形模塊的2/3，節(jié)省了大量的模具費用，經(jīng)濟效益明顯提高，這種預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)特別適合單模腔鍛造。

多模腔鍛造

鍛件的結(jié)構(gòu)多種多樣，不同的鍛件有不同的鍛造工藝，有些鍛件結(jié)構(gòu)在工藝上需制坯、彎曲、預(yù)鍛、終鍛成形，這種類型的鍛件在一般摩擦壓力機上很難解決，但很適合在電動、高能螺旋壓力機上鍛造，電動、高能螺旋壓力機多模腔鍛造需要相應(yīng)的多模腔模架。為了適應(yīng)電動、高能螺旋壓力機上的多模腔鍛造，模架設(shè)計初衷就把多模腔模具空間和圓模具預(yù)應(yīng)力圈空間互相通用，多模腔鍛造只要把預(yù)應(yīng)力圈取下?lián)Q上多模腔模具和方模具基準(zhǔn)塊、鎖緊壓緊塊，多模腔模具組裝圖如圖3所示。

圖3 多模腔模具組裝圖

圖4 無飛邊鍛造模具組裝圖

圖5 長鍛件鍛造模架配件組裝圖

無飛邊鍛造

無飛邊鍛造是現(xiàn)在鍛壓行業(yè)比較流行的先進工藝，它能使鍛件的材料利用率達到95%以上，不但在工藝上不用落飛邊，而且可節(jié)約大量的原材料。無飛邊鍛造和普通鍛造工藝沒有太大的區(qū)別，只是各自的模具結(jié)構(gòu)稍有不同罷了，無飛邊鍛造模具組裝圖如圖4所示。

長鍛件的鍛造

有些鍛件長度比較長，在圓形預(yù)應(yīng)力組合模具里不能鍛造，在這種情況下采用矩形模具配上模架承擊塊就可以解決此問題，該模架配件組裝圖如圖5所示。

多模腔鍛造和長鍛件鍛造的方模具結(jié)構(gòu)在模具崩裂方面雖比不上預(yù)應(yīng)力圈組合模具，但模具承受的都是模具上平面壓緊塊給模具施加的預(yù)應(yīng)力，在一定程度上可減少模具崩裂現(xiàn)象的發(fā)生，在矩形模具結(jié)構(gòu)方面也是值得推廣的。

模具便于返修，模架便于維修

模架用過一段時間后因為各種原因墊板可能會不平，可將墊板卸下來用磨床磨平。一定要將墊板和模架方向做上記號，以免加工后將墊板安錯方向。加工時，墊板不可兩面都加工，只能加工和模具結(jié)合的平面，另一面需要先在磨床上將其調(diào)整到相應(yīng)厚度，然后再加工需要加工的面。這樣可以避免模具和墊板不完全結(jié)合導(dǎo)致模具崩裂。

結(jié)束語

多功能預(yù)應(yīng)力鑲塊式模架在我公司經(jīng)過一年多的實踐，得到技術(shù)人員和工人的一致好評，節(jié)約了生產(chǎn)費用，提高了生產(chǎn)效率。希望廣大的鍛造工作者能對該模架提出寶貴改進意見，以便該模架性能再提高一個檔次，促使我們共同發(fā)展，為鍛造行業(yè)節(jié)能節(jié)材做出貢獻。