螺旋壓力機通用模具模架開發與應用

焦偉祥，劉松偉，馬麗，鄧淋方，田宇

螺旋壓力機是利用螺旋機構與慣性原理發明的鍛壓機械，按動力形式分為摩擦、電動、液壓及復合傳動四類。螺旋壓力機具有打擊力可控、打擊速度適中、過載能力大及沖擊振動較小等性能特點，工作能力與工藝適應性強，是我國目前應用最為廣泛的模鍛設備。

模架是裝夾鍛模并傳遞壓力機打擊運動的主要構件，一般由上下模座、導向部分、頂出部分及安裝（緊固）調整鑲塊用零件組成，由于各種鍛件外形、尺寸大小及頂出器形式不同，所以每臺螺旋壓力機必須設計一套或幾套通用模架。因此，正確設計和選擇模架是極為關鍵的。經過實踐檢驗和不斷改進，我們設計完善了一種組合式（鑲塊式）鍛模模架，此模架具有較高綜合經濟效益，結構簡單，制造方便，易于安裝調整，上下模對模精度高，可節約大量模具鋼材料，還能安裝方模和圓模，方便地實現了“一機多模”的鍛造方式大幅提高了設備的利用率與鍛造效率。

1.模架結構特點

如圖1所示，模架結構由上下模座、上下鑲塊、導向裝置、活動鑲塊、斜楔、固定塊等零件組成。借助T形螺栓將其固定在螺旋壓力機的工作臺面和滑塊底面上。特點為：①借助兩組導柱、導套導向，提高裝模速度和鍛件精度，減少鍛模錯移。這種結構借鑒了熱模鍛壓力機的模架形式和沖壓、擠壓類模具導向方式。②鑲塊模固定在模架內，鑲塊緊固是靠四周的幾個不同楔塊來定位緊固，易于安裝調整，可實現快速裝拆模具。③通用性好，實現了模塊標準化。模架能夠適應不同高度的模具使用，導柱可以隨著鑲塊高低進行更換，提高模鍛有效工時。④鍛模結構簡單，易于制造和翻新，模具設計周期短，降低鍛模成本。

圖1 模架結構

2.模架開發

模架主要結構形式是根據壓力機技術參數、模鍛工藝方案、鍛模結構類別、鍛模安裝與調整等進行設計，同時參照JB/T5110.4～7標準施行量化設計。

（1）模座 考慮到上下模座本身應具有足夠強度、剛度、定位精度，使設備在鍛造過程中引起彈性變形，不致影響鍛件高度方向尺寸，同時考慮經濟性及機加工方便，我們選材料為QT450-10。為保證整體模架導向精度、幾何公差及所有尺寸公差，機加工方面采取了龍門數控加工中心加工，模腔表面粗糙度Ra不大于3.2μm。導套孔、導柱孔不大于1.6μm，采取以上措施可很好滿足其性能要求，模架實物如圖2所示。

（2）導向裝置 模架采用雙導向裝置，保證模架導向精度與剛度。導向裝置分別有導柱、導套外套、內襯、刮油環組成。導套結構選擇組合式結構，便于導向裝置精度修復，導套外套用材選用42CrMo，熱處理硬度38～42HRC，表面粗糙度內外徑為1.6μm。

（3）斜楔 斜楔用于貫穿鍛模固定模塊。材料選用45鋼，熱處理硬度略小于模塊硬度。采用斜楔壓緊能將模塊牢牢固定，同時裝拆方便，操作簡單，安全可靠。

（4）頂出裝置 由于螺旋壓力機本身上下各帶有頂料裝置，可在模架設計中預留頂出孔，供頂出不易出模或卡模鍛件用。我們對模架進行了改進優化，使其既能適用方形鍛模又能適用于圓形鍛模。加工一個與方形模塊外形一致的壓板，再在壓板的內部加工一個與圓形鑲塊模相匹配的內孔，裝模時圓鑲塊外套上方形壓板，組成一個“方形模塊”，然后用緊固方形模塊的方式安裝到模架上。改進后的設計增加了模塊規格和配套楔塊規格，使其功能和適應性得到提高（見圖3）。

3.模架應用

在鍛造中，我們常遇到大設備做小鍛件的情況。為了充分發揮設備能力，解決“大馬拉小車”的問題，通常采取一模多件的方式來提高效率，在這種模架上也做了大量嘗試，并取得了很好效果。對于方形模塊我們采取幾個模膛對稱布置。最典型的是載貨汽車上球座鍛件鍛模，這個鍛件分模面不是平面分模，在鍛造過程中水平分力較大，如果單靠平衡鎖扣來平衡水平分力勢必要相應增加模塊體積，采取鍛件對稱布局讓鍛造件分模面也成為對稱布局，使鍛件本身水平分力就得到了抵消，同時把兩個模塊并列放在一個模架內，來實現“一機多模”，球座模具見圖4，這樣的鍛造方式大幅提高了設備的利用率與鍛造效率。

同樣典型骨架鍛件，嘗試采取把制坯、預鍛、終鍛三組模具并列安裝在模架上，實現多工位多模膛鍛造。模具使用緊湊，工作效率高。骨架模具見圖5。

4.結語

經分析和實際生產檢驗證明，螺旋壓力機組合式（鑲塊式）鍛模模架適應性強，節約了大量的模具費用，生產效率得到提高，為公司取得了很好的經濟效益。我們認為該模架對同類模架設計有重要參考價值，對熱模鍛造工作的提高有一定的幫助。

圖2 模架實物

圖3 圓模改造實物

圖4 球座模具

圖5 骨架模具