簡敘鍛造模具設計及其發展（下）

文/趙一平·東風(十堰)汽車鍛鋼件有限公司

《簡敘鍛造模具設計及其發展》（上）見《鍛造與沖壓》2020年第3期

模架設計

模架又稱模座，夾持器。模架是用于定位和緊固模塊并傳遞設備鍛造力和鍛件頂出運動的主要部件，它承受鍛造過程中的全部載荷。

四種通用模鍛設備（模鍛錘、螺旋壓力機、熱模鍛壓力機和模鍛液壓機）中，除模鍛錘沒有模架外，其他三種模鍛設備均有模架。模架型式很多，按模具定位方式分類有窩座式、十字鍵槽式等。

在壓力機上模鍛，模塊是經常更換的，而模架則長期使用，模架屬于裝備。一般模架使用年限應在20年以上。而且模架重量較重，制造復雜，價格高。一旦制成就難以改動。

通用模架重量：MP型16MN熱模鍛壓力機窩座式通用模架重量5～6t；25MN熱模鍛壓力機模架重量6～8t；40MN熱模鍛壓力機模架重量11～16t（其中十字鍵槽式模架重量約11t，而窩座式模架重量約16t）；而125MN熱模鍛壓力機模架重量50～65t。因此對模架設計、制造和使用必須足夠重視。模架重量由設備封閉高度和模架結構確定。

模架結構和制造精度直接影響模具結構和鍛件精度，應引起高度重視。為了確保模架精度，應定期對模架進行檢測和維護，并定期檢修（一般應每年檢測和維護）。

模架種類及其用途

模架按用途分類，有通用模架和專用模架，模架按模塊定位方式分類，有十字鍵槽模架和窩座式模架。

⑴通用模架。通用模架系指各類鍛件開式模鍛和閉式模鍛的模具均可在其上安裝生產。一般有窩座式通用模架和十字鍵槽式通用模架。

⑵專用模架。一般用于大批量單品種生產，鍛件精度高。常用的專用模架有：1)擠壓成形專用模架；2)閉塞模鍛專用模架（帶活動模座，具有水平或垂直可分凹模結構）；3)機械化模架（具有步進梁傳送裝置）。

通用模架設計基本要求

⑴通用模架組。模架由上模座和下模座（又稱模板或底板）、上墊板和下墊板、上模塊和下模塊、頂出裝置、導向裝置及模具定位與緊固件組成。對于螺旋壓力機，模架應擁有獨立承擊塊，由于模塊不設承擊面，模塊體積小，降低模具材料成本和制造成本。另外，還提高模具使用壽命。

⑵通用模架設計基本要求。

1)模架結構力求具有較大通用性、萬能性，以適應多品種生產。

2)模架應具有足夠的強度、剛度和韌性，防止模架變形和斷裂。為此，模架內各種承受鍛造負荷的零部件，包括上模座和下模座，均應采用合金鋼制造并進行熱處理。上模座和下模座以及墊板建議采用5CrNiMo模具鋼。

3)模架導向裝置務必達到高精度，一般采用導柱導套裝置，若是精密模鍛，還需要匹配X導軌導向裝置，其導向精度達到0.02～0.05mm。

4)模架內設置的頂出裝置應頂出順暢有延時，有足夠頂出行程和頂出力，并達到可靠、耐用，便于修理和更換。

5)模架應確保模塊定位準確，緊固可靠，又操作（含調整和裝卸）方便。

6)模架上應設有起重孔或起重棒。

窩座式通用模架

⑴特征。

圖7是熱模鍛壓力機窩座式通用模架，在上模座和下模座內具有安裝模具的窩座，模塊緊靠模架窩座內的三個相互垂直的平面定位，采用斜面壓板緊固。若是摩擦或電動螺旋壓力機模架，還應在模架上設計獨立承擊塊，這樣模具就不需要設計承擊面，不僅模塊體積小，而且提高模具使用壽命。

⑵優點。

1)模塊定位準確，緊固牢靠。窩座式模架是壓力機使用最廣泛的典型結構。

2)適用于鍛件批量大、精度高的生產場合。

3)模架制造精度高。模架上模座和下模座三個相互垂直的模具定位基準平面的尺寸制造公差為為±0.02mm，形位公差為0.02～0.05mm。若模具對應的三個相互垂直的定位基準平面尺寸制造公差也達到±0.02mm，形位公差為0.02～0.05mm，則模具安裝后即可開始生產，模具做到安裝免調整，提高勞動生產率。

4）模架導向精度高。模架一般采用“導柱導套”導向裝置，若是精密模鍛，則還需要增加X導軌導向機構，極大提高導向精度。

⑶缺點。

需要有較強模具制造能力和較高制模精度。通用性和互換性沒有十字鍵式通用模架好。

十字鍵式通用模架

圖8是熱模鍛壓力機十字鍵式通用模架，模具十字鍵定位，用T字形螺栓和L形壓板緊固。

⑴特征。

上模座和下模座均為平面，模座上放置墊板，墊板上放置模具。在模具、墊板、模座之間原先均采用互成直角、呈十字的鍵進行前后、左右定位和調整（圖8）。即模塊用十字鍵定位，T字形螺栓和L形壓板緊固。墊板上面和下面均加工有互成直角、呈十字的鍵槽，并采用鍵定位，這樣就削弱了墊板強度。為了提高墊板強度宜采用將墊板放置在上模座和下模座窩座內，并采用螺栓緊固。

⑵優點。

1)通用性和萬能性較好，適應多品種、不同尺寸鍛件，故適合中、小批量以及需要經常進行反復生產場合。

2)模架制造比較簡單，不需要大型龍門銑床。

3)模架重量較輕，因為上、下模座均為平面，沒有外圍框，故比窩座式模架重量約輕20%～25%。

(3)缺點。

1)模具十字鍵定位，剛性差，鍵槽磨損較快，影響鍛件精度，增加生產過程模具調整工作量（調整鍛件錯差）。

2)墊板強度弱，因為墊板上面加工有十字鍵槽，削弱了墊板強度，易發生開裂。模具也易開裂。

鍛件發展方向是鍛件精度不斷提高，不僅鍛件公差不斷減小，而且加工余量也不斷減小，鍛件屬精化毛坯（省略粗加工）。為了提高鍛件精度和縮短換模時間，提高模鍛設備生產能力，提高生產率。宜采用窩座式通用模架，并開始采用自動液壓鎖緊窩座式通用模架，故十字鍵式通用模架正在逐步淘汰。

自動液壓鎖緊窩座式通用模架

為了快速定位和緊固模具，并達到免調整安裝模具，近年來產生自動液壓鎖緊窩座式通用模架，模塊靠窩座內三個相互垂直的平面定位，采用自動液壓斜面壓板緊固模具，可以快速換模，一般僅需要20～30分鐘。

這種模架由專用機構將模塊推入模架窩座內，并緊靠模架窩座內三個相互垂直的定位平面，然后采用自動液壓鎖緊的斜楔塊將模塊壓緊。做到模塊快速安裝，并免調整安裝模具。但是模具模膛和定位面制造精度要求高，模架窩座定位平面尺寸公差為±0.02mm，垂直度、平行度和平面度等形位公差為0.02～0.05mm。這種自動液壓鎖緊窩座式通用模架將是模鍛企業今后發展方向。

伴隨著加工設備的快速發展，模具及模架制造精度的提高，鍛造模具已經向著安裝免調整方向發展，實現減少更換模具的調整時間，從而提高生產率。另外，由于模架和模具導向精度高，取消模具導向鎖扣，減少模塊體積和模具材料成本，并應避免安裝繁瑣，調整困難。

模架設計應做到導向精度高、頂出裝置動作順暢有延時，具有足夠的頂出行程和頂出力，還要做到模具定位精確、緊固牢靠，并能快速裝卸模具等。據調研，已經有鍛造企業開始采用自動鎖緊窩座式通用模架，做到模具安裝免調整。