鍛模相關國家標準和機械行業標準現狀及應用示例

郝 媛，周江奇，蔣 鵬，4，5，張 莉，王 沖，侯惠敏

（1.北京機電研究所有限公司，北京 100083；2.上汽通用五菱汽車股份有限公司，廣西 柳州 545005；3.桂林電器科學研究院有限公司，廣西 桂林 541004；4.北京機電研究所 鍛壓產業研發中心，江蘇 南通 226600；5.中機鍛壓江蘇股份有限公司，江蘇 南通 226600）

0 引 言

標準是制造業技術基礎的核心要素，也是行業管理的重要手段。全國模具標準化技術委員會負責對發布實施的模具標準及新增模具標準計劃項目進行統一管理，經過多年有效的工作，已初步形成了較為完善的模具標準體系[1-4]。

我國現行模具標準有310項，其中推薦性國家標準112項、推薦性行業標準198項，涵蓋了沖模、塑料模、壓鑄模、鍛模、拉制模、擠壓模、輥壓模、玻璃模、橡膠模、鑄造模等模具類別，主要集中在沖模、塑料模、鍛模、壓鑄模4個領域。據統計，涉及鍛模的標準共66項，其中國家標準3項，機械行業標準63項。

以下從術語和通用技術要求、機械壓力機鍛模、螺旋壓力機鍛模、錘鍛模、平鍛模、冷鍛模、緊固件冷鐓模、回轉成形模、切邊模9個方面介紹鍛模相關的國家標準和機械行業標準條目，并給出了部分標準的應用示例。

1 鍛模相關術語和通用技術要求標準

在鍛模標準體系中，術語部分原有標準GB/T 9453—2008《鍛模術語》，該標準修訂時與GB/T 8845—2006《沖模術語》、GB/T 8846—2005《塑料成型模術語》、GB/T 8847—2003《壓鑄模術語》整合成為GB/T 8845—2017《模具術語》標準。GB/T 8845—2017《模具術語》在以上4項標準的基礎上，增加了通用術語及粉末冶金模、拉制模、擠壓模、輥壓模、玻璃模、橡膠模、陶瓷模、鑄造模等8類模具專業術語，形成了模具行業統一的術語標準。

按照現行標準體系，鍛模相關的術語和通用技術要求涉及6個標準，如表1所示。其中，國家標準有3項，除了對術語做出規范之外還規定了模具材料的鍛造要求、熱處理要求、外形尺寸及檢驗方法。隨著行業和社會的進步，如果能制定一些體現鍛模綠色制造和智能制造的相關標準，將更契合時代需求。

表1 鍛模術語和通用技術要求標準

2 機械壓力機鍛模相關標準及其應用

2.1 機械壓力機模鍛成形工藝與鍛模設計特點

機械壓力機具有設備剛度高、抗偏載能力強、工作效率高等特點，適合自動化生產。機械壓力機模鍛工藝和模具設計具有下列特點。

（1）設備行程速度較慢，一次行程中金屬變形量大，金屬沿水平方向流動劇烈，高度方向充填型腔困難，通常需要采用預鍛工步。

（2）行程固定，不便于進行拔長、滾壓等制坯工步。對于截面積變化較大的鍛件，需配備其他設備制坯。

（3）具有頂出裝置，可采用較小的模鍛斜度以提高鍛件精度。

（4）由于是靜壓力，模具可以采用鑲件組合結構，由上模板、下模板、各種墊板、上模塊、下模塊、導向裝置、頂料裝置等部件組成，結構較復雜，體積龐大，初次投資比較大。

因此，機械壓力機的模具設計不僅是設計模膛和鑲件，更重要的是需要全面考慮，設計結構合理的模架，做到經濟合理、可靠耐用。

2.2 機械壓力機鍛模相關標準現狀

現行的機械壓力機鍛模標準由8部分組成，如表2所示。

表2 機械壓力機鍛模標準

機械壓力機鍛模標準主要是模架的零件標準，涵蓋了模座、墊板、導柱、導套、模塊等，推薦了零件的結構型式和尺寸，實用性強。模架標準中導向主要采用后側導柱導套式導向、窩座式定位、楔塊螺釘壓緊結構，是過去和現在主要采用的結構，未來向X形導軌式導向、主副模架、快速液壓夾緊、具備快換功能的新型模架結構發展的趨勢明顯，應該在相應標準修訂或新制定標準時予以考慮。

2.3 CR350A連桿鍛模設計標準應用示例

CR350A連桿鍛件如圖1所示。采用機械壓力機熱模鍛工藝，所需成形力估算為9 000 kN，選用10 000 kN的熱模鍛壓力機，工藝流程為：輥鍛制坯、壓扁、預鍛和終鍛，壓扁、預鍛和終鍛3道工序分別采用單獨模塊。

圖1 CR350A連桿鍛件

根據機械壓力機公稱壓力10 000 kN和標準JB/T 6059.8—2015，模架結構形式采用A3型（斜面定位）模架。考慮到模具零件最小壁厚、飛邊槽尺寸等因素，計算得到模塊長度L為320 mm，寬度B為170 mm，厚度H為140 mm。

模座的結構形式根據標準JB/T 6059.6—2015選擇B型模座，模座材料采用5CrNiMo，熱處理硬度26～32 HRC。

與模座對應的模塊結構形式選用JB/T 6059.8—2015的C型模塊結構形式，并可查得厚度H為140 mm的模塊，其寬度B可選值為170、180、190、200 mm，長度L尺寸為320 mm，結合模座裝模寬度尺寸為600 mm，鍛造工藝分壓扁、預鍛、終鍛3道工序，每道工序模塊寬度選定為200 mm；模座能容納的最大模塊長度為250 mm，與模塊長度尺寸320 mm不符。經核算，可將模座的最大裝模長度調整為320 mm，繪制模具裝配圖，如圖2所示，終鍛模如圖3所示，模具上起重孔的位置根據設計進行了相應調整。

圖2 CR350A連桿鍛模裝配圖

圖3 CR350A連桿終鍛模

根據標準JB/T 8431.2017，模塊材料選用5CrNi-Mo，熱處理硬度為42～47 HRC。

根據模座和模塊的結構形式，墊板的結構形式采用JB/T 6059.7—2015中的B型墊板，尺寸根據機械壓力機壓力在該標準中查得，長度L根據實際設計調整到320 mm，墊板材料采用5CrNiMo，熱處理硬度為42～47 HRC。

模架采用導柱導向，導柱結構形式采用JB/T 6059.1-2015推薦的結構，尺寸根據機械壓力機壓力在該標準中查得，材料采用20Cr，碳氮共滲深度為1.0～1.5 mm，熱處理硬度為56～62 HRC。

模架采用組合式導套結構，其中導套外殼、導套襯套和導套刮圈尺寸根據標準JB/T 6059.2—2015查得，導套外殼材料選用45鋼，導套襯套材料為ZQSn5-5-5，導套刮圈材料為ZHMn58-2-2。

機械壓力機鍛模導套蓋板采用JB/T 6059.4—2015推薦的A型蓋板，材料為Q235。

根據上述查得的標準數據，設計的模架如圖4所示。

圖4 CR350A連桿模架

3 螺旋壓力機鍛模相關標準及其應用

3.1 螺旋壓力機成形工藝特點

由螺旋壓力機的工作特點決定其模鍛工藝和模具設計具有下列特點：①工藝適應性強；②適用于閉式模鍛、精密模鍛和長桿類鍛件的鐓鍛；③生產效率低、抗偏載能力差；④模具成本低。

螺旋壓力機可以進行普通模鍛、精鍛、鐓鍛、擠壓、彎曲、切邊、沖孔、精壓、壓印和冷、熱校正等，工藝用途廣，是目前我國鍛造生產領域應用最廣的設備。

3.2 螺旋壓力機鍛模相關標準現狀

目前在用的螺旋壓力機鍛模標準由4部分組成，如表3所示。

表3 螺旋壓力機鍛模標準

螺旋壓力機是國內目前應用最多的鍛造設備，因此制定相關鍛模標準指導作用更大。現行4個螺旋壓力機鍛模的行業標準主要是螺旋壓力機鍛模的技術條件和幾種零件的推薦性標準，可以考慮進一步增加一些標準，以適應螺旋壓力機鍛造中新技術、新裝備的發展需求。

3.3 圓錐齒輪鍛模及模架設計中的標準選用

直齒圓錐齒輪鍛件采用熱精鍛工藝，所需成形力估算為3 078 kN，選用3 000 kN的螺旋壓力機。計算模塊尺寸時考慮模具零件最小壁厚，得到模塊直徑為φ160 mm，厚度為110 mm。

從客觀上看，近幾年即墨區正處在大改革、大發展的關鍵轉型期，中心工作千頭萬緒、艱巨繁重，加之鎮街又經歷了行政區劃分合的再度調整和新一輪換屆，人大工作需要一個磨合調整的過程，一定程度上影響到人大工作運轉，但主觀原因、工作原因仍是主要問題所在。

根據標準JB/T 8431—2017，鍛模材料選用5CrNiMo，熱處理硬度為40～45 HRC。

根據標準JB/T 5110.2—2015，模塊結構形式選C型，可查得圓形模塊尺寸為φ160 mm×110 mm，設計的模具如5所示。

圖5 錐齒輪模具

根據標準JB/T 5110.3—2015，模塊-模座固定方式選擇C型壓圈緊固模座。模座形式選用Y型（壓圈緊固圓形模塊用），模座材料采用ZG310-570，熱處理硬度為28～32 HRC。

根據標準JB/T 5110.4—2015，壓邊圈的結構形式采用C型，材料采用45鋼，硬度為28～32 HRC。

根據標準JB/T 5110.1—2015，選用鍛模、模座和壓邊圈零件技術要求。根據標準選用尺寸，繪制模架如圖6所示。

4 錘鍛模相關標準

4.1 錘鍛工藝和模具的特點

錘鍛工藝特點如下：①靠沖擊力使金屬變形，錘頭在行程的最后，速度約為7～9 m/s；②受力系統不封閉，沖擊力通過下砧傳給基礎；③單位時間內的打擊次數多（10～100 kN模鍛錘為100～40次/min）；④錘頭的行程不固定；⑤承受偏載的能力和導向精度均較差；⑥無頂出裝置。

錘鍛模設計特點：①靠沖擊力使金屬變形，可利用金屬的流動慣性充填型腔，難充滿的部分應設置在上模；②可實現多種模鍛工步，可設計滾壓、拔長等制坯工步；③一般無頂出裝置，鍛件模鍛斜度應適當加大；④模具一般采用整體結構；⑥通常采用鎖扣裝置導向。

4.2 錘鍛模相關標準現狀

目前在用的錘鍛模標準由4部分組成，如表4所示。

表4 錘鍛模標準

錘鍛模已由原來的以空氣驅動為主轉變為液壓驅動為主，能耗大幅度降低，設備的精度也有較大的提高。現行錘鍛模的標準也涵蓋了技術條件和楔鐵等關鍵零件，建議后續增加模塊等相關零件技術標準，并在修訂時體現裝備和技術的進步。

5 平鍛模相關標準

5.1 平鍛機模鍛工藝特性和模具設計的特點

平鍛機具有機械壓力機的某些工作特點，即工作時是靜壓力，而且由機架承受；滑塊行程一定；有良好的導向裝置等；還具有下列工作特點：①有2個分模面；②主滑塊在水平方向運動；③有坯料的定位裝置。

平鍛模設計特點：①能鍛出在2個不同方向上具有凹槽的鍛件；②便于進行長桿類鍛件和長桿空心鍛件的模鍛；③模鍛斜度小；④可以進行切飛邊、剪料、彎曲、熱精壓等聯合工序，不需另外配備壓力機；⑤可以進行熱擠壓工藝；⑥可用長棒料進行多件模鍛；⑦可用組合式及鑲件式模具；⑦震動及噪聲較小，工作條件較好，較易實現機械化操作。

5.2 平鍛模相關標準現狀

目前在用的平鍛模標準由3部分組成，如表5所示。

表5 平鍛模標準

平鍛是一種有特色的工藝，有獨特的應用領域。平鍛模相關標準共有3個，涵蓋的技術條件和主要工作零件。隨著輕量化鍛造等技術應用的推廣，平鍛模相關新技術也會進一步出現，應適時制定相關標準，以滿足技術需求。

6 冷鍛模相關標準

6.1 冷鍛工藝特點

冷鍛是根據金屬塑性變形原理，在室溫條件下利用安裝在壓力機上的模具，在相當大的單位擠壓力作用及一定速度下，金屬在模腔內產生塑性變形，使毛坯變成所需形狀、尺寸及具有一定性能的零件，其變形方式有冷擠壓、冷鐓擠。冷擠壓包括正擠壓、反擠壓、復合擠壓；冷鐓擠包括鐓擠復合、鐓粗等。

6.2 冷鍛模相關標準現狀

目前在用的冷鍛模標準涉及4個標準，如表6所示。

表6 冷鍛模標準

冷鍛工藝是精密塑性成形中最常用的工藝之一，和前幾種模具不同，冷鍛模的相關標準各自具有較強的獨立性。隨著冷鍛工藝要求的提高，冷鍛模的高精加工、熱處理及表面處理的標準應該列入制定計劃。另外，熱鍛與冷鍛結合的工藝應用越來越廣，適應這類技術的模具標準的制定也應該列入標準的整體規劃中。

7 緊固件冷鐓模相關標準

7.1 冷鐓模的工作特點和要求

冷鐓是指常溫下金屬線材在自動冷鐓機上進行鐓擠成形的一種加工方法，冷鐓工藝多用于鉚釘、螺釘、螺栓、螺母、小軸和空心套等零件的頭部成形或整體成形。

冷鐓模有以下工作特點和要求：①作用在模具上的單位壓力較大，有時可達到2 500～3 000 MPa；②模具零件工作表面溫度上升快，連續工作時瞬時溫度可上升到300℃以上。因此要求模具零件材料具有足夠的強度和硬度、較好的韌性、疲勞強度、熱處理淬透性和回火穩定性等，工作表面要有良好的耐磨性和耐粘附性，工作部分應避免出現尖角或退刀槽，盡量采用光滑的圓角過渡。為了防止因模具工作部分形狀突變而引起的應力集中，經常將凸凹模設計成組合結構。

7.2 緊固件冷鐓模標準相關標準現狀

目前在用的緊固件冷鐓模標準涉及31項標準（含部分標準），如表7所示。

表7 緊固件冷鐓模標準

緊固件冷鐓模是鍛模標準中數量最多的標準類別，對各種標準件的冷鐓模做了較為詳細的規定，具有較好的指導作用。目前，冷鐓技術已不限于生產標準件，一些生產量較大的冷鍛件也在冷鐓機上生產，建議在后續標準修訂時應更加體現冷鐓技術的進步，一些相關新技術應該制定新標準予以引領和規范。

8 回轉成形模相關標準

8.1 回轉成形工藝的特點

回轉成形工藝是一種省力金屬成形工藝，包括輥鍛、橫軋、楔橫軋、斜軋、輾環、擺輾、旋壓和徑向鍛造等工藝類別。回轉成形具有2個基本特征：①工件在回轉運動過程中成形，回轉體既可以是工件，也可以是工模具；②工件為連續局部成形，與傳統的間歇式整體成形不同。

回轉成形工藝在20世紀50年代逐漸發展起來并迅速取得了廣泛的應用。與傳統鍛造工藝相比，回轉成形工藝具有以下優點：①工作載荷小，由于是連續局部成形，工件所需的變形力較小，一般為模鍛的幾分之一到幾十分之一；②設備質量輕；③生產效率高；④鍛件精度高，具有明顯的節材效果；⑤工作環境好，生產時沖擊和噪音小；⑥易于實現自動化生產。

8.2 回轉成形模相關標準現狀

目前在用的回轉成形模標準涉及4個標準，如表8所示。

表8 回轉成形模標準

回轉成形有多種細分工藝，也有不同的模具結構形式，如輥鍛模、楔橫軋模、擺輾模等，目前的4個標準適用于輥鍛模、楔橫軋模和輾環模，其他模具類型尚未涉及，建議以后增加不同種類的回轉成形模相關標準，豐富和完善回轉成形模相關標準體系。

9 切邊模相關標準

9.1 切邊模的種類及特點

在開式模鍛時，模鍛件的周圍都有橫向飛邊；具有透孔的鍛件模鍛后，一般在孔內均有連皮。飛邊和連皮都應從鍛件上切除，這種工序通常稱為切邊和沖孔。切邊和沖孔所用的模具按結構分為簡單模、連續模及復合模3種。

9.2 切邊模相關標準現狀

目前在用的切邊模標準由2部分組成，如表9所示。

表9 切邊模標準

切邊模標準只發布了切邊模架的導柱和導套2個部分，一些關鍵零件和關鍵模具技術未能得到體現，如切邊凹模的結構形式等。另外，模具刃口的堆焊技術、切邊校正復合技術等切邊模設計加工新技術也不斷出現并得到廣泛應用。因此，建議加強切邊模標準的制定工作，以體現切邊模技術的發展和進步。

10 結束語

根據列舉的模具標準中有關鍛模的標準目錄可以看出，相關的國家標準和機械行業標準已涉及了鍛模的主要細分類型，規范了大多數鍛模類型的技術條件和結構形式，對鍛模相關專業領域的發展起到了指導和引領的作用。從整體結構上看，鍛模的國家標準數量較少，一些細分領域還沒有涉及，需要進一步增加補充加強。另外，除了國家標準和行業標準，國家還大力提倡制定團體標準，以彌補國家標準行業標準數量上的不足。