优化锻造工艺和模具设计

锻造工艺的优化设计

应采用计算机对模具进行优化设计（数值模似）辅助以物理模拟，以保证金属顺畅流动，充满模膛且应力分布均匀。设计模具时充分利用CAD系统功能对产品进行二维和三维设计，这样保证产品原始信息的统一性和精确性，避免人为因素造成错误，提高模具设计质量。产品三维立体的造型过程，可以在锻造前全面反映出产品的外在形状，并及时发现原始设计中可能存在的问题。

 模具结构的优化设计

锻造模具结构对锻件质量、生产率、劳动强度、锻模使用寿命以及锻模的加工制造都有一定影响，其重要性并不亚于各种模膛的设计。

工艺和模具设计

制坯工步设计

为使锻件充型良好及模具各处应力均衡，必须合理制坯，以适应锻件横截面积的要求和体积要求，获得接近计算毛坯图的形状和尺寸，若制坯形状和尺寸设计不合理或制坯模膛严重磨损时，都会降低预锻模和终锻模的寿命。

某厂125MN机械压力机六拐8平衡块曲分模曲轴锻模，锻件质量73.5kg，由于辊锻模已生产8万多件曲轴，严重磨损，又没有及时修复，致使预锻模和终锻模仅生产约0.4万件就损坏失效。当辊锻模翻新后，不仅预锻模和终锻模寿命提高到0.6万件～8万件，而且又节省了原材料。

某厂汽车突缘叉锻件采用圆坯料镦粗除氧化皮后翻转90o卧放半闭式预锻，预锻模寿命仅约3000件。当采用坯料按突缘叉锻件计算毛坯图的形状和尺寸进行卧放压挤两次时，预锻模寿命提高到5000件。

预锻模膛和终锻模膛设计

1）预锻模膛设计原则

预锻模膛用于改善金属在充满终锻模膛时的流动条件，避免在锻件上产生折叠和充不满等缺陷，确保锻造工艺稳定，又减少终锻模膛的金属变形量，减少模膛磨损，提高整套锻模寿命。

在预锻模膛设计时，不仅需要考虑预锻件和终锻件相应横截面面积分配和体积分配，还必须确定预锻模膛和终锻模膛高度和宽度的关系。对于机械压力机，预锻尽量设计成在终锻模膛内是镦粗成形，但对于不易充满或易产生折纹部位的终锻采用挤压成形。这些原则应根据不同锻件形状特点进行设计，实践证明，预锻模膛设计合理，锻模寿命可提高30%～50%。

2）工字形断面预锻模膛设计

（1）连杆工字形断面预锻模膛设计主要是控制工字形部位的截面积稍大于相应终锻工字形截面积，但必须控制在3%～5%，复杂连杆则要控制在＜3%，否则不仅工字形部位要产生折叠，而且过多的金属在模膛内剧烈流动，增加模膛磨损。

（2）某厂汽车工字形截面前轴在125MN机械压力机上模锻，原预锻模膛设计时，致命在终锻时大量金属通过桥部挤入仓部，增大模膛内应力，加速模膛机械磨损，模具寿命平均0.43万件。

3）腹板宽而薄的齿轮预锻模膛设计

模锻时，腹板部位的金属向外流动很剧烈，易在轮缘内侧产生折叠，同时，由于腹板薄，变形抗力极大，模膛的轮辐部位受到极大的摩擦力，该部位很快磨损，模具寿命较低。另外由于轮辐很薄，温降快，更增大变形阻力，加大对模具的磨损，加快模具失效。预锻模膛设计时应遵循如下原则：

(1)预锻件的腹板厚度等于终锻件腹板厚度，但预锻件腹板两端圆角加大6mm～10mm，这样终锻时腹板部分的金属不再流动，保证轮缘和轮毂部位有足够金属充满良好，避免金属长距离剧烈流动产生折叠和模具磨损。

（2）预锻件轮毂体积等于或稍大于终锻件轮毂体积，这样轮毂部位就没有多余金属通过腹板向外流动，还可在连皮处设计仓部，存放多余金属。

（3）预锻件轮缘体积要略大于终锻件轮缘体积，一般大1%～2%。

（4）减少预、终锻飞边桥部宽度：这类齿轮容易充满，所以其预、终锻桥部宽度可以比常规设计适当减少，这样可以减少锻造成形力，从而提高模具寿命。