鑲塊模模鍛工藝研究

謝 彬 劉仁君 李林寬

(東方汽輪機(jī)有限公司制造技術(shù)處，四川618000)

鑲塊鍛模是指將終鍛模膛單獨(dú)制成鑲塊，用楔和鍵將其固定在通用的模體上的鍛模。鑲塊模模鍛是指將若干種形狀、尺寸相近的鍛件組成一組，采用同一個通用模體，僅更換不同鑲塊進(jìn)行模鍛生產(chǎn)的工藝方法。鑲塊模適合批量較少的中小型模鍛件。由于鑲塊鍛模具有節(jié)約模具材料、易于機(jī)械加工和熱處理、制造費(fèi)用低和生產(chǎn)周期短等顯著優(yōu)點(diǎn)，越來越受到鍛造生產(chǎn)廠家的青睞。鑲塊模在國內(nèi)外已廣泛使用。對于我公司生產(chǎn)的汽道在200 mm～300 mm之間，型線玄寬在200 mm以下的葉片，都可采用鑲塊模模鍛，特別適用于模鍛小帶冠導(dǎo)葉片。因此鑲塊模模鍛工藝具有較強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價值。

我公司模鍛葉片現(xiàn)在全部都是采用整體鍛模。一般模塊尺寸為700 mm×550 mm×350 mm，一副鍛模重約2 000 kg。此類模塊適合汽道在300 mm以上的葉片鍛造。

由于公司發(fā)展，現(xiàn)在汽道在200 mm以上的帶冠導(dǎo)葉片采用模鍛毛坯越來越多。如：D600H中壓5、6級導(dǎo)葉片、D660C中壓5、6、7、8、9導(dǎo)葉片等等。如采用方鋼，則將大大增加原材料和機(jī)加工費(fèi)用，而采用模鍛，原材料將大大減少。因此，帶冠導(dǎo)葉將會越來越多地采用模鍛毛坯。此類葉片若采用以前的模塊鍛造成本會很高。以往一副鍛模費(fèi)用約15萬元，而采用鑲塊模，一副鍛模費(fèi)用僅約4萬元。再者，采用鑲塊模后，模具制造周期可大大縮短。因此有必要對鑲塊模模鍛工藝進(jìn)行研究。

1 鑲塊模的設(shè)計

1.1 鑲塊模的結(jié)構(gòu)選取

鑲塊模的結(jié)構(gòu)一般分為圓形鑲塊、矩形鑲塊和斜面鑲塊三種，分別如圖1、2、3所示。

三種鑲塊形式又分別分為帶導(dǎo)鎖和不帶導(dǎo)鎖兩種。而帶導(dǎo)鎖的鑲塊主要用于精度較高的模鍛件生產(chǎn)，不帶導(dǎo)鎖的鑲塊主要用于精度不太高的鍛件生產(chǎn)。但帶導(dǎo)鎖的鑲塊模具比不帶導(dǎo)鎖的鑲塊模具高，所用的模塊尺寸大。三種鑲塊模的模體和鑲塊的緊固方式、定位方式都采用楔和鍵。

圓形鑲塊主要用于圓形或近似圓形的鍛件生產(chǎn)；矩形鑲塊和斜面鑲塊主要用于長形的鍛件生產(chǎn)。

1—模體 2—鑲塊 3—楔圖1

1—模體 2—鍵 3—鑲塊 4—楔圖2

1—模體 2—鑲塊 3—楔圖3

矩形鑲塊和斜面鑲塊的區(qū)別在于斜面鑲塊與模體配合的精度較高，但斜面鑲塊的加工較難，且在同樣大的模塊尺寸下斜面鑲塊的可使用型腔面積較小。

分析我公司的葉片毛坯要求，由于都有加工余量，葉根和葉冠余量為5 mm，型線余量為2.5 mm，因此，鍛件的精度要求不是很高。再根據(jù)上述鑲塊模的特點(diǎn)，所以選取矩形鑲塊不帶導(dǎo)鎖的鑲塊模。

1.2 鑲塊模模體設(shè)計

根據(jù)上述所選取的鑲塊模形式，結(jié)合我公司50 kN模鍛電液錘的相關(guān)參數(shù)，設(shè)計適合我公司50 kN模鍛電液錘的模體。

模體外形尺寸盡可能大，以滿足更多鑲塊模模鍛件的需要，因此，設(shè)計模體長×寬×高為750 mm×700 mm×400 mm。模體材料選用5CrNiMo模具鋼。

1.3 楔的設(shè)計

楔的作用主要是用來緊固鑲塊和模體的。根據(jù)所選的模體設(shè)計用于緊固鑲塊的楔。材料選用45號鋼，以保證具有足夠的強(qiáng)度，如圖4所示。

1.4 鍵的設(shè)計

鍵的作用主要是用來固定鑲塊和模體。鍵的設(shè)計需考慮強(qiáng)度和取放，材料選用45號鋼，如圖5所示。

圖4

圖5

1.5 鑲塊模的設(shè)計

鑲塊的外形需根據(jù)模體的結(jié)構(gòu)、使用的設(shè)備和產(chǎn)品零件來考慮。

(1)鑲塊模尺寸的確定

寬度方向：根據(jù)模體中間寬度減去楔的寬度來確定。

長度方向：根據(jù)產(chǎn)品零件考慮鑲塊的長度，但不得大于模體的長度。

高度方向：需大于或等于模體內(nèi)腔的高度。一般都取大于模體內(nèi)腔的高度，主要是考慮鑲塊模的修理。在模具使用一段時間后，如需對分模面下落，則模具需有足夠的高度。

外形需與模體內(nèi)腔相配合。

(2)鑲塊模的檢驗(yàn)

在設(shè)計鑲塊模時還必須考慮加工制造問題，主要是考慮加工完后模具的檢驗(yàn)。因此，在鑲塊的兩側(cè)需留與底面相垂直的平面，以利于采用樣板來檢驗(yàn)?zāi)＞叩男颓弧?/p>

(3)鑲塊模的強(qiáng)度

模鍛時鑲塊是主要的承擊面，必須根據(jù)所使用的設(shè)備能力來確定鑲塊的強(qiáng)度，以確保鑲塊有足夠的強(qiáng)度。

(4)鑲塊模的材料

鑲塊模與整體鍛模一樣，受沖擊載荷和熱應(yīng)力以及金屬流動的影響最大，所以采用我公司常用的熱作模具鋼材料5CrNiMo制作鑲塊模。

(5)鑲塊模飛邊槽的確定

飛邊槽的作用主要是：1)容納多余的金屬；2)在模膛的四周形成阻力，迫使金屬充滿模膛；3)起緩沖作用。因此，飛邊槽的設(shè)計至關(guān)重要。合理的飛邊槽不僅能確保鍛件充滿型腔，而且還能節(jié)約原材料和提高模具的使用壽命。

由于本次設(shè)計的鑲塊模主要是用于50 kN模鍛錘，因此設(shè)計飛邊槽時也必須合乎50 kN模鍛錘的要求。

采用最常用的一種飛邊槽，飛邊橋部設(shè)計在上模，這樣與金屬的接觸時間短，受熱少，不易過熱和磨損，如圖6所示。

圖6

(6)鑲塊模的澆道口

因鍛模加工制造完成后還需對型腔澆注鉛樣，用于切邊模的制造、修理，因此，在鑲塊模上設(shè)計澆道口。

(7)鑲塊模型腔的布置

型腔的布置根據(jù)鍛件形狀來確定，原則上是將鍛件的投影面積的中心與鍛錘的打擊中心重合，中心前后、左右的投影面積盡量相等。這樣布置型腔有利于模具的受力平衡，對模具和設(shè)備的使用壽命都有利。

1.6 鑲塊模的安裝

模體、楔、鍵和鑲塊組成了一套鑲塊模。模體、楔、鍵為通用件，不同的鍛件設(shè)計不同的鑲塊，在使用中只更換鑲塊即可。圖7為模體、楔、鍵和鑲塊的組合。

圖7

2 鑲塊模的使用驗(yàn)證

2.1 鑲塊模的使用

根據(jù)上述設(shè)計，制造了整套鑲塊模，圖8為鑲塊，圖9為模體，圖10為鑲塊和模體，圖11為鑲塊與模體安裝在50 kN模鍛錘上。

2.2 鑲塊模的模鍛

以D660C中壓第5級導(dǎo)葉片為例，鑲塊模模鍛實(shí)際坯料如圖12所示。

鑲塊模模鍛出的葉片如圖13所示。

2.3 通用性驗(yàn)證

D600H中壓5級導(dǎo)葉、D1000C低壓3、4級正反向?qū)~、D2320D第7級靜葉、D600P中壓6級導(dǎo)葉、核電低壓2、3級正反向靜葉等模鍛葉片已采用鑲塊模模鍛工藝，這些葉片已經(jīng)批量生產(chǎn)。實(shí)踐證明：模體、楔、鍵均可通用，模鍛出的葉片毛坯完全能滿足工藝要求。

圖8

圖9

圖10

3 結(jié)論

圖11

圖12

圖13

本文重點(diǎn)研究了50 kN模鍛錘的鑲塊模的結(jié)構(gòu)和鑲塊模模鍛工藝。研究結(jié)果表明：

(1)矩形鑲塊結(jié)構(gòu)適合用于我公司50 kN模鍛錘上鍛造小葉片。

(2)選擇合適的飛邊槽形式和尺寸，能保證鍛件的充滿和多余金屬的容納。

(3)模體、楔和鍵可以通用不同的鑲塊。

(4)鑲塊模模鍛工藝適合我公司小葉片特別是導(dǎo)葉片的模鍛。

[1] 中國機(jī)械工程學(xué)會鍛壓學(xué)會.鍛壓手冊：第1卷.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1993.

[2] 楊功顯，范華，等.金屬材料手冊. 東方汽輪機(jī)有限公司，2009.

[3] 王祖唐，等.金屬塑性成形理論. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1989.

[4] 中國機(jī)械工程學(xué)會、中國模具設(shè)計大典編委會.中國模具設(shè)計大典.江西：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.