螺旋壓力機通用模具模架開發(fā)與應(yīng)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(gòu)與慣性原理發(fā)明的鍛壓機械，按動力形式分為摩擦、電動、液壓及復(fù)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(yīng)性強，是我國目前應(yīng)用最為廣泛的模鍛設(shè)備。

模架是裝夾鍛模并傳遞壓力機打擊運動的主要構(gòu)件，一般由上下模座、導(dǎo)向部分、頂出部分及安裝（緊固）調(diào)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(shè)計一套或幾套通用模架。因此，正確設(shè)計和選擇模架是極為關(guān)鍵的。經(jīng)過實踐檢驗和不斷改進，我們設(shè)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(jīng)濟效益，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，易于安裝調(diào)整，上下模對模精度高，可節(jié)約大量模具鋼材料，還能安裝方模和圓模，方便地實現(xiàn)了“一機多?！钡腻懺旆绞酱蠓岣吡嗽O(shè)備的利用率與鍛造效率。

1.模架結(jié)構(gòu)特點

如圖1所示，模架結(jié)構(gòu)由上下模座、上下鑲塊、導(dǎo)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(dǎo)柱、導(dǎo)套導(dǎo)向，提高裝模速度和鍛件精度，減少鍛模錯移。這種結(jié)構(gòu)借鑒了熱模鍛壓力機的模架形式和沖壓、擠壓類模具導(dǎo)向方式。②鑲塊模固定在模架內(nèi)，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(diào)整，可實現(xiàn)快速裝拆模具。③通用性好，實現(xiàn)了模塊標(biāo)準(zhǔn)化。模架能夠適應(yīng)不同高度的模具使用，導(dǎo)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(jié)構(gòu)簡單，易于制造和翻新，模具設(shè)計周期短，降低鍛模成本。

圖1 模架結(jié)構(gòu)

2.模架開發(fā)

模架主要結(jié)構(gòu)形式是根據(jù)壓力機技術(shù)參數(shù)、模鍛工藝方案、鍛模結(jié)構(gòu)類別、鍛模安裝與調(diào)整等進行設(shè)計，同時參照J(rèn)B/T5110.4～7標(biāo)準(zhǔn)施行量化設(shè)計。

（1）模座 考慮到上下模座本身應(yīng)具有足夠強度、剛度、定位精度，使設(shè)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(jīng)濟性及機加工方便，我們選材料為QT450-10。為保證整體模架導(dǎo)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(shù)控加工中心加工，模腔表面粗糙度Ra不大于3.2μm。導(dǎo)套孔、導(dǎo)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(dǎo)向裝置 模架采用雙導(dǎo)向裝置，保證模架導(dǎo)向精度與剛度。導(dǎo)向裝置分別有導(dǎo)柱、導(dǎo)套外套、內(nèi)襯、刮油環(huán)組成。導(dǎo)套結(jié)構(gòu)選擇組合式結(jié)構(gòu)，便于導(dǎo)向裝置精度修復(fù)，導(dǎo)套外套用材選用42CrMo，熱處理硬度38～42HRC，表面粗糙度內(nèi)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(shè)計中預(yù)留頂出孔，供頂出不易出?；蚩ｅ懠?。我們對模架進行了改進優(yōu)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(nèi)部加工一個與圓形鑲塊模相匹配的內(nèi)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(shè)計增加了模塊規(guī)格和配套楔塊規(guī)格，使其功能和適應(yīng)性得到提高（見圖3）。

3.模架應(yīng)用

在鍛造中，我們常遇到大設(shè)備做小鍛件的情況。為了充分發(fā)揮設(shè)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(yīng)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(nèi)，來實現(xiàn)“一機多模”，球座模具見圖4，這樣的鍛造方式大幅提高了設(shè)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(yù)鍛、終鍛三組模具并列安裝在模架上，實現(xiàn)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(jié)語

經(jīng)分析和實際生產(chǎn)檢驗證明，螺旋壓力機組合式（鑲塊式）鍛模模架適應(yīng)性強，節(jié)約了大量的模具費用，生產(chǎn)效率得到提高，為公司取得了很好的經(jīng)濟效益。我們認(rèn)為該模架對同類模架設(shè)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