簡敘鍛造模具設(shè)計及其發(fā)展（下）

文/趙一平·東風(fēng)(十堰)汽車鍛鋼件有限公司

《簡敘鍛造模具設(shè)計及其發(fā)展》（上）見《鍛造與沖壓》2020年第3期

模架設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(jīng)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(yīng)在20年以上。而且模架重量較重，制造復(fù)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(shè)計、制造和使用必須足夠重視。模架重量由設(shè)備封閉高度和模架結(jié)構(gòu)確定。

模架結(jié)構(gòu)和制造精度直接影響模具結(jié)構(gòu)和鍛件精度，應(yīng)引起高度重視。為了確保模架精度，應(yīng)定期對模架進行檢測和維護，并定期檢修（一般應(yīng)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(chǎn)。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(chǎn)，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(jié)構(gòu)）；3)機械化模架（具有步進梁傳送裝置）。

通用模架設(shè)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(dǎo)向裝置及模具定位與緊固件組成。對于螺旋壓力機，模架應(yīng)擁有獨立承擊塊，由于模塊不設(shè)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(shè)計基本要求。

1)模架結(jié)構(gòu)力求具有較大通用性、萬能性，以適應(yīng)多品種生產(chǎn)。

2)模架應(yīng)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(nèi)各種承受鍛造負荷的零部件，包括上模座和下模座，均應(yīng)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(dǎo)向裝置務(wù)必達到高精度，一般采用導(dǎo)柱導(dǎo)套裝置，若是精密模鍛，還需要匹配X導(dǎo)軌導(dǎo)向裝置，其導(dǎo)向精度達到0.02～0.05mm。

4)模架內(nèi)設(shè)置的頂出裝置應(yīng)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(yīng)確保模塊定位準(zhǔn)確，緊固可靠，又操作（含調(diào)整和裝卸）方便。

6)模架上應(yīng)設(shè)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(nèi)具有安裝模具的窩座，模塊緊靠模架窩座內(nèi)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(yīng)在模架上設(shè)計獨立承擊塊，這樣模具就不需要設(shè)計承擊面，不僅模塊體積小，而且提高模具使用壽命。

⑵優(yōu)點。

1)模塊定位準(zhǔn)確，緊固牢靠。窩座式模架是壓力機使用最廣泛的典型結(jié)構(gòu)。

2)適用于鍛件批量大、精度高的生產(chǎn)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(zhǔn)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(yīng)的三個相互垂直的定位基準(zhǔn)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(chǎn)，模具做到安裝免調(diào)整，提高勞動生產(chǎn)率。

4）模架導(dǎo)向精度高。模架一般采用“導(dǎo)柱導(dǎo)套”導(dǎo)向裝置，若是精密模鍛，則還需要增加X導(dǎo)軌導(dǎo)向機構(gòu)，極大提高導(dǎo)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(diào)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(nèi)，并采用螺栓緊固。

⑵優(yōu)點。

1)通用性和萬能性較好，適應(yīng)多品種、不同尺寸鍛件，故適合中、小批量以及需要經(jīng)常進行反復(fù)生產(chǎn)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(chǎn)過程模具調(diào)整工作量（調(diào)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(fā)生開裂。模具也易開裂。

鍛件發(fā)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(shè)備生產(chǎn)能力，提高生產(chǎn)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(diào)整安裝模具，近年來產(chǎn)生自動液壓鎖緊窩座式通用模架，模塊靠窩座內(nèi)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(gòu)將模塊推入模架窩座內(nèi)，并緊靠模架窩座內(nèi)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(diào)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(yè)今后發(fā)展方向。

伴隨著加工設(shè)備的快速發(fā)展，模具及模架制造精度的提高，鍛造模具已經(jīng)向著安裝免調(diào)整方向發(fā)展，實現(xiàn)減少更換模具的調(diào)整時間，從而提高生產(chǎn)率。另外，由于模架和模具導(dǎo)向精度高，取消模具導(dǎo)向鎖扣，減少模塊體積和模具材料成本，并應(yīng)避免安裝繁瑣，調(diào)整困難。

模架設(shè)計應(yīng)做到導(dǎo)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(jù)調(diào)研，已經(jīng)有鍛造企業(yè)開始采用自動鎖緊窩座式通用模架，做到模具安裝免調(diào)整。