锻造模具是指一种能使坯料成形为模锻件的工具。锻造模具是模锻件生产中必需的关键工艺装备,是设备每一行程都需要使用的工具,在模锻件生产中起着举足轻重的作用。
简述
锻造模具是在锻造工艺过程中使用的模具,原材料在外力的作用下在锻模中产生塑性变形,从而得到所需的形状和尺寸的零件。锻造模具可根据锻造温度的不同分为热锻模、温锻模和冷锻模。热锻模因设备的不同还可分为锤锻模、
螺旋压力机锻模、机械压力机锻模、平锻模和液压机锻模等。在压力机模锻时需要设计加工模架,在锻造工艺过程中还需要制坯(如
辊锻、
楔横轧)模、
切边模、
冲孔模、
校正模、冷精压模等,这些模具和装置也属于锻造模具类别。
锻造模具的主要技术发展方向是提高模具设计水平,采用新型模具材料,使用高效高精度加工手段,以期在模具高寿命的状态下实现锻件高精度。
随着我国制造业整体水平的提高,我国锻造模具技术将达到国际先进水平,部分有创新性与独特性的技术将达到国际领先水平。
特点
锻造模具是实现模锻工艺的重要装备,是模具类别中历史较长的一个分支。由于锻造成形工艺的复杂性,相应的锻造模具具有如下技术特点:
(1)多工步成形,结构复杂。金属锻造成形属于体积成 形,难以实现一步成形,需要多次变形,复杂锻件的成形步骤可达12步之多。因此,一套锻模也往往由10副甚至更多副模具构成。
(2)高温、重载,工作条件恶劣。金属成形温度在450℃(非铁金属)~1 300℃(钢铁材料),模具型腔表面温度可达到300℃~750℃。同时,金属变形所需外力也要由压力机通过模具提供,用于钢铁材料锻造成形的模具承受的载荷达到500(
热锻)~2 000MPa(
冷锻)。
(3)由于金属坯料在高温高压下变形时的流动,锻模型腔除正常分模面外,需要保持型腔工作面的完整性,不能采用镶拼结构。
锻造模具的技术特点决定了锻模的设计,强烈依赖成形工艺的设计,必须很好地选用模具材料并进行合理的热处理,采用先进的加工技术,保证模具型腔的精度和表面质量。
设计原则
锻造模具的设计应遵循良好的使用性能、优异的加工性能和一定的经济性能三项原则。同时,要熟悉金属在锻造成形时的工艺特点,掌握各种锻压设备的基本结构和工作性能,从实际条件出发,设计出成形性好、服役寿命合理、便于安装调试和维修的模具。
要实现上述目标,在锻造模具设计中通常应考虑:
①
锻件的批量。小批量生产的锻件,尽量采用简单结构的模具,模具寿命也可以设计的低一些;中大批量生产的锻件,模具结构应采用具有制坯、预锻和终锻等多工步模具,模具材料要合理配合,以保证整套模具具有高的寿命。
②锻件的材质。根据材料的变形能力确定成形工步和变形率,确保终锻后的锻件质量。
③锻件的形状。形状复杂的锻件必须采用多模膛分散变形的方法,以减少模具载荷、降低压力机吨位、避免锻造缺陷产生。
④
锻造设备。主要考虑是
锻锤,还有各种
压力机,模具的结构及模具材料均须有所差别。
磨损
磨损主要是指摩擦副中的两个零件之间相对运动所造成的。锻造模具摩擦表面的几何、物理和化学特性及其磨损模式、类型基本与普通机械零件磨损类似,模具磨损机理也是在继承机械磨损机理的基础上、根据锻造模具的工况特性发展起来的,模具磨损除遵守机械零件磨损的一般规律外,由于其恶劣的工作环境,锻造模具的磨损也具有其特殊性。
锻造过程中的磨损包括锻模的磨损和工件的磨损。实质上,模具磨损是众多机械零件磨损中的一个特例,在一般情况下,模具磨损遵守机械零件磨损的一般规律,但由于模具、尤其是热锻模工况条件特殊,其磨损也有其特殊性。因此,研究模具磨损时,需要了解磨损模式和类型,然后,再根据金属锻造的高温、高压(载荷)和高频(脉冲)的摩擦学特征进行研究。
塑性加工模具种类繁多,诸如冲压模具、冲孔模具、落料模具、剪切模具、冷挤和热挤压模具、精压模具、冲挤模具、冷锻和热锻模具以及校正模具等等。这些模具各有特点,其中热锻模具的工况条件最为复杂。