[科普中国]-锻造模具

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。1

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。2

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。2

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。3