模锻锤闭式锻造下镶块模模具设计改进

rjgren

目前模锻锤闭式锻造在其他厂家应用比较少，在我厂也处于技术推广中。模锻锤闭式锻造模具寿命不稳定，且普遍偏低。提高模具使用寿命是模锻锤闭式锻造技术推广的硬性要求，特别是型腔偏深，且根部圆角小于R5的下镶块模，模具寿命尤为低。本文针对这个问题，对下镶块模模具设计进行了设计改进。改进前模锻锤闭式工装结构模锻锤闭式生产工装设计包括上镶块模、下镶块模及下模顶杆三部分。为防止上下模之间产生错差，在上下模之间设计单边0.2mm间隙锁扣，同时保证上模进入下模时，不产生碰撞，设计15°斜度。具体设计以FJ601202_MT-BS，工装号为S53-011771B为例进行说明。图1为模具工装设计图。

[size=0.8em]图1 S53-011771B工装图

模锻锤闭式锻造过程分为三个阶段：开式镦粗阶段（图2）、充满角隙阶段（图3）、挤出毛刺阶段（图4）。镦粗阶段金属在型槽中流动阻力小，但随着变形加大，变形力也急剧增高，所以充满角隙阶段金属的流动受到模壁的阻碍，变形金属处于不同三向压应力状态。随着毛坯变形程度加大，模壁所承受的侧向压力也逐渐增大，直到型槽完全充满。但当多余的金属在继续增大的压力下挤入上镶块模和下镶块模0.2mm的间隙中形成毛刺，此时模壁所承受的侧向力急剧增大，最终导致模具失效开裂。图5为模锻锤上行程和锻造变形力曲线示意图。

[size=0.8em]图2 开式镦粗阶段

[size=0.8em]图3 充满角隙阶段

[size=0.8em]图4 挤出毛刺阶段

[size=0.8em]图5 模锻锤上行程和锻造变形力曲线示意图

[size=1em]同时，对FJ601202_MT-BS进行Deform2D模拟，可看出在开式镦粗阶段锻造变形力最大为7.26×10[size=0.6em]5[size=1em]N，而挤出毛刺阶段变形力已经增大为3.14×10[size=0.6em]7[size=1em]N，且以指数形式急剧增大。[size=1em]与图5的曲线示意图相符。

但是由于模锻锤锻造镦粗定位不稳定，很难保证锻件无毛刺，且FJ601202_MT-BS厚度偏厚，R3圆角偏小，易出现在R3根部圆角处开裂，如图6所示。通过对现场跟踪分析，对于厚度大于40mm，且根部圆角小于R5的锻件进行统计分析，其下镶块模的模具寿命基本上500件就会出现裂纹。使用寿命太低，所以对下镶块模进行了改进。

[size=0.8em]图6 下镶块模根部圆角开裂

分体式下镶块模结构

通过理论分析、Deform 模拟验证及现场跟踪，我们发现圆角根部开裂为主要失效形式，且使用寿命太短，所以对下镶块模进行了改进。采用分体式结构，既保证了下模充满性，同时也极大的提高了模具寿命，模具结构如图7所示。

[size=0.8em]图7 下镶块模模具结构示意图

分体式结构中有两个注意事项：⑴分体处公差配合采用H8/f7比较合理。若间隙偏大，易在分体处产生纵向毛刺，导致锻件顶出困难。若间隙偏小，由于侧向力和氧化皮、脱模剂等原因导致模具拆卸困难。⑵下镶块模外圆与下模内芯配合段保证25mm即可。这样既能保证生产要求，又方便模具安装和拆卸，同时也降低了加工难度。结论⑴通过分体式结构的改进，可避免下镶块模根部圆角开裂导致模具失效，极大地提高了下镶块模模具寿命。⑵下镶块模分体式结构有利于下模圆角的充满。⑶下镶块模分体后，下镶块模外圈模具寿命较下模内芯高两倍以上，且外圆直径尺寸常为φ300mm和φ350mm，且厚度为150mm左右，分体式结构可有效降低模具成本。⑷分体式模具结构降低了模具加工难度，有效避免了由于型腔过深导致机加工颤刀，影响加工质量和刀具寿命。同时通过减小配合段，也可以降低加工难度。

solomanvip

很好的经验分享，较深的闭式模具是应该这样做。