模锻特点

在模锻锤或压力机上用锻模将金属坯料锻压加工成形的工艺。模锻工艺生产效率高，劳动强度低，尺寸精确，加工余量小，并可锻制形状复杂的锻件；适用于批量生产。但模具成本高，需有专用的模锻设备，不适合于单件或小批量生产。

1 由于有模膛引导金属的流动，锻件的形状可以比较复杂。

2 锻件内部的锻造流线按锻件轮廓分布，从而提高了零件的力学性能和使用寿命。

3 操作简单，易于实现机械化，生产率高。

根据设备不同，模锻分为锤上模锻，曲柄压力机模锻，平锻机模锻，摩擦压力机 模锻等。锤上模锻所用的设备为模锻锤，通常为空气模锻锤，对形状复杂的锻件，先在制坯模腔内初步成形，然后在锻模腔内锻造。按锻模结构分类：锻模上有容纳多余金属的毛边槽的，称为开式模锻；反之，锻模上没有容纳多余金属的毛边飞槽的，称为闭式模锻。由原始坯料直接成型的，称为单模膛模锻。对形状复杂的锻件，在同一锻模上需要经过若干工步的预成型的，称为多模膛模锻。

精密模锻是在模锻基础上发展而来，能够锻造一些复杂形状，尺寸精度高的零件，如：锥齿轮，叶片，航空零件等。

模锻用的锻模，由上下两个模块组成，模膛是锻模的工作部分，上下模各一半。用燕尾和楔固定在锤砧和工作台上；并以锁扣或导柱导向，防止上下模块错位。金属坯料按模膛的形状变形。

模锻的工序为制坯、预锻和终锻。终锻模的模膛是按锻件的尺寸、形状，并加上余量和偏差确定的。模锻一般分开口模锻和闭口模锻两种：开口模锻的模膛周围有毛边槽，成形后多余的金属流入槽内，最后将毛边切除；闭口模锻只在端部有很小的毛边，如果坯料精确，也可以不出毛边。

HXN5型机车是某机车公司与美国GE公司合作研发的大功率内燃机车，作为柴油机关键零件之一的连杆，均为进口，价格昂贵。该公司于2012年引进德国米勒—万家顿公司生产的PZS系列22000吨电动螺旋压力机，并对HXN5型机车柴油机连杆实行国产化。零件实体图，如图1所示。

该连杆采用42Cr Mo A合金钢制造，锻件为带工字型截面的长轴类零件，外形和杆身在模锻后不加工，这样可以获得紧密的连杆表面组织，提高连杆的表面强度，而且可以省去连杆的粗加工工序，简化连杆的工艺流程，降低生产成本，这对连杆的模锻工艺提出了很高的要求。

1 HXN5连杆锻件工艺分析

如图1所示，连杆模锻件属于长杆类异型锻件，杆身相对简单，锻件小端存在高度落差，大端与杆身轴线夹角较大，大小端重量有较大相差，为了使材料使用更经济合理，应该在锻造前进行制坯，使连杆件在锻造时更易成型。

2 HNX5连杆模锻工艺设计

根据模锻件的特点，整个模锻工艺要解决的关键问题是：①进行合理分料，形成适宜于模锻的毛坯；②在22000吨电动螺旋压力机上模锻时，合理设置打击点及打击能量。

模具是影响模锻件尺寸精度最直接的因素，根据锻件结构设计确定连杆的锻模，如图2所示，采用横纵向方形封闭式锁扣，减少错移。模具选材5Cr Ni Mo，热处理硬度HRC44~48，模膛粗糙度为1.6，其余3.2。

法兰件作为管道接头，因其具有拆装灵活等优点，所以广泛被应用于建筑、化工、给排水、石油、消防、水暖、造船等领域。采用闭式模锻工艺来精密成形中小尺寸法兰件，可以节省材料，且锻件性能良好，在批量生产中，显示出“更精、更净、更省”的优势。

一种1Cr18Ni9不锈钢材质的用于输送低压气体的化工管道用法兰零件，经对产品结构、质量要求、生产批量和成形特点等因素进行综合分析后，提出采用闭式模锻工艺来成形此法兰锻件，以获得较好的经济效益和社会效益，增强企业的市场竞争力。

1工艺性分析

法兰零件图如图3所示，凸缘部位直径最大为Φ140mm，全高55mm，中心孔径Φ50mm，经计算零件的体积为287950mm³，质量为2.25kg。如采 用Φ145mm×60mm的棒料直接切削加工，材料利用率仅为29.1%，加工量较大。由于生产批量较大，为了降低生产成本，对该零件采用模锻制坯 切削加工来生产是较好的制造工艺。再考虑到零件尺寸较小，可采用闭式模锻工艺，在常用的锻压设备摩擦螺旋压力机上精密成形法兰锻件，可进一步降低生产成本。

本法兰件的生产工序流程为：下料→毛坯清理→加热→闭式模锻→冲连皮→预先热处理→机械加工→最终热处理。

2制定闭式模锻工艺

制定锻件图

凸缘上均布的8个Φ14孔和下端部环形密封凹槽6mm×4mm，由于尺寸较小，无法锻出，用余块填补，后期切削加工得到；为了体现闭式模锻技术优势，减少加工余量，下端部高5mm的凸台模锻成形。分模面取在凸缘上表面，考虑机械加工余量、锻造公差、冲孔连皮后，绘制如图4所示冷锻件图，经计算其体积为371951mm³。

在冷锻件图的尺寸基 础 上，加上收 缩率，形成热锻件图，以供设备吨位计算、锻模设计和制造使用。

3 模具工作原理

法兰锻件的闭式模具结构如图5所示，模架采用1600t摩擦螺旋压力机的标准模架，下模2与后挡板7、斜面压板5，依靠斜度为15°的斜面装配，并由斜面压板的弯头斜楔与下模座6的斜面槽配合（斜度为10°），通过拧紧螺钉4，下模即被固定在下模座上。

侧墙板9和螺钉10用于下模的侧向紧固和调整。上模1与上模座固定方法同上。上、下模座分别用螺栓紧固在压力机的滑块和工作台面上。导柱和导套是导向和定位装置，引导上模与下模的中心对正。在进行闭式模锻时，将坯料放在下模膛内，上模随着压力机滑块下移对坯料施加压力，坯料以镦粗压入的方式充满模具型腔，上模与下模打靠时，坯料刚好充满模具型腔。模锻件利用顶杆8被顶出，锻造过程结束。

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模锻生产的工艺规程包括制定模锻件图、计算坯料尺寸、确定模锻工步（模膛）、选择设备及安排修整工序等。

锤上模锻制定模锻件图

模锻件图是设计和制造锻模、计算坯料以及检查锻件的依据。制定模锻件图应考虑分模面、余量、公差、敷料、模锻斜度和模锻圆角半径。

锤上模锻确定模锻工步

模锻工步主要是根据锻件的形状和尺寸来确定的。模锻件按形状可分为两大类：一类是长轴类锻件，如台阶轴、曲轴、连杆、弯曲摇臂等，如图3-38所示；另一类为盘类锻件，如齿轮、法兰盘等，如图3-39所示。

锤上模锻修整工序

坯料在锻模内制成模锻件后须经过一系列修整工序，以保证和提高锻件质量。修整工序包括切边、冲孔、校正、热处理和清理。

模锻工步的名称与模膛的名称相同，如拔长工步、滚压工步、预锻工步、终锻工步等。

模锻工步主要是根据模锻件的形状和尺寸来确定的。模锻件按形状可分为两大类：一类是盘类模锻件，如齿轮、十字轴、法兰盘等；另一类是长轴类模锻件，如台阶轴、曲轴、连杆、变速叉、弯曲摇臂等。 2100433B

设计模锻零件时，应根据模锻特点和工艺要求，使零件结构符合下列原则，以便于模锻生产和降低成本。

1、模锻零件必须具有一个合理的分模面，以保证敷料最少，容易制造，模锻件易于从锻模中取出。

2、由于模锻件尺寸精度高和表面粗糙度值低，因此零件上只有与其他机件配合的表面才需进行切削加工，其他表面均应设计为非加工表面。零件上与锤击方向平行的非加工表面，应设计出模锻斜度。非加工表面所形成的角都应按模锻圆角设计。

3、为了使金属容易充满模膛和减少工序，零件外形力求简单、平直和对称。尽量避免零件截面尺寸相差过大，或具有薄壁、高筋、凸起等结构。

4、在零件结构允许的条件下，设计时尽量避免有深孔或多孔结构。

5、在条件允许的情况下，应采用锻-焊组合工艺，以减少敷料，简化模锻工艺。 2100433B