鍛模設(shè)計(jì)對鍛件的尺寸精度有很大影響。模膛的尺寸精度和磨損、模具和鍛件的熱脹冷縮、模具和鍛件的彈性變形、鍛件的形狀和尺寸,以及所選用設(shè)備的剛度、精度和噸位大小等對鍛件的尺寸精度均有較大影響。
模具的加工精確度應(yīng)當(dāng)比鍛件的精度高兩級。精鍛時,為能獲得精確的鍛件尺寸,應(yīng)考慮鍛件和模具的彈性變形量,應(yīng)保證模具有足夠的剛度。影響模具剛度的因素有模具結(jié)構(gòu)、模膛位置和模具材料等。
對于模具結(jié)構(gòu),應(yīng)力求簡單,整體模的剛度較好;采用組合模時,應(yīng)避免構(gòu)件間有游隙和較大的彈性變形。
對于模膛位置,應(yīng)力求模膛中心與滑塊(或錘桿)的中心一致,否則會由于偏心力矩使上、下模產(chǎn)生相對轉(zhuǎn)動,造成鍛件高度方向和水平方向尺寸偏差。
對于模具材料,應(yīng)使模具材料本身硬度高、彈性變形小,例如平面冷精壓采用 &12MO做精壓平板比采用T10A精壓后零件中部的凸起高度小,因而零件的精度鍛模設(shè)計(jì)的正確與否對模具的使用壽命有很大影響。
熱鍛模失效的主要形式有破裂、磨損、熱疲勞裂紋(以下簡稱熱裂)和模具發(fā)生塑性變形(壓塌)等,其中磨損和熱裂屬正常失效,而破裂和模具發(fā)生塑性變形屬非正常失效。設(shè)計(jì)鍛模時,為提高使用壽命要同時考慮這四方面的因素,尤其對非正常失效,更應(yīng)予以重視。
模具承受沖擊載荷時更易于破裂,這不僅是由于某些材料(例如高速鋼)對沖擊載荷具有敏感性,而主要是由模具承受沖擊載荷時的受力特點(diǎn)所決定的。例如在沖擊載荷下進(jìn)行閉式模鍛時,在毛坯充滿模膛之后,如果錘頭還有多余的能量則必然還要繼續(xù)向下移動,多余的能量主要由模具及設(shè)備的彈性變形所吸收。當(dāng)多余能量較大時,根據(jù)能量轉(zhuǎn)換原理可以算得此時的錘頭打擊力是很大的, 它將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鍛件變形所需的力量,模具常常因?yàn)槌惺懿涣诉@么大的應(yīng)力而破壞,這尤其是在模具具有應(yīng)力集中處時更是危險(xiǎn)。
磨損是模具與毛坯在高壓下相對摩擦的結(jié)果,磨損使模具表面不平并且出現(xiàn)溝痕,這種溝痕有可能引起應(yīng)力集中造成模具破裂。
熱裂是由于模具表面熱冷交替反復(fù)變化引起異符號熱應(yīng)力的反復(fù)作用而產(chǎn)生的。熱裂紋呈龜裂狀,多發(fā)生在模具的突出部;因?yàn)橥怀霾咳菀准崩浼睙帷.?dāng)模具材料的導(dǎo)熱性差、熱膨脹系數(shù)大、使用溫度范圍和潤滑劑選用不合適時,更易產(chǎn)生 熱裂。
模具發(fā)生塑性變形的原因是因?yàn)槟>叩挠捕冗^低或鍛件的變形抗力過大所引起 的。熱鍛時由于冷卻不好,模具溫升較高,引起模具退火而變軟。而當(dāng)坯料溫度過低時鍛件的變形抗力便會增大。
模具的磨損、熱裂以及模具的塑性變形主要與模具材料、工藝操作和模具的潤滑有關(guān),模具的結(jié)構(gòu)形式也有較大影響。下面從防止模具的破裂出發(fā)介紹有關(guān)模具 強(qiáng)度設(shè)計(jì)方面的問題,以錘上鍛模為例介紹開式鍛模的設(shè)計(jì),以摩擦壓力機(jī)上的無飛邊模鍛為例介紹閉式鍛模的設(shè)計(jì)。
模鍛在工業(yè)生產(chǎn)中占有舉足輕重的地位。工礦交通各行各業(yè),如汽車、拖拉 機(jī)、機(jī)床、礦山機(jī)械、動力機(jī)械、航天航海等部門,沒有現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)——模鍛的密切配合,其發(fā)展以至于生存下去,都是不可設(shè)想的。模鍛生產(chǎn)能力及其工藝 水平,對一個國家的工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)所能達(dá)到的高度影響很大。