本站小編為你精心準備了簡敘鋁合金模鍛工藝和模具設計分析參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

鍛件鍛造力和鍛造功(能量)

在制定鍛造工藝和模具設計時，確定鍛件所需要的鍛造力(載荷)或所需要能量是非常重要的。鍛件的鍛造力或能量與材料變形抗力、鍛件形狀、鍛造溫度、應變速率和摩擦等因素有密切關系。根據“日本鍛造技術資料匯編”，可以采用計算公式P=β×k0×σ×F(公式1，供參考)計算鍛造力。式中，P－鍛造力(kN)；β－設備修正系數，壓力機β=1，模鍛錘β=1.15～1.2；k1－鍛件形狀復雜系數，k1的值在3～12之間；σ－鋁合金變形抗力(MPa)，σ的值在55～100MPa之間；F－鍛件在分模面上投影面積(含飛邊)(mm2)。鍛造能量計算公式為E=k2×σ×V×ε(公式2)式中，E－鍛造能量(kJ)；k2－鍛件形狀復雜系數，k2＝2～4；σ－材料的變形抗力(MPa)；V－坯料體積(mm3)；ε－平均應變。另外，鍛造能量也可以采用力－行程曲線下的投影面積來計算。⑴模具潤滑條件好，形狀復雜系數k1和k2可以取小值；⑵高筋是指筋高與筋寬比h／b不小于4.5，薄腹板是指“腹板厚度與腹板部位面積的當量直徑的比值不大于0.2”。

模膛設計

終鍛模膛

鋁合金終鍛模膛設計和鋼鍛件終鍛模膛設計一樣，按照熱鍛件圖的形狀尺寸設計。

⑴熱鍛件圖。熱鍛件圖由鋁合金冷鍛件圖加放冷收縮率，若鍛件有孔，還要設計沖孔連皮形狀和尺寸。

⑵選取冷收縮率。根據鋁合金種類，坯料溫度和模具預熱溫度確定冷收縮率，鋁合金鍛件冷收縮率可在0.6%～1.0%范圍選取。其中模具溫度低時，冷收縮率取大值。1)設計孔連皮。鋁鍛件孔連皮形狀和尺寸設計方法與鋼鍛件相同，連皮形式有平底連皮、斜底連皮和帶倉連皮，但連皮厚度比鋼鍛件連皮要厚15%～30%，甚至更大。2)對于有規律的變形部位還需要反向補償設計。

⑶飛邊槽。鋁合金鍛件飛邊槽形式和鋼鍛件基本相同(圖8)，但由于鋁合金流動性差，飛邊槽的主要尺寸參數和鋼鍛件不同。飛邊槽設計即確定飛邊槽形式、設計橋部和倉部尺寸。

1)飛邊槽形式和設置。常用飛邊槽形式一般有三種：倉部在上模、倉部在下模或倉部均勻分布在上模和下模。當鍛件上下兩側模鍛斜度相等時，通常倉部采用平分于上模和下模飛邊槽，即橋部和倉部按分模線對稱。對于小鍛件可將倉部設置在上模或下模。但當鍛件分模線兩側是不同模鍛斜度時，則整個飛邊安排以鍛件帶有小斜度的一側為宜，這樣便于切除飛邊。飛邊切除后，鍛件流線在分模面處被切斷而外露，對于有抗應力腐蝕要求的鋁合金鍛件很不理想，應合理選擇飛邊位置和飛邊槽結構，或采用閉式模鍛。

2)橋部尺寸。一般飛邊槽橋部高度h和橋部出口圓角半徑R應比鋼鍛件大30%。這是因為鋁合金流動阻力大，另外鋁合金鍛件切邊后在分模面處容易產生裂紋。應根據鋁合金流動性、鍛件重量和分模面面積等因素綜合考慮，確定飛邊槽橋部高度h。橋部寬度b和橋部高度h的比值一般取3～5。下列情況應適當調整橋部尺寸：①尺寸相同的鋁合金鍛件應根據鋁合金塑性不同，飛邊槽尺寸也應有所不同。合金化程度高和塑性低的鋁合金鍛件，飛邊槽橋部厚度應適當加大。②形狀對稱的鋁合金鍛件宜采用均勻飛邊，對于壁厚相差較大鍛件，圍繞鍛件的飛邊槽可以采用不同的厚度。③鍛件重量大和分模面面積大的飛邊橋厚度應適當加大。④采用預鍛和終鍛成形時，終鍛飛邊橋厚度應該減小，以增加飛邊阻力確保鍛件充滿良好。

3)倉部尺寸。由于鋁合金鍛造溫度窄，制坯比鋼困難，且鋁合金流動性差，因此,當鋁合金制坯料比較大時，為保證鍛件能打靠，需將飛邊槽倉部加深、加寬。為保證橋部強度，橋部和倉部應傾斜過渡，過渡斜角可取20°～30°(圖8)。所以設計鋁合金鍛件飛邊槽比鋼鍛件復雜得多，應引起設計者注意，特別是飛邊橋部尺寸確定。

預鍛模膛

⑴設置預鍛模膛。預鍛成形是為了改善金屬坯料在終鍛的流動條件，并分配好鍛件各部位體積，以利于終鍛成形，保證終鍛時金屬流動順暢，充滿良好和工藝穩定，避免產生鍛造缺陷，又提高終鍛模膛使用壽命。所以對于較復雜鍛件一般均設計預鍛模膛。為了提高鋁合金塑性和增大一次行程允許變形程度，預鍛宜采用閉式模鍛(形成三向壓應力)。對于復雜鍛件，還可設計兩次預鍛成形。采用多套模具，多次模鍛。使簡單形狀毛坯逐步過渡到復雜形狀鍛件，這樣易使鋁合金坯料流動均勻，充填容易，纖維連續。

⑵預鍛熱鍛件圖。1)預鍛熱鍛件圖和鋼鍛件預鍛熱鍛件圖設計原則基本相同，應使預鍛坯在終鍛模膛易于鐓粗成形，而難成形又易產生折疊部位，采用鐓擠成形。2)以熱鍛件圖為依據，設計預鍛熱鍛件圖。預鍛件水平尺寸比終鍛件對應部位單邊尺寸小0.2～0.5mm(外部尺寸減小，內部尺寸增大)，而高度尺寸比終鍛對應部位大。但預鍛坯體積僅稍大終鍛件對應部位體積，不宜超過1%。眾所周知，預鍛熱鍛件圖凹圓角半徑R(模膛凸圓角半徑)應大于終鍛熱鍛件圖對應凹圓角半徑，這樣減少金屬流動阻力便于坯料金屬流動。但是當鍛件定位處凹圓角半徑R增大影響其在終鍛模膛定位時，應采用其他部位定位。

⑶飛邊槽。預鍛成形宜采用帶飛邊閉式模鍛(形成三向壓應力，提高鋁合金塑性和提高鋁合金一次行程允許變形程度),例如某鍛造企業鋁合金轉向節(圖9)即采用帶飛邊的閉式模鍛，工藝穩定，已大批量生產。對于高強度鋁合金(如7075)模鍛件，更應采用帶飛邊的閉式模鍛。飛邊槽形式和尺寸與鋼鍛件半閉式模鍛設計相同(即封閉飛邊橋)。

制坯模膛

和鋼鍛件相同，當鍛件形狀復雜時還應設計制坯模膛，按鍛件種類(短軸類鍛件和長軸類鍛件)確定制坯形狀。長軸類鍛件首先作截面圖，并確定制坯圖，然后確定是壓扁、壓擠還是輥鍛制坯。短軸類鍛件設計“成形鐓粗坯”。

模具結構

模具結構與鋼鍛件模具基本相同。布置模膛、飛邊槽、頂出桿、鎖扣(平衡鎖扣和導向鎖扣)和定位壓緊斜面或定位凹槽等。但是，由于鋁合金鍛造工藝性差，一般應采用單獨模塊，便于調整和修正。也可以設計鉗口，以方便取件操作。

頂出裝置

頂出桿位置一般不宜布置在鍛件本體，應盡量布置在飛邊處。因為鋁合金較軟，頂出桿極易在鍛件上壓出壓痕。另外，由于鋁合金鍛件剛性差，鍛件出模時易變形，頂出桿布置位置應均勻，達到頂出均衡。為防止鍛件從上模掉下變形，應使上頂出桿比下頂出桿頂出鍛件時間稍提前，使鍛件留在下模。另外，一般宜將鍛件形狀復雜的一面放在下模。頂出桿直徑和行程按鍛件大小和形狀選擇，應不小于φ10mm。若模具結構合適，應盡量取大值。合理布置頂出桿位置，確定頂出桿直徑、行程和延時是生產鋁合金鍛件能否被順利頂出的關鍵之一。

鎖扣

若模架的模具定位基準精度差，應設計形狀鎖扣，防止鍛件錯移。對于空間分模面還應設計平衡鎖扣。

模具制造

模膛制造精度

和鋼鍛件模膛制造精度確定原則相同，制造精度根據鍛件精度要求設計，即模膛制造精度應比鍛件精度提高2級以上。

模膛粗糙度

由于鋁合金摩擦系數大(是鋼的3倍)，粘附力大，流動性差，要求對模具工作表面進行拋光，但是磨痕方向應順著金屬流動方向。模膛表面粗糙度達到Ra0.4μm(拋光)，有利于金屬流動。因為模膛不光潔，不僅易產生表面粗晶，而且對于復雜鍛件還易產生折疊。例如，模鍛7075鋁合金進氣搖臂時(圖10)，由于模膛表面粗糙(Ra12.5μm)，預鍛時在帶孔圓柱外圍和工字形過渡區左和右兩端都產生折疊。然后將模膛表面拋光到粗糙度為Ra0.4μm，再模鍛時，帶孔圓柱外圍和工字形過渡區左端折疊消失。說明模膛表面粗糙度對鋁合金模鍛的重要性。

作者:趙一平 單位:東風（十堰）汽車鍛鋼件有限公司