鍛模是金屬在熱態或冷態下進行體積成型時所用模具的統稱。由於各種模鍛設備的工作特點有所不同，其鍛模的結構也有較大差別，而在模膛設計上也稍有差異。一個完善的鍛模設計過程，首先應當考慮的是：能夠獲得滿足尺寸精度要求和組織性能良好的鍛件，同時要滿足生產率的要求；其次還應考慮鍛模要具有足夠的強度和較高的壽命，並且製造簡單，安裝、調整、維修方便等要求。因此，設計鍛模時應當進行綜合分析。
基本介紹
- 中文名：鍛模
- 外文名：Forging die
- 屬性：模具
- 涉及工藝：模鍛
- 學科：機械製造技術
- 套用領域：金屬加工工藝
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鍛模分類
根據使用設備分類
鍛模對高溫狀態下的金屬進行加工，工作條件較差，需承受反覆衝擊載荷和冷熱交變作用，產生很高的應力。金屬流動時還會產生摩擦效應。因此模具在作業條件下應具有高的強度、硬度、耐磨性、韌性、耐氧化性、熱傳導性和抗熱裂性。
根據鍛模種類分類
鍛模時用來使坯料按規定的形狀和尺寸變形成為鍛件的模具。鍛模一般由上下兩個模組組成。模組上制有模槽，模槽的多少和形狀由鍛造工步決定。鍛模有整體模和鑲塊模兩種，整體模還有單模槽和多模槽之分。因模鍛用設備的不同，鍛模又可分為錘用模、螺旋壓力機用模、曲柄壓力機用模、平鍛機用模和液壓機用模等。以錘用鍛模較為複雜。根據生產批量的大小，錘用鍛模在大批量生產時多用整體多槽模；鍛件品種多變而批量又小時，多採用整體單槽模或鑲塊模。
（1）整體單槽模
這種鍛模一般只有一個終鍛模槽，此種鍛模設計簡單，模組尺寸小，製造周期短，成本低，操作簡單。缺點是在大批量生產中受原材料利用率，生產效率低等綜合因素的限制，適應性較差。單槽模一般多用原始棒料，在終鍛模槽內鍛造圓形件或各處斷面變化不大的桿件等簡單形狀的鍛件。
（2）整體多槽模
此模不僅設有終鍛模槽、預鍛模槽，而且還設有制坯模槽等多個模槽。它具有生產效率高、鍛件質量好等優點，適用於形狀複雜、生產批量大的鍛件生產，被鍛件生產廠家廣泛採用。
（3）鑲塊模
把容易磨損的終鍛模槽或其中一部分用優質模具鋼製成鑲塊，用楔鐵或熱套方法安裝在普通鋼材製成的模組上（如右圖所示）楔鐵或熱套緊固的模子可靠性較差，對鍛件尺寸穩定有一定的影響。因此，大批量生產複雜鍛件時，仍希望採用整體結構的鍛模。
鑲塊模示意圖
鑲塊模示意圖鍛模設計步驟
（1）根據所要製造機器零件的形狀尺寸和性能要求以及所選定的工藝方案，確定鍛件的加工餘量、分模面、拔模斜度、圓角半徑、沖孔連皮和尺寸公差等，繪出鍛件圖，計算出鍛件總體積。
（2）根據所定工步，計算出每一工步相應的模膛形狀和尺寸，先終鍛模膛，依次是預鍛和制坯模膛以及坯料的規格，繪出詳細的工步圖。最後根據工步圖來確定鍛模的模膛形狀和尺寸。
（3）計算出鍛壓力的噸位，選擇鍛壓設備，並根據設備的工作空間和結構，安排模膛位置，進行鍛模部件的總體設計，選定各有關部分尺寸和鍛模材料及技術條件，繪出鍛模的部件和零件圖。
鍛模設計要點
按照模鍛時金屬的變形特徵，鍛模模膛可分為制坯(包括彎曲)模膛、預鍛模膛、終鍛模膛和切鍛模膛四種類型。設計制坯模膛時應保證模膛結構合理，使坯料能夠按工藝要求逐步改變形狀，得到斷面尺寸合適、表面光滑的坯料，以改善預鍛、終鍛模膛的受力狀態，提高其壽命。在此基礎上，還應考慮滿足模具強度、鍛模加工及鍛造時易於操作等要求，因此必須綜合考慮以下幾點：
（1）鍛模的模膛或分模面形狀不對稱時，鍛打會產生水平推力，易使模具錯移或損壞。應儘量設計成對稱形狀；非對稱形狀的鍛件(特別是彎曲類鍛件)，應儘量保證模膛的整體性（見下圖）。
鍛件成對排列（2）應保證終鍛模膛（包括飛邊）水平投影的形心與鍛錘錘桿的中心重合（見下圖（a））。有預鍛模膛時，應按下圖（c）的方式排列。
模膛形心位置（3）分模面應儘量選成平面，使之便於製作。
（4）為了便於從模膛中取出鍛件，模膛側壁上設有模鍛斜度。一般內模鍛斜度要比外模鍛斜度大些（見下圖）。
模鍛斜度的表示方式示例（5）模鍛件邊角部分要採用適當的圓弧過渡，以利於鍛件成形和提高模具強度。
（6）鍛件上窄而高的筋或薄而寬的部分，模鍛時變形困難，而且容易產生摺疊，設計時應加以注意。
（7）飛邊橋部、倉部的結構尺寸與鍛件成形難易程度有關，應根據鍛件具體形狀來考慮。一般橋部寬度為8~14mm，倉部寬度為22~40mm。
鍛模材料
模鍛時，模膛長時間接觸高溫鍛件，溫度高達200~300℃。模膛的角部或凸起部分等較薄部分的溫度甚至高達500~600℃以上。此外，模膛的角部還要承受打擊時產生的強大衝擊力和冷卻液的爆發性燃燒，工作條件非常惡劣。因此，要求鍛模材料具有以下性質：耐熱性和耐磨性高；有較好的衝擊韌性；易於進行熱處理，不易走形；機械加工時的切削性能良好。
我國常用的鍛模材料為5CrMnMo或5CrNiMo，鍛件批量小時也可以選擇其他代替材料。
