连杆零件中锤锻模的结构设计分析

连杆零件中锤锻模的结构设计分析

张茹

韩华新能源科技有限公司张茹

摘要：精锻技术是先进制造技术的重要组成部分，也是汽车工业、工程机械行业中应用广泛的制造工艺方法。可以加工净形连杆零件，如热精锻、冷锻和温锻都是应用了发展很快的精密塑性成形技术。连杆中锤锻模的结构设计对锻造结果有着很大的影响，因此本文对其进行了研究。

关键词：锻造技术；锤锻模；结构设计锤锻模的结构设计对锻件品质、生产率、劳动强度、锻模和锻锤的使用寿命等有很大的影响。锤锻模的结构设计应着重考虑模膛的布排、错移力的平衡以及锻模的强度、模块尺寸、导向等。

1、模膛的布排模膛的布排要根据模膛数以及各模膛的作用和操作方便安排。锤锻模一般有多个模膛，终锻模膛和预锻模膛的变形力较大，在模膛布置过程中一般首先考虑模锻模膛。

1）终锻与预锻模膛的布排（1）锻模中心与模膛中心锻模中心：锤锻模的紧固一般都是利用楔铁和键块配合燕尾紧固在下模，如图1所示。锻模中心指锻模燕尾中心线与燕尾上键槽中心线的交点，它位于锤杆轴心线上，应是锻锤打击力的作用中心。

模锻中心：锻造时模膛承受锻件反作用力的合力作用点叫模膛中心。模膛中心与锻件形状有关。当变形抗力分布均匀时，模膛（包括飞边桥部）在分模面的水平投影的形心可当作模膛中心，可用传统的吊线法寻找。变形抗力分布不均匀时，模膛中心则由形心向变形抗力较大的一边移动。

图1锻模中心（2）模膛中心的布排当模膛中心与锻模中心位置相重合时，锻锤打击力与锻件反作用力在同一垂线上，不产生错移力，上下模没有明显错移，这是理想的布排。当锻模模膛中心与锻模中心偏移一段距离时，锻造时会产生偏心力矩，使上下模产生错移，造成锻件在分模面上产生错差，增加设备磨损。模膛中心与锻模中心的偏移量越大，偏心力矩越大，上下模错移量以及锻件错差量越大。因此终锻模膛与预锻模膛布排设计的中心任务是最大限度减少模膛中心对锻模中心的偏移量。由于锻模有预锻模膛，所以两个模膛中心一般都不能与锻模中心重合。

为了减少错差、保证锻件品质，应力求终锻模膛和预锻模膛中心靠近模锻中心。

2）制坯模膛的布排除了终锻模膛和预锻模膛以外的其他模膛由于成形力较小，可布置在终锻模膛与预锻模膛两测。具体原则如下。

（1）制坯模膛尽可能按工艺过程顺序排列，操作时一般只让坯料运动方向改变一次，以求缩短操作时间。

（2）模膛的排列应与加热炉、切边压力机和吹风管的位置相适应。

（3）拔长模膛位置如在锻模左边，应采取斜式，可以方便操作。

2、错移力的平衡错移力一方面使锻件错移，影响尺寸精度和加工余量：另一方面加速锻锤导轨磨损，使锻锤杆部过早折断。因此错移力的平衡是保证锻件精度和锤杆失效的一个重要问题。

由于本锻件没有落差，暂不考虑采用平衡锁扣平衡错移力。

3、脱料机构一般模锻时，为了迅速从模锻中取出锻件并使模具工作可靠，在设计和制造中，必须考虑模具的脱料装置。

锤上精密模锻时由于锻锤上没有顶出装置，不宜在锤上精锻形状复杂、脱模困难的锻件。一般应在模锻中做出拔模斜度或在模具中设计顶出装置，以便取出锻件4、模具强度设计注意事项模锻变形时，通过模具将外力传给变形金属，与此同时，变形金属也以同样大小的反作用力作用于模具。当模具内的应力值超过材料的强度极限时，模具便发生破坏。尤其在冲击载荷下，模具更容易破坏。锤上锻模与强度有关的破环形式主要有：（1）在燕尾根部转角处产生裂纹；（2）在模膛深处沿高度方向产生的纵向裂纹；（3）模壁打断；（4）承击面打塌。

上述各种破坏形式，从外因来看主要是由于在极高的打击力作用下，应力值超过模具的强度极限，经一次打击或极少次数打击模具便产生裂纹或断裂。而在较低的应力下，经多次反复打击，由于疲劳而产生破裂。从内因来看，主要是因为锻模的结构设计不合理，锻模强度不够。如模锻壁厚较薄，模块高度较低，模具承击面小，模具燕尾根部的转角过小，模块纤维方向分布不合理等。

5、模块设计尺寸模锻此连杆的1.5t模锻锤机组，加热炉在锤的右方，故拔长模膛布置在右边，滚压模膛在左边，预锻及终锻工步从左到右。

锻模采用纵向锁扣。为保证左右两边滚压和拔长模膛处上模锁扣强度，将两模膛中心线分别下移5mm和4.5mm。

锻件宽度为（81.2+2×11.2）mm=103.6mm。

模壁厚度为t0=1×43/2mm=21.5mm预锻模膛与终锻模膛的中心距=（103.6+21.5）mm=125.1mm，取125mm考虑锻模应有足够的承击面，锁扣之间的宽度取305mm，承击面可达到52000mm2.燕尾中心线至检验边的距离为（155+125×2/3）mm=238mm，取235mm。

用实测方法找出终锻模膛中心离连杆大头前端115mm，结合模块长度及钳口长度定出键槽中心线的位置为165mm。

选择钳口尺寸：B=90mm，h=40mm，R0=15mm。因采用调头模锻，钳口尺寸应考虑第一件终锻后飞边不影响第二件模锻，故定为B=80mm，h=30mm。钳口颈尺寸：a=1.5mm，b=8mm，l=20mm。预锻钳口颈尺寸需考虑两件连接处发生断裂等因素，将其加大到几乎与整个钳口宽度相等。

模块尺寸选为：475mm×350mm×275mm（宽×长×高）1.5t模锻锤导轨间距为550mm，模块与导轨之间的间隙大于20mm，满足安装要求。

总之，锻模的结构设计对锻件品质、生产率、劳动强度、锻模和锤端的使用寿命等有很大的影响。锤锻模的结构设计应着重考虑模膛的布排。错移力的平衡以及锻模的强度、模块尺寸、导向等，充分考虑上述因素对模膛的设计有至关重要的作用。

参考文献：[1]夏巨谌，李志刚主编.中国模具设计大典.北京：机械工业出版社，2003[2]费维栋，李洪涛.材料科学与工程专业英语（修订版）.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2002