锤锻模设计中的几个问题

马明

【摘 要】运用自由锻造技术，采用无模具、小吨位锻造设备，是解决小批量偏心轴类锻件的生产问题一种方式，虽然增加了锻造难度，但大大降低了制造辅助模具生产的费用，在锻造生产过程中有很好的应用性。

【关键词】锤锻模设计；自由锻造；成本

一、前言

锻造技术是机械制造工业的基础技术，是先进设备制造技术的重要组成部分，锻造技术在交通运输、工程机械、农机机械以及国防工业等大型动力机械设备的制造上，应用非常广泛，特别是在飞机、造船、电力等工业中，锻件一直是不可或缺的关键部件。自由锻造则是锻造技术中的重要方面，由于自由锻造对操作者有较高的技术要求，在锻造行业中所占比例较低，仅占20%左右，但自由锻造技术一直随着现代工业的快速发展，发挥着重要作用。轴类锻件就是其中之一。轴类锻件是机械设备中重要的关键部件之一，同心轴的锻造工艺比较成熟，但大型偏心轴的锻造由于生产批量较小，采用模锻，模具制造成本非常高，在小批量生产中，采用自由锻造技术就很有利，虽然劳动强度大，但锻造成本却比模锻低很多，这也自由锻造技术长期存在下去的一个重要方面。下面用实例对偏心轴的锻造技术参数和工艺进行解析。

二、锻件技术参数

锻件材质：40Cr；锻件重量：1331kg。毛坯料重量（包含火耗、芯头、锯口）：1438kg。在这里提一下，一般大型轴类锻件的火耗占坯料的3-5%，芯头和台阶余面占坯料的2%左右，锯切下料的损耗占坯料的0.6%，由此可计算出锻件所需坯料的重量。由于加热时间长，坯料表面产生氧化皮层厚，因此选用准440坯料，确定毛坯料尺寸：准440×1205mm。

三、锻件工艺分析

（一）锻造设备的选用

确定锻造设备吨位关系着锻件质量和成本以及操作人员的劳动条件，是制定锻造工艺的重要环节，但选择恰当的锻造设备是一件非常复杂和困难的工作，通过单一的理论计算可能会导致锻造载荷的计算值同实际使用设备的能力误差较大，因此，许多企业按照各自长期积累的经验数据选择锻造设备。按照锻造经验，此锻件可选择3T或5T自由锻锤，并选用5T锻造翻转机。

（二）辅助工具

辅助工具是锻造过程不可或缺的工具，在自由锻过程中，经常会用到下圆弧砧（利于摔圆），台阶压铁、摔子，采用下圆弧砧有利于偏心轴在锻造时的旋转，摔圆。

（三）温度控制

锻造温度在：1200-830℃之间；锻造火次：一火。

四、钢坯的加热

钢坯的加热是为了提高金属的塑性，降低变形抗力，有利于金属变形，从而获得良好的锻后金相组织。在加热过程中，金属的组织结构、机械性能会随着加热温度的变化而变化，坯料加热不当会产生表面脱碳、过热过烧、裂纹等缺陷。因此，锻件的加热必须按正确的加热规范去进行，小型鍛件一般可直接高温装炉加热至锻造温度，但直径大于350mm的锻件，必须在炉温低于500℃以下装炉，并保温2小时才可缓慢升温，至800℃时需再次保温1时，以便坯料内、外层温差分布均匀，使金属相变能够充分进行，顺利通过金属“红脆区”，经过保温后，可快速加热至锻造温度，并进行1小时的保温，使钢料热透，保证内、外温度一致，方可进行锻造。

锻锤采用下砧为圆弧砧，动力头用平砧锤头进行锻造，有利于坯料进行旋转，用摔子对圆轴进行摔圆。具体如下：①由于加热时间长，坯料表面氧化层厚，表层会出现轻微脱碳现象，锻造时需先将准440尺寸处进行轻微锻打，去除氧化皮后，再进行锻造。先对中部按尺寸两侧同时压痕，压痕深度不大于20mm。②中部偏心处两侧压痕后，用压铁切肩，只压偏心上半部分，锻造时，开始只对切肩部位做半圆旋转进行锻造，待锻出偏心后，再进行整圆锻造。

轴的加工过程应该注意基准的选择，基准可分为：粗基准和精基准。在粗车外圆时，应选则粗基准；在精车外圆时应选择精基准。下面就可以按照轴类零件的加工工艺路线图来加工：粗车外圆时，夹取一端，并且使端面靠紧三爪夹盘底端凸台，粗车一端外圆，平端面，掉头，粗车另一端外圆，平端面；调质处理，将粗车完的轴进行调质处理；车两端面，将轴一端夹紧，车一端端面，并打中心孔，掉头，车另一端端面，打中心孔；精车外圆，夹紧一端，精车外圆，掉头，精车另一端；铣平面，将精车后的轴转到铣床前，夹紧后，铣平面（过油面）；表面中频处理，进行轴的表面中频处理，增加轴的表面硬度，使轴具有较高的耐磨性；低温回火，主要是为了消除轴的内部残余应力，防止轴因为内部应力而裂开；磨外圆，将磨床的顶尖顶到轴的中心孔上，开始磨轴，一定要保证轴的精度；切槽、倒角，为了轴安装方便，在轴的两端必须切槽、倒角；钻销孔，销孔的作用主要是装配完后，为了确保轴与其他零件不能同时转动而设计的，起到固定轴的作用；在加工过程中比较困难，属于在回转体零件上钻孔，最加工工艺要求十分严格，必须保证两销孔之间的距离，因此，需要设计一套工装夹具来保证加工精度，工装夹具的设计，将会在下一章主要分析和设计；最后一道工序，清洗、涂防锈油即可入库或者直接装配。

五、轴的钻孔工装夹具设计

考虑设计要求与零件的加工工序，应该大致想出基本设计思路，在加工轴时，设计固定轴的零件，即V形块；固定V形块的零件，即底板、键；而在加工时需要保证加工精度，那么必须设计定位滑块、定位螺纹块；其他辅助零件也不能缺少，例如：压板、螺柱、螺栓等。

（一）T形槽底板

为了更好地便于加工，设计一件与机床工作台连接的T形槽底板。设计T形槽底板时应按部就班，首先，应设计T形槽底板的大小，因此需要量取机床的工作台的大小，经量取工作台的长为1250mm，宽750mm，按照工作台的长和宽，计划设计T形槽底板长1000mm，宽640mm，其次，由于底板需要加工T形槽，用来连接V形块等其他零件，所以需要T形槽的厚度增加，计划设计厚度（高度）为70mm。最后，T形槽底板与工作台连接需要钻螺纹孔，测量工作台上的螺纹孔为M20，并且大致量取工作台上的两螺孔之间的距离为320mm，设计时，尽量将T形槽底板固定在工作台中间位置。

（二）V形块

V形块的设计是十分重要的，本节，我们将重点的讲解V形块的设计。对于V形块的设计，有着很严的要求，下面，我们就通过以下几个方面来系统的设计V形块，并且需要了解设计V形块时要注意的各种问题。

我们可以看出，在设计V形块时，应该充分考虑所要加工轴的直径，当轴的直径越大，为了防止轴在V形块上跳动过大而起不到固定的作用，不得不将V形块的高度H加大，来更好的固定轴。V形块与底板固定应该用螺栓连接，但是V形块可能会在底板活动，为了防止V形块活动，必须设计一个零件将V形块固定，我们想到了可以在V形块底面开个键槽，将V形块与底板连接，用键来固定。

六、结束语

通过改进模具，保证了锻件能够一次性打靠，使产品质量达到要求。该锻件已经实现了批量生产。

【参考文献】

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