什么是模锻?

[拼音]：muduan

[外文]：die forging

在外力的作用下使金属坯料在模具内产生塑性变形并充满模膛（模具型腔）以获得所需形状和尺寸的锻件的锻造方法。大多数金属是在热态下模锻的，所以模锻也称为热模锻。与自由锻相比，模锻能够锻出形状更为复杂、尺寸比较准确的锻件，生产效率比较高，可以大量生产形状和尺寸都基本相同的锻件，便于随后的切削加工过程采用自动机床和自动生产线。模锻后的锻件内部形成带有方向性的纤维组织，即流线。选定合理的模锻工艺和模具，使流线的分布与零件的外形一致，可以显著提高锻件的机械性能。但模锻需要专用的模具，模具必须用优质合金工具钢制造，模膛形状复杂，要求精度高，加工量大，生产周期长，价格昂贵。因此，模锻一般适用于大批量生产，或用于批量虽不大，但对锻件的形状和性能有较高要求的场合。

模锻件的精度高，加工余量小。加工余量的决定需要考虑模具的制造精度及其使用中的磨损、金属的冷缩和表面氧化、金属流动和充填状态、锻造需要的斜度、圆角和锻造偏差以及切削加工所需的余量等。在实际生产中，锻件加工余量都按标准选用。使用特殊的精密锻造工艺，严格控制锻件的局部公差，不留切削加工余量，不再切削，是现代模锻技术的发展方向之一。

模锻通常按所用的设备分为锤模锻、热模锻压力机模锻、螺旋压力机模锻、水压机模锻、平锻机模锻和电热镦等。

在生产中应用较广泛。锻模分上下两块，分别固定在模锻锤的锤头和砧座上，靠锤头上的上模向砧座上的下模打击(无砧座模锻锤是上下砧对击)使锻件成形。坯料常要经过若干制坯工序，为此在锻模上设有相应的多个模膛。锻造时，先将坯料加热到始锻温度（见锻坯加热）再由人工将锻坯按工序移置于相应的模膛中，接受锻锤依次打击，并在终锻模膛中最后成形。典型的锤模锻经过6个工序（图1中无镦粗工序）。

（1）镦粗:用来减小坯料高度，增大横截面积。

（2）拔长：将坯料绕轴线翻转并沿轴线送进，用来减小坯料局部截面，延长坯料长度。

（3）滚压： *** 作时只翻转不送进，可使坯料局部截面聚集增大，并使整个坯料的外表圆浑光滑。

（4）弯曲：用来改变坯料轴线形状。

（5）预锻：改善锻件成形条件，减少终锻模膛的磨损。

（6）终锻：使锻件最终成形，决定锻件的形状和精度。在终锻模膛的四周开有飞边槽。

模锻锤的打击速度快，冲击能量较大，打击的轻重可以由 *** 作者随意控制，所以对锻件的适应性好，可以锻1千克以下到200千克左右的各种复杂形状的锻件，如发动机连杆、曲轴、汽车万向节、前梁和各种齿轮。锤模锻的生产率高，设备投资少。缺点是振动和噪音大， *** 作技术不太容易掌握，工人劳动条件差，劳动强度大。另外，模锻锤一般没有顶出装置，锻件需要较大的模锻斜度，模具的寿命较低。

热模锻压力机一般是曲柄式机械压力机。它的振动和噪音比锤模锻小， *** 作技术也比较容易掌握，生产率高，便于采用机械手实现自动化生产。热模锻压力机的刚性好，滑块导向精度高，有锻件顶出装置，可以用较小的模锻斜度。中国第二汽车制造厂的以120000千牛热模锻压力机为主，配有辊锻机、切边压力机、扭转机、矫正压力机、机械手和传送装置的自动锻造生产线，每小时可锻汽车曲轴或前梁60～90根。热模锻压力机的行程是固定的，不能代替辊锻机或其他设备来完成相应的制坯 *** 作，也不能像锻锤那样利用冲击惯量来成形锻件。为了使锻件充满模膛，往往需要增加预锻的次数，使坯料在几个模膛内逐渐地接近锻件形状，因此模具的结构比较复杂。热模锻压力机模锻适用于大批量生产。

螺旋压力机的特点是锻锤冲击惯量大，而且机械压力机导向好，有顶出装置，不需要蒸汽动力，是比较万能的模锻设备。它只出少量飞边，出模角很小，锻后由顶杆将锻件顶出。对于中小型锻件的单模膛锻造效果很好，特别是镦锻气门、螺栓等带杆零件的头部。形状复杂的锻件可在其他设备上预先制坯，然后在螺旋压力机上终锻。

水压机的工作速度低，行程大，压力高，并且可以调节，有顶出装置；如有需要还可以从几个方向施加压力（多向模锻水压机）。巨型水压机的压力达到几十万千牛，工作平台面积达几十平方米。它适用于模锻大型钢、钛合金、铝合金和镁合金锻件，特别是大型航空锻件，如飞机框架、起落架大梁。多向模锻水压机则适合于模锻各种多空膛复杂锻件，如高压机壳、阀体和三叉、四叉管子接头等（图2）。

也称平锻，是镦锻长杆件、管件的头部和用棒料制造带通孔环形件的常用方法，如制造长轴的法兰部分、轴承环等。图3为典型的平锻机模锻件成形工序。图4为平锻模及其运动过程。工作时，活动凹模移动，将端部已加热的棒料夹住，然后由固定在主滑块上的多工位凸模进行镦锻，使金属充满模具的模膛。如果棒料的变形部分长度大于棒料直径的3倍，则必须在预锻、终锻之前对棒料端部进行一次或几次聚积，避免镦锻时棒料弯曲或产生折叠。锻通孔时，先锻出带盲孔的锻件，然后在冲头穿孔时将锻件与棒料分离。平锻件一般不产生飞边或只产生较小的飞边，所以材料的利用率高，但需要将棒料夹住后锻造，所以要求棒料有较小的直径公差。

对棒料端头边加热边施加压力，使之镦粗变形的模锻工艺(图5)将棒料的一端通电，利用棒料本身的电阻进行接触加热，同时对棒料的端部施加轴向压力，使一端逐渐变热变粗，直到充满模膛和成形。这种方法将加热和变形合并在一台机械上同时进行，所以成形好、效率高，主要用于内燃机气门的成形。

随着技术的进步，除了传统的模锻方法在不断完善外，还出现了许多精密、高速的模锻新工艺和新设备。例如，用液压螺旋压力机精锻汽轮机叶片，叶片表面只留少量的磨削余量;精密模锻齿轮，齿形可以不再进行机械加工；多工位自动热镦机成形长棒料或成盘棒料被送进、加热、切成定长毛坯，然后在3～4个工位里成形。整个过程自动进行，每分钟可锻3千克左右的齿坯和轴承环坯40～70件。高速锤锻造是用特殊设备进行的模锻。挤压和冷镦，广义地说也属于模锻。

参考书目

张志文:《锻造工艺学》，机械工业出版社，北京，1983。