螺钉旋具锻模优化设计

螺钉旋具是150系列大功率高速柴油机的随车工具之一，其锻件表面绝大多数不进行机械加工。如图1所示的是螺钉旋具的锻件毛坯图，其锻件横截面积较小，形状较简单，为长轴类锻件。该锻件成形的工艺过程为：下料→加热→模锻→切边→磨削→热处理→检验。该工艺的关键是模锻，模锻的关键是锻模设计。原镶块锻模模膛设计有1个滚挤制坯模膛和1个终锻模膛。在其滚挤制坯时，因锻件长而横截面积小，坯料降温速度快，制坯效率反而低下;与其他随车工具锻件相比，尺寸一致性较差，合格品率较低;在生产过程中，因磨损和塑性变形报废的螺钉旋具锻模约占80%，锻模使用寿命较低。因此，合理的锻模设计是提高螺钉旋具锻件质量、锻造效率、锻模使用寿命及降低锻模和锻件成本的关键。

图1 螺钉旋具锻件毛坯图

1 镶块锻模优化设计 锤锻模的主要失效型式是磨损、塑性变形与断裂。防止锻模过早失效、提高锻模使用寿命、使用性能和降低锻模与锻件成本的方法很多，而双模膛锻模优化设计则是一种行之有效的方法。 1.1 锻模图 优化改进设计的螺钉旋具镶块锻模如图2所示。镶块锻模的结构为1个拔长制坯模膛和2个终锻模膛。其模锻的工作过程为：先将选材和加热合理的坯料一端拔长，然后将拔长后的坯料放在任意一个终锻模膛中终锻成形。

图2 螺钉旋具镶块锻模图

1.2 拔长模膛 该拔长模膛的设计形式与设计参数有别于有关锻造文献介绍的传统设计，且优于原滚挤模膛制坯设计的功能。根据锻件形状特点，特采用形状简单的楔形平台拔长模膛(在上模拔长模膛设计有2°的拔长斜度)，其可合理分配金属的变形量，获得小而均匀的飞边，使锻造纤维均匀连续地沿零件外形分布，因此，可有效地提高坯料拔长效率，提高材料利用率和获得良好的锻件性能。 1.3 终锻模膛 锻模工作条件差，使用寿命低，磨损和塑性变形失效约占70%，断裂失效(以疲劳断裂为主)占25%~30%，而其使用寿命又取决于锻模终锻模膛的使用寿命。锻件毛坯的锻造温度为850℃～1200℃，坯料在终锻模膛中锻造时，终锻模膛突然受高温急热，温度可达400℃～600℃。锻模疲劳断裂的过程为：应力集中→产生裂纹→造成新的应力集中→促进裂纹扩展→最后断裂。