简叙锻造模具设计及其发展（下）

文/赵一平·东风(十堰)汽车锻钢件有限公司

《简叙锻造模具设计及其发展》（上）见《锻造与冲压》2020年第3期

模架设计

模架又称模座，夹持器。模架是用于定位和紧固模块并传递设备锻造力和锻件顶出运动的主要部件，它承受锻造过程中的全部载荷。

四种通用模锻设备（模锻锤、螺旋压力机、热模锻压力机和模锻液压机）中，除模锻锤没有模架外，其他三种模锻设备均有模架。模架型式很多，按模具定位方式分类有窝座式、十字键槽式等。

在压力机上模锻，模块是经常更换的，而模架则长期使用，模架属于装备。一般模架使用年限应在20年以上。而且模架重量较重，制造复杂，价格高。一旦制成就难以改动。

通用模架重量：MP型16MN热模锻压力机窝座式通用模架重量5～6t；25MN热模锻压力机模架重量6～8t；40MN热模锻压力机模架重量11～16t（其中十字键槽式模架重量约11t，而窝座式模架重量约16t）；而125MN热模锻压力机模架重量50～65t。因此对模架设计、制造和使用必须足够重视。模架重量由设备封闭高度和模架结构确定。

模架结构和制造精度直接影响模具结构和锻件精度，应引起高度重视。为了确保模架精度，应定期对模架进行检测和维护，并定期检修（一般应每年检测和维护）。

模架种类及其用途

模架按用途分类，有通用模架和专用模架，模架按模块定位方式分类，有十字键槽模架和窝座式模架。

⑴通用模架。通用模架系指各类锻件开式模锻和闭式模锻的模具均可在其上安装生产。一般有窝座式通用模架和十字键槽式通用模架。

⑵专用模架。一般用于大批量单品种生产，锻件精度高。常用的专用模架有：1)挤压成形专用模架；2)闭塞模锻专用模架（带活动模座，具有水平或垂直可分凹模结构）；3)机械化模架（具有步进梁传送装置）。

通用模架设计基本要求

⑴通用模架组。模架由上模座和下模座（又称模板或底板）、上垫板和下垫板、上模块和下模块、顶出装置、导向装置及模具定位与紧固件组成。对于螺旋压力机，模架应拥有独立承击块，由于模块不设承击面，模块体积小，降低模具材料成本和制造成本。另外，还提高模具使用寿命。

⑵通用模架设计基本要求。

1)模架结构力求具有较大通用性、万能性，以适应多品种生产。

2)模架应具有足够的强度、刚度和韧性，防止模架变形和断裂。为此，模架内各种承受锻造负荷的零部件，包括上模座和下模座，均应采用合金钢制造并进行热处理。上模座和下模座以及垫板建议采用5CrNiMo模具钢。

3)模架导向装置务必达到高精度，一般采用导柱导套装置，若是精密模锻，还需要匹配X导轨导向装置，其导向精度达到0.02～0.05mm。

4)模架内设置的顶出装置应顶出顺畅有延时，有足够顶出行程和顶出力，并达到可靠、耐用，便于修理和更换。

5)模架应确保模块定位准确，紧固可靠，又操作（含调整和装卸）方便。

6)模架上应设有起重孔或起重棒。

窝座式通用模架

⑴特征。

图7是热模锻压力机窝座式通用模架，在上模座和下模座内具有安装模具的窝座，模块紧靠模架窝座内的三个相互垂直的平面定位，采用斜面压板紧固。若是摩擦或电动螺旋压力机模架，还应在模架上设计独立承击块，这样模具就不需要设计承击面，不仅模块体积小，而且提高模具使用寿命。

⑵优点。

1)模块定位准确，紧固牢靠。窝座式模架是压力机使用最广泛的典型结构。

2)适用于锻件批量大、精度高的生产场合。

3)模架制造精度高。模架上模座和下模座三个相互垂直的模具定位基准平面的尺寸制造公差为为±0.02mm，形位公差为0.02～0.05mm。若模具对应的三个相互垂直的定位基准平面尺寸制造公差也达到±0.02mm，形位公差为0.02～0.05mm，则模具安装后即可开始生产，模具做到安装免调整，提高劳动生产率。

4）模架导向精度高。模架一般采用“导柱导套”导向装置，若是精密模锻，则还需要增加X导轨导向机构，极大提高导向精度。

⑶缺点。

需要有较强模具制造能力和较高制模精度。通用性和互换性没有十字键式通用模架好。

十字键式通用模架

图8是热模锻压力机十字键式通用模架，模具十字键定位，用T字形螺栓和L形压板紧固。

⑴特征。

上模座和下模座均为平面，模座上放置垫板，垫板上放置模具。在模具、垫板、模座之间原先均采用互成直角、呈十字的键进行前后、左右定位和调整（图8）。即模块用十字键定位，T字形螺栓和L形压板紧固。垫板上面和下面均加工有互成直角、呈十字的键槽，并采用键定位，这样就削弱了垫板强度。为了提高垫板强度宜采用将垫板放置在上模座和下模座窝座内，并采用螺栓紧固。

⑵优点。

1)通用性和万能性较好，适应多品种、不同尺寸锻件，故适合中、小批量以及需要经常进行反复生产场合。

2)模架制造比较简单，不需要大型龙门铣床。

3)模架重量较轻，因为上、下模座均为平面，没有外围框，故比窝座式模架重量约轻20%～25%。

(3)缺点。

1)模具十字键定位，刚性差，键槽磨损较快，影响锻件精度，增加生产过程模具调整工作量（调整锻件错差）。

2)垫板强度弱，因为垫板上面加工有十字键槽，削弱了垫板强度，易发生开裂。模具也易开裂。

锻件发展方向是锻件精度不断提高，不仅锻件公差不断减小，而且加工余量也不断减小，锻件属精化毛坯（省略粗加工）。为了提高锻件精度和缩短换模时间，提高模锻设备生产能力，提高生产率。宜采用窝座式通用模架，并开始采用自动液压锁紧窝座式通用模架，故十字键式通用模架正在逐步淘汰。

自动液压锁紧窝座式通用模架

为了快速定位和紧固模具，并达到免调整安装模具，近年来产生自动液压锁紧窝座式通用模架，模块靠窝座内三个相互垂直的平面定位，采用自动液压斜面压板紧固模具，可以快速换模，一般仅需要20～30分钟。

这种模架由专用机构将模块推入模架窝座内，并紧靠模架窝座内三个相互垂直的定位平面，然后采用自动液压锁紧的斜楔块将模块压紧。做到模块快速安装，并免调整安装模具。但是模具模膛和定位面制造精度要求高，模架窝座定位平面尺寸公差为±0.02mm，垂直度、平行度和平面度等形位公差为0.02～0.05mm。这种自动液压锁紧窝座式通用模架将是模锻企业今后发展方向。

伴随着加工设备的快速发展，模具及模架制造精度的提高，锻造模具已经向着安装免调整方向发展，实现减少更换模具的调整时间，从而提高生产率。另外，由于模架和模具导向精度高，取消模具导向锁扣，减少模块体积和模具材料成本，并应避免安装繁琐，调整困难。

模架设计应做到导向精度高、顶出装置动作顺畅有延时，具有足够的顶出行程和顶出力，还要做到模具定位精确、紧固牢靠，并能快速装卸模具等。据调研，已经有锻造企业开始采用自动锁紧窝座式通用模架，做到模具安装免调整。