螺釘旋具是150系列大功率高速柴油機(jī)的隨車工具之一，其鍛件表面絕大多數(shù)不進(jìn)行機(jī)械加工。如圖1所示的是螺釘旋具的鍛件毛坯圖，其鍛件橫截面積較小，形狀較簡單，為長軸類鍛件。該鍛件成形的工藝過程為：下料→加熱→模鍛→切邊→磨削→熱處理→檢驗。該工藝的關(guān)鍵是模鍛，模鍛的關(guān)鍵是鍛模設(shè)計。原鑲塊鍛模模膛設(shè)計有1個滾擠制坯模膛和1個終鍛模膛。在其滾擠制坯時，因鍛件長而橫截面積小，坯料降溫速度快，制坯效率反而低下;與其他隨車工具鍛件相比，尺寸一致性較差，合格品率較低;在生產(chǎn)過程中，因磨損和塑性變形報廢的螺釘旋具鍛模約占80%，鍛模使用壽命較低。因此，合理的鍛模設(shè)計是提高螺釘旋具鍛件質(zhì)量、鍛造效率、鍛模使用壽命及降低鍛模和鍛件成本的關(guān)鍵。

　　1 鑲塊鍛模優(yōu)化設(shè)計

　　錘鍛模的主要失效型式是磨損、塑性變形與斷裂。防止鍛模過早失效、提高鍛模使用壽命、使用性能和降低鍛模與鍛件成本的方法很多，而雙模膛鍛模優(yōu)化設(shè)計則是一種行之有效的方法。

　　1.1 鍛模圖

　　優(yōu)化改進(jìn)設(shè)計的螺釘旋具鑲塊鍛模如圖2所示。鑲塊鍛模的結(jié)構(gòu)為1個拔長制坯模膛和2個終鍛模膛。其模鍛的工作過程為：先將選材和加熱合理的坯料一端拔長，然后將拔長后的坯料放在任意一個終鍛模膛中終鍛成形。

　　1.2 拔長模膛

　　該拔長模膛的設(shè)計形式與設(shè)計參數(shù)有別于有關(guān)鍛造文獻(xiàn)介紹的傳統(tǒng)設(shè)計，且優(yōu)于原滾擠模膛制坯設(shè)計的功能。根據(jù)鍛件形狀特點，特采用形狀簡單的楔形平臺拔長模膛(在上模拔長模膛設(shè)計有2°的拔長斜度)，其可合理分配金屬的變形量，獲得小而均勻的飛邊，使鍛造纖維均勻連續(xù)地沿零件外形分布，因此，可有效地提高坯料拔長效率，提高材料利用率和獲得良好的鍛件性能。

　　1.3 終鍛模膛

　　鍛模工作條件差，使用壽命低，磨損和塑性變形失效約占70%，斷裂失效(以疲勞斷裂為主)占25%~30%，而其使用壽命又取決于鍛模終鍛模膛的使用壽命。鍛件毛坯的鍛造溫度為850℃～1200℃，坯料在終鍛模膛中鍛造時，終鍛模膛突然受高溫急熱，溫度可達(dá)400℃～600℃。鍛模疲勞斷裂的過程為：應(yīng)力集中→產(chǎn)生裂紋→造成新的應(yīng)力集中→促進(jìn)裂紋擴(kuò)展→最后斷裂。因此，在鍛模材料、制造、熱處理、使用和維修等皆合理的前提下，熱鍛件與模具接觸時間、模具工作頻率和鍛模終鍛模膛受熱溫度直接影響模具使用壽命。鍛模終鍛模膛受熱溫度可按下式計算：

　　t=0.38t1+0.62t2

　　式中 t―鍛模模膛的受熱溫度，℃;

　　t1—被加工坯料的溫度，℃;

　　t2 —鍛模模膛的原始溫度，℃。

　　顯然，合理的2個終鍛模膛結(jié)構(gòu)優(yōu)于原設(shè)計的1個終鍛模膛結(jié)構(gòu)設(shè)計的功能，尤其是在螺釘旋具終鍛時，交替使用2個終鍛模膛，可更有效地減少熱鍛件與模具終鍛模膛的接觸時間、減少模具工作頻率和減少模具溫升過高，從而可提高鍛造效率，減小減緩鍛模模膛磨損、塑性變形和斷裂失效，相應(yīng)提高了模具壽命，鍛件尺寸一致性好。

　　優(yōu)化設(shè)計的鑲塊鍛模，具有結(jié)構(gòu)緊湊而強(qiáng)度又足夠的特點。在鑲塊鍛模終鍛模膛設(shè)計中，2個終鍛模膛中心線位于鍛模模座的燕尾寬度之內(nèi)，以減小偏心力矩。當(dāng)鍛件模鍛斜度為7°，內(nèi)圓的半徑為R2mm時，2個終鍛模膛的距離S按傳統(tǒng)的預(yù)鍛模膛到終鍛模膛距離公式設(shè)計，S=Kh=1.5×22=33mm，取S=35mm。這樣，既能保證鑲塊鍛模模膛之間有足夠的強(qiáng)度，又能滿足鍛模在鍛造安裝使用時1噸模鍛錘終鍛模膛與燕尾中心線偏心距離不超過25mm的要求。

　　2 小結(jié)

　　(1) 拔長模膛和雙終鍛模膛設(shè)計形式及參數(shù)是影響螺釘旋具鍛模設(shè)計成敗的關(guān)鍵。

　　(2)生產(chǎn)實踐表明，螺釘旋具的雙模膛鑲塊鍛模結(jié)構(gòu)顯著優(yōu)越，鍛模使用性能可靠，使用壽命長，鍛造效率高，鍛件質(zhì)量好，鍛件合格品率高和材料利用率高，從而可有效降低鍛件成本，具有明顯的可行性、實用性和效益性。