模具与锻件温度波动优化方法

热模锻时，即使采取良好的冷却措施，模具温度一般也在300℃以上。室温下的冷态体积成形，由于金属变形发热导致模具升温，尤其在挤压成形时模具温度也常常升到100℃以上甚至200℃。总之，在模锻过程中模具的温度是波动的，而模具温度的波动会引起模膛容积的变化，其变化值可按式（3-25）计算：

式中 ΔV₁——模膛容积的变化值，ΔV₁＝V₁－V₀；

V₀——预定温度下的模膛容积（mm³）；

V₁——锻造时实测温度下的模膛容积（mm³）；

ε₁、ε2、ε3——三个互相垂直方向上模膛尺寸相对变化量。

如果模具温度分布均匀，当模具实测出的温度与预定温度相差为Δt时，则

式中 a——模具材料的线膨胀系数。

对于淬硬钢，可取a≈0.000012，则有

由模具温度和锻件温度波动引起的锻件尺寸变化可按式（3-28）计算：

ΔA＝A₁a₁ Δt₁＋A₂a₂ Δt₂ （3-28）(www.xing528.com)

式中 ΔA——A方向锻件尺寸对公称尺寸的波动值（mm）；

A₁——在预定温度下A方向的锻件尺寸（mm）；

Δt₁——模锻结束时锻件温度对预定温度的波动值（℃）；

A₂——在预定温度下A方向的模具尺寸（mm）；

Δt₂——模锻结束时模具温度对预定温度的波动值（℃）；

a₁、a2——锻件材料和模具材料的线膨胀系数，见表3-2。

表3-2 材料的线膨胀系数（10^－6／℃）

应用式（3-28）时应该注意：提高终锻时的锻件温度将使锻件尺寸减小，而提高模具温度则使锻件尺寸增大。

此外，模具的弹性变形对锻件尺寸精度也有直接影响，润滑剂不均匀和润滑剂残渣会使锻件个别尺寸减小，锻件冷却时也可能变形，必须根据具体情况进行计算。

曾经有过一种看法，即对于直径尺寸为4级精度的棒料，只有完全按坯料长度的公称尺寸下料，确保坯料体积波动值不大于1％，才能作为闭式模锻的坯料。试验表明，在大批量生产中，用剪切机械或通用机械压力机上用模具下料，长度的最小波动量为±0.5mm，这是不能满足体积波动值不大于1％的要求的，即使在锯床上也达不到这么高的精度。然而在热模锻中，如果各种波动因素都处于极限状态，而初始毛坯具有精确的体积，这时，模膛和变形金属间的体积波动达5.4％。这表明，在闭式模锻中，单纯追求精确的坯料体积并不能达到预想的效果，必须从下料、加热、模具的耐磨性等方面采取措施，才能获得良好的效果。尤其在模膛中适当的部位设置余料分流腔，即采用半闭式模锻，就可大大降低对上述各种因素的严格限制。