一、模鍛件的設(shè)計特點

鍛件設(shè)計不僅與零件形狀和結(jié)構(gòu)有關(guān)，材料的變形抗力和流動性等可鍛性指標(biāo)對鍛件結(jié)構(gòu)要素也具有巨大影響。盡管在常用鍛件材料中，鋁合金屬于可鍛性較好的材料，從總體上看，鋁合金鍛件設(shè)計與鋼鍛件基本相似，但某些鍛件結(jié)構(gòu)要素的設(shè)計也有其特殊性，其中流線分布就是鋁合金鍛件結(jié)構(gòu)要素設(shè)計的一個重要特點，尤其是對應(yīng)力腐蝕最敏感的短橫向流線方向設(shè)計。

現(xiàn)僅對鋁合金模鍛件結(jié)構(gòu)要素設(shè)計的特點作簡要敘述。

1.分模線（面）設(shè)計特點

高強(qiáng)鋁合金對應(yīng)力腐蝕特別敏感，飛邊上的流線末端外露將會加速應(yīng)力腐蝕。因此，在設(shè)計這種鋁合金鍛件及其模具的分模面時應(yīng)充分注意流線末端外露問題。特別要注意對應(yīng)力腐蝕最敏感的短橫向流線方向設(shè)計。

2.模鍛斜度設(shè)計特點

鋁合金的摩擦系數(shù)比鋼大，且容易粘模，因而模鍛斜度應(yīng)比鋼鍛件稍大，一般外模鍛斜度應(yīng)取3°～5°，內(nèi)模鍛斜度應(yīng)取7°～10°；當(dāng)采用頂出裝置時，模鍛斜度可減小至0.5°～1°。

3.圓角半徑設(shè)計特點

鋁合金的流動性比鋼差，摩擦系數(shù)比鋼大，因而鋁合金鍛件的圓角應(yīng)比鋼鍛件稍大。

4.肋和凸臺設(shè)計特點

肋的厚度和高度的設(shè)計與鋼鍛件基本一致。可鍛性好的鋁合金鍛件的肋寬也可以稍小于鋼鍛件；凸臺設(shè)計也應(yīng)該遵守同樣的規(guī)則。

5.腹板設(shè)計特點

腹板厚度的設(shè)計與鋼鍛件的設(shè)計基本一致。尤其是當(dāng)鋁合金鍛件投影面積小于1000cm2時，鍛件腹板厚度可以與鋼鍛件取相同的值；但當(dāng)鍛件投影面積大于1000cm2時，則可以取小于鋼鍛件的值。

6.凹腔、凹槽和孔設(shè)計特點

凹腔、凹槽和孔（沖孔連皮）的設(shè)計基本上和鋼鍛件一致。但可鍛性好的鋁合金鍛件的凹腔、凹槽和孔（沖孔連皮）的最小直徑可以稍小于鋼鍛件。

7.公差和余量

鋁合金在鍛造加熱過程中表面氧化不明顯，與鋼相比，也不會產(chǎn)生脫碳等缺陷，因而機(jī)械加工余量和公差可比鋼鍛件的稍小一些。

8.流線設(shè)計

流線的存在使鋁合金鍛件的性能產(chǎn)生各向異性。影響流線分布的因素很多，如毛坯形狀和尺寸以及模鍛時的放置方向、分模面（線）位置、模具結(jié)構(gòu)、鍛造工藝方法、潤滑和加熱的均勻性乃至打擊的輕重等。

流線方向和分布是影響抗應(yīng)力腐蝕的重要因素之一，鋁合金模鍛件的流線設(shè)計比鋼鍛件更加重要，對應(yīng)力腐蝕特別敏感的高強(qiáng)度鋁合金尤為突出。因此，在設(shè)計鋁合金鍛件及其模具時應(yīng)充分了解各種因素對流線分布及流線方向的影響；特別要注意對應(yīng)力腐蝕最敏感的短橫向流線方向。此外在飛邊的剪切面上流線末端外露將加速應(yīng)力腐蝕這點也應(yīng)重視。鋁合金鍛件

二、鍛模的設(shè)計特點

鍛件圖是鍛模設(shè)計的依據(jù)，鋁合金的鍛模與鋼鍛件鍛模的設(shè)計原則是一致的。但由于材料性質(zhì)不同，鋁鍛件鍛模的設(shè)計還有其獨有的一些特點。

1.單模膛鍛模

由于鋁合金鍛造溫度范圍窄，鋁合金鍛造模具除了設(shè)置一個簡單的彎曲模膛、鐓粗平臺或壓扁平臺等外，一般不設(shè)制坯模膛。

2.模具熱收縮量設(shè)計

鋁合金模鍛件和模具設(shè)計與其他材料模鍛件的重要區(qū)別在于線膨脹系數(shù)的變化。

表5-4-4比較了鍛件常用鋁合金和鋼的線膨脹系數(shù)，可作模具設(shè)計時計算鍛件收縮量的參考?？梢钥闯?，盡管在終鍛溫度下鋁合金的線膨脹系數(shù)遠(yuǎn)大于鋼，但鋼的終鍛溫度比鋁合金高400℃左右，且鋁合金鍛造模具的溫度和鍛件比較接近，因此，鋁合金熱鍛模的熱收縮率并不比鋼大，通常只取0.6％～1.0％，并根據(jù)鍛模在使用狀態(tài)下不同的溫度適當(dāng)調(diào)整：鍛模溫度越低，則收縮率越大。

3.飛邊槽設(shè)計

飛邊槽的主要功能之一是增加金屬的流動阻力，保證金屬充滿模膛。盡管鋁合金比鋼的變形抗力小，但鋁合金的流動性差，在設(shè)計飛邊槽時應(yīng)應(yīng)注意如下幾點：

（1）通常鋁合金鍛模的飛邊槽橋部厚度可比鋼鍛件鍛模厚30％左右，橋部出口處圓角也應(yīng)加大；

（2）尺寸相同的鋁合金鍛件因合金塑性不同，飛邊槽尺寸也應(yīng)有所不同：合金化程度高和塑性低的鋁合金，它的飛邊槽橋部厚度應(yīng)適當(dāng)加大；

（3）牌號相同的鋁合金鍛件，在相同的設(shè)備上鍛造，鍛件質(zhì)量大和分模面面積大的鍛模的飛邊槽厚度應(yīng)適當(dāng)加大；

（4）形狀對稱的鋁合金鍛件宜采用均勻飛邊；對于壁厚相差較大的鍛件，圍繞鍛件的飛邊槽可以采用不同的厚度；

（5）橋部厚度尺寸h與寬度尺寸b的比值對鍛件的成形影響較大，b／h值一般可取3～5。因鋁合金制坯比鋼困難，且鋁合金的流動性較差，因此鋁合金坯料比較大，為保證鍛件能打靠，需將飛邊槽倉部加深、加寬。為保證橋部強(qiáng)度，橋部與倉部應(yīng)傾斜過渡，過渡斜角可選為20°～30°（圖5-4-2）。

4.預(yù)鍛模設(shè)計

鋁合金的預(yù)鍛模設(shè)計原則與鋼鍛件是一致的。但由于鋁合金鍛造溫度范圍窄，預(yù)鍛之后需重新加熱，因此，鋁合金的預(yù)鍛模通常單獨設(shè)計制造，并且?guī)в酗w邊槽。

5.便于鍛件取出的措施

鋁合金鍛件剛性差，出模時易變形，為了便于取出鍛件，通常將鍛件形狀復(fù)雜的一面放在下模；和分模面形狀對稱的鍛件，可將上模的模鍛斜度加大或?qū)⑾履５哪ｅ懶倍葴p小，有助于使鍛件留在下模上。

6.模具材料

鋁合金鍛模的失效形式主要為破裂和表面磨損。大多數(shù)的鍛模破裂是因為疲勞（熱應(yīng)力疲勞和機(jī)械應(yīng)力疲勞）所致，選擇較低的硬度值雖然可以提高鍛模的韌性，但對抵抗疲勞裂紋的產(chǎn)生是不利的，一般認(rèn)為較高強(qiáng)度的鍛模抵抗疲勞裂紋的能力較強(qiáng)，因此，對鋁合金鍛模尤其是小型鋁合金鍛造用模，選擇較高的硬度更有利于提高鍛模壽命，同時，較高的表面硬度也對抵抗表面磨損有利。從這一角度考慮，鋁合金鍛模應(yīng)選用在鋁合金鍛件250℃～400℃之間具有較高強(qiáng)度的材料制造，對小型鍛模應(yīng)首先考慮選擇高強(qiáng)度的鍛模材料，在常用的鍛模材料中，可選用H13作為小型鍛模的材料；但對大型鍛模，用H13制造的壽命不比用5CrNiMo制造的壽命提高許多，出于成本的考慮，一般首選5CrNiMo。