一、模鍛件的設計特點

鍛件設計不僅與零件形狀和結(jié)構(gòu)有關，材料的變形抗力和流動性等可鍛性指標對鍛件結(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，鋁合金鍛件設計與鋼鍛件基本相似，但某些鍛件結(jié)構(gòu)要素的設計也有其特殊性，其中流線分布就是鋁合金鍛件結(jié)構(gòu)要素設計的一個重要特點，尤其是對應力腐蝕最敏感的短橫向流線方向設計。

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

1.分模線（面）設計特點

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

2.模鍛斜度設計特點

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

3.圓角半徑設計特點

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比鋼鍛件稍大。

4.肋和凸臺設計特點

肋的厚度和高度的設計與鋼鍛件基本一致?？慑懶院玫匿X合金鍛件的肋寬也可以稍小于鋼鍛件；凸臺設計也應該遵守同樣的規(guī)則。

5.腹板設計特點

腹板厚度的設計與鋼鍛件的設計基本一致。尤其是當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、凹槽和孔設計特點

凹腔、凹槽和孔（沖孔連皮）的設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，因而機械加工余量和公差可比鋼鍛件的稍小一些。

8.流線設計

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力腐蝕的重要因素之一，鋁合金模鍛件的流線設計比鋼鍛件更加重要，對應力腐蝕特別敏感的高強度鋁合金尤為突出。因此，在設計鋁合金鍛件及其模具時應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力腐蝕這點也應重視。鋁合金鍛件

二、鍛模的設計特點

鍛件圖是鍛模設計的依據(jù)，鋁合金的鍛模與鋼鍛件鍛模的設計原則是一致的。但由于材料性質(zhì)不同，鋁鍛件鍛模的設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，一般不設制坯模膛。

2.模具熱收縮量設計

鋁合金模鍛件和模具設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)下不同的溫度適當調(diào)整：鍛模溫度越低，則收縮率越大。

3.飛邊槽設計

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，在設計飛邊槽時應應注意如下幾點：

（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適當加大；

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

（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。為保證橋部強度，橋部與倉部應傾斜過渡，過渡斜角可選為20°～30°（圖5-4-2）。

4.預鍛模設計

鋁合金的預鍛模設計原則與鋼鍛件是一致的。但由于鋁合金鍛造溫度范圍窄，預鍛之后需重新加熱，因此，鋁合金的預鍛模通常單獨設計制造，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（熱應力疲勞和機械應力疲勞）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，一般認為較高強度的鍛模抵抗疲勞裂紋的能力較強，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，鋁合金鍛模應選用在鋁合金鍛件250℃～400℃之間具有較高強度的材料制造，對小型鍛模應首先考慮選擇高強度的鍛模材料，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。