螺釘旋具是150系列大功率高速柴油機的隨車工具之一，其鍛件表面絕大多數不進行機械加工。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。該工藝的關鍵是模鍛，模鍛的關鍵是鍛模設計。原鑲塊鍛模模膛設計有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，合理的鍛模設計是提高螺釘旋具鍛件質量、鍛造效率、鍛模使用壽命及降低鍛模和鍛件成本的關鍵。

1 鑲塊鍛模優化設計

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，而雙模膛鍛模優化設計則是一種行之有效的方法。

1.1 鍛模圖

優化改進設計的螺釘旋具鑲塊鍛模如圖2所示。鑲塊鍛模的結構為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

該拔長模膛的設計形式與設計參數有別于有關鍛造文獻介紹的傳統設計，且優于原滾擠模膛制坯設計的功能。根據鍛件形狀特點，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400℃～600℃。鍛模疲勞斷裂的過程為：應力集中→產生裂紋→造成新的應力集中→促進裂紋擴展→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個終鍛模膛結構優于原設計的1個終鍛模膛結構設計的功能，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，相應提高了模具壽命，鍛件尺寸一致性好。

優化設計的鑲塊鍛模，具有結構緊湊而強度又足夠的特點。在鑲塊鍛模終鍛模膛設計中，2個終鍛模膛中心線位于鍛模模座的燕尾寬度之內，以減小偏心力矩。當鍛件模鍛斜度為7°，內圓的半徑為r2mm時，2個終鍛模膛的距離s按傳統的預鍛模膛到終鍛模膛距離公式設計，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

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

(2)生產實踐表明，螺釘旋具的雙模膛鑲塊鍛模結構顯著優越，鍛模使用性能可靠，使用壽命長，鍛造效率高，鍛件質量好，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。

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