锻模设计的优劣对锻件质量、生产效率、劳动强度、锻模和锻锤的使用寿命以及锻模的加工制造都有直接的影响。 锻模结构设计任务主要是要解决生产一种锻件所采用的各工步模膛在模块上的合理布排，模膛之间和模膛至模块边缘的壁厚，模块尺寸、质量、纤维方向要求，以及平衡错移力的锁扣形式。 锻模有整体式和镶块式之分，镶块模是把容易磨损的终锻模膛或其中的一部分用优质模具钢制成镶块，依靠楔铁或热套方法安装在一般钢材制成的模块本体上。镶块磨损后可以更新，有利于节约模具钢和缩短制模周期。由于锻锤冲击载荷大、震动大，宜采用整体模。
1.1 模膛布排
模锻一种锻件，往往要采用多个工步完成。因此锻模分模面上的模膛布置要根据模膛数、各模膛的作用以及操作是否方便来确定，原则上应使模膛中心（模膛承受反作用力的合力点）与理论上的打击中心（燕尾中心线与键槽中心线的交点）重合，以使锤击力与锻件的反作用力处于同一垂直线上，从而减小锤杆承受的偏心力矩，有利于延长锤杆使用寿命，减小导轨的磨损和模块燕尾的偏心载荷，在保证应有的打击能量和锻模有足够强度的前提下，应尽量减少模块尺寸，这样，模块寿命长，锻件精度高。
根据采用的工步，模膛数量分三种情况讨论模膛布排问题。
1.1.1 只有终锻模膛（单模膛模锻）时的模膛布排
单模膛模锻，应尽量时模膛中心与打击中心，甚至与模块中心（模块对角线的交点）重合。这时打击力与反作用力的合力处在同一铅垂线上，不产生偏心力矩。
由于锻件种类多，而模膛中心又与锻件的形状有关，因此，不同形状的锻件，寻模膛中心的方法各异。
1. 变形抗力对称均匀分布的锻件，模膛中心就是锻件在分模面上（包括毛边桥部）投影面积的重心。
2. 变形抗力分布不均匀的锻件，例如厚薄不等的叶片类锻件（图6-57），较薄的一侧温度下降快，变形抗力急剧上升，而且三向压应力状态较强。，这时模膛中心应由锻件的形心向变形抗力较大的薄边移动。
3. 对于非对称的、形状不规则的锻件，可用理论力学介绍的方法求出该锻件的平面形心，或用吊线法求出面积重心，然后再考虑锻件厚薄引起的变形抗力的变化，最后
确定模膛中心。
有些锻件因须要采用曲线或折线分模，锻模上设有平
衡锁扣，打击过程中，下模（或上模）斜面上反作用力分解的水平分力使上模朝锁扣
乙烷方向移动，导致锁扣磨损加剧，甚至碰损。这时不宜强调模膛中心与打击中心重合。
相反，应将模膛中心由打击中心朝水平分力的反方向移动距离e ，使之产生相反的力
矩（图6-58），有利于避免碰损锁扣。移动的距离取决于分模面落差H ，即
e=（0.2～0.4）H
1.1.2 设有制坯模膛时的模膛布排 1. 只有一个制坯模膛。这时模块上实际有两个模膛，一个制坯模膛、一个终锻模
膛。因此，应将终锻模膛中心线偏离燕尾中心线，如图6-59所示。偏移的距离e 应小于模块宽度B 的10%，否则，由于模块自身的质量，使锤头在运动中因重力产生偏心力矩，导致锤杆弯曲，加速导轨磨损。
2．设有两个制坯模膛，
这时应将第一道制坯工步安排
云雨二十四式在吹风管的对面，以避免氧化
皮落入终锻模膛内。布排模膛
应以终锻模膛为中心，左右对
称布排，如图6-60所示。并尽
可能使模膛中心与打击中心重
合。
图6-57 叶片锻件的模膛中心
图6-58 具有相反力矩模膛的布置
（a ）凸出部分在上模 （b ）凸出部分在下模
图6-59 设有一个制坯模膛时
模膛中心布置
数的奇偶分别按只有一个模膛和设有两个模膛的情况布排模膛中心。应当注意，当设有多个制坯模膛时，模膛布排应与加热炉、切边机位置相适应，并按工步顺序布排。操作时只允许改变一次方向，以减少坯料往返次数。
弯曲模膛可设在模块左右两边，至于具体设在那边应考虑弯曲后能顺手把坯料送到终锻模膛中，如图6-61（a ），若按图6-61（b ）显然是不合理的。
1.1.3 设有预锻模膛时的模膛布排
当锻模上设有预锻模膛时，不宜将终锻模膛中心布置在打击中心上。因预锻模膛中心离打击中心若太远，预锻时同样会造成偏心打击。
预锻和终锻模膛通常布置在燕尾中心线两侧，并尽可能缩小两模膛之间的距离l 。预锻模膛中心线也必须落在燕尾宽度范围内，模膛超出燕尾部分的宽度不得大于模膛总宽度的1/3。由生产经验得知，终锻时的变形抗力约为预锻时的2倍，所以终锻模膛中心至燕尾中心线的距离，应当是预锻模膛中心线至燕尾中心线的距离的1/2。
当模面上既设有终锻模膛，又有预锻模膛和制坯模膛时，应将终锻模膛和预锻模膛布置在燕尾中心线
两侧，其余的制坯模膛分别布排在模面左右两侧，并尽量紧凑，为此可选择：
1. 平行布排。将各工步模膛平行布排在模面上，此种布排方式占用模面较宽，适合直长类锻件。
2. 前后错开布排。将各工步模膛错开布排在模面上，能减小模块左右方向尺寸，但前后方向尺寸有所增大，适合带枝芽的锻件。
3. 反向布排。主要是将终锻模膛和预锻模膛反向排列，这种排列可减小上下模错移。
2.1 模膛间壁厚
模膛至模块边缘的距离，或模膛之间的距离都称为模膛间壁厚。模膛间壁厚应保证有足够的强度和刚度，同时又要尽可能减小模块尺寸。
终锻模膛和预锻模膛受力大，模壁厚度与模膛深度h 、模膛底部圆角半径
R 、模膛出模斜度α有关（见图6-62），
h 愈大，R 和α愈小，模壁厚度应加大。
模膛在分模面上的宽度
图6-60
设有两个制坯模膛时模膛
中心布置
图6-63 模膛形
状及
摆放位置对壁厚的影响
图6-62 模膛间壁厚
些；若模膛在模块上的投影面积相等的条件下，锻件的形状及摆放位置不同，模膛壁厚大小也不同，如图6-63中模膛壁厚是c ＞b ＞a 。
根据实践经验，模膛间壁厚可参考图6-64确定。
图中s 1线用于R ＜0.5h 、α＜200时的外壁厚S 0，当R=（0.5～1）h ，或α≥200时，外壁厚可适当减小。
S 2线用于R ≥h 时的外壁厚S 0。
S 2还线用于R ＜0.5h 、α＜200时的模膛间壁厚s 。当R ≥h 时，模膛间壁厚s=（0.8～0.9）s 2；一模多件模锻的模膛间壁厚s=（0.5）s 2。
制坯模膛受力小，模膛间壁厚可减小至5～10㎜。
模膛至钳口间壁厚s=（0.7）s 2。
3.1 错移力的平衡与锁扣的设计
当锻件的分模面为斜面、曲面或打击中心与模膛中心的偏移量较大时，模锻过程中将产生水平分力，从而引起上下模错移。其后果不仅是给锻件带来错移，影响尺寸精度和加工余量；而且加速锻锤导轨磨损和锤杆过早折断。所以要在锻模上设计一种结构（称锁扣）来平衡（抵消）这种水平错移力，锁扣就是在上模某个位置做出凸台，在下模对应位置凹进，凸出面和凹进面有一定斜度和间隙的附加部分。
当非直轴线锻件在分模面上落差H 不大（＜15㎜＝，可把锻件倾斜摆放，使模膛两端分模面处于同一高度，但应使tan γ=H/L ，即γ≤70，以产生方向相反，大小相等的水平分力，达到自然消除模锻错移的目的。
当非直轴线锻件在分模面的落差H 较大（＞15mm ）
胆汁质时，应在锻模模块上设置平衡锁扣，使上下模在锤击
过程中互相锁住，从而克服或消除锻件错移，如图6-
65所示。
锁扣高度h 应与锻件分模面落差H 相等；锁扣厚度b
≥1.5h ；锁扣的斜度β不能太小，否则，锤击时可能因
相撞而损坏，太大又失去平衡作用，一般按分模面落
差H 大小确定：
当H=15～30mm 时，取β=50； 当H=30～60mm 时，取β=30。
锁扣间隙Δ=0.2～0.4㎜，小于锻件允许错移量的1/2。留间隙Δ是因锤头与导轨间有间隙，锻模机械加工制造时也有误差，这样可以避免碰坏锁扣。
锁扣平面间隙Δ1=1～2㎜，应小于毛边桥部高度，否则，锤击时桥部会被压塌。
锁扣侧面间隙Δ2=3～5㎜。
Δ3是倾斜分模面上的间隙，一般Δ3=1～3㎜，应小于毛边桥部高度，作用是锻
模空击时，不会产生水平错移力，避免锁扣碰损。
当锻件分模面落差H ＞50㎜，为节省锻模材料，可把锻件模膛适当倾斜放置，
同时还要设置锁扣。锻件模膛倾斜角小于锻件出模角，否则影响锻件出模，锁扣高
度h 可小些。
锻件尺寸较小时，可设计为成对排列，利用异向水平错移力使其自然抵消。
有些锻件的分模面虽无落差，为保证锻件精度和方便锻模安装、调整，仍应设
置锁扣。
根据锻件精度要求和锻件形状，应设置不同形式的锁扣，如条形、圆形，对角
式、侧块式或四角式（图6-66）。
4.1 模块尺寸及要求
模块尺寸除与模膛数、模膛尺寸、排列方式和模膛间最小壁厚有关外，还须考虑
下列问题。 1. 承击面。承击面是指锻锤空击时，上下模块实际接触的面积。不包括模膛、毛
边槽、锁扣和钳口所占面积。承击面太小，容易压塌分模面，它与锻锤吨位大小有关。最小承击面积与锻锤吨位的关系见表6-9。
图6-65 带锁扣的锻模
图6-66 锁扣形式
财经 胡舒立表6-9 不同吨位锻锤允许的最小承击面积
2．模块宽度。为保证锻模不与锤的导轨相碰，模块最大宽度B max 应保证模块边缘与导轨间留有单边距离大于20㎜。模块最小宽度也有要求，至少超出燕尾每边10㎜，燕尾中心线到锻模边缘的最小尺寸为：
B 1≥B/2＋10（㎜）
3．模块高度。锻模高度根据模膛最大深度和锻锤的最小闭合高度确定。考虑到锻模翻修的需要，通常锻模总高度H 模是锻锤最小闭合高度的1.35～1.45倍。若H 模太小，上下模合不拢，锻件打不靠，甚至可能撞掉锻锤汽缸底；若H 模太大，将缩短锤头行程，降低打击能量。对于镶块模，模膛底部与侧壁连接半径R ＞3㎜时，应保证模膛最大深度不超过镶块高度的40%；R ＜3㎜时，取不超过30%。
4．模块长度。模锻特长锻件时，允许模块超出锤头，两端处于悬空状态。这时锻模受力条件处于不利，故应限制模块悬空的长度。一般规定，每端允许伸出锤头长度值f ≤H/3，H 为模块高度。
5．模块质量。为保证锤头运动性能，上模块质量应有所限制，最大质量不得超过锻锤吨位的35%。
6．锻模检验角。锻模上两个加工侧面所构成的900角称为检验角。这两个侧面一般刨进深度为5㎜，高度50～100㎜。检验角可以设在模块左边或右边，根据模膛位置而定。检验角的作用一是为了锻模安装调整时，检验上下模模膛对准的情况；二是作为锻模机械加工划线时的基准。
7．模块的技术要求
（1）锻造比 用来加工制造锻模的模块，要求锻造比达到3以上，应打碎铸造组织、碳化物及夹杂，锻合空洞，增加致密度。
樟宜医院（2）流线方向 锻模的寿命与模膛布置在模块什么样的纤维方向上有密切关系。任何锤锻模的纤维方向都不允许与打击方向平行。否则，在分模面上不仅流线末端外露，加剧应力腐蚀，大大降低模具寿命；而且在打击力的作用下，分模面上模膛两侧的金属将有沿纤维方向劈开或撕裂的危险，轻者也将造成分模面塌陷或使模壁金属剥落。产生上述现象的原因是模块紧固在锤头和砧座上，只与燕尾底部贴合，在燕尾两肩留有间隙，当纤维方向与打击方向平行时，外力恰似一把剪刀将纤维撕开。正象日常生活中所见到的劈木材，当沿着树干纤维方向劈时省力，而在垂直纤维方向劈时就十分困难。
锻模纤维方向正确安排应该是：对于长轴类锻件，模块的纤维方向与燕尾
（或锻件轴线）方向一致；对于圆饼类锻件，应与键槽方向一致（图6-67）。
（3）对于整体铸钢模，要求冒口所在面作燕尾面，而不能作承击面。因冒
口附近，疏松、孔洞、非金属夹杂等缺陷较集中，致密性差，强度低。
4）模膛部分允许用模具钢堆焊加工，但堆焊层应大于15㎜。客户经理制
5.1 锻模机械加工精度与表面质量
锻模加工精度的高低直接影响锻件的尺寸精度和表面质量。模膛表面粗糙
度值小，硬度高，金属流动就容易，表面质量高；模膛轮廓尺寸公差小，精
度高，锻件的尺寸公差就精确；同时锻模寿命也长。但相应机械加工制造成
本增加，设计时不得不综合考虑。通常的做法是，在保证锻件形状及尺寸的前提下，应力求提高模具外形（特别是分模面）的平行度，检验面与分模面的垂直度，镶块与模座的配合精度，燕尾与楔铁的配合精度等，这些因素对锻件精度和锻模寿命影响较大。锻钢时终锻模膛表面粗糙度R a 应不大于6μm 。有金属（如铝、镁）锻造时，因粘性大，流动性差，模膛表面粗糙度R a 应不大于2.5μm 。
6.1 锻模的紧固方式 锻模的紧固方式与锻造设备类型及锻模结构有关。对于锻锤，既牢固，装卸又方便的方式是楔铁和键块配合燕尾紧固。对于热模锻压力机或液压机，既可以用楔铁，也可以用螺栓和压板方式紧固。
楔铁和燕尾、键和键槽尺寸设计可参照有关手册。
图6-67 锻模纤维方向
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