山东泰安某摩配锻造有限公司是生产各种型号摩托车连杆锻件的企业，该企业传统连杆模具电火花加工所用的电极是采用二维AutoCAD绘图，手工制作。其方法是：用线切割机床切割出模板，用手工方法加工出电极的曲面形状。这种方法存在精度难以得到保证、一致性非常差、新产品的开发周期很长等问题。由于锻模的设计要满足精度以及达到组织性能良好等要求，同时模具要有足够的强度和较高的寿命，要求制造简单、安装、调试及维修方便。
螺旋压力机模锻是一种投资较少的生产工艺，且生产的连杆质量较好，得到了广泛应用。本文根据厂家提供的冷锻件进行了针对螺旋压力机设备连杆锻模型槽的设计以及连杆锻模的高速切削加工。
1 模具型槽设计
以螺旋压力机用锻模作为研究对象，确定连杆的生产工艺为：加热(感应加热)→制坯（辊锻机）→预锻→终锻→切边→校正。
1.1 锻坯图
模锻生产过程、工艺规程制订、锻模设计、锻件检验及锻模制造都依赖于锻件图，它是根据零件图而设计，分为冷锻件图和热锻件图两种。冷锻件图用于最终锻件检验，热锻件图用于锻模设计和加工制造。冷锻件图通称为锻件图，以下为其所需内容。
(1)JC125摩托车连杆锻坯图。
(2)技术要求：未注圆角R2，未注拔模斜度7°，非加工面应圆滑过渡；不允许有锻造裂纹、夹渣、折叠、缺肉等缺陷存在；大小端面的扭曲≤0.2，平行度≤0.2；纵向剖面金属纤维不得间断、紊乱；未注锻造公差按GB1084-791T15级；热处理：正火；表面经抛丸处理，并防锈。
1.2 设备吨位的确定
结合企业现有设备和经验公式选择锻造连杆的吨位，螺旋压力机的吨位选择计算公式如下：
P=-KS/q
式中：P为螺旋压力机公称压力；K为系数，在热锻和精压时，约为80kN/cm2，在锻件轮廓比较简单时，约为50kN/cm2；S为锻件总变形面积，它包括锻件面积、冲孔连皮面积及飞边面积；q为锻件变形系数，变形程度小的取1.6、不大的取1.3、大的取0.9～1.1。上式适用于锤击一次成形所需设备的吨位，若采用2～3次锤击成形，则按计算值减半。
由于连杆模锻属热锻，且锻件变形程度较大，所以系数K取80kN/cm2，锻件变形系数q取1.1，而经过估算S为7000.751mm2。最后算得螺旋压力机公称压力P为5090kN，采用2～3次锤击成形，因此按计算值减半，为2545kN。基于以上计算结果，并为确保锻件质量，故选用4000kN螺旋压力机。
通过后续的Deform-3D数值模拟，可发现，连杆锻造过程中压力逐渐上升，在形成飞边时压力达到最大，载荷达到2.51×106N，与经验公式的计算相符合。
1.3 终锻模膛的设计
终锻模膛是锻件最后成形的模膛．通过它获得带飞边的锻件。终锻模膛按照热锻件制造，其模膛的设计包括热锻件和飞边槽的设计。
(1)热锻件的设计是按冷锻件以一定的收缩率经计算后得到，热锻时钢材的收缩率一般取1.2%～1.5%，热锻件尺寸计算公式如下：
L=l(1+δ%)
式中：L为热锻件尺寸，mm；l为冷锻件尺寸，mm；δ为终锻温度下金属的收缩率。
JC125摩托连杆材料为40Cr．始锻温度为1180℃，终锻温度为850℃。材料热胀系数δ取12%，两孔间尺寸热胀系数取1.0%，因两孔在锻造时经多次打击易被拉长。
将锻件图按比例缩放，绘制基体，在SolidWorks中进行建模，得到连杆的热锻件模型，如图2所示。
(2)飞边槽的设计飞边槽形式多种多样，根据螺旋压力机的吨位选取飞边槽的形式，如图3所示。它适用于连杆这一形状比较复杂的锻件。
通过连杆的模型，在SolidWorks中利用布尔运算得到连杆的模具型腔，在此基础上进行模具飞边槽的运算，得到了连杆的终锻模具型槽。通过数值模拟发现，连杆的大端和小端及桥部的充型良好，同时，通过数值模拟改变了连杆大端的远角半径。锻件图原有的大端尺寸圆角为R1=R2=R3=1.5mm，通过对不同圆角半径进行模拟后对比发现，半径增大，充型能力较好；但是研究大端破坏性发现，并非圆角半径越大越好，图5即为最优的圆角半径，R1=R2=1.5mm，R3=2mm。
1.4 预锻模膛的设计
预锻模膛是在终锻模膛的基础上进行设计，但又有所其差别，下面主要介绍连杆预锻模膛的设计要点：
①预锻模膛的高度要比终锻模膛的高度高2～5mm，而宽度要比终锻模膛小1～2mm。此外，预锻模膛的容积要稍大于终锻模膛的，因为预锻模膛不设飞边槽。②预锻模膛的圆角半径一般要比终锻模膛相应之处的圆角半径大。③由于连杆盖和大头端是合成一体锻造的，因此这部分的设计是介于叉形劈开和内孔成形之间。内模斜度比终锻模膛稍大，选为10°，在切断分离部分与平底连皮之间也设计成圆角过渡。④杆体工字形部分：模膛宽度和终锻模膛相同，高度比终锻高2mm，这样以便在终锻变形一开始，金属就受到模膛外壁的阻力，有利于充满模膛和防止产生折叠。内模斜度为终锻的2倍，这主要是减缓金属外流，防止工字形内侧充不满而引起反流折叠。
2 连杆模具的CAM
CAXA是我国制造业信息化CAD/CAM和PLM领域研发的拥有自主知识产权软件的优秀代表。它可通过CAM模块生成刀具路径，经过后置处理转换成NC程序，生成数控G代码，传送至数控机床中进行加工。对于复杂模具的数控加工，利用CAXA软件中的曲面加工则很易实现，并且通过模拟加工来验证程序的可行性，并通过后置处理，最后生成符合加工条件的数控程序。
2.1 连杆模具的CAM
CAXAME软件加工管理功能强大，能够提供多轴数控机床的图形加工轨迹和NC代码，并可进行加工轨迹的动态仿真。最后用CAXAME 2007对连杆凹模进行处理并生成加工轨迹。
2.1.1 加工前的准备工作
①在造型之前已对零件进行了的三维尺寸的放大。所以毛坯的尺寸采用参照模型，毛坯的类型采用锻件。②设置机床的参数及数控代码。⑨设置刀具类型和刀具参数。④加工刀路设计。
根据锻模的特点，经反复比较，确定加工类型为等高线粗加工。此加工方法能快速除去大量的毛坯材料，使用球头立铣刀，采用垂直下刀，加工方式为往复切削方式。精加工的方式与粗加工一样，采用等高线精加工，参数设置大致一样。
2.1.2 粗加工刀具轨迹的生成
①根据零件的尺寸确定毛坯的大小。②在等高线粗加工参数设置对话框，设定刀具参数、加工参数和切削用量参数等。③设定完成后，按提示拾取加工对象，计算机开始分析加工模型、计算刀具轨迹，最终生成数控粗加工刀具轨迹。 2.1.3 精加工刀具轨迹的生成
①在弹出的等高线精加工参数设置对话框，设定刀具参数、加工参数和切削用量参数；②设定完成后，按提示拾取加工对象，计算机开始分析加工模型、计算刀具轨迹，最终生成数控精加工轨迹。
2.1.4 仿真模拟刀具轨迹生成后，利用CAXAME的轨迹仿真功能进行轨迹仿真，若对仿真结果不满意，可根据需要对加工参数进行修改，重新生成刀具轨迹，进行轨迹仿真，直到在加工的过程中未出现干涉和过切的现象。见经轨迹仿真确定后，利用CAXAME的后置处理生成数控机床所使用的NC代码。因是数控铣加工，不具备换刀功能，故在做后置处理时要把各模组分别进行后处理（可以按刀具进行划分），生成对应的数控加工程序，加工时，根据工艺选择相应的刀具和加工程序。
2.2 高速铣削加工参数的选择
本模具加工使用的是FIDIA高速数控铣床D165，主轴最高转速36000r/min，最大加工速度25m/min。
2.2.1 刀具的选择
选择刀具时应考虑待加工面情况和现场实际刀具贮备情况。根据毛坯（为一矩形块）和加工面情况，先选择一把直径较大的刀具去除大部分的余量再用一把小直径刀具去除未加工到的部位（上接第194页）（需留精加工余量），最后用球刀进行曲面精加工（因为是采用数控铣床加工，没有自动换刀功能，工序要集中，故应尽量减少刀具数量）。选用的刀具是专用高速切削刀具GC1610，硬质合金基体上的TiAIN涂层刀具。
No1、φ6R3-硬质合金球头铣刀（用于粗加工）；
N02、φ4R2-硬质合金球头铣刀（用于粗加工）；
N03、φ2R1-硬质合金球头铣刀（用于精加工）。
2.2.2 切削参数的选择
高速铣削加工用量的确定主要考虑加工效率、加工表面质量、刀具磨损以及加工成本。不同刀具加工不同工件材料时，加工用量会有很大差异，目前尚无完整的加工数据，通常可根据实际选用的刀具和加工对象参考刀具厂商提供的加工用量选择。
3 结语
利用CAD/CAM/CAE软件可进行连杆锻模型槽的设计和加工，能缩短模具的生产周期，以及确保模具的表面品质和加工精度，最后可取得良好的经济效益。
(审核编辑: 智汇胡妮)
