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2020

常規(guī)模鍛及精密鍛造中模具冷卻潤滑的應(yīng)用與實(shí)踐

　　陜西法士特汽車傳動(dòng)集團(tuán)公司始建于1968年，2017年產(chǎn)銷變速器超過100萬臺(tái)。法士特公司年需求齒輪5000萬只，大部分由法士特鍛造承制。法士特鍛造具備年產(chǎn)鍛件10萬噸的能力，在鍛造工藝、加工設(shè)備、模具管理等方面，均有非常成熟的體系和經(jīng)驗(yàn)。

　　圖1 自動(dòng)線上常見鍛件品種

　　自動(dòng)鍛造線上模具冷卻潤滑的應(yīng)用與實(shí)踐

　　法士特公司作為汽車零部件生產(chǎn)商，鍛件需求量大，無論是在自動(dòng)鍛造線上，還是普通的鍛壓機(jī)上，每年所消耗的工裝及輔料費(fèi)用巨大。而脫模劑的選擇又直接關(guān)系到鍛造模具的有效使用壽命，因此如何選擇一款“性價(jià)比”較高的脫模劑就成為法士特鍛造節(jié)能降耗很關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。

　　對(duì)自動(dòng)鍛造線而言，選擇脫模劑的主要標(biāo)準(zhǔn)是：能保證連續(xù)生產(chǎn)、不能頻繁停機(jī)，模具壽命較長、不能頻繁換模，模具失效形式主要為磨損以便模具重復(fù)利用，以及單件鍛件的生產(chǎn)成本(含脫模劑費(fèi)用、模具費(fèi)用)最低。根據(jù)這幾個(gè)原則，我們進(jìn)行了自動(dòng)線的脫模劑實(shí)驗(yàn)。

　　觀察自動(dòng)鍛造線的常見鍛件品種(圖1)模具的失效形式，有一部分是如圖2所示的異常失效，這種類似“氣蝕”的開口失效形式在普通鍛壓機(jī)上從來沒有出現(xiàn)過。分析工藝及模具設(shè)計(jì)過程，為什么與普通鍛壓機(jī)基本一致的型腔設(shè)計(jì)思路，在自動(dòng)鍛造線上卻會(huì)出現(xiàn)這樣完全不同的失效形式呢?經(jīng)過一段時(shí)間的工藝驗(yàn)證，我們發(fā)現(xiàn)，應(yīng)該是與終鍛成形過程中，在模具和預(yù)鍛件接觸時(shí)形成了封閉腔體有關(guān)(圖3)。由于自動(dòng)線的噴淋量更大，封閉腔體內(nèi)部的液體在高溫環(huán)境下迅速汽化，在幾千上萬次的氣體“氣蝕”力作用下，模具便形成了圖2這種特殊的失效模式。據(jù)此思路，我們改進(jìn)了自動(dòng)鍛造線的型腔設(shè)計(jì)，基本避免了模具“氣蝕”異常失效。脫模劑實(shí)驗(yàn)就選擇了這樣一個(gè)鍛件品種進(jìn)行。

　　圖2 自動(dòng)線模具異常失效

　　圖3 封閉腔體

　　實(shí)驗(yàn)條件

　?、艑?shí)驗(yàn)設(shè)備：3500t自動(dòng)鍛造線。

　　⑵使用模具：第3、4道為關(guān)鍵模具，更換脫模劑時(shí)全套換新;第4道上模為重點(diǎn)監(jiān)控模具，各脫模劑品牌均使用同批次模具;第1、2道模具對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果無影響，只在必要時(shí)更換。

　　評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

　　⑴脫模劑用量：日常生產(chǎn)配比為10%～15%，常用比例為12%，各脫模劑廠家可根據(jù)自己的產(chǎn)品性能推薦比例。

　　⑵下頂出力：下頂出力最大為10t，當(dāng)超過10t時(shí)設(shè)備將報(bào)警，若頻繁報(bào)警，生產(chǎn)將會(huì)中斷。

　?、悄＞郀顟B(tài)：模具下線后對(duì)模具表面狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比。

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　?、拍＞郀顟B(tài)。

　　1)模具是否出現(xiàn)“氣蝕”開口及出現(xiàn)時(shí)間。

　　本次實(shí)驗(yàn)選擇了6種脫模劑，其中有兩種是我們?nèi)粘Ｔ谑褂玫?，根?jù)本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在我們已經(jīng)對(duì)模具型腔進(jìn)行了改進(jìn)、基本消除了“氣蝕”的情況下，使用3#～6#四個(gè)品種脫模劑的模具仍然出現(xiàn)這種異常失效，使用5#和6#脫模劑的模具甚至在僅生產(chǎn)了500～800件時(shí)即出現(xiàn)“開口”。使用6#脫模劑的模具不僅早期“開口”，甚至還引起鍛件頻繁跳模，導(dǎo)致生產(chǎn)無法正常進(jìn)行，最后不得不終止實(shí)驗(yàn)，觀察使用6#脫模劑的下線模具，雖然只生產(chǎn)了不到3000件，但其表面已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的徑向劃槽，說明潤滑狀態(tài)很差。而使用1#和2#脫模劑的模具則生產(chǎn)至8000件左右，表面狀態(tài)依然不錯(cuò)。見圖4對(duì)比。

　　圖4 6種脫模劑“氣蝕”失效對(duì)比

　　2)其他模具表面狀態(tài)。

　　表1是6種脫模劑實(shí)驗(yàn)完成后，模具使用情況的統(tǒng)計(jì)表，可以看到，除了終鍛上?！皻馕g”失效對(duì)比明顯以外，其余模具表面狀況差別也很大。例如使用3#和6#脫模劑：預(yù)鍛上模、預(yù)鍛下模表面均出現(xiàn)嚴(yán)重徑向溝槽報(bào)廢;終鍛下模第1件均異常開裂，換了第2件。使用4#和5#脫模劑：終鍛下模鑲塊均出現(xiàn)較深的環(huán)槽，不可再繼續(xù)使用。

　?、葡马敵隽?。

　　3500t自動(dòng)鍛造線在頂出力超過10t時(shí)會(huì)報(bào)警停機(jī)，需要更換預(yù)、終鍛下模鑲塊。本次實(shí)驗(yàn)，使用3#、4#、6#脫模劑的模具均更換過下模鑲塊，甚至出現(xiàn)過下模鑲塊開裂。

　?、敲撃┯昧俊?/p>

　　實(shí)驗(yàn)的6種脫模劑，1#～5#混合比例均按12%設(shè)定，6#則陸續(xù)由12%調(diào)整至20%、24%，最后在24%時(shí)才勉強(qiáng)能夠生產(chǎn)。因此理論上講，在生產(chǎn)相同數(shù)量鍛件時(shí)6#脫模劑的用量更大。

　　表1 自動(dòng)鍛造線上模具使用情況統(tǒng)計(jì)

　?、茸詣?dòng)鍛造線潤滑小結(jié)。

　　按照實(shí)驗(yàn)結(jié)果，優(yōu)先選用1#脫模劑，2#脫模劑作為備用。

　　需要特別說明的是，對(duì)于自動(dòng)線，由于自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)節(jié)拍快，為保證模具使用壽命，避免出現(xiàn)“氣蝕”等異常失效形式，對(duì)模具的冷卻潤滑要求也更高，即不僅噴淋量更大，對(duì)脫模劑本身，除了需要關(guān)注黏度、濃度等基本參數(shù)外，還需要重點(diǎn)考慮如下兩個(gè)方面。

　　1)產(chǎn)氣量的影響：在同批次模具、同樣的噴淋狀態(tài)下，為什么3#～6#四個(gè)品種竟然在500～800件時(shí)就出現(xiàn)模具氣蝕開口，6#脫模劑甚至還引起鍛件頻繁跳模，這與脫模劑本身在高溫下汽化量有很大關(guān)系。

　　2)是否易于混合均勻：實(shí)驗(yàn)中的6#脫模劑，初始設(shè)定12%(實(shí)測出口處濃度僅6%)，頂出力大無法生產(chǎn)，陸續(xù)增加至20%、24%后，實(shí)測出口濃度也才8.8%、11%，最終按24%生產(chǎn)。觀察原液的下降量也異常，在24%的混合比例下，并未如預(yù)想的那樣快速下降，反而極其緩慢。觀察模具，約800件時(shí)出現(xiàn)開口，用至3000件，模具有深、長徑向溝槽。說明6#的易吸入性、易混合性差，導(dǎo)致最終的潤滑效果不佳。

　　鍛壓機(jī)上模具冷卻潤滑的應(yīng)用與實(shí)踐

　　鍛壓機(jī)上鍛件品種較多，尺寸及形狀變化較大，常見品種如圖5所示。但不同品種的鍛件，模具失效形式多以正常磨損為主。常見的異常失效形式是圖6所示的快速磨損、打塌和早期開裂。

　　鍛壓機(jī)所用潤滑劑除需要保證正常生產(chǎn)外，最主要的考察項(xiàng)目有三點(diǎn)：下線模具狀態(tài)(考慮模具重復(fù)利用)、脫模劑殘留、單件鍛件成本(含脫模劑和模具費(fèi)用兩項(xiàng))等。因此本輪鍛壓機(jī)脫模劑實(shí)驗(yàn)也是從這幾個(gè)方面入手。

　　圖5 鍛壓機(jī)上常見鍛件形狀

　　圖6 鍛壓機(jī)模具常見異常失效形式

　　實(shí)驗(yàn)條件

　　⑴實(shí)驗(yàn)設(shè)備：4000t熱模鍛壓力機(jī)。

　?、剖褂媚＞撸旱?、3道為關(guān)鍵模具，更換脫模劑時(shí)全套換新;第2道上模與第3道下模為重點(diǎn)監(jiān)控模具，各脫模劑品牌均使用同批次模具。

　　評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

　　⑴模具狀態(tài)：考慮后續(xù)模具落面翻新，不允許出現(xiàn)開裂;模具下線后對(duì)模具表面磨損狀態(tài)進(jìn)行對(duì)比。

　?、泼撃埩簦翰辉试S在下模鑲塊、下模內(nèi)芯之間存在大面積結(jié)痂。

　?、菃渭懠杀镜拿撃┏杀荆好撃S家可根據(jù)產(chǎn)品性能推薦使用比例。

　?、饶＞叱杀荆荷a(chǎn)相同數(shù)量鍛件產(chǎn)生的模具費(fèi)用差別。

　　——本文節(jié)選自《鍛造與沖壓》2019年第3、5期

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