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2020
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常規模鍛及精密鍛造中模具冷卻潤滑的應用與實(shí)踐
陜西法士特汽車(chē)傳動(dòng)集團公司始建于1968年,2017年產(chǎn)銷(xiāo)變速器超過(guò)100萬(wàn)臺。法士特公司年需求齒輪5000萬(wàn)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(wàn)噸的能力,在鍛造工藝、加工設備、模具管理等方面,均有非常成熟的體系和經(jīng)驗。
圖1 自動(dòng)線(xiàn)上常見(jiàn)鍛件品種
自動(dòng)鍛造線(xiàn)上模具冷卻潤滑的應用與實(shí)踐
法士特公司作為汽車(chē)零部件生產(chǎn)商,鍛件需求量大,無(wú)論是在自動(dòng)鍛造線(xiàn)上,還是普通的鍛壓機上,每年所消耗的工裝及輔料費用巨大。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?xún)r(jià)比”較高的脫模劑就成為法士特鍛造節能降耗很關(guān)鍵的環(huán)節。
對自動(dòng)鍛造線(xiàn)而言,選擇脫模劑的主要標準是:能保證連續生產(chǎn)、不能頻繁停機,模具壽命較長(cháng)、不能頻繁換模,模具失效形式主要為磨損以便模具重復利用,以及單件鍛件的生產(chǎn)成本(含脫模劑費用、模具費用)最低。根據這幾個(gè)原則,我們進(jìn)行了自動(dòng)線(xiàn)的脫模劑實(shí)驗。
觀(guān)察自動(dòng)鍛造線(xiàn)的常見(jiàn)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(lèi)似“氣蝕”的開(kāi)口失效形式在普通鍛壓機上從來(lái)沒(méi)有出現過(guò)。分析工藝及模具設計過(guò)程,為什么與普通鍛壓機基本一致的型腔設計思路,在自動(dòng)鍛造線(xiàn)上卻會(huì )出現這樣完全不同的失效形式呢?經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的工藝驗證,我們發(fā)現,應該是與終鍛成形過(guò)程中,在模具和預鍛件接觸時(shí)形成了封閉腔體有關(guān)(圖3)。由于自動(dòng)線(xiàn)的噴淋量更大,封閉腔體內部的液體在高溫環(huán)境下迅速汽化,在幾千上萬(wàn)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。據此思路,我們改進(jìn)了自動(dòng)鍛造線(xiàn)的型腔設計,基本避免了模具“氣蝕”異常失效。脫模劑實(shí)驗就選擇了這樣一個(gè)鍛件品種進(jìn)行。
圖2 自動(dòng)線(xiàn)模具異常失效
圖3 封閉腔體
實(shí)驗條件
?、艑?shí)驗設備:3500t自動(dòng)鍛造線(xiàn)。
?、剖褂媚>撸旱?、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)監控模具,各脫模劑品牌均使用同批次模具;第1、2道模具對實(shí)驗結果無(wú)影響,只在必要時(shí)更換。
評判標準
?、琶撃┯昧浚喝粘Ia(chǎn)配比為10%~15%,常用比例為12%,各脫模劑廠(chǎng)家可根據自己的產(chǎn)品性能推薦比例。
?、葡马敵隽Γ合马敵隽ψ畲鬄?0t,當超過(guò)10t時(shí)設備將報警,若頻繁報警,生產(chǎn)將會(huì )中斷。
?、悄>郀顟B(tài):模具下線(xiàn)后對模具表面狀態(tài)進(jìn)行對比。
實(shí)驗結果
?、拍>郀顟B(tài)。
1)模具是否出現“氣蝕”開(kāi)口及出現時(shí)間。
本次實(shí)驗選擇了6種脫模劑,其中有兩種是我們日常在使用的,根據本次實(shí)驗的結果發(fā)現,在我們已經(jīng)對模具型腔進(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“開(kāi)口”。使用6#脫模劑的模具不僅早期“開(kāi)口”,甚至還引起鍛件頻繁跳模,導致生產(chǎn)無(wú)法正常進(jìn)行,最后不得不終止實(shí)驗,觀(guān)察使用6#脫模劑的下線(xiàn)模具,雖然只生產(chǎn)了不到3000件,但其表面已經(jīng)出現嚴重的徑向劃槽,說(shuō)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。見(jiàn)圖4對比。
圖4 6種脫模劑“氣蝕”失效對比
2)其他模具表面狀態(tài)。
表1是6種脫模劑實(shí)驗完成后,模具使用情況的統計表,可以看到,除了終鍛上?!皻馕g”失效對比明顯以外,其余模具表面狀況差別也很大。例如使用3#和6#脫模劑:預鍛上模、預鍛下模表面均出現嚴重徑向溝槽報廢;終鍛下模第1件均異常開(kāi)裂,換了第2件。使用4#和5#脫模劑:終鍛下模鑲塊均出現較深的環(huán)槽,不可再繼續使用。
?、葡马敵隽?。
3500t自動(dòng)鍛造線(xiàn)在頂出力超過(guò)10t時(shí)會(huì )報警停機,需要更換預、終鍛下模鑲塊。本次實(shí)驗,使用3#、4#、6#脫模劑的模具均更換過(guò)下模鑲塊,甚至出現過(guò)下模鑲塊開(kāi)裂。
?、敲撃┯昧?。
實(shí)驗的6種脫模劑,1#~5#混合比例均按12%設定,6#則陸續由12%調整至20%、24%,最后在24%時(shí)才勉強能夠生產(chǎn)。因此理論上講,在生產(chǎn)相同數量鍛件時(shí)6#脫模劑的用量更大。
表1 自動(dòng)鍛造線(xiàn)上模具使用情況統計
?、茸詣?dòng)鍛造線(xiàn)潤滑小結。
按照實(shí)驗結果,優(yōu)先選用1#脫模劑,2#脫模劑作為備用。
需要特別說(shuō)明的是,對于自動(dòng)線(xiàn),由于自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)節拍快,為保證模具使用壽命,避免出現“氣蝕”等異常失效形式,對模具的冷卻潤滑要求也更高,即不僅噴淋量更大,對脫模劑本身,除了需要關(guān)注黏度、濃度等基本參數外,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)就出現模具氣蝕開(kāi)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)驗中的6#脫模劑,初始設定12%(實(shí)測出口處濃度僅6%),頂出力大無(wú)法生產(chǎn),陸續增加至20%、24%后,實(shí)測出口濃度也才8.8%、11%,最終按24%生產(chǎn)。觀(guān)察原液的下降量也異常,在24%的混合比例下,并未如預想的那樣快速下降,反而極其緩慢。觀(guān)察模具,約800件時(shí)出現開(kāi)口,用至3000件,模具有深、長(cháng)徑向溝槽。說(shuō)明6#的易吸入性、易混合性差,導致最終的潤滑效果不佳。
鍛壓機上模具冷卻潤滑的應用與實(shí)踐
鍛壓機上鍛件品種較多,尺寸及形狀變化較大,常見(jiàn)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(jiàn)的異常失效形式是圖6所示的快速磨損、打塌和早期開(kāi)裂。
鍛壓機所用潤滑劑除需要保證正常生產(chǎn)外,最主要的考察項目有三點(diǎn):下線(xiàn)模具狀態(tài)(考慮模具重復利用)、脫模劑殘留、單件鍛件成本(含脫模劑和模具費用兩項)等。因此本輪鍛壓機脫模劑實(shí)驗也是從這幾個(gè)方面入手。
圖5 鍛壓機上常見(jiàn)鍛件形狀
圖6 鍛壓機模具常見(jiàn)異常失效形式
實(shí)驗條件
?、艑?shí)驗設備:4000t熱模鍛壓力機。
?、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)監控模具,各脫模劑品牌均使用同批次模具。
評判標準
?、拍>郀顟B(tài):考慮后續模具落面翻新,不允許出現開(kāi)裂;模具下線(xiàn)后對模具表面磨損狀態(tài)進(jìn)行對比。
?、泼撃埩簦翰辉试S在下模鑲塊、下模內芯之間存在大面積結痂。
?、菃渭懠杀镜拿撃┏杀荆好撃S(chǎng)家可根據產(chǎn)品性能推薦使用比例。
?、饶>叱杀荆荷a(chǎn)相同數量鍛件產(chǎn)生的模具費用差別。
——本文節選自《鍛造與沖壓》2019年第3、5期
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