3500t 高速鍛造自動化生產(chǎn)線模具裂口失效探究

3500t 高速鍛造自動化生產(chǎn)線是我公司2005 年從德國米勒萬家頓公司引進(jìn)的世界一流的鍛造自動化生產(chǎn)線(圖1)，設(shè)計最高生產(chǎn)節(jié)拍25件／分鐘，上料、加熱、鍛造和余溫?zé)崽幚砭亲詣踊刂?。采取閉式鍛造工藝，分5 個工步實現(xiàn)鍛件成形：預(yù)鐓粗→鐓粗→預(yù)鍛→終鍛→沖孔。如圖2 所示，模具冷卻方式為自動噴霧，介質(zhì)是水與脫模劑為一定比例的混合液。

實際生產(chǎn)中，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有些鍛件品種模具壽命未達(dá)到正常值，主要失效形式為模具裂口(圖3)。平均約1500 件出現(xiàn)裂口，約2500 件模具報廢，嚴(yán)重時約300 件出現(xiàn)裂口，約1200 件模具報廢。

失效原因查找

第一步，調(diào)取模具鋼材的進(jìn)貨理化檢驗記錄和熱處理理化檢驗記錄，并且對失效模具打硬度核驗，均未發(fā)現(xiàn)明顯異常情況。

第二步，經(jīng)過對現(xiàn)場失效模具裂口形狀、大小和深度等的仔細(xì)觀察，發(fā)現(xiàn)裂口高度疑似經(jīng)過高溫高壓氣體的切割逐漸形成。

此次大會內(nèi)容涵蓋智能物流、云計算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器智能、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)、區(qū)塊鏈等一系列前沿科技領(lǐng)域。云南電網(wǎng)“云電智云”平臺作為推進(jìn)電網(wǎng)企業(yè)大數(shù)據(jù)應(yīng)用研究的前沿科技，在大會亮相。

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第三步，借助CAD 簡單將終鍛上下模具及預(yù)鍛熱毛坯裝配后(圖4)，發(fā)現(xiàn)此處雖然有約1.9mm 高度的密閉空間，但有排氣孔，設(shè)計上沒有問題，但實際生產(chǎn)中此處模具裂口明顯，需借助Deform 模擬軟件再仔細(xì)分析。

依照試驗性改進(jìn)成功的經(jīng)驗，我們又對其他有問題的模具進(jìn)行了一一改進(jìn)，目的是使新的熱鍛毛坯進(jìn)入問題工步時，與模具左右最近的兩個排氣孔之間不會形成獨立密閉空間，改進(jìn)方式如圖10、圖11 和圖12 所示。

分別對失效模具一、二、三、四進(jìn)行改進(jìn)，效果非常好，模具壽命平均達(dá)到1.5 萬件，且模具再未出現(xiàn)裂口失效現(xiàn)象。節(jié)約模具成本的經(jīng)濟(jì)效益明顯(表1)，并且確保了鍛件的外觀質(zhì)量，避免了后續(xù)返修問題鍛件時人力和物力的浪費。

根據(jù)以上分析結(jié)果，制定改進(jìn)措施，首先試驗性地對失效模具一的上一道預(yù)鍛模具進(jìn)行修改，目的是使新的熱預(yù)鍛毛坯放入終鍛型腔鍛打時，終鍛上模輪輻面首先接觸熱預(yù)鍛毛坯輪輻，左右最近的兩個排氣孔之間不形成獨立密閉空間，鍛造時產(chǎn)生的大量高溫高壓氣體可以從排氣孔或上下頂桿與模具的間隙、分體模具之間的間隙順利及時地排出去，如圖9 所示。對失效模具一的試驗性改進(jìn)方案在現(xiàn)實驗證中效果非常成功，模具壽命達(dá)到1.5 萬件，且再未出現(xiàn)模具裂口失效現(xiàn)象。

2.運用問題情境教學(xué)，提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。教師可充分抓住教材中簡單易懂的概念和定義，直觀、具體的圖片、資料及STSE問題等設(shè)置問題情境，調(diào)動學(xué)生熱情參與，變“要我學(xué)”為“我要學(xué)”，使學(xué)生擺脫對教師的依賴。如教學(xué)“原子的構(gòu)成”時，教師可設(shè)置問題讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)：（1）原子由幾部分構(gòu)成？分別是什么？（2）原子核由哪些粒子構(gòu)成？這些粒子有哪些相同點和不同點？（3）原子核居于原子中心，它的體積如何？占據(jù)很大空間嗎？（4）原子核和核外電子都帶電，那么整個原子也帶電嗎？為什么？

改進(jìn)措施

第五步，綜合以上信息詳細(xì)分析如下，由于3500t 高速鍛造自動化生產(chǎn)線的生產(chǎn)特性，滑塊到上死點的一瞬間，噴淋系統(tǒng)將快速伸入到5 個工步的上下模具之間并對上下模具噴涂大量脫模劑與水的混合液約1 秒鐘。大量冷卻液(脫模劑與水的混合液)的及時噴涂，既可以保證熱鍛件脫模及頂出的及時穩(wěn)定，也可以保證模具的工作溫度穩(wěn)定在一定的低溫范圍，以防止模具因短時間內(nèi)溫度急劇升高而提早發(fā)生嚴(yán)重磨損或打塌變形而報廢?？傊?，大量冷卻液的及時噴涂是保證高速自動化鍛造順利運行的重要手段，不可或缺。鍛造中每個工步的熱毛坯(溫度約1150 ～1200℃)與模具(工作時溫度約200 ～300℃)高速接觸，可瞬間將冷卻液轉(zhuǎn)化為高溫高壓氣體，特別是在獨立密閉空間內(nèi)的冷卻液轉(zhuǎn)化的高溫高壓氣體無法沿排氣孔順利排出，最終高溫高壓氣體將作用于熱模具，對其造成切割破壞。

第四步，通過Deform 模擬并仔細(xì)觀察，當(dāng)終鍛成形模擬運行至16 步時，終鍛上模輪輻兩側(cè)圓弧已與熱預(yù)鍛毛坯率先接觸，并在左右最近的兩個排氣孔之間形成獨立密閉空間，如圖5 所示。

經(jīng)過近60年的發(fā)展，臨床營養(yǎng)支持已從糾正營養(yǎng)不足的輔助治療方式轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N主要或次要的治療方法。營養(yǎng)支持不再停留在基本的營養(yǎng)物質(zhì)補充，而是維持和修復(fù)組織器官的結(jié)構(gòu)、功能，增強免疫，調(diào)控內(nèi)分泌，從而改善患者病情，提高臨床療效。腸內(nèi)營養(yǎng)制劑 （enteral nutrition preparations）作為營養(yǎng)支持的重要途徑，其優(yōu)勢不斷展現(xiàn)，使用率顯著增加，在 “腸道有功能且能安全使用”的情況下，被視為首選[2]。

改進(jìn)效果

通過對另外幾個異常裂口模具的Deform 模擬成形分析發(fā)現(xiàn)，在鍛造的過程中也存在熱毛坯與上下模具左右最近的兩個排氣孔之間形成獨立密閉空間的現(xiàn)象，如圖6、圖7 和圖8 所示。

改進(jìn)總結(jié)

⑴為了維持3500t 高速鍛造自動化生產(chǎn)線的穩(wěn)定運行，會噴灑大量的霧狀冷卻液，但當(dāng)噴霧裝置有故障時，例如氣閥故障(上下模噴霧氣閥無氣或下模噴霧無氣)，水閥故障(上模噴霧水閥不噴，下模噴霧水閥長噴，或上下都長噴)，脫模劑閥故障(上模噴霧脫模劑閥不噴，下模噴霧脫模劑閥長噴，或上下都長噴等)，都會造成水或水與脫模劑的混合物在熱坯料低凹處殘留的更多，并且有時上模也得不到及時潤滑冷卻，溫度升高很快，改進(jìn)前的模具更容易被高溫高壓氣體切割破壞。

⑵高溫高壓氣體作用于熱模具，對其造成切割破壞，那么為什么沒有切割熱鍛件，只切割了模具，后來總結(jié)，熱鍛件(溫度約1150 ～1200℃)，具有極高的塑性，模具溫度(工作時溫度約200 ～300℃)不允許其有塑性。高溫高壓氣體同時作用于熱鍛件和熱模具，因熱鍛件具有極高的塑性，切割痕跡會自我修復(fù)，反觀模具因其必須保證相對低溫狀態(tài)來確保其硬度，不允許其溫度急劇升高而有一定塑性，高溫高壓氣體切割模具的小裂口不能自我修復(fù)，隨著鍛造成形工作的繼續(xù)，極微小裂口會慢慢延伸擴(kuò)大，直至模具報廢。

⑶實踐證明本次改進(jìn)是成功的，且效果非常明顯，可以說是“藥到病除”，后續(xù)經(jīng)過長時間的觀察驗證，3500t 高速鍛造自動化生產(chǎn)線再未出現(xiàn)此類模具裂口失效問題，此次改進(jìn)也得到了集團(tuán)公司材料理化中心熱成形組鍛造工藝室相關(guān)設(shè)計人員的認(rèn)可，并下發(fā)更改圖紙。

結(jié)束語

此次3500 噸高速鍛造自動化生產(chǎn)線模具裂口失效問題的成功解決，為3500t 高速鍛造自動化生產(chǎn)線模具設(shè)計提供了細(xì)節(jié)注意點，改進(jìn)后鍛件外觀質(zhì)量得到提高，也大大節(jié)約了模具費用。