锻造自动生产线中的模具管理

文/杜立东，赵春霞·中国重汽集团（香港）有限公司济南铸锻中心

锻造自动生产线中的模具管理

文/杜立东，赵春霞·中国重汽集团（香港）有限公司济南铸锻中心

前锻造企业面临着行业竞争激烈、产能过剩、劳动力成本不断上升、一线操作人员严重匮

目乏等诸多问题。企业探索加快转型升级，向专业化、自动化和区域化生产方向的转变，由原来的外延式发展向内涵式发展转变，致力于自身挖潜降低生产成本。

以锻造自动化生产为标志的锻造自动生产线作为企业发展的方向，其模具管理始终围绕着保证生产线效率和成本管理两个方面开展。生产中由于模具磨损和发生故障而进行的模具修理、模具更换等损失时间约占实际生产时间的15%～30%。据行业数据统计，国际先进锻造企业24h连续生产，实际有效生产时间也仅16.5h左右。因此，生产现场的模具管理是增加锻造自动生产线有效工作时间，提高自动生产线生产效率的重要环节。

影响锻造自动生产线效率的模具管理问题

模具寿命

提高锻造模具整体使用寿命是提高自动生产线生产效率的直接手段。锻造自动生产线所用模具根据工艺主要分为制坯模具、预锻模具、终锻模具、切边模具和校正模具等。锻造模具因其工作环境恶劣，反复受到高温、高强度冲击，相比其他工艺的模具寿命更短。根据其使用状态，典型的锻模失效类型有：磨蚀、热疲劳裂纹、机械疲劳裂纹、粘着、塑性变形和脆性断裂损坏，由于不正常操作或锻模先天质量不合格造成的非正常破坏或偶然失效。影响锻造模具寿命的因素很多，诸如模具采用的材料，模具加工的热处理工艺，锻造工艺和模具设计是否合理，设备精度和刚度的影响，模具使用装配精度，喷淋润滑是否合理，现场维护保养等等。

模具切换时间

减少换模时间，增加生产线有效工作时间可以提高锻造自动生产线的生产效率。锻造模具因其工作环境恶劣，反复受到高温高强度冲击，致使同一种产品或不同产品之间在锻造自动线上新旧模具更换成为现场模具管理常态工作之一。老式热模锻压力机更换模具多采用地锚滑轮加行车方式拖拉模座更换模具，现在的锻造自动生产线主压力机等关键工艺锻造设备为提高换模效率，普遍配有快速换模装置，使用场外安装调整完毕的整套模具模座来整体切换。这就要求模具、模座在设计和制造上模块化、标准化，尤其是模座与换模小车和压机之间换装工艺设计必须简单有效和可靠。

锻造模具预热时间

锻造模具由于其热加工工艺的特殊性，锻造模具材料一般在200～300℃才具有综合硬度、韧性和耐磨性，在此温度范围内模具寿命最长，故锻造自动生产线锻造生产前需进行模具预热。热模锻压力机锻造模

图1 锻造自动线工装模具作业流程图

图2 烤模架

具预热方式普遍采用模具安装完后在线火焰或热坯料预热，但也存在加热不均后模具温降快，滑块长时间受热影响设备精度等问题。我们锻造自动生产线参照国际先进水平结合自己的实际使用情况，将锻造模具预热分成两部分：先将装配完模具的模座整体加热保温，待自动换模小车完成模座更换后，再进行锻造模具在线加热至工艺要求温度。由于钢铁的比热容（基本）是450J/(kg·℃），远小于空气的比热容1030J/(kg·℃），模座和模具的整体质量大约在10000～20000kg之间，经过一次加热的模座和模具安装到压力机内时，温降速率低，再进行在线预热，可有效消除模具间隙，大幅压缩更换模具后压力机在线预热模具时间，提高生产线的开机率。图1为锻造自动线工装模具作业流程，图2为烤模架。

模具寿命差异

锻造自动生产线上同一种产品不同工序模具寿命的差异形成木桶原理，造成整线效率的低下。锻造自动生产线中，金属变形量大，流动剧烈，型腔复杂的锻造模具使用寿命一般比切边校正工序模具短很多，而制坯模具、预锻模具和终锻模具由于设计工艺的不同模具寿命也各不相同。这就造成了为更换整条生产线中某一个工序寿命到期的模具，整条生产线均需停机等待。这就要求模具设计时，优化单机同一模座内不同工步模具设计，使它们使用寿命相近；不同工艺设备间的模具使用寿命尽量设计成为整数倍关系。在实际锻造自动生产线的模具更换时往往遵循着不同工序模具预计使用寿命小于生产线工序中最小模具寿命时，必须强制更换。

在线模具维护

为提高单套模具使用寿命，模具实际使用过程中的维护保养具有重要意义，锻造模具使用时由于热负荷反复加载，在磨蚀、热疲劳、机械裂纹等缺陷出现初期，及时维护保养，可显著减缓磨蚀和应力集中缺陷发展速度，尤其在线修磨后可有效增加模具寿命。实际操作时，在线修磨模具必须有标准化作业标准和作业流程。

当在线修磨出现等待模具冷却时间t1+模具修磨时间t2≥自动换模时间t3+模具预热时间t4，为保证生产线效率，可以考虑利用自动换模系统进行模具更换。

结束语

锻造自动生产线的生产效率与成本两者关系密切。高效的模具管理是锻造自动生产线高生产效率的保证，但没有成本观念的效率很容易使努力成为空中楼阁，无源之水。热模锻自动化生产线适合大规模，单一品类锻件的生产，但是锻造自动化生产线的工艺适应性、柔性化开拓也是充分利用现有资源，降低成本的发展方向。多品种产品在生产线上的开发应用必然涉及到模具的更换调整。不同产品间的锻造工艺差异越大，要求生产线模具管理柔性化、适应性越强。锻造自动生产线的模具现场管理作为生产管理的一个环节，其有效的工作一方面为自动生产线的效率保障，同时也为工艺设计和模具制造的循环改进提供数据反馈。锻造企业模具管理从粗放到精细是一个必然的发展趋势，只有细化模具现场细节管理，才能最大程度的保障锻造自动生产线的有效工作时间，发挥其特点创造经济效益最大化。