锻造模具的应用技术

赵祥雨

摘 要：锻造模具在实际生产过程中，通过模具优化设计、模具堆焊、切边模优化设计等方式，达到降本节费、提高模具使用寿命，提高产品质量，满足生产需求的目的。

关键词：模具小改大；模具堆焊；切边模设计

中图分类号： TG31 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）12-180-2

0 引言

中石化石油工程有限公司第四机械厂锻件目前的生产现状是：小批量、多品种；锻件类型分为自由锻件和模锻件两种锻造生产方式，在实际生产过程中由于模锻件生产效率高、产品质量高、原材料利用率高等原因，凡是能形成一定批量的锻件产品，综合考虑后更倾向于做模具配套生产，由于该厂锻件的多品种性，导致分厂制作了许多的专用模具，如何有效降低模具制作成本、提高模具的使用寿命、降低模具加工周期成为分厂降本节费项目的一项重要课题。

1 模具型腔的工况

在模锻件生产过程中，首先将模具进行预热，预热温度达100℃-200℃，这样做的目的是保护模具，提高模具使用效率。如果模具不预热，一方面，由于模具温度低，很容易造成成型困难、粘膜等缺陷，另一方面，很容易造成模具损坏，严重的情况下，可能造成模具炸裂。所以，模具使用前的预热非常重要。生产中红热锻件（1000℃以上）直接与模具型腔进行接触，导致模具内表面温度迅速上升，而心部温度与表面温度存在较大温差，导致内表面由于温度较高受热膨胀，同时受到心部的约束，因此产生压应力，在完成一个模锻件生产后，需向模具内添加石墨乳等助脱剂以及模具冷却剂，这样会导致模具型腔表面温度急剧下降形成拉应力，在不同应力的交变过程中，模具极易引起疲劳失效，同时由于模具在生产过程中长期与红热锻件接触，型腔内部长期处在一个较高的温度，而在生产过程中为了保护模具在进行了一定数量的模锻件生产后，就会对模具进行适当的冷却，这相当于对模具往复地进行退火处理，直接导致模具硬度下降，模具型腔变形，产品质量不易控制。

2 模具小改大

在实际生产过程中，由于模具型变及产品设计更改等原因导致部分模具不能再继续使用。然而模具除其型腔发生

了部分形变：坍塌、型腔尺寸变大等，其本体仍完好。如何将这部分模具利用起来成为工厂降低模具制作费用的一个关键。

如图1所示在d1、d3发生形变后该专用模具无法继续使用，但就其本体而言，可在模具设计安全壁厚范围内将d1、d3进行加工变大使其形成新的专用模具继续生产，这样不但节约了制作模具原材料的部分费用，而且极大地减少了加工周期及费用。

3 模具堆焊

近几年来，合模锻产品一直作为厂内核心重点产品，主要原因为：技术领先、产量大、附加值高。但在实际生产过程中使用合模锻打500件产品后模具均出现不同程度的形变，模具下模变形尤为严重，导致该模具无法继续使用，厂内一直采取下落修模的方式进行模具修复，即在模具设计伊始有意增高模具下模高度，当模具锻打一定数量的产品发生模腔严重变形无法继续生产后，采取以分模面为基准向下加工8-10mm的方式，将模腔内出现的裂纹、变形完全消除后再加工的方式对模具进行修复。一套锻模一般可采取这种下落修复的方式加工8-10次，就无法有效保证模具在模锻锤上的最小安全生产高度，该模具即要停止使用并报废。

但由于模具形变及裂纹等原因进行了数次下落修复后，不能继续使用。一套模具的材料费用在8-12万元不等，虽然下落修复技术在一定程度上减少了模具的成本，但高额的模具材料费用仍然是合模锻产品的最大成本。为有效减少合模模具费用，经向相关专家咨询，决定采取模具堆焊的形式对模具进行修复。

3.1 堆焊修复可使模具具备不同硬度

在模具的使用过程中由于型腔长期与红热锻件接触，在拉应力及压应力交变作用下，以及变相反复退火的工况下，型腔极易产生变形，且型腔内部各部受力不均，加之锻锤对模具的损坏，导致模具通常以综合性失效形式（脆性裂纹、热疲劳龟裂、热磨损、变形等多种失效形式）损坏。常常由于模具局部变形及裂纹导致整套模具无法使用，这就要求模具为了满足锻件生产需求需要各部具备不同的硬度以应对复杂的生产情况。

然而在热处理淬火等工艺过程中，一般都是将整个模具进行处理，这样就导致模具各部硬度相差不大。这样在实际生产过程中就会出现问题，例如，实际生产中希望模具燕尾处硬度相较于锤头燕尾硬度及底座燕尾硬度要低一些，这样在生产过程中会减缓锤头及底座燕尾的磨损程度，那么在对模具进行淬火处理时模具的硬度就会低于锤头及底座燕尾硬度，而实际生产中我们的想法是型腔硬度在满足材料性能的情况下尽可能地高。

3.2 可以使模具不同的部位具有不同的金属组织

现在的模具一般都由同一种金属组成，有的采用“镶心模”的方式来提高模具型腔的力学性能，虽然这样能起到一定效果，但无法满足模具因不同部位受力、受热不同而需用不同金属组织的要求，而堆焊修复的方法可以满足此项要求。

3.3 可以解决模具基体浪费的问题

①制作一套新模具其本身基体高度是一定的，尽管在实际生产过程中技术人员尽可能的通过增加模具本身高度来增加降面修复的次数，但是当模具修复数次过后就会达到其在模锻锤上规定的最小安全高度。

所以实际生产中，工厂希望能够下落很薄的一层就能将模腔内的缺陷全部消除，这样不但降低了加工成本，而且能够大大增加模具的翻新次数。

然而在实际生产过程中模具在锻锤上失效的方式多种多样，损坏形式也各不相同，希望通过下落很薄的一层就能消除模腔内的缺陷很难做到，这样就需要通过增加下落的高度来达到完全消除缺陷的目的，这样不仅会增加加工的费用，还会降低模具的翻新次数，使得模具提前报废。

堆焊修复的方法是，先用碳弧气刨沿裂纹的走向把裂纹彻底清除干净，再用抗拉强度非常高的焊材把裂纹焊接修复完毕，再进行降面等后续处理，这样既可以从根本上解决裂纹的问题，又减小了降面厚度和加工时间。

②解决模具因局部早期损坏导致整副模具报废的问题。

在生产过程中，经常会遇到这种情况：模具燕尾及锁块发生断裂导致整套模具不能正常使用。

在这种情况下采取局部堆焊的形式对模具进行修复，不仅能够延长模具的使用寿命还极大程度上减少了模具的成本费用。

③有效解决原材料浪费问题。

在实际加工中，模块的锻件毛坯出来后整体加工，锁块是完全同模具一起加工出来的，这样很大一部分原材料是直接加工掉的，造成了模具原材料成本及加工费用的增加。

现在通过堆焊的形式将锁块堆焊在模具本体上，极大程度的解决了模具材料成本及加工费用。

④解决模具加工失误导致的浪费。

在加工过程中由于操作人员的失误导致模具局部尺寸超差，造成模具不能使用，通过局部堆焊的形式能够有效解决这一问题。

⑤解决废弃模具的再利用问题。

实际成产过程中由于工厂产品结构转型导致部分模具停用，这极大的浪费了资源，现在通过模具堆焊的形式将模具型腔填满后再加工，很大程度上减少了模具的投入成本，有效地实现了废旧模具再利用。

4 切边模设计

在模锻生产过程中，切边模设计对产品表面质量起着重要作用。

如图2所示，在实际生产过程中壁厚较薄处很容易发生形变、开裂等，导致生产过程中需要不断对其打磨，避免由于其变形导致的产品表面质量问题。

然而切边模凹模其主要作用只是在切边过程中为锻件提供一个均匀的受力，是否有必要将凹模严格按照热锻件整个加工出来？

在设计时我们直接将凹模壁厚较薄的这部分去除，这样做不仅在很大程度上减少了原材料的浪费，而且极大的增大了切边的使用寿命，降低了切边模的加工费用。

5 结束语

在实际生产过程中，通过模具小改大、模具堆焊、切边模设计这三种方法，能够有效降低模具材料成本、加工成本、加工周期，极大地增加了模具的使用寿命，提高了产品的生产质量。

参 考 文 献

[1] 中国机械工程学会锻压学会编.锻压手册（第一卷）.