热模锻生产线自动润滑冷却装置研发

张 军

（扬力集团股份有限公司，江苏 扬州 225127）

1 引言

热锻过程中，锻件温度常常会达到1000℃以上，模具温度会随连续使用时间的延长而升高，是影响锻模寿命的重要因素之一[1]，而且温升过高还会影响锻件的精度、综合力学性能；另一方面，过度冷却模具也会影响其高温韧性，还会产生热应力，对模具本身及锻件也不利[2]；同时，模具模膛表面各个部位在热锻过程中的温度场并不均匀，有的温升高，有的温升低。因此，设计出合适的喷雾冷却系统对模具进行合理有效的冷却就显得尤为重要[3]。

从热源产生的角度来说，锻件与模具之间除了热传递，还有相互间摩擦也是模具温度升高的原因，减少它们之间的摩擦可以延长模具寿命[4]。另外，模具表面需要及时润滑以防止粘连，选择合适的润滑剂，可以有效地降低变形金属与模膛表面的摩擦和变形抗力，减少模具的磨损和促进锻件成形，提高锻件质量[5]。模具的润滑情况对锻件的成形极为重要，在生产过程中，必须保证良好的润滑条件才能保证锻件质量与模具寿命。此外，模具温度不仅需要通过模具结构的合理设计进行控制，而且还需要在模具外部采取喷淋冷却措施，这就需要在进行物料输送系统设计时综合考虑。

扬力集团正是在此背景下针对热模锻生产线自动润滑冷却装置进行了研发。实际应用表明，该系统运行良好，能在锻件取出模具后对模具表面进行自动清扫、冷却和润滑。该装置的研发对延缓热模锻生产线模具磨损和热疲劳等，延长模具寿命，保证锻件表面质量有重要意义。

2 自动润滑冷却装置研发

2.1 总体方案设计

精密锻造工艺过程中，模具的工况非常恶劣，主要体现在：①成形过程中，锻件由于变形、冷却等作用，会产生氧化皮，若不及时清除将直接影响锻件精度和模具寿命；②多工位热锻成形生产节拍快，锻造过程中模具工作部分温度急剧升高，模具冷却不充分，会直接影响模具寿命；③材料在变形过程中与模具表面会产生高压、高温作用，同时还会产生较大的滑移速率，模具表面的润滑效果不仅影响成形过程中的材料流动进而影响锻件质量，而且还会影响在制品与模具之间的摩擦状态进而影响模具寿命。因此，如何实现模具表面聚集的氧化皮的快速清理、模具快速均匀散热以及模具表面充分润滑，已成为多工位热锻成形工艺应用的技术瓶颈之一。据此，设计了自动润滑冷却装置总体系统方案如图1所示。

2.2 润滑系统设计

润滑液采用水基石墨乳溶剂（石墨乳），按照设定要求喷射出压缩空气雾化后的石墨乳润滑冷却剂混合气体，使润滑材料能在短时间内在模具内表面迅速形成充分、稳定、均匀的润滑薄膜，对模具表面冷却润滑。自动润滑冷却系统原理图如图2所示，搅拌均匀的石墨乳溶液通过气动泵加压后与压缩空气混合送至模具四个工位的上下模喷嘴，经喷嘴雾化后喷射到高温型腔表面。喷雾装置工作时，压缩空气经二联件滤除水分等杂质，经调压阀将压力调至合适值后经压缩空气软管到喷嘴，驱使通过管道送到喷嘴的石墨乳雾化喷出。

此外，石墨乳调配浓度对润滑效果有较大的影响。若石墨浓度偏高，不但增加生产成本，还容易造成喷淋头堵塞、模具表面粘氧化皮，进而降低锻件表面质量；若石墨含量偏低，则润滑效果降低，锻件有时甚至无法顺利出模。

设计的自动润滑冷却系统如图3所示，系统结构如图4所示，为了调节喷雾流量和喷雾速度，在喷嘴上安装了冷却润滑液流量调节阀。上下模喷嘴安装在三次元机械臂的夹爪之间，如图5所示，夹爪从模腔中取走锻件移动到中间位置时系统控制电磁阀动作打开冷却润滑气雾，清洁、冷却、润滑模腔。

使用的水基石墨乳颗粒度400目，约为38μm，每次喷淋量大约100ml。在实际生产试验中发现喷嘴的结构、布局及数量对冷却效果影响较大，初始设计的喷嘴为单喷嘴结构，如图6a所示，上下通过多个小孔向模具表面喷射，该结构冷却效果较差，连续使用模具温度超过了300℃，难以保证模具寿命。在此基础上经过多次改进，改为多喷嘴结构，如图6b。

该装置的应用现场情况如图7所示。经试验，目前冷却、润滑效果很好，连续锻压生产后模具的表面温度基本保持在100～120℃之间。

综上所述，多工位热模锻生产线配套的自动润滑冷却装置，可按照设定喷射出压缩空气雾化石墨乳混合气体，短时间内在模具内表面迅速形成充分、稳定、均匀的润滑薄膜，对模具表面冷却润滑。

3 总结

在分析了热模锻生产线自动润滑冷却装置功能需求的基础上设计了该装置的总体方案，研制了石墨乳气雾润滑冷却装置并进行了实际应用。结果表明，该装置能在锻件取出模具后对模具表面进行自动清扫、冷却和润滑，对延缓模具磨损和热疲劳、延长模具寿命、保证锻件表面质量有重要意义。