鍛造自動生產線中的模具管理

文/杜立東，趙春霞·中國重汽集團（香港）有限公司濟南鑄鍛中心

鍛造自動生產線中的模具管理

文/杜立東，趙春霞·中國重汽集團（香港）有限公司濟南鑄鍛中心

前鍛造企業面臨著行業競爭激烈、產能過剩、勞動力成本不斷上升、一線操作人員嚴重匱

目乏等諸多問題。企業探索加快轉型升級，向專業化、自動化和區域化生產方向的轉變，由原來的外延式發展向內涵式發展轉變，致力于自身挖潛降低生產成本。

以鍛造自動化生產為標志的鍛造自動生產線作為企業發展的方向，其模具管理始終圍繞著保證生產線效率和成本管理兩個方面開展。生產中由于模具磨損和發生故障而進行的模具修理、模具更換等損失時間約占實際生產時間的15%～30%。據行業數據統計，國際先進鍛造企業24h連續生產，實際有效生產時間也僅16.5h左右。因此，生產現場的模具管理是增加鍛造自動生產線有效工作時間，提高自動生產線生產效率的重要環節。

影響鍛造自動生產線效率的模具管理問題

模具壽命

提高鍛造模具整體使用壽命是提高自動生產線生產效率的直接手段。鍛造自動生產線所用模具根據工藝主要分為制坯模具、預鍛模具、終鍛模具、切邊模具和校正模具等。鍛造模具因其工作環境惡劣，反復受到高溫、高強度沖擊，相比其他工藝的模具壽命更短。根據其使用狀態，典型的鍛模失效類型有：磨蝕、熱疲勞裂紋、機械疲勞裂紋、粘著、塑性變形和脆性斷裂損壞，由于不正常操作或鍛模先天質量不合格造成的非正常破壞或偶然失效。影響鍛造模具壽命的因素很多，諸如模具采用的材料，模具加工的熱處理工藝，鍛造工藝和模具設計是否合理，設備精度和剛度的影響，模具使用裝配精度，噴淋潤滑是否合理，現場維護保養等等。

模具切換時間

減少換模時間，增加生產線有效工作時間可以提高鍛造自動生產線的生產效率。鍛造模具因其工作環境惡劣，反復受到高溫高強度沖擊，致使同一種產品或不同產品之間在鍛造自動線上新舊模具更換成為現場模具管理常態工作之一。老式熱模鍛壓力機更換模具多采用地錨滑輪加行車方式拖拉模座更換模具，現在的鍛造自動生產線主壓力機等關鍵工藝鍛造設備為提高換模效率，普遍配有快速換模裝置，使用場外安裝調整完畢的整套模具模座來整體切換。這就要求模具、模座在設計和制造上模塊化、標準化，尤其是模座與換模小車和壓機之間換裝工藝設計必須簡單有效和可靠。

鍛造模具預熱時間

鍛造模具由于其熱加工工藝的特殊性，鍛造模具材料一般在200～300℃才具有綜合硬度、韌性和耐磨性，在此溫度范圍內模具壽命最長，故鍛造自動生產線鍛造生產前需進行模具預熱。熱模鍛壓力機鍛造模

圖1 鍛造自動線工裝模具作業流程圖

圖2 烤模架

具預熱方式普遍采用模具安裝完后在線火焰或熱坯料預熱，但也存在加熱不均后模具溫降快，滑塊長時間受熱影響設備精度等問題。我們鍛造自動生產線參照國際先進水平結合自己的實際使用情況，將鍛造模具預熱分成兩部分：先將裝配完模具的模座整體加熱保溫，待自動換模小車完成模座更換后，再進行鍛造模具在線加熱至工藝要求溫度。由于鋼鐵的比熱容（基本）是450J/(kg·℃），遠小于空氣的比熱容1030J/(kg·℃），模座和模具的整體質量大約在10000～20000kg之間，經過一次加熱的模座和模具安裝到壓力機內時，溫降速率低，再進行在線預熱，可有效消除模具間隙，大幅壓縮更換模具后壓力機在線預熱模具時間，提高生產線的開機率。圖1為鍛造自動線工裝模具作業流程，圖2為烤模架。

模具壽命差異

鍛造自動生產線上同一種產品不同工序模具壽命的差異形成木桶原理，造成整線效率的低下。鍛造自動生產線中，金屬變形量大，流動劇烈，型腔復雜的鍛造模具使用壽命一般比切邊校正工序模具短很多，而制坯模具、預鍛模具和終鍛模具由于設計工藝的不同模具壽命也各不相同。這就造成了為更換整條生產線中某一個工序壽命到期的模具，整條生產線均需停機等待。這就要求模具設計時，優化單機同一模座內不同工步模具設計，使它們使用壽命相近；不同工藝設備間的模具使用壽命盡量設計成為整數倍關系。在實際鍛造自動生產線的模具更換時往往遵循著不同工序模具預計使用壽命小于生產線工序中最小模具壽命時，必須強制更換。

在線模具維護

為提高單套模具使用壽命，模具實際使用過程中的維護保養具有重要意義，鍛造模具使用時由于熱負荷反復加載，在磨蝕、熱疲勞、機械裂紋等缺陷出現初期，及時維護保養，可顯著減緩磨蝕和應力集中缺陷發展速度，尤其在線修磨后可有效增加模具壽命。實際操作時，在線修磨模具必須有標準化作業標準和作業流程。

當在線修磨出現等待模具冷卻時間t1+模具修磨時間t2≥自動換模時間t3+模具預熱時間t4，為保證生產線效率，可以考慮利用自動換模系統進行模具更換。

結束語

鍛造自動生產線的生產效率與成本兩者關系密切。高效的模具管理是鍛造自動生產線高生產效率的保證，但沒有成本觀念的效率很容易使努力成為空中樓閣，無源之水。熱模鍛自動化生產線適合大規模，單一品類鍛件的生產，但是鍛造自動化生產線的工藝適應性、柔性化開拓也是充分利用現有資源，降低成本的發展方向。多品種產品在生產線上的開發應用必然涉及到模具的更換調整。不同產品間的鍛造工藝差異越大，要求生產線模具管理柔性化、適應性越強。鍛造自動生產線的模具現場管理作為生產管理的一個環節，其有效的工作一方面為自動生產線的效率保障，同時也為工藝設計和模具制造的循環改進提供數據反饋。鍛造企業模具管理從粗放到精細是一個必然的發展趨勢，只有細化模具現場細節管理，才能最大程度的保障鍛造自動生產線的有效工作時間，發揮其特點創造經濟效益最大化。