鍛造模具的應用技術

趙祥雨

摘 要：鍛造模具在實際生產過程中，通過模具優化設計、模具堆焊、切邊模優化設計等方式，達到降本節費、提高模具使用壽命，提高產品質量，滿足生產需求的目的。

關鍵詞：模具小改大；模具堆焊；切邊模設計

中圖分類號： TG31 文獻標識碼： A 文章編號： 1673-1069（2016）12-180-2

0 引言

中石化石油工程有限公司第四機械廠鍛件目前的生產現狀是：小批量、多品種；鍛件類型分為自由鍛件和模鍛件兩種鍛造生產方式，在實際生產過程中由于模鍛件生產效率高、產品質量高、原材料利用率高等原因，凡是能形成一定批量的鍛件產品，綜合考慮后更傾向于做模具配套生產，由于該廠鍛件的多品種性，導致分廠制作了許多的專用模具，如何有效降低模具制作成本、提高模具的使用壽命、降低模具加工周期成為分廠降本節費項目的一項重要課題。

1 模具型腔的工況

在模鍛件生產過程中，首先將模具進行預熱，預熱溫度達100℃-200℃，這樣做的目的是保護模具，提高模具使用效率。如果模具不預熱，一方面，由于模具溫度低，很容易造成成型困難、粘膜等缺陷，另一方面，很容易造成模具損壞，嚴重的情況下，可能造成模具炸裂。所以，模具使用前的預熱非常重要。生產中紅熱鍛件（1000℃以上）直接與模具型腔進行接觸，導致模具內表面溫度迅速上升，而心部溫度與表面溫度存在較大溫差，導致內表面由于溫度較高受熱膨脹，同時受到心部的約束，因此產生壓應力，在完成一個模鍛件生產后，需向模具內添加石墨乳等助脫劑以及模具冷卻劑，這樣會導致模具型腔表面溫度急劇下降形成拉應力，在不同應力的交變過程中，模具極易引起疲勞失效，同時由于模具在生產過程中長期與紅熱鍛件接觸，型腔內部長期處在一個較高的溫度，而在生產過程中為了保護模具在進行了一定數量的模鍛件生產后，就會對模具進行適當的冷卻，這相當于對模具往復地進行退火處理，直接導致模具硬度下降，模具型腔變形，產品質量不易控制。

2 模具小改大

在實際生產過程中，由于模具型變及產品設計更改等原因導致部分模具不能再繼續使用。然而模具除其型腔發生

了部分形變：坍塌、型腔尺寸變大等，其本體仍完好。如何將這部分模具利用起來成為工廠降低模具制作費用的一個關鍵。

如圖1所示在d1、d3發生形變后該專用模具無法繼續使用，但就其本體而言，可在模具設計安全壁厚范圍內將d1、d3進行加工變大使其形成新的專用模具繼續生產，這樣不但節約了制作模具原材料的部分費用，而且極大地減少了加工周期及費用。

3 模具堆焊

近幾年來，合模鍛產品一直作為廠內核心重點產品，主要原因為：技術領先、產量大、附加值高。但在實際生產過程中使用合模鍛打500件產品后模具均出現不同程度的形變，模具下模變形尤為嚴重，導致該模具無法繼續使用，廠內一直采取下落修模的方式進行模具修復，即在模具設計伊始有意增高模具下模高度，當模具鍛打一定數量的產品發生模腔嚴重變形無法繼續生產后，采取以分模面為基準向下加工8-10mm的方式，將模腔內出現的裂紋、變形完全消除后再加工的方式對模具進行修復。一套鍛模一般可采取這種下落修復的方式加工8-10次，就無法有效保證模具在模鍛錘上的最小安全生產高度，該模具即要停止使用并報廢。

但由于模具形變及裂紋等原因進行了數次下落修復后，不能繼續使用。一套模具的材料費用在8-12萬元不等，雖然下落修復技術在一定程度上減少了模具的成本，但高額的模具材料費用仍然是合模鍛產品的最大成本。為有效減少合模模具費用，經向相關專家咨詢，決定采取模具堆焊的形式對模具進行修復。

3.1 堆焊修復可使模具具備不同硬度

在模具的使用過程中由于型腔長期與紅熱鍛件接觸，在拉應力及壓應力交變作用下，以及變相反復退火的工況下，型腔極易產生變形，且型腔內部各部受力不均，加之鍛錘對模具的損壞，導致模具通常以綜合性失效形式（脆性裂紋、熱疲勞龜裂、熱磨損、變形等多種失效形式）損壞。常常由于模具局部變形及裂紋導致整套模具無法使用，這就要求模具為了滿足鍛件生產需求需要各部具備不同的硬度以應對復雜的生產情況。

然而在熱處理淬火等工藝過程中，一般都是將整個模具進行處理，這樣就導致模具各部硬度相差不大。這樣在實際生產過程中就會出現問題，例如，實際生產中希望模具燕尾處硬度相較于錘頭燕尾硬度及底座燕尾硬度要低一些，這樣在生產過程中會減緩錘頭及底座燕尾的磨損程度，那么在對模具進行淬火處理時模具的硬度就會低于錘頭及底座燕尾硬度，而實際生產中我們的想法是型腔硬度在滿足材料性能的情況下盡可能地高。

3.2 可以使模具不同的部位具有不同的金屬組織

現在的模具一般都由同一種金屬組成，有的采用“鑲心?！钡姆绞絹硖岣吣＞咝颓坏牧W性能，雖然這樣能起到一定效果，但無法滿足模具因不同部位受力、受熱不同而需用不同金屬組織的要求，而堆焊修復的方法可以滿足此項要求。

3.3 可以解決模具基體浪費的問題

①制作一套新模具其本身基體高度是一定的，盡管在實際生產過程中技術人員盡可能的通過增加模具本身高度來增加降面修復的次數，但是當模具修復數次過后就會達到其在模鍛錘上規定的最小安全高度。

所以實際生產中，工廠希望能夠下落很薄的一層就能將模腔內的缺陷全部消除，這樣不但降低了加工成本，而且能夠大大增加模具的翻新次數。

然而在實際生產過程中模具在鍛錘上失效的方式多種多樣，損壞形式也各不相同，希望通過下落很薄的一層就能消除模腔內的缺陷很難做到，這樣就需要通過增加下落的高度來達到完全消除缺陷的目的，這樣不僅會增加加工的費用，還會降低模具的翻新次數，使得模具提前報廢。

堆焊修復的方法是，先用碳弧氣刨沿裂紋的走向把裂紋徹底清除干凈，再用抗拉強度非常高的焊材把裂紋焊接修復完畢，再進行降面等后續處理，這樣既可以從根本上解決裂紋的問題，又減小了降面厚度和加工時間。

②解決模具因局部早期損壞導致整副模具報廢的問題。

在生產過程中，經常會遇到這種情況：模具燕尾及鎖塊發生斷裂導致整套模具不能正常使用。

在這種情況下采取局部堆焊的形式對模具進行修復，不僅能夠延長模具的使用壽命還極大程度上減少了模具的成本費用。

③有效解決原材料浪費問題。

在實際加工中，模塊的鍛件毛坯出來后整體加工，鎖塊是完全同模具一起加工出來的，這樣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費用的增加。

現在通過堆焊的形式將鎖塊堆焊在模具本體上，極大程度的解決了模具材料成本及加工費用。

④解決模具加工失誤導致的浪費。

在加工過程中由于操作人員的失誤導致模具局部尺寸超差，造成模具不能使用，通過局部堆焊的形式能夠有效解決這一問題。

⑤解決廢棄模具的再利用問題。

實際成產過程中由于工廠產品結構轉型導致部分模具停用，這極大的浪費了資源，現在通過模具堆焊的形式將模具型腔填滿后再加工，很大程度上減少了模具的投入成本，有效地實現了廢舊模具再利用。

4 切邊模設計

在模鍛生產過程中，切邊模設計對產品表面質量起著重要作用。

如圖2所示，在實際生產過程中壁厚較薄處很容易發生形變、開裂等，導致生產過程中需要不斷對其打磨，避免由于其變形導致的產品表面質量問題。

然而切邊模凹模其主要作用只是在切邊過程中為鍛件提供一個均勻的受力，是否有必要將凹模嚴格按照熱鍛件整個加工出來？

在設計時我們直接將凹模壁厚較薄的這部分去除，這樣做不僅在很大程度上減少了原材料的浪費，而且極大的增大了切邊的使用壽命，降低了切邊模的加工費用。

5 結束語

在實際生產過程中，通過模具小改大、模具堆焊、切邊模設計這三種方法，能夠有效降低模具材料成本、加工成本、加工周期，極大地增加了模具的使用壽命，提高了產品的生產質量。

參 考 文 獻

[1] 中國機械工程學會鍛壓學會編.鍛壓手冊（第一卷）.