常規模鍛及精密鍛造中模具冷卻潤滑的應用與實踐（上）

文/鞠麗,孟俊·陜西法士特汽車傳動集團公司

陜西法士特汽車傳動集團公司始建于1968年，2017年產銷變速器超過100萬臺。法士特公司年需求齒輪5000萬只，大部分由法士特鍛造承制。法士特鍛造具備年產鍛件10萬噸的能力，在鍛造工藝、加工設備、模具管理等方面，均有非常成熟的體系和經驗。

圖1 自動線上常見鍛件品種

自動鍛造線上模具冷卻潤滑的應用與實踐

法士特公司作為汽車零部件生產商，鍛件需求量大，無論是在自動鍛造線上，還是普通的鍛壓機上，每年所消耗的工裝及輔料費用巨大。而脫模劑的選擇又直接關系到鍛造模具的有效使用壽命，因此如何選擇一款“性價比”較高的脫模劑就成為法士特鍛造節能降耗很關鍵的環節。

對自動鍛造線而言，選擇脫模劑的主要標準是：能保證連續生產、不能頻繁停機，模具壽命較長、不能頻繁換模，模具失效形式主要為磨損以便模具重復利用，以及單件鍛件的生產成本（含脫模劑費用、模具費用）最低。根據這幾個原則，我們進行了自動線的脫模劑實驗。

觀察自動鍛造線的常見鍛件品種（圖1）模具的失效形式，有一部分是如圖2所示的異常失效，這種類似“氣蝕”的開口失效形式在普通鍛壓機上從來沒有出現過。分析工藝及模具設計過程，為什么與普通鍛壓機基本一致的型腔設計思路，在自動鍛造線上卻會出現這樣完全不同的失效形式呢？經過一段時間的工藝驗證，我們發現，應該是與終鍛成形過程中，在模具和預鍛件接觸時形成了封閉腔體有關（圖3）。由于自動線的噴淋量更大，封閉腔體內部的液體在高溫環境下迅速汽化，在幾千上萬次的氣體“氣蝕”力作用下，模具便形成了圖2這種特殊的失效模式。據此思路，我們改進了自動鍛造線的型腔設計，基本避免了模具“氣蝕”異常失效。脫模劑實驗就選擇了這樣一個鍛件品種進行。

圖2 自動線模具異常失效

圖3 封閉腔體

實驗條件

⑴實驗設備：3500t自動鍛造線。

⑵使用模具：第3、4道為關鍵模具，更換脫模劑時全套換新；第4道上模為重點監控模具，各脫模劑品牌均使用同批次模具；第1、2道模具對實驗結果無影響，只在必要時更換。

評判標準

⑴脫模劑用量：日常生產配比為10%～15%，常用比例為12%，各脫模劑廠家可根據自己的產品性能推薦比例。

⑵下頂出力：下頂出力最大為10t，當超過10t時設備將報警，若頻繁報警，生產將會中斷。

⑶模具狀態：模具下線后對模具表面狀態進行對比。

實驗結果

⑴模具狀態。

1）模具是否出現“氣蝕”開口及出現時間。

本次實驗選擇了6種脫模劑，其中有兩種是我們日常在使用的，根據本次實驗的結果發現，在我們已經對模具型腔進行了改進、基本消除了“氣蝕”的情況下，使用3#～6#四個品種脫模劑的模具仍然出現這種異常失效，使用5#和6#脫模劑的模具甚至在僅生產了500～800件時即出現“開口”。使用6#脫模劑的模具不僅早期“開口”，甚至還引起鍛件頻繁跳模，導致生產無法正常進行，最后不得不終止實驗，觀察使用6#脫模劑的下線模具，雖然只生產了不到3000件，但其表面已經出現嚴重的徑向劃槽，說明潤滑狀態很差。而使用1#和2#脫模劑的模具則生產至8000件左右，表面狀態依然不錯。見圖4對比。

圖4 6種脫模劑“氣蝕”失效對比

2）其他模具表面狀態。

表1是6種脫模劑實驗完成后，模具使用情況的統計表，可以看到，除了終鍛上模“氣蝕”失效對比明顯以外，其余模具表面狀況差別也很大。例如使用3#和6#脫模劑：預鍛上模、預鍛下模表面均出現嚴重徑向溝槽報廢；終鍛下模第1件均異常開裂，換了第2件。使用4#和5#脫模劑：終鍛下模鑲塊均出現較深的環槽，不可再繼續使用。

⑵下頂出力。

3500t自動鍛造線在頂出力超過10t時會報警停機，需要更換預、終鍛下模鑲塊。本次實驗，使用3#、4#、6#脫模劑的模具均更換過下模鑲塊，甚至出現過下模鑲塊開裂。

⑶脫模劑用量。

實驗的6種脫模劑，1#～5#混合比例均按12%設定，6#則陸續由12%調整至20%、24%，最后在24%時才勉強能夠生產。因此理論上講，在生產相同數量鍛件時6#脫模劑的用量更大。

表1 自動鍛造線上模具使用情況統計

⑷自動鍛造線潤滑小結。

按照實驗結果，優先選用1#脫模劑，2#脫模劑作為備用。

需要特別說明的是，對于自動線，由于自動化程度高、生產節拍快，為保證模具使用壽命，避免出現“氣蝕”等異常失效形式，對模具的冷卻潤滑要求也更高，即不僅噴淋量更大，對脫模劑本身，除了需要關注黏度、濃度等基本參數外，還需要重點考慮如下兩個方面。

1）產氣量的影響：在同批次模具、同樣的噴淋狀態下，為什么3#～6#四個品種竟然在500～800件時就出現模具氣蝕開口，6#脫模劑甚至還引起鍛件頻繁跳模，這與脫模劑本身在高溫下汽化量有很大關系。

2）是否易于混合均勻：實驗中的6#脫模劑，初始設定12%（實測出口處濃度僅6%），頂出力大無法生產，陸續增加至20%、24%后，實測出口濃度也才8.8%、11%，最終按24%生產。觀察原液的下降量也異常，在24%的混合比例下，并未如預想的那樣快速下降，反而極其緩慢。觀察模具，約800件時出現開口，用至3000件，模具有深、長徑向溝槽。說明6#的易吸入性、易混合性差，導致最終的潤滑效果不佳。