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某起落架鍛件模具的磨損原因分析及改進措施

鍛造是一種復雜的塑性加工技術,其中熱模鍛是較為常見和重要的鍛造方式。模鍛過程中鍛件質量的好壞受多種因素的影響,而模具的好壞則直接影響鍛件的質量、成本、生產率和市場競爭力。實際鍛造過程中,鍛模通常在極高的動載荷或靜載荷反復作用下工作,其工作應力極高,工作條件非常苛刻,工作時鍛模的預熱、冷卻、潤滑、氧化皮影響等,都直接影響模具使用情況,所以要盡可能的去改善,以延長模具的使用壽命。


前期我公司生產的一種航空起落架模鍛件的模具磨損情況較為嚴重,修模頻率較高,嚴重影響著產品的制造周期和成本。本文基于這一實際問題,首先通過對生產現場的還原,分析了模具磨損嚴重的原因;然后通過現場試驗,找到了改進措施;最終通過產品批量生產來進行驗證,模具磨損嚴重的問題得到了有效解決。


原因分析

從圖1(a)可以看出,模具型腔高包處溫升嚴重;經測溫后,該處模具型腔表層溫度在650℃以上。其主要原因是坯料的始鍛溫度很高(>1000℃),連續生產時模具型腔溫度通常在400℃以上,有時甚至高達600℃,采用石墨潤滑劑后生成的潤滑膜失去了原有的潤滑效果;同時在此高溫條件下,也會給操作工人的噴灑潤滑工作帶來很大困難,往往會有潤滑不均勻、不到位的情況。


在這樣的情況下,鍛件在成形過程中就會與模具型腔發生干摩擦,導致模具型腔局部溫升嚴重,表層溫度與熱擴散層深度將迅速增加,從而使模具表面硬度下降,模具抗變形與抗磨損能力均減弱;在較大、復雜的交變載荷作用下,成形較復雜的型腔部位將會發生變形。圖1(b)為模具冷卻后模具型腔真實損壞情況,從圖中可以看出,該處已嚴重變形、塌陷,無法滿足鍛件正常生產。


使用該模具期間,生產的鍛件多件出現了局部缺肉現象(圖2)。當缺肉量較大時,將會影響到零件的加工,甚至有產品報廢的風險。經過對模具型腔的檢查,發現模具型腔對應位置已經發生嚴重變形和塌陷。初步判定:鍛件缺肉和模具型腔對應位置的變形、塌陷有很大關系。

解決措施

針對上述問題,我公司技術人員經過分析論證,提出了如下解決措施。


⑴模具修復。

目前模具已無法滿足鍛件正常生產要求,須對模具進行及時維修(補焊、氣刨、打磨等)以防缺陷(圓角處隆起、凸起部分變形、塌陷)進一步擴大。修模后要求模具型腔光滑,如圖3所示。

⑵合理降溫。

鍛造過程中,模具溫升是不可避免的,所以實際生產中要嚴格監控模具型腔溫度;若模具型腔溫度過高,會使得型腔退火,硬度降低,造成模具過早塌陷磨損。當每件鍛件壓制完成后,先用風管進行風冷降溫,并去除干凈型腔內雜物。


⑶充分潤滑。

生產過程中要對模具進行充分潤滑。當模具型腔溫度降至400℃以下時,向模具型腔均勻噴灑石墨潤滑劑,即起到模具潤滑作用。鍛件壓制前,上下模的模具型腔均加蓋一種帶潤滑功能的復合纖維布(圖4),以進一步提升潤滑效果。


結果驗證

采用上述措施后,連續生產20余批次的鍛件進行了現場驗證。每批次生成完成后,進行模具型腔表面檢查,發現模具表面質量仍然良好,現只需要通過簡單地局部打磨光滑甚至不打磨,就可滿足正常生產要求。這樣一來,大幅減少了模具修模次數,提高了生產效率。


圖5為優化后終鍛件成形情況。從圖中可以看出,鍛件表面無成形缺陷,缺肉問題得到有效解決。

結論

通過修復模具、合理降溫、合理潤滑等措施,解決了模具長期容易局部磨損、變形甚至塌陷的問題,有效解決了鍛件成形缺肉的問題。



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