某起落架鍛件模具的磨損原因分析及改進(jìn)措施

文／羅恒軍，孟斌，張海成，謝靜·中國(guó)二重萬(wàn)航模鍛公司

鍛造是一種復(fù)雜的塑性加工技術(shù)，其中熱模鍛是較為常見和重要的鍛造方式。模鍛過(guò)程中鍛件質(zhì)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(zhì)量、成本、生產(chǎn)率和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。實(shí)際鍛造過(guò)程中，鍛模通常在極高的動(dòng)載荷或靜載荷反復(fù)作用下工作，其工作應(yīng)力極高，工作條件非常苛刻，工作時(shí)鍛模的預(yù)熱、冷卻、潤(rùn)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(zhǎng)模具的使用壽命。

前期我公司生產(chǎn)的一種航空起落架模鍛件的模具磨損情況較為嚴(yán)重，修模頻率較高，嚴(yán)重影響著產(chǎn)品的制造周期和成本。本文基于這一實(shí)際問題，首先通過(guò)對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的還原，分析了模具磨損嚴(yán)重的原因；然后通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，找到了改進(jìn)措施；最終通過(guò)產(chǎn)品批量生產(chǎn)來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，模具磨損嚴(yán)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(yán)重；經(jīng)測(cè)溫后，該處模具型腔表層溫度在650℃以上。分析其主要原因是由于坯料的始鍛溫度很高（＞1000℃），連續(xù)生產(chǎn)時(shí)模具型腔溫度通常在400℃以上，有時(shí)甚至高達(dá)600℃，采用石墨潤(rùn)滑劑后生成的潤(rùn)滑膜失去了原有的潤(rùn)滑效果；同時(shí)在此高溫條件下，也會(huì)給操作工人的噴灑潤(rùn)滑工作帶來(lái)很大困難，往往會(huì)有潤(rùn)滑不均勻、不到位的情況。在這樣的情況下，鍛件在成形過(guò)程中就會(huì)與模具型腔發(fā)生干摩擦，導(dǎo)致模具型腔局部溫升嚴(yán)重，表層溫度與熱擴(kuò)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；在這較大的、復(fù)雜的交變載荷作用下，成形較復(fù)雜的型腔部位將會(huì)發(fā)生變形。圖1(b)為模具冷卻后模具型腔真實(shí)損壞情況，從圖中可以看出，該處已嚴(yán)重變形、塌陷，無(wú)法滿足鍛件正常生產(chǎn)。

使用該模具期間，生產(chǎn)的鍛件多件出現(xiàn)了局部缺肉現(xiàn)象(圖2)。當(dāng)缺肉量較大時(shí)，將會(huì)影響到零件的加工，甚至有產(chǎn)品報(bào)廢的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)過(guò)對(duì)模具型腔的檢查，發(fā)現(xiàn)模具型腔對(duì)應(yīng)位置已經(jīng)發(fā)生嚴(yán)重變形和塌陷。初步判定：鍛件缺肉和模具型腔對(duì)應(yīng)位置的變形、塌陷有很大關(guān)系。

解決措施

針對(duì)上述問題，我公司技術(shù)人員經(jīng)過(guò)分析論證，提出了如下解決措施。

⑴模具修復(fù)。

目前模具已無(wú)法滿足鍛件正常生產(chǎn)要求，須對(duì)模具進(jìn)行及時(shí)維修（補(bǔ)焊、氣刨、打磨等）以防缺陷（圓角處隆起、凸起部分變形、塌陷）進(jìn)一步擴(kuò)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(guò)程中，模具溫升是不可避免的，所以實(shí)際生產(chǎn)中要嚴(yán)格監(jiān)控模具型腔溫度；若模具型腔溫度過(guò)高，會(huì)使得型腔退火，硬度降低，造成模具過(guò)早塌陷磨損。當(dāng)每件鍛件壓制完成后，先用風(fēng)管進(jìn)行風(fēng)冷降溫，并去除干凈型腔內(nèi)雜物。

⑶充分潤(rùn)滑。

生產(chǎn)過(guò)程中要對(duì)模具進(jìn)行充分潤(rùn)滑。當(dāng)模具型腔溫度降至400℃以下時(shí)，向模具型腔均勻噴灑石墨潤(rùn)滑劑，即起到模具潤(rùn)滑作用。鍛件壓制前，上下模的模具型腔均加蓋一種帶潤(rùn)滑功能的復(fù)合纖維布（圖4），以進(jìn)一步提升潤(rùn)滑效果。

結(jié)果驗(yàn)證

采用上述措施后，連續(xù)生產(chǎn)20余批次的鍛件進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證。每批次生成完成后，進(jìn)行模具型腔表面檢查，發(fā)現(xiàn)模具表面質(zhì)量仍然良好，現(xiàn)只需要通過(guò)簡(jiǎn)單地局部打磨光滑甚至不打磨，就可滿足正常生產(chǎn)要求。這樣一來(lái)，大幅減少了模具修模次數(shù)，提高了生產(chǎn)效率。

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

結(jié)論

通過(guò)修復(fù)模具、合理降溫、合理潤(rùn)滑等措施，解決了模具長(zhǎng)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。