鍛造設(shè)備與模具壽命探討

文/徐佳玉·江蘇龍城精鍛有限公司

模具是保證模鍛產(chǎn)品質(zhì)量的核心因素之一，模具的劣化直接影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。正因如此，控制模具壽命成了控制產(chǎn)品質(zhì)量的要點(diǎn)。

質(zhì)量預(yù)防是質(zhì)量管理的主要目的，將不良品遏制于未發(fā)之時(shí)是質(zhì)量管理的重要精神。正因如此，通過控制模具壽命防止由于模具劣化而帶來不良是模鍛過程中最常見的質(zhì)量預(yù)防手段。所以，我們的客戶無一例外的要求我們定義和管控模具壽命。

但是，模具壽命卻往往說易行難。因?yàn)槿绻麤]有精細(xì)的控制，模具壽命很可能大幅波動(dòng)，僅模具壽命的定義就能難倒一大片。如果壽命值定的過低，成本大幅上升，老板無法接受；壽命值定得過高則無法真正控制質(zhì)量。于是通過模具壽命來控制質(zhì)量就好像是鏡中花水中月。

也常聽到各種聲音，有人為了應(yīng)對客戶審核，雖然定義了模具壽命，但是沒有實(shí)際管控；也有人批判模具壽命管理給企業(yè)帶來了更高的成本；還有人說，模具好不好通過檢驗(yàn)產(chǎn)品來判定即可，沒有必要通過控制模具來保證產(chǎn)品質(zhì)量。

首先，我想暫時(shí)不談模具壽命管控的必要與否，而是想先看看模具壽命管理為什么那么難。正如上文所講，模具壽命的管理在一開始就卡殼，因?yàn)槟＞邏勖亩x往往十分困難。既然模具壽命管理最頭痛的是定義合理的模具壽命，那就先從這里開始我們的模具壽命管理探究之路。

要想定義一個(gè)合理的模具壽命，首要條件是使模具壽命能夠穩(wěn)定在一個(gè)合理的區(qū)間內(nèi)。那么，如何使模具壽命穩(wěn)定在一個(gè)合理的區(qū)間內(nèi)呢？既然談到穩(wěn)定，就不得不來考慮使模具壽命不穩(wěn)定(即波動(dòng))的因素有哪些。

一談到影響模具壽命的因素，稍有經(jīng)驗(yàn)的人都能說上一長串：模具的材質(zhì)、模具的相關(guān)尺寸、模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模具熱處理的質(zhì)量、鍛造過程中的溫度、鍛造過程中工件或設(shè)備對模具的作用力、加工節(jié)拍、模具的潤滑、模具的預(yù)熱等等。

但是今天，首先要來探討的卻是另外一個(gè)因素——設(shè)備！

不同型號(hào)鍛造設(shè)備對鍛造模具壽命的影響分析

對現(xiàn)場或工程有經(jīng)驗(yàn)的人應(yīng)該都知道，設(shè)備對于模具壽命是有影響的，比如同一種產(chǎn)品，在1000t 設(shè)備上生產(chǎn)和在3000t 設(shè)備上生產(chǎn)，模具壽命會(huì)有顯著差異。

通過對某產(chǎn)品2018 ～2019 年某時(shí)段內(nèi)分別在300t 鍛造設(shè)備和600t 鍛造設(shè)備生產(chǎn)的模具壽命數(shù)據(jù)的整理，選取同種模具、同種失效形式的模具壽命數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析(注：這些數(shù)據(jù)均來自于同品號(hào)、同種表面處理、同材質(zhì)的模具)，數(shù)據(jù)整理分析后結(jié)果如圖1 所示。

從圖1 中不難看出，該產(chǎn)品在300t 和在600t 上生產(chǎn)時(shí)，被研究的模具壽命顯著不同。為了量化兩者不同，分別對壽命達(dá)到2000 件、4000 件、6000 件、8000 件、10000 件時(shí)模具仍未失效的概率（簡稱生存概率）進(jìn)行了估計(jì)，估計(jì)的結(jié)果見表1。

表1 模具在不同型號(hào)設(shè)備上使用時(shí)不同壽命水平下的生存 概率估計(jì)結(jié)果

從表1 中，我們可以看到懸殊的差距，而這個(gè)時(shí)間段的數(shù)據(jù)告訴我們，設(shè)備的型號(hào)有可能對模具壽命的影響是十分顯著的。而通過對其他產(chǎn)品的數(shù)據(jù)分析，也得到了同樣的結(jié)果。限于篇幅原因，此處暫時(shí)省略其他產(chǎn)品研究的相關(guān)細(xì)節(jié)。

同型號(hào)同規(guī)格的鍛造設(shè)備對鍛造模具壽命的影響分析

不同噸位的鍛造設(shè)備對于同一種產(chǎn)品的模具壽命是會(huì)有顯著影響的，那么，對于同噸位、同型號(hào)的鍛造設(shè)備對模具壽命又會(huì)有什么影響呢？

我們拿2019 年的模具壽命數(shù)據(jù)，選取了其中用量最多的某產(chǎn)品的預(yù)下模具，并從所有該產(chǎn)品的預(yù)下模具中選取失效發(fā)生率最高的A 失效為研究對象，并從數(shù)據(jù)中選出生產(chǎn)數(shù)據(jù)最多的5 臺(tái)設(shè)備進(jìn)行分析，這5 臺(tái)設(shè)備分別為123-A、123-B、123-C、123-D、123-E.，分析結(jié)果如圖2 所示。

不難看出，同種產(chǎn)品同種失效形式的模具壽命在不同設(shè)備上是有明顯差別的。通過假設(shè)檢驗(yàn)，即用統(tǒng)計(jì)方法在考慮了波動(dòng)后，進(jìn)行判定的結(jié)果仍然是同型號(hào)不同編號(hào)的設(shè)備對模具壽命的影響是顯著的。

對每臺(tái)設(shè)備下，模具的同種失效模式的生存概率(即到壽命值時(shí)還沒有發(fā)生失效的概率)進(jìn)行估計(jì)，得到結(jié)果見表2、圖3 所示。

不難看出，被研究的模具在123-A、123-E 上在各壽命水平上的仍末失效的概率都比其他設(shè)備高，而123-D 為最低。

顯然，基于歷史數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果可得，即使同型號(hào)的設(shè)備，對于同種產(chǎn)品、同種模具的壽命也有較大的影響。

現(xiàn)在讓我們回到模具壽命管理這個(gè)主題上來，要能夠開展模具壽命管理，首先要使模具壽命能夠穩(wěn)定在一個(gè)合理的區(qū)間內(nèi)，也就是要盡可能減少外部因素對模具壽命的影響。那么，通過對設(shè)備的研究，我們能夠知道，對于同一種產(chǎn)品如果能夠定線生產(chǎn)，則模具壽命會(huì)相對穩(wěn)定。換言之，在不同的設(shè)備上生產(chǎn)同產(chǎn)品時(shí)，可能需要定義不同的模具壽命。

所以，當(dāng)我們定義了一個(gè)模具的壽命，但產(chǎn)品被安排在不同生產(chǎn)線上生產(chǎn)時(shí)，那么這個(gè)固定的模具壽命很可能不能用來控制過程質(zhì)量。同樣的，當(dāng)產(chǎn)品不能定線生產(chǎn)，那么在做模具壽命的統(tǒng)計(jì)分析時(shí)也會(huì)帶來很多的誤導(dǎo)，以至霧里看花，只覺模具壽命變幻莫測而無從下手。

比如，原本在123-A 上生產(chǎn)時(shí)模具平均壽命為20558 件，后來產(chǎn)品被移到123-D 上生產(chǎn)，得到的平均壽命為12235 件，模具壽命明顯降低了，但這是否意味著模具本身的質(zhì)量或者性能變差了呢？我想，答案是顯而易見的。

表2 模具在同型號(hào)多臺(tái)設(shè)備上使用時(shí)不同壽命水平下的生存概率的估計(jì)結(jié)果

模具壽命進(jìn)一步研究的思考

那么為什么同規(guī)格的不同設(shè)備對模具壽命會(huì)有顯著的差異？是因?yàn)樵O(shè)備老舊？還是由于操作人員的操作差異？或者有其他的原因？

進(jìn)一步的分析是有意義的，但是如果僅限于歷史數(shù)據(jù)的分析，則這些更深層次的分析已經(jīng)無法繼續(xù)。因?yàn)闅v史數(shù)據(jù)中的設(shè)備、班組之間沒有固定的配對關(guān)系，班組與班組間也沒有固定的配對關(guān)系，所以無法分層分析。

模具壽命的影響因素是非常復(fù)雜的，通過對個(gè)別產(chǎn)品的同一類模具的歷史數(shù)據(jù)的粗略分析，雖然能看到設(shè)備對其有顯著的影響，但也發(fā)現(xiàn)設(shè)備因素對模具壽命波動(dòng)的貢獻(xiàn)不到25%，究竟其他哪些因素是主要影響因素，對壽命波動(dòng)的影響究竟有多大貢獻(xiàn)，這需要進(jìn)行大量有針對性的試驗(yàn)、跟蹤與分析才能得出。

到此，我們得到的結(jié)論是，設(shè)備/產(chǎn)線對模具壽命是有顯著影響的，在產(chǎn)品不能定線生產(chǎn)的情況下，對模具壽命進(jìn)行分析或定義時(shí)，必須將設(shè)備作為需考慮的因素之一。