镶块模模体脆性断裂原因分析与预防

　　近几年，某公司接连发生几起锻造镶块模模体脆性断裂损坏的事故。根据多年企业工作的实践经验，经过对生产过程的每个环节进行分析，影响因素主要应从模锻生产过程中的设备选择、模具设计、坯料加热、模体预热、操作及管理等方面去考虑。通过采取有效的预防措施，最终减少模体脆性断裂的发生。

　　1. 模体脆性断裂主要原因

　　（1）设备选择不当 由于我国大吨位液压支架发展较快，锻件相应越来越大，模锻锤吨位需求加大，设备选择不当体现在：①设备吨位不足。生产大锻件时模锻锤吨位偏小，设备超负荷运行，势必增加打击次数，加重了模体负担。②模体尺寸偏小。因受小设备工作空间的限制，模体几何尺寸偏小，强度相对较低。在最后成形打靠阶段，锻件变形量很小，但所需模锻力最大（如图1所示）。锤的冲击能量有相当大的部分被模体吸收，并在模体的拐角等截面变化较大的部位（如燕尾根部）产生很强的应力集中。在冲击力的反复作用下此处慢慢产生裂纹，并迅速扩展而断裂。

　　（2）模具设计不周 模具设计尺寸不当。本案例锻造技术标准一直沿用相关手册的有关规定，对于中小型锻件来说没有问题，对大锻件来说就不太适用生产情况。如按手册中推荐数据设计飞边仓部高度尺寸显得偏小，毛边在整个成形过程中都被挤在仓部中参与变形，使锻造力成倍增长，模体受力加重，是产生裂纹的重要原因之一。制坯形状不规范。生产中所用镶块模都是单模膛终锻成形，自由锻进行制坯。制坯件外形比较粗放，与终锻模膛外形差异较大，在成形阶段容易过早出现飞边，因此增大了变形力。

　　（3）坯料加热不足 坯料加热温度达不到始锻要求，造成锻件成形的真实流动应力大，从而使锻造力增大。这主要是由以下几个方面的原因造成：①煤气热值低。由于煤气质量问题，炉内达不到所需的燃烧温度。②煤气灰分多。清洗效果差，灰分含量高，造成煤气管道堵塞，破坏了喷嘴的空气动力效应。使喷嘴吸风量下降，煤气燃烧不充分，造成温度下降。③煤气水分大。因管道短、流速大，清洗时混进煤气中的水分来不及分解，蒸发时带走大量热量，从而使炉温降低。④炉喷嘴老化。加热炉喷嘴陈旧落后，热效率低，炉温低。⑤加热时间短。坯料放入加热炉时间不够，或测温技术落后。

　　（4）模体预热欠佳 模体预热温度不足。模体工作温度很低，致模体材料的冲击韧度低，脆性高，从而易产生裂纹，并扩展迅速。模体预热温度不均。预热手段落后，保温时间短，造成在燕尾根部与模体主体部分有温差，存在温度应力，并在冲击力的联合作用下易形成裂纹。

　　（5）生产管理不严 在模体进料、设计、制造及使用的整个过程中没有相关的规章制度，导致一系列影响模体寿命的情况出现。如一次5t模锻镶块模下模体的损坏，经化验材料存在质量问题；另一次损坏的主要原因是锤常在超载下工作，锤的受力部位变形严重，造成塌陷，使模体的肩部与销相接触，在冲击力作用下，燕尾根部受拉应力作用，形成裂纹造成损坏。

　　（6）操作方法粗暴 操作时，在锻靠阶段没有适当调整锤的冲击速度，使锤接触锻件时的速度过高。由下列公式可知，锻靠阶段锻件线变形量S1很小，砧座移动量S1也很小。打击速度v1大时，则造成冲击力P很大，从而加大了模体负荷。

　　2. 模体脆性断裂的预防

　　通过以上分析得知，模体脆性断裂损坏的原因主要是由锻造力过大、模体预热温度低及管理、操作等环节的失误联合作用造成的。下面着重从这几个方面谈一下预防措施。

　　（1）控制锻造力 为了直观、清晰地分析锻造力过大的原因，如图2所示，采用因果图表达存在的问题，并由此找出解决问题的办法。

　　
图2 锻造力过大因果示意

　　从图上可看出，锻造力过大有加热、技术及操作等方面的原因，现针对它们提出改进措施：

　　①控制加热温度。大多数材料的加热始锻温度要求在1200℃，经检测，实际温度仅有1000～1100℃，甚至更低，这势必会造成锻造力过大。要提高加热温度应采取如下措施：加热操作方面，主要是提高操作者的责任心与工作素质，只有这样才能提高炉温和坯料的加热温度，降低从出炉到上锤的时间。加热技术方面，一直使用直焰喷射式烧嘴的室式煤气加热炉，炉子的废热直接排放，烧嘴的燃烧效率和炉加热效率均较低。经试验，采用平焰烧嘴可使炉温在正常情况下提高150～200℃，将锻造力降低约33%。加热配合方面，要求供煤质量高，煤气站保证煤气的热值、含硫、含水及压力在合格的范围内，从而提高炉温，降低锻件材料的氧化附加量，达到降低锻造变形力的目的。

　　②完善设计技术。飞边槽设计时应加高仓部的高度，或在飞边槽桥部外围加工成多阶梯形仓部。使飞边在向外扩展流动时能脱开上下模的合击不参与整个成形过程的变形。与模块脱离接触也可降低温度下降速度，使材料的流动应力保持在一个较低值，这样可降低大约35%变形力。提高制坯设计精度，使之形状与终锻型槽形状接近。同时使周围飞边均匀，材料富裕量小，锻靠阶段的金属流出量少。也可避免过早出现飞边参于模内变形的情况发生，从而降低变形力。算料要精确，否则料过大，整个模腔内的金属在变形时的压应力均较大，易造成型腔的胀形（最大胀形量可达4%左右），最终使锻造变形力增大。

　　③提升操作水平。对模体危害较大的另一方面就是错误操作。有时坯料在跳模、连锤时，使坯料在型腔中偏移了正常位置，这时操作者为挽救坯料，有可能会使用超过正常锻造冲击力的操作方法进行连击。为了避免上述情况的发生，操作者应努力提高操作技能，精心操作，杜绝错误的发生。锻造时集体操作，班组成员的密切配合是相当重要的。拉料工应当掌握好坯料的出炉时间，不要太早，以免在等待时料温降低。另外，去氧化皮、运料、放料等辅助操作也应力求迅速、准确，尽量减少料的停留时间，保证坯料有较高的始锻温度。公司生产模锻件时习惯用锯末作为型腔的脱模剂，但锯末在金属流动时并无润滑作用，使金属与型腔处于干摩擦状态，因而摩擦因数较大。如果能采用石墨润滑剂降低摩擦因数0.1，那么在同等情况，锻造力可降低7.6%。对于出现异常情况的工件，如料大（料头）、温度低及粘模等，操作者应及时调整锻锤冲击力，或者进行重新加热，不要图一时省事，增加打击力，给模体造成危害。

　　（2）提高模体预热温度 一般要求预热温度在150～300℃，而实际只能达到100℃甚至以下，这里主要指下模体的温度难以达到所需要求。模体工作温度较低，其冲击韧度较低，因而下模体断裂报废的比例比较高。要解决此问题，就应改变公司现用的预热方式。

　　加大烘烤面。除保留在上下模体之间烘烤外，还可焊制专用于在模体两侧进行烘烤的燃烧器，最好能使烘烤火焰包围整个下模体的根部。加大了烘烤面积，又因热气流的附壁效应紧贴模体，隔绝了下模体温度散热途径，使预热效率提高。且模体的裂纹源一般均产生于燕尾根部。采用这种烘烤方式能提高燕尾部分的预热温度，提高其冲击韧度，减少裂纹的产生。

　　制订预热制度。为增强操作者科学预热模体的意识，可用红外测温仪来测温，代替目测预热温度。并制订预热制度，凡低于规定预热温度时不能进行操作，以保证模体工作温度处于最佳状态。

　　（3）建立管理规章制度 建立一整套的规章制度，以保证锻模在进料、检验、设计、制造、生产使用及日常维护各环节都处于最佳工作状态。制度的内容应从以下几个方面进行规定：①有激励性。应在利益、荣誉和责任等方面有所规定，以激励操作人员的积极性，充分调动人员的内在潜力，提高技术理论知识与操作技能。②能适应动态变化。制度能在动态生产环境中随时随机地规范操作方法及模具使用情况。如模体两肩在模具制造加工完成时，与砧座安装配合是有间隙的，在生产过程中，砧座发生变形，配合的相关尺寸发生了变化，肩部与砧座或销子有了接触。随着生产的进行，就会使燕尾处产生拉应力，进而使应力集中处产生裂纹。如果规章制度中有适应变化的条款，随时检验有关尺寸，就可及时消除事故隐患。③具备档案作用。规定从模体进料、设计、制造、使用到损坏都有档案型的记录，以便分析和研究，为提高模体寿命积累资料。同时也可根据记录安排好新模体的投入，掌握不同模体对产品质量保证能力的科学数据。

　　3. 结语

　　综上所述，预防模体脆性断裂主要应从降低变形力、预热及管理等方面加以考虑。如果能在每一次工作前都对上述影响因素作一检查，及时纠正错误，消除不良影响，模体寿命就一定会有大幅提高。以上是一些生产实践中的经验之谈，可供各位同行们工作中参考。

声明：本网站所收集的部分公开资料来源于互联网，转载的目的在于传递更多信息及用于网络分享，并不代表本站赞同其观点和对其真实性负责，也不构成任何其他建议。本站部分作品是由网友自主投稿和发布、编辑整理上传，对此类作品本站仅提供交流平台，不为其版权负责。如果您发现网站上所用视频、图片、文字如涉及作品版权问题，请第一时间告知，我们将根据您提供的证明材料确认版权并按国家标准支付稿酬或立即删除内容，以保证您的权益！联系电话：010-58612588 或 Email:editor@mmsonline.com.cn。