鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線中的模具管理

文/杜立東，趙春霞·中國(guó)重汽集團(tuán)（香港）有限公司濟(jì)南鑄鍛中心

鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線中的模具管理

文/杜立東，趙春霞·中國(guó)重汽集團(tuán)（香港）有限公司濟(jì)南鑄鍛中心

前鍛造企業(yè)面臨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈、產(chǎn)能過剩、勞動(dòng)力成本不斷上升、一線操作人員嚴(yán)重匱

目乏等諸多問題。企業(yè)探索加快轉(zhuǎn)型升級(jí)，向?qū)I(yè)化、自動(dòng)化和區(qū)域化生產(chǎn)方向的轉(zhuǎn)變，由原來的外延式發(fā)展向內(nèi)涵式發(fā)展轉(zhuǎn)變，致力于自身挖潛降低生產(chǎn)成本。

以鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)為標(biāo)志的鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線作為企業(yè)發(fā)展的方向，其模具管理始終圍繞著保證生產(chǎn)線效率和成本管理兩個(gè)方面開展。生產(chǎn)中由于模具磨損和發(fā)生故障而進(jìn)行的模具修理、模具更換等損失時(shí)間約占實(shí)際生產(chǎn)時(shí)間的15%～30%。據(jù)行業(yè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，國(guó)際先進(jìn)鍛造企業(yè)24h連續(xù)生產(chǎn)，實(shí)際有效生產(chǎn)時(shí)間也僅16.5h左右。因此，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的模具管理是增加鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線有效工作時(shí)間，提高自動(dòng)生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的重要環(huán)節(jié)。

影響鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線效率的模具管理問題

模具壽命

提高鍛造模具整體使用壽命是提高自動(dòng)生產(chǎn)線生產(chǎn)效率的直接手段。鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線所用模具根據(jù)工藝主要分為制坯模具、預(yù)鍛模具、終鍛模具、切邊模具和校正模具等。鍛造模具因其工作環(huán)境惡劣，反復(fù)受到高溫、高強(qiáng)度沖擊，相比其他工藝的模具壽命更短。根據(jù)其使用狀態(tài)，典型的鍛模失效類型有：磨蝕、熱疲勞裂紋、機(jī)械疲勞裂紋、粘著、塑性變形和脆性斷裂損壞，由于不正常操作或鍛模先天質(zhì)量不合格造成的非正常破壞或偶然失效。影響鍛造模具壽命的因素很多，諸如模具采用的材料，模具加工的熱處理工藝，鍛造工藝和模具設(shè)計(jì)是否合理，設(shè)備精度和剛度的影響，模具使用裝配精度，噴淋潤(rùn)滑是否合理，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)保養(yǎng)等等。

模具切換時(shí)間

減少換模時(shí)間，增加生產(chǎn)線有效工作時(shí)間可以提高鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。鍛造模具因其工作環(huán)境惡劣，反復(fù)受到高溫高強(qiáng)度沖擊，致使同一種產(chǎn)品或不同產(chǎn)品之間在鍛造自動(dòng)線上新舊模具更換成為現(xiàn)場(chǎng)模具管理常態(tài)工作之一。老式熱模鍛壓力機(jī)更換模具多采用地錨滑輪加行車方式拖拉模座更換模具，現(xiàn)在的鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線主壓力機(jī)等關(guān)鍵工藝鍛造設(shè)備為提高換模效率，普遍配有快速換模裝置，使用場(chǎng)外安裝調(diào)整完畢的整套模具模座來整體切換。這就要求模具、模座在設(shè)計(jì)和制造上模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化，尤其是模座與換模小車和壓機(jī)之間換裝工藝設(shè)計(jì)必須簡(jiǎn)單有效和可靠。

鍛造模具預(yù)熱時(shí)間

鍛造模具由于其熱加工工藝的特殊性，鍛造模具材料一般在200～300℃才具有綜合硬度、韌性和耐磨性，在此溫度范圍內(nèi)模具壽命最長(zhǎng)，故鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線鍛造生產(chǎn)前需進(jìn)行模具預(yù)熱。熱模鍛壓力機(jī)鍛造模

圖1 鍛造自動(dòng)線工裝模具作業(yè)流程圖

圖2 烤模架

具預(yù)熱方式普遍采用模具安裝完后在線火焰或熱坯料預(yù)熱，但也存在加熱不均后模具溫降快，滑塊長(zhǎng)時(shí)間受熱影響設(shè)備精度等問題。我們鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線參照國(guó)際先進(jìn)水平結(jié)合自己的實(shí)際使用情況，將鍛造模具預(yù)熱分成兩部分：先將裝配完模具的模座整體加熱保溫，待自動(dòng)換模小車完成模座更換后，再進(jìn)行鍛造模具在線加熱至工藝要求溫度。由于鋼鐵的比熱容（基本）是450J/(kg·℃），遠(yuǎn)小于空氣的比熱容1030J/(kg·℃），模座和模具的整體質(zhì)量大約在10000～20000kg之間，經(jīng)過一次加熱的模座和模具安裝到壓力機(jī)內(nèi)時(shí)，溫降速率低，再進(jìn)行在線預(yù)熱，可有效消除模具間隙，大幅壓縮更換模具后壓力機(jī)在線預(yù)熱模具時(shí)間，提高生產(chǎn)線的開機(jī)率。圖1為鍛造自動(dòng)線工裝模具作業(yè)流程，圖2為烤模架。

模具壽命差異

鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線上同一種產(chǎn)品不同工序模具壽命的差異形成木桶原理，造成整線效率的低下。鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線中，金屬變形量大，流動(dòng)劇烈，型腔復(fù)雜的鍛造模具使用壽命一般比切邊校正工序模具短很多，而制坯模具、預(yù)鍛模具和終鍛模具由于設(shè)計(jì)工藝的不同模具壽命也各不相同。這就造成了為更換整條生產(chǎn)線中某一個(gè)工序壽命到期的模具，整條生產(chǎn)線均需停機(jī)等待。這就要求模具設(shè)計(jì)時(shí)，優(yōu)化單機(jī)同一模座內(nèi)不同工步模具設(shè)計(jì)，使它們使用壽命相近；不同工藝設(shè)備間的模具使用壽命盡量設(shè)計(jì)成為整數(shù)倍關(guān)系。在實(shí)際鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線的模具更換時(shí)往往遵循著不同工序模具預(yù)計(jì)使用壽命小于生產(chǎn)線工序中最小模具壽命時(shí)，必須強(qiáng)制更換。

在線模具維護(hù)

為提高單套模具使用壽命，模具實(shí)際使用過程中的維護(hù)保養(yǎng)具有重要意義，鍛造模具使用時(shí)由于熱負(fù)荷反復(fù)加載，在磨蝕、熱疲勞、機(jī)械裂紋等缺陷出現(xiàn)初期，及時(shí)維護(hù)保養(yǎng)，可顯著減緩磨蝕和應(yīng)力集中缺陷發(fā)展速度，尤其在線修磨后可有效增加模具壽命。實(shí)際操作時(shí)，在線修磨模具必須有標(biāo)準(zhǔn)化作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和作業(yè)流程。

當(dāng)在線修磨出現(xiàn)等待模具冷卻時(shí)間t1+模具修磨時(shí)間t2≥自動(dòng)換模時(shí)間t3+模具預(yù)熱時(shí)間t4，為保證生產(chǎn)線效率，可以考慮利用自動(dòng)換模系統(tǒng)進(jìn)行模具更換。

結(jié)束語

鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率與成本兩者關(guān)系密切。高效的模具管理是鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線高生產(chǎn)效率的保證，但沒有成本觀念的效率很容易使努力成為空中樓閣，無源之水。熱模鍛自動(dòng)化生產(chǎn)線適合大規(guī)模，單一品類鍛件的生產(chǎn)，但是鍛造自動(dòng)化生產(chǎn)線的工藝適應(yīng)性、柔性化開拓也是充分利用現(xiàn)有資源，降低成本的發(fā)展方向。多品種產(chǎn)品在生產(chǎn)線上的開發(fā)應(yīng)用必然涉及到模具的更換調(diào)整。不同產(chǎn)品間的鍛造工藝差異越大，要求生產(chǎn)線模具管理柔性化、適應(yīng)性越強(qiáng)。鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線的模具現(xiàn)場(chǎng)管理作為生產(chǎn)管理的一個(gè)環(huán)節(jié)，其有效的工作一方面為自動(dòng)生產(chǎn)線的效率保障，同時(shí)也為工藝設(shè)計(jì)和模具制造的循環(huán)改進(jìn)提供數(shù)據(jù)反饋。鍛造企業(yè)模具管理從粗放到精細(xì)是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)，只有細(xì)化模具現(xiàn)場(chǎng)細(xì)節(jié)管理，才能最大程度的保障鍛造自動(dòng)生產(chǎn)線的有效工作時(shí)間，發(fā)揮其特點(diǎn)創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益最大化。