張 軍

（揚(yáng)力集團(tuán)股份有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225127）

1 引言

熱鍛過(guò)程中，鍛件溫度常常會(huì)達(dá)到1000℃以上，模具溫度會(huì)隨連續(xù)使用時(shí)間的延長(zhǎng)而升高，是影響鍛模壽命的重要因素之一[1]，而且溫升過(guò)高還會(huì)影響鍛件的精度、綜合力學(xué)性能；另一方面，過(guò)度冷卻模具也會(huì)影響其高溫韌性，還會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力，對(duì)模具本身及鍛件也不利[2]；同時(shí)，模具模膛表面各個(gè)部位在熱鍛過(guò)程中的溫度場(chǎng)并不均勻，有的溫升高，有的溫升低。因此，設(shè)計(jì)出合適的噴霧冷卻系統(tǒng)對(duì)模具進(jìn)行合理有效的冷卻就顯得尤為重要[3]。

從熱源產(chǎn)生的角度來(lái)說(shuō)，鍛件與模具之間除了熱傳遞，還有相互間摩擦也是模具溫度升高的原因，減少它們之間的摩擦可以延長(zhǎng)模具壽命[4]。另外，模具表面需要及時(shí)潤(rùn)滑以防止粘連，選擇合適的潤(rùn)滑劑，可以有效地降低變形金屬與模膛表面的摩擦和變形抗力，減少模具的磨損和促進(jìn)鍛件成形，提高鍛件質(zhì)量[5]。模具的潤(rùn)滑情況對(duì)鍛件的成形極為重要，在生產(chǎn)過(guò)程中，必須保證良好的潤(rùn)滑條件才能保證鍛件質(zhì)量與模具壽命。此外，模具溫度不僅需要通過(guò)模具結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)進(jìn)行控制，而且還需要在模具外部采取噴淋冷卻措施，這就需要在進(jìn)行物料輸送系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮。

揚(yáng)力集團(tuán)正是在此背景下針對(duì)熱模鍛生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)潤(rùn)滑冷卻裝置進(jìn)行了研發(fā)。實(shí)際應(yīng)用表明，該系統(tǒng)運(yùn)行良好，能在鍛件取出模具后對(duì)模具表面進(jìn)行自動(dòng)清掃、冷卻和潤(rùn)滑。該裝置的研發(fā)對(duì)延緩熱模鍛生產(chǎn)線(xiàn)模具磨損和熱疲勞等，延長(zhǎng)模具壽命，保證鍛件表面質(zhì)量有重要意義。

2 自動(dòng)潤(rùn)滑冷卻裝置研發(fā)

2.1 總體方案設(shè)計(jì)

精密鍛造工藝過(guò)程中，模具的工況非常惡劣，主要體現(xiàn)在：①成形過(guò)程中，鍛件由于變形、冷卻等作用，會(huì)產(chǎn)生氧化皮，若不及時(shí)清除將直接影響鍛件精度和模具壽命；②多工位熱鍛成形生產(chǎn)節(jié)拍快，鍛造過(guò)程中模具工作部分溫度急劇升高，模具冷卻不充分，會(huì)直接影響模具壽命；③材料在變形過(guò)程中與模具表面會(huì)產(chǎn)生高壓、高溫作用，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生較大的滑移速率，模具表面的潤(rùn)滑效果不僅影響成形過(guò)程中的材料流動(dòng)進(jìn)而影響鍛件質(zhì)量，而且還會(huì)影響在制品與模具之間的摩擦狀態(tài)進(jìn)而影響模具壽命。因此，如何實(shí)現(xiàn)模具表面聚集的氧化皮的快速清理、模具快速均勻散熱以及模具表面充分潤(rùn)滑，已成為多工位熱鍛成形工藝應(yīng)用的技術(shù)瓶頸之一。據(jù)此，設(shè)計(jì)了自動(dòng)潤(rùn)滑冷卻裝置總體系統(tǒng)方案如圖1所示。

2.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)

潤(rùn)滑液采用水基石墨乳溶劑（石墨乳），按照設(shè)定要求噴射出壓縮空氣霧化后的石墨乳潤(rùn)滑冷卻劑混合氣體，使?jié)櫥牧夏茉诙虝r(shí)間內(nèi)在模具內(nèi)表面迅速形成充分、穩(wěn)定、均勻的潤(rùn)滑薄膜，對(duì)模具表面冷卻潤(rùn)滑。自動(dòng)潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)原理圖如圖2所示，攪拌均勻的石墨乳溶液通過(guò)氣動(dòng)泵加壓后與壓縮空氣混合送至模具四個(gè)工位的上下模噴嘴，經(jīng)噴嘴霧化后噴射到高溫型腔表面。噴霧裝置工作時(shí)，壓縮空氣經(jīng)二聯(lián)件濾除水分等雜質(zhì)，經(jīng)調(diào)壓閥將壓力調(diào)至合適值后經(jīng)壓縮空氣軟管到噴嘴，驅(qū)使通過(guò)管道送到噴嘴的石墨乳霧化噴出。

此外，石墨乳調(diào)配濃度對(duì)潤(rùn)滑效果有較大的影響。若石墨濃度偏高，不但增加生產(chǎn)成本，還容易造成噴淋頭堵塞、模具表面粘氧化皮，進(jìn)而降低鍛件表面質(zhì)量；若石墨含量偏低，則潤(rùn)滑效果降低，鍛件有時(shí)甚至無(wú)法順利出模。

設(shè)計(jì)的自動(dòng)潤(rùn)滑冷卻系統(tǒng)如圖3所示，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖4所示，為了調(diào)節(jié)噴霧流量和噴霧速度，在噴嘴上安裝了冷卻潤(rùn)滑液流量調(diào)節(jié)閥。上下模噴嘴安裝在三次元機(jī)械臂的夾爪之間，如圖5所示，夾爪從模腔中取走鍛件移動(dòng)到中間位置時(shí)系統(tǒng)控制電磁閥動(dòng)作打開(kāi)冷卻潤(rùn)滑氣霧，清潔、冷卻、潤(rùn)滑模腔。

使用的水基石墨乳顆粒度400目，約為38μm，每次噴淋量大約100ml。在實(shí)際生產(chǎn)試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)噴嘴的結(jié)構(gòu)、布局及數(shù)量對(duì)冷卻效果影響較大，初始設(shè)計(jì)的噴嘴為單噴嘴結(jié)構(gòu)，如圖6a所示，上下通過(guò)多個(gè)小孔向模具表面噴射，該結(jié)構(gòu)冷卻效果較差，連續(xù)使用模具溫度超過(guò)了300℃，難以保證模具壽命。在此基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)多次改進(jìn)，改為多噴嘴結(jié)構(gòu)，如圖6b。

該裝置的應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)情況如圖7所示。經(jīng)試驗(yàn)，目前冷卻、潤(rùn)滑效果很好，連續(xù)鍛壓生產(chǎn)后模具的表面溫度基本保持在100～120℃之間。

綜上所述，多工位熱模鍛生產(chǎn)線(xiàn)配套的自動(dòng)潤(rùn)滑冷卻裝置，可按照設(shè)定噴射出壓縮空氣霧化石墨乳混合氣體，短時(shí)間內(nèi)在模具內(nèi)表面迅速形成充分、穩(wěn)定、均勻的潤(rùn)滑薄膜，對(duì)模具表面冷卻潤(rùn)滑。

3 總結(jié)

在分析了熱模鍛生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)潤(rùn)滑冷卻裝置功能需求的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了該裝置的總體方案，研制了石墨乳氣霧潤(rùn)滑冷卻裝置并進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。結(jié)果表明，該裝置能在鍛件取出模具后對(duì)模具表面進(jìn)行自動(dòng)清掃、冷卻和潤(rùn)滑，對(duì)延緩模具磨損和熱疲勞、延長(zhǎng)模具壽命、保證鍛件表面質(zhì)量有重要意義。