温锻模具的冷却与润滑 - 图文.docx

温锻模具的冷却与润滑 - 图文 钢铁温锻的冷却与润滑江苏森威精锻有限公司 徐祥龙 2022-11温锻作为冷锻成形的延长和开展，在当今钢铁精细成形生产中得到越来越广泛的应用上世纪60年头期间，国内外塑性加工领域，起先探究钢在热锻与冷锻温度之间进展锻造的可能性经过20多年的根底探究与技术攻关，逐步解决了温锻成形过程中的关键技术，并使温锻技术进入产业化生产在60年头末，温锻作为冷锻生产工艺的补充，主要用于解决难成形的中碳合金钢的精细成形生产，以及大规格的低碳钢零件成形问题在这个时期，温锻技术主要注意在成形温度和成形工艺的探究方面，对温锻模具冷却和润滑的重要性相识不够，采纳的冷却与润滑方法相对简陋，对润滑的介质探究也在初创阶段因此，这个时期温锻的模具寿命大致在数百次到数千次范围内，生产方式大多为手动操作，锻件质量也不够稳定经过20多年的温锻生产应用和技术进步，到上世纪90年头末，温锻生产从冷锻工艺的补充开展成一个特地的成形技术，在成形工艺、锻造设备、模具设计-制造和冷却-润滑等各方面取得了全面的开展，已形成一个温锻技术系统人们在温锻实践中体会到：模具正确和充分的冷却和润滑，是钢铁温锻生产大批量持续进展的前提。

在这一时期，温锻模具的润滑-冷却理论和技术应用都取得了很大的进步，成为温锻生产的关键技术先进润滑和冷却技术的运用，使温锻模具的冷却-润滑处理实现了自动化，模具寿命到达了万次以上，温锻生产效率高、质量稳定，满意了当代汽车零件大批大量的生产要求，在塑性精细成形领域占有越来越重要的地位 下面详细介绍钢铁温锻生产中的冷却与润滑技术一.钢铁的温锻温度范围 图1：钢的温锻温度范围图1所示 ，(200-280) ℃为钢的低温温锻区，由于平凡碳素钢在〔250-350〕℃温度区间会出现“兰脆”现象，所以，一般认为兰脆区是锻造的温度禁区但奥氏体不锈钢没有兰脆现象，因此，奥氏体不锈钢的低温温锻区间可以向上延长到400℃以上通常，奥氏体不锈钢多采纳低温温锻成形，而碳素钢少有在低温区成形的案例由图1可见,碳素钢的高温温锻范围是〔400-850〕℃但在当前生产实践中，随着温锻工艺和模具冷却-润滑技术的进步，碳素钢温锻温度上限已提升到〔900-950〕℃范围内因此，钢铁温锻模具的冷却与润滑必需覆盖(200-950)℃这个温度区间在生产实践中,我们还没有找到一种冷却和润滑的介质和方法,能在(200-950)℃的全部温锻范围内充分满意钢铁温锻成形的要求,因此,我们必需针对不同的温锻材料和温锻温度区间,选择不同的冷却和润滑介质,并采纳不同的冷却和润滑的方法.二．温锻模具的运用温度为保证温锻模具在运用过程中性能不降低，我们在整个温锻成形过程中采纳有效措施使温锻模具的工作面在任何时候都不超过该模具钢的回火温度。

这个有 效措施就是对温锻模具的冷却1．温锻模具的理论许用温度表1.为常用的温锻模具钢种及其淬火-回火温度：表1. 钢铁温锻常用模具材料淬火温度 模具材料 〔℃〕 W18Cr4V 1200-1240 〔℃〕 550-700 550-680 560-580 560-650 600-700 580-600 560-600 560-580 560-650 450-580 (HRC) 50-63 50-63 50-52 48-52 54-56 58-60 58-60 58-60 34-45 32-38 冲头/凹模 冲头/凹模 冲头/凹模 冲头/凹模 冲头/凹模 冲头/凹模 冲头/凹模 冲头/凹模 预应力外圈 预应力外圈 德国标准 热模钢 国产基体钢 日本日立特钢标准 日本山阳特钢标准 回火温度 热处理硬度 用 途 备 注 W6Mo5Cr4V2 1160-1270 3Cr2W8V H13 1.2367 65Nb YXR33 QHZ 5CrNiMo 40Cr 1101-1140 1020-1060 1060-1101 1120-1140 1080-1160 1101-1150 820-850 840-860由表1可见,温锻模具的回火温度多在(550-700)℃范围内。

在温锻生产中，假如模具的工作外表超过回火温度，模具钢的硬度和强度就会急剧下降，紧要时会使模具快速失效温锻模具理论上的许用温度就是该模具钢种的回火温度2．温锻模具的实际许用温度1)在温锻成形过程中,模具的热量来自以下几个方面： 〔1〕温锻毛坯向成形模具的热传导；〔2〕毛坯在成形过程中与模具外表摩擦产生的热量； 〔3〕毛坯变形产生的变形热，并传导给模具 以上3个因素使模具的温度不断上升 2)温锻生产中,模具在不断积累热量的同时,也存在不断发散热量的因素： 〔1〕凹模工作面与凹模外园外表存在着温度梯度,使凹模内外表的热量不断传导到模具外表,并通过外外表向空气中不断散热； 〔2〕 冲头和凹模工作面干脆向空气散发热量；〔3〕 对冲头和凹模外表喷涂的冷却-润滑剂挥发时带走大量热量 因此,温锻模具在运用过程中,模具温度的积累上升和散发将到达一个动态的平衡为维持模具的温度不超过正常运用温度，首先就是考虑建立必要的散热措施,使模具的平衡温度低于许用温度温锻生产中，我们可以用红外线测温仪随时检测温锻模具工作外表的温度，来判定模具工作时是否超过回火温度我们必需留意到这样一个事实，红外线测温仪检测出的模具外表温度，是在温锻毛坯已被顶出后的模具温度，由于热传导的影响，这个温度比毛坯在模腔里挤压变形时对模具局部的摩擦加热要低一些。

事实上，在温锻大变形量挤压时，毛坯与模具工作带瞬间猛烈的摩擦，对模具外表形成绝热加热效果，有可能使模具工作带瞬间温度超过模具钢的回火温度因此，温锻生产中的模具温度限制上限必须要比该模具钢的回火温度低一个量值，使模具工作带的瞬间积累的温度不超过模具钢的回火温度因此，温锻模具的许用温度应限制在比模具钢的回火温度更低的范围内，详细的许用温度往往要通过现场试验得到经历说明，当锻造变形量大,或锻造变形速度大时,模具的变形摩擦加热现象显著,这时，温锻模具的许用温度比该模具钢的回火温度要低得多 三.温锻模具的失效形式 1．粘连和拉毛这一类实效形式多发生在温锻冲头和凹模的工作带上〔见图2〕发生缘由为锻造变形量较大，或变形速度较快的状况，而模具的冷却与润滑都不好的场合，多见于机械压力机温锻生产缘由为模具工作带与温锻毛坯金属在高压下形成原子接触，并在金属流淌摩擦发热后形成焊合点，当毛坯与模具强制脱开时，焊合点拉断，将模具外表粘掉一小块金属而形成凹坑屡次循环后，凹坑很快联成拉 痕〔拉毛〕，同时，模具工作带外表因温度异样上升而退火，使硬度下降硬度下降和外表拉毛的模具与毛坯间的摩擦系数急剧增加，使温锻过程中毛坯与模具间的焊合现象更加紧要。

因此，当温锻模具刚发生时，必需马上对模具外表进展修磨处理，刚好去除模具外表的退火组织，并加以抛光对发生拉毛的温锻模具接着运用将使模具快速失效选用回火温度较高的模具材料〔如高速钢〕能改善模具的粘连和拉毛现象但这一类模具钢合金含量高，在水冷条件下简单产生开裂，一般不用在高温温锻场合对模具外表进展氮化处理是一个不错的选择但目前局限于园孔挤压等形态简洁的锻件经氮化的异形冲头极易在拐角处发生开裂 2．压塌和磨损这一类实效形式也发生在温锻模具的工作带〔见图3、图4〕，多见于液压机温锻场合一般发生在锻件变形速度不快、模具与毛坯间润滑良好、但模具冷却不够的场合在这种工况下，模具与毛坯间不易产生粘合，但由于温锻毛坯与模具接触时间长，模具工作带热量积累很快当模具局部温度超过模具钢的回火温度后，模具局部硬度和强度下降，在强大的温锻挤压力作用下造成塌陷变形并快速磨损对这种压塌和磨损的模具进展修复的工作量较大，因此关键是不让模具的温度积累到达许用温度以上在这种状况下，对模具温度的持续监控和采纳高效的模具冷却措施是有效的 3．裂纹 温锻冲头和凹模不象冷锻那样简单产生早期开裂。

温锻冲头的早期开裂一般都是采纳了高合金含量的模具钢，并用了不恰当的冷却方法凹模的早期开裂除与钢种和冷却有关外，凹模预应力外圈的设计和制作也是重要因素 4．温锻冲头的弯曲变形温锻生产一般都在较高温度下，这时候材料的变形抗力较小，很少会发生冲头弯曲变形的状况但假如锻造温度选择不当，同时温锻工步较多时，终锻温度有时会低于设计温度这时候，材料的变形抗力接近冷锻的水平，大幅度上升的锻造力致使冲头弯曲〔见图5〕这种失效形式一般发生在低温温锻中，锻造设备为手动低速压机〔如液压机〕，同时模具材料选用了如3Cr2W8、H13等硬度较低的钢种改善的方法是提高锻造温度和改用硬度和强度更高的模具材料〔如65Nb、08Al、YXR33、QHZ等〕 由上可见，温锻模具的的失效形式与模具的冷却和润滑条件干脆有关要使温锻生产能高效率持续进展下去，关键是在温锻生产过程中，保持温锻模具稳定工作在许用温度以下、限制温度的波动，并且保持毛坯与模具工作外表有牢靠的润滑，幸免毛坯和模具间出现原子接触现象，并减小摩擦力四．温锻冷却和润滑的管用方法 1．温锻早期的冷却与润滑 1〕油剂的冷却与润滑早期的碳素钢温锻为了幸免毛坯外表氧化脱碳，加热温度一般选在(650-700)℃范围内，锻造压力机为单工位机械压力机或液压机，操作方式为手动。

模具的冷却和润滑介质采纳炮油或油剂石墨，冷却剂用手工刷涂的方法涂敷在冲头和凹模的工作面上油剂刷涂的润滑效果较好，但冷却效果不佳因为油的热容量小，油的挥发不能带走大量的热量另外,油类挥发时产生大量的油烟，搞得生产现场乌烟瘴气，生产环境差、影响工人安康当锻造温度提高，模具温度较高时，油剂的涂敷变得非常困难因此，油剂冷却-润滑的方法只适用于低温温锻的工艺试验和小批量生产场合，特殊适合于奥氏体不锈钢的低温挤压场合2〕水冷却和水剂石墨的运用随着温锻温度的提高，对模具快速降温成为温锻生产的关键，油剂冷却和润滑的方法已远不能满意温锻生产的须要这时候出现了许多对温锻模具的冷却和润滑方法：〔1〕 冲头浸涂和凹模喷涂水剂石墨的方法如图6所示,每次温锻循环中,操作工用雾化喷头对凹模进展喷涂冷却,同时,用盛满水剂石墨的容器对冲头实施浸没冷却,试图在较短时间将冲头冷却到适宜的温度这种方法在早期的温锻生产中得到了广泛的应用 技术关键： 温锻凹模的外表温度要限制在〔150-200〕℃范围内在这个温度范围，水剂石墨喷上去会吸附在模壁上，水份会快速蒸发，在带走模具热量的同时留下一层石墨皮膜这一层石墨膜对后续的温锻成形极其有利：石墨膜在温锻毛坯和模具间起到了绝热隔层和润滑介质的作用，削减了温锻毛坯向模具的热传导，阻挡了毛坯与模具间的原子接触，并有效削减了毛坯与模具间的摩擦力。

限制水剂石墨的浓度，并调整喷涂的时间，可以到达最正确的冷却效果或是得到适宜厚度的石墨涂层有时，人们担忧水剂喷涂对浩大的凹模冷却效果不够，特意在凹模里设计了冷却水套，用通冷却水的方法对凹模进展冷却事实上，这种方法对凹模手工刷涂油剂冷却-润滑剂的场合是有效的，在推广应用水剂石墨喷涂后，在高压喷涂的水雾气化时，凹模的热量被快速带走，由于水的蒸发所汲取的热量20倍于水在保持液态时汲取的热量，因此，喷雾冷却的效果远远超过水套冷却因此，当水剂石墨的喷涂技术被推广时，水套冷却的方法根本上被淘汰了 但是图6所示的冲头浸涂不是一个好方法人们的本意是想让冲头快速得到冷却但是，在连续的温锻生产中，冲头的温度往往在500℃以上高温的冲头浸入水剂石。