中国航发哈尔滨东安发动机有限公司 黑龙江 哈尔滨 150066
摘要：近年来，随着生产任务的增长及生产批量的增大，车间锻模早期失效问题已经成为制约中心生产进度的一项重要因素，同时由于模具寿命较低，拉高了锻件的生产成本。本文结合单位实际生产情况和单位实际案例，分析模具早期失效原因并提出改进意见，以期整体提高本单位的锻模寿命，降低生产成本、同时为生产保驾护航。
关键词：锻造；早期失效；模锻锤；锻模
中心在锻件生产中部分锻模早期开裂或碎裂极大的影响锻件产品的交付进度。
1 锻模失效的概念及锻模早期失效统计：
模具材料的选用原则：热负荷性质、机械负荷性质、模具结构、锻件批次、综合经济性。航空航天锻件批量小，多数模锻件批量只有几十件，部分只有几百件，不过分追求模具材料的先进性，一般选择基本能满足要求的模具材料，以降低成本。本单位所使用锻模材料为：5CrNiMo和H13（4Cr5MoV1Si），是比较经济的并且适合航空产品的锻模材料。
锻模失效是指锻模出现不能通过修理手段恢复其使用功能的损伤，即造成了通常所说的损坏或报废。
当模具未达到现有技术水平下公认的寿命，通常称为模具的“非正常失效”，又称早期失效。早期失效主要有模体的脆性断裂、模膛压塌和局部严重磨损等。锻模的早期失效原因一般比较明显，往往突出是由于模具的设计不当、加工不当、热处理不当、使用不当等某一因素造成模具使用初期就报废。
本单位2016上半年锻模早期失效模具统计，此部分锻模寿命较低，在生产首件或很少数量时就发生了碎裂，模具早期失效，需重新采购订制新模，周期较长，极大的影响了锻件产品交付进度，影响产品整体生产周期。
2 早期失效统计及原因分析：
本单位近两年来早期失效统计见表1：
综合表1统计数据，热处理因素导致的模具早期失效占中心锻模早期失效的56.2%，是首要因素，其次是模具设计不合理，占12.5%。
本单位模具早期失效原因分析图：
图1：模具早期失效原因分析
中心模具早期失效案例如下：
（1）、模具热处理不当：
模具硬度实测HRC49~51
经理化分析，此碎裂模块奥氏体晶粒粗大，为2~3级，内部组织转变不均匀，残余应力消除不充分，应为热处理回火不均匀、不充分导致。并且此模块表面硬度值实测为HRC49~51。5CrNiMo硬度大于HRC48时，冲击韧性值下降很快，随着硬度的提高，一般其韧性下降，脆性增加。受冲击时，容易产生裂纹或断裂。沿裂纹边缘取2组试棒进行室温性能试验，实测性能值如下表5，模具整体性能值较低，尤其冲击性能值仅为正常值室温性能值的三分之一。
硬度过低严重堆损变形
模具在使用初期即发生严重变形堆损，图纸要求硬度HRC41~47，后经实测硬度值仅为HRC22~25。经核查，模具未进行最终热处理即交付使用。
4Cr5MoV1Si硬度过高
碎裂模块理化分析显微组织为不均匀的稍粗回火屈氏体，组织转变不充分，并且发现有成分偏析。实际检测硬度超标。
图2 4Cr5MoV1Si模具芯轴断裂
如上图2，某锻模某批订购5件芯轴，生产中相继断裂，经理化试验分析，此模具组织粗大，存在过烧现象，冲击值过低，主要仍为热处理原因导致模具强度大大降低。
经检测分析，以上碎裂模具均存在冶金缺陷。
模具热处理不充分导致模块过硬及组织转变不充分极易导致模具脆性断裂。
模具热处理往往不是简单的通过淬火、回火达到图纸要求的硬度即可，淬火和回火是保证锻模使用性能的关键因素。回火时间不足会降低模具寿命，虽然表面硬度达到要求，但模具内部组织不均匀，碳化物扩散不彻底、残留应力消除不充分，将诱发晶间微裂纹的扩张，导致模具早期断裂失效。选择合理的回火温度和回火次数是必要的，回火工艺决定模具的硬度，也影响模具的开裂。
（2）、工艺设计不合理：
模具设计中应通过计算选用合理规格模块，保证模具强度。
切下的毛边：工艺算料过大，易导致模具承受过高载荷失效
工艺算料过大，毛边充满仓部后向分模面流动，过大的金属料导致模具型腔内承受高载荷易导致模具涨膛或开裂。
改进成型工艺，工艺重新进行算料、减料。
模块选用不合理、模具结构不合理、工艺算料过大、图纸硬度不合理等模具设计因素也是导致模具早期失效的一项因素。
结束语：
综上所述，为避免不合格模具进入车间导致锻模过早的早期失效，需从以下几个方面进行过程控制：
增加热处理过程监控，生产厂家应应提供热处理过程监控参数及记录以保证热处理质量，热处理因素是导致锻模早期失效的重要因素。
模具缴库后性能无法检测，但缴库单位应对模具硬度进行检测，避免硬度过高或未热处理的模具交付使用。
接收使用单位应采取措施进行模具硬度复验。
工艺设计选用合适规格模块和合适的使用硬度要求，避免因设计强度不足或要求硬度不合理导致模具变形或开裂。
参考文献：
[1]李岩.《新编锻模设计使用手册》中国知识出版社.2006.
[2]中国锻压协会.《锻造模具与润滑》国防工业出版社.2010.
论文作者:李洪春
论文发表刊物:《防护工程》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/23
标签：模具论文; 硬度论文; 因素论文; 工艺论文; 不合理论文; 模块论文; 性能论文; 《防护工程》2017年第16期论文;