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摘 要 本文对在HPF120高速镦锻机上生产轴承毛坯时，影响后凹模寿命的原因进行了分析，并对分析的原因采取了措施，最终提高了后凹模的寿命，提高了锻造工序的生产效率，节约了生产成本。
关键词 HPF120高速镦锻机；后凹模；寿命；轴承毛坯
中图分类号：TG315.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0137-02
HPF120高速镦锻机是我公司从日本坂村引进的主要生产轴承毛坯的设备，此设备具有高效率、高精度的特点。设备的生产节拍在80-130次/分钟。由于设备的生产速度快，所以对模具质量的要求很高。在工艺开发的初期，HPF120高速镦锻机生产轴承毛坯时，其主要模具——后凹模出现了非正常失效：型面R位极容易烧损、塌陷、寿命极低。操作工需要频繁更换后凹模，严重地滞约了生产和影响了生产效率；同时后凹模R位严重烧损后生产出来的锻件在R位处凹凸不平，影响了产品质量，顾客在车削加工时会打刀，凹陷太深的部位也可能会造成加工余量不够，至使顾客投诉。为了改善此种状况，针对在生产中影响后凹模寿命的原因进行了分析，并采取了改进措施。
1 HPF120高速镦锻机工艺简单介绍
在HPF120高速镦锻机上采用塔锻的方式生产轴承套圈毛坯，其锻造工艺为：
加热→剪切→一工位镦饼→二工位终锻成形→三工位分
套→四工位穿孔
2 后凹模的作用及工作状态
1）后凹模的作用：如图1所示后凹模型面主要成形轴承套圈内环锻件的外径尺寸，端面成形轴承套圈外环锻件的端面。
2）后凹模的工作状态：在成形时，料坯与后凹模端面接触，在冲头的挤压力下，高温材料沿着后凹模的型面R位向后流动形成轴承套圈内环锻件，后凹模型面一方面要与高温材料接触，另一方面还要承受着100次/分钟的打击。所以后凹模的工作环境是极其恶劣的，一直在高温状态下承受交变负荷。
3 后凹模的失效状态及后果
3.1 后凹模的失效状态
型面R位烧损、塌陷、端面烧损等见图2所示。
3.2 后凹模的失效后果
1）后凹模型面R位烧损、塌陷影响轴承套圈内环锻件的表面质量：后凹模型面R位烧损、塌陷后，可能会在内环锻件的
外表面形成气槽、折叠、表面凹坑、凸棱等，对顾客后续车加工造成影响，如车削时打刀、车加工余量不足等。
2）后凹模的失效后，需频繁更换后凹模，降低了锻造工序的生产效率，同时后凹模消耗量增大，致使生产成本上升。
4 后凹模的寿命现状调查与分析
为提高后凹模的寿命，对2011年6月至7月HPF120大部分锻件产品的后凹模寿命统计数据看：球轴承锻件产品后凹模的寿命在2000-8000次之间，平均寿命为约6000次；圆锥滚子类轴承锻件产品的后凹模的寿命在300-5000次之间，平均寿命为约3000次。
5 影响后凹模寿命的原因
针对上述情况，对后凹模现场使用情况和失效形式进行分析，并用树图的方式把对影响后凹模寿命的原因进行了分析（见图3）。
6 影响后凹模寿命的原因及对策
逐一对影响后凹模寿命的原因及对策进行论述。
6.1 工艺设计对后凹模寿命的影响
锻造工艺的合理设计、锻造负荷的大小等对模具寿命有直接的影响：
1）一工位料坯直径的大小对后凹模寿命的影响：一工位料坯的直径较小，在终锻成形时分配到轴承套圈锻件内环的材料会较多，内环料过多造成后凹模受力较大，加剧后凹模的烧损。反之，后凹模受力会较小，寿命提高。因此在设计时，根据内外环重量的差异合理设计一工位料坯的直径。
2）终锻成形时内外环搭肩厚度对后凹模寿命的影响：终锻成形时内外环搭肩部位厚度较厚时，可以降低后凹模的受力，提高后凹模的寿命，反之会加剧后凹模的烧损。对锻件重量或外径较大的产品，可以将搭肩厚度适当加厚。
3）后凹模R位圆角的大小对对后凹模寿命的影响：成形时，料坯被冲头挤压，高温材料沿着后凹模R位从外环流向内环，后凹模R位圆角小，高温材料流动阻力大，烧损加快，适当加大R位圆角的大小可以提高后凹模的寿命。
6.2 材质及热处理对后凹模寿命的影响
1）后凹模的材质对其寿命起关键作用。一般情况下，我们选用QDH作为制作后凹模的材料。QDH热作模具钢，是日本山阳专利钢种，兼具SKD7（3%Cr3%Mo型）钢的高温强度和抗高温软化能力，又具SKD61（5%Cr1%Mo型）的淬透性，红硬性佳，导热性及韧性良好，耐热冲击及抗热疲劳性佳。钢的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、强度均较高。适用于制造截面较大、形状复杂、工作条件繁重下的各种热锻模具、温锻模具。根据我厂这些年的生产实践经验，QDH制作的后凹模，其经济性和寿命均较好。
2）后凹模热处理质量对其寿命起重要作用，根据我厂这些年的生产实践经验，热处理硬度控制在HRC52-54，模具使用寿命较高，当硬度低于HRC48时，后凹模的耐磨性差，易塌陷，烧损；硬度高于HRC58时，后凹模在交变负荷下，型面容易龟裂，也可能会使后凹模爆裂。QDH材料的热处理工艺较难控制，淬火后，对回火温度、次数都要严格控制，同时要根据后凹模的大小，来控制淬火、回火温度、保温时间及冷却速度。
6.3 冷却对后凹模寿命的影响
后凹模的冷却主要是通过顶出器出水来冷却，在HPF120高速镦锻机上水路分布是：冷却水通过设备出水口进入凹模后垫，流入凹模前垫，流向顶出器套垫，再流入顶出器，最后通过顶出器来冷却后凹模。
1）设备水压、水量的大小对后凹模寿命的影响：在设备水压、水量不足的情况下，经过水路，最后从顶出器出来的水非常小，后凹模冷却不充分，在高节拍的生产下，后凹模烧损很快。在设备水压、水量正常的情况下从顶出器出来的水也不是很大，检查水路发现从凹模后垫的水孔有漏水情况，解决漏水问题后，后凹模寿命有较大提高。
2）顶出器冷却水孔位置及水孔数量对后凹模寿命的影响：如图4所示，顶出器上有两排水孔冷却后凹模，在设计水孔位置时，水孔偏高或偏低，加工过程中水孔位置的偏差都会影响后凹模的冷却效果，合理均匀分布顶出器水孔位置，能较好的冷却后凹模，针对R位烧损，在靠近R位的地方增加了一排错位水孔来集中冷却R位，寿命有了较大提高。
7 结束语
在实际生产过程中，结合锻造生产过程中遇到影响后凹模寿命的一些问题，边实践边总结，从锻造工艺设计、后凹模的材质选择到冷却情况的改善，都做了许多改进和总结。现在我厂球轴承锻件产品后凹模寿命，平均达到了12000次；圆锥滚子类轴承锻件产品的后凹模寿命，平均达到了8000次。生产球轴承锻件产量由原来的每班10000-15000万套提高到每班25000-30000万套；生产圆锥滚子类轴承锻件产量由原来的每班8000-12000万套提高到每班15000-20000万套，由后凹模烧损造成的锻件质量不合格而引起的顾客投诉为零。
参考文献
[1]王玉海.凹模刃口后角与模具寿命的关系[J].克山师专学报，2002（03）.
[2]谢文欣.延长冷冲模具寿命的几种有效方法[J].锻压技术，2009（06）.
关键词 HPF120高速镦锻机；后凹模；寿命；轴承毛坯
中图分类号：TG315.2 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）15-0137-02
HPF120高速镦锻机是我公司从日本坂村引进的主要生产轴承毛坯的设备，此设备具有高效率、高精度的特点。设备的生产节拍在80-130次/分钟。由于设备的生产速度快，所以对模具质量的要求很高。在工艺开发的初期，HPF120高速镦锻机生产轴承毛坯时，其主要模具——后凹模出现了非正常失效：型面R位极容易烧损、塌陷、寿命极低。操作工需要频繁更换后凹模，严重地滞约了生产和影响了生产效率；同时后凹模R位严重烧损后生产出来的锻件在R位处凹凸不平，影响了产品质量，顾客在车削加工时会打刀，凹陷太深的部位也可能会造成加工余量不够，至使顾客投诉。为了改善此种状况，针对在生产中影响后凹模寿命的原因进行了分析，并采取了改进措施。
1 HPF120高速镦锻机工艺简单介绍
在HPF120高速镦锻机上采用塔锻的方式生产轴承套圈毛坯，其锻造工艺为：
加热→剪切→一工位镦饼→二工位终锻成形→三工位分
套→四工位穿孔
2 后凹模的作用及工作状态
1）后凹模的作用：如图1所示后凹模型面主要成形轴承套圈内环锻件的外径尺寸，端面成形轴承套圈外环锻件的端面。
2）后凹模的工作状态：在成形时，料坯与后凹模端面接触，在冲头的挤压力下，高温材料沿着后凹模的型面R位向后流动形成轴承套圈内环锻件，后凹模型面一方面要与高温材料接触，另一方面还要承受着100次/分钟的打击。所以后凹模的工作环境是极其恶劣的，一直在高温状态下承受交变负荷。
3 后凹模的失效状态及后果
3.1 后凹模的失效状态
型面R位烧损、塌陷、端面烧损等见图2所示。
3.2 后凹模的失效后果
1）后凹模型面R位烧损、塌陷影响轴承套圈内环锻件的表面质量：后凹模型面R位烧损、塌陷后，可能会在内环锻件的
外表面形成气槽、折叠、表面凹坑、凸棱等，对顾客后续车加工造成影响，如车削时打刀、车加工余量不足等。
2）后凹模的失效后，需频繁更换后凹模，降低了锻造工序的生产效率，同时后凹模消耗量增大，致使生产成本上升。
4 后凹模的寿命现状调查与分析
为提高后凹模的寿命，对2011年6月至7月HPF120大部分锻件产品的后凹模寿命统计数据看：球轴承锻件产品后凹模的寿命在2000-8000次之间，平均寿命为约6000次；圆锥滚子类轴承锻件产品的后凹模的寿命在300-5000次之间，平均寿命为约3000次。
5 影响后凹模寿命的原因
针对上述情况，对后凹模现场使用情况和失效形式进行分析，并用树图的方式把对影响后凹模寿命的原因进行了分析（见图3）。
6 影响后凹模寿命的原因及对策
逐一对影响后凹模寿命的原因及对策进行论述。
6.1 工艺设计对后凹模寿命的影响
锻造工艺的合理设计、锻造负荷的大小等对模具寿命有直接的影响：
1）一工位料坯直径的大小对后凹模寿命的影响：一工位料坯的直径较小，在终锻成形时分配到轴承套圈锻件内环的材料会较多，内环料过多造成后凹模受力较大，加剧后凹模的烧损。反之，后凹模受力会较小，寿命提高。因此在设计时，根据内外环重量的差异合理设计一工位料坯的直径。
2）终锻成形时内外环搭肩厚度对后凹模寿命的影响：终锻成形时内外环搭肩部位厚度较厚时，可以降低后凹模的受力，提高后凹模的寿命，反之会加剧后凹模的烧损。对锻件重量或外径较大的产品，可以将搭肩厚度适当加厚。
3）后凹模R位圆角的大小对对后凹模寿命的影响：成形时，料坯被冲头挤压，高温材料沿着后凹模R位从外环流向内环，后凹模R位圆角小，高温材料流动阻力大，烧损加快，适当加大R位圆角的大小可以提高后凹模的寿命。
6.2 材质及热处理对后凹模寿命的影响
1）后凹模的材质对其寿命起关键作用。一般情况下，我们选用QDH作为制作后凹模的材料。QDH热作模具钢，是日本山阳专利钢种，兼具SKD7（3%Cr3%Mo型）钢的高温强度和抗高温软化能力，又具SKD61（5%Cr1%Mo型）的淬透性，红硬性佳，导热性及韧性良好，耐热冲击及抗热疲劳性佳。钢的淬透性、淬火回火的硬度、耐磨性、强度均较高。适用于制造截面较大、形状复杂、工作条件繁重下的各种热锻模具、温锻模具。根据我厂这些年的生产实践经验，QDH制作的后凹模，其经济性和寿命均较好。
2）后凹模热处理质量对其寿命起重要作用，根据我厂这些年的生产实践经验，热处理硬度控制在HRC52-54，模具使用寿命较高，当硬度低于HRC48时，后凹模的耐磨性差，易塌陷，烧损；硬度高于HRC58时，后凹模在交变负荷下，型面容易龟裂，也可能会使后凹模爆裂。QDH材料的热处理工艺较难控制，淬火后，对回火温度、次数都要严格控制，同时要根据后凹模的大小，来控制淬火、回火温度、保温时间及冷却速度。
6.3 冷却对后凹模寿命的影响
后凹模的冷却主要是通过顶出器出水来冷却，在HPF120高速镦锻机上水路分布是：冷却水通过设备出水口进入凹模后垫，流入凹模前垫，流向顶出器套垫，再流入顶出器，最后通过顶出器来冷却后凹模。
1）设备水压、水量的大小对后凹模寿命的影响：在设备水压、水量不足的情况下，经过水路，最后从顶出器出来的水非常小，后凹模冷却不充分，在高节拍的生产下，后凹模烧损很快。在设备水压、水量正常的情况下从顶出器出来的水也不是很大，检查水路发现从凹模后垫的水孔有漏水情况，解决漏水问题后，后凹模寿命有较大提高。
2）顶出器冷却水孔位置及水孔数量对后凹模寿命的影响：如图4所示，顶出器上有两排水孔冷却后凹模，在设计水孔位置时，水孔偏高或偏低，加工过程中水孔位置的偏差都会影响后凹模的冷却效果，合理均匀分布顶出器水孔位置，能较好的冷却后凹模，针对R位烧损，在靠近R位的地方增加了一排错位水孔来集中冷却R位，寿命有了较大提高。
7 结束语
在实际生产过程中，结合锻造生产过程中遇到影响后凹模寿命的一些问题，边实践边总结，从锻造工艺设计、后凹模的材质选择到冷却情况的改善，都做了许多改进和总结。现在我厂球轴承锻件产品后凹模寿命，平均达到了12000次；圆锥滚子类轴承锻件产品的后凹模寿命，平均达到了8000次。生产球轴承锻件产量由原来的每班10000-15000万套提高到每班25000-30000万套；生产圆锥滚子类轴承锻件产量由原来的每班8000-12000万套提高到每班15000-20000万套，由后凹模烧损造成的锻件质量不合格而引起的顾客投诉为零。
参考文献
[1]王玉海.凹模刃口后角与模具寿命的关系[J].克山师专学报，2002（03）.
[2]谢文欣.延长冷冲模具寿命的几种有效方法[J].锻压技术，2009（06）.